МАСЛОСБОРНАЯ КРЫШКА ДЛЯ АГРЕГАТА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2019 года по МПК F01D25/18 F02C7/06 F16H57/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ И УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к области смазки авиационных двигателей. В частности, оно касается устройства для сбора масла, которое было использовано для агрегата, содержащего вращающуюся часть.

Например, турбовинтовой двигатель с винтами противоположного вращения может содержать планетарный редуктор (обозначаемый английским сокращением PGB от Power Gear Box), водило которого вращается внутри статической камеры.

Водило образует крышку вокруг подшипников и шестерен редуктора PGB. Масло, непрерывно поступающее в редуктор PGB, смазывает и охлаждает подшипники и шестерни, после чего отбрасывается за счет центробежного эффекта на водило. Водило содержит отверстия, через которые масло может выходить в статическую камеру, которая служит камерой сбора, чтобы направлять масло в контур смазки.

Редуктор PGB требует большого количества масла. Чтобы эффективно собирать масло в направлении средств удаления масла из камеры и избегать переполнения, важно направлять струи, выходящие из отверстий водила таким образом, чтобы масло, направляемое на стенку камеры, образовано кольцо, приводимое в общее движение вращения. Чем стабильнее это кольцо, тем меньше появляется брызг и тем лучше происходит сбор масла в камере.

Как правило, отверстия прохождения масла в водиле выполнены с превышением размера, чтобы избегать риска скапливания масла во вращающейся части. При этом сечение этих отверстий не соответствует сечению проходящей через них масляной струи. В этом случае трудно предугадать радиальную составляющую выходящей из отверстий струи и, следовательно, контролировать ее направление. В этих условиях создание эффективной системы сбора масла в статической камере является проблематичным, по крайней мере в случае редукторов, требующих большого расхода смазки.

Настоящее изобретение призвано предложить простое решение для эффективного сбора масляного потока, выходящего из агрегата, в частности, агрегата, вращающегося в масляной камере.

Раскрытие изобретения

Для этого изобретением предложена кольцевая маслосборная крышка для агрегата газотурбинного двигателя, при этом упомянутая крышка выполнена с возможностью расположения вокруг упомянутого агрегата и с возможностью вращения вокруг оси, при этом крышка содержит сквозные отверстия для радиального прохождения масла за счет центробежного эффекта, отличающаяся тем, что содержит средства отклонения масла на выходе упомянутых отверстий, выполненные с возможностью придания ему выходной скорости, ориентированной в направлении, по существу поперечном к оси и по существу тангенциальном, то есть перпендикулярном к радиальному направлению, на уровне упомянутого выхода.

В настоящем документе термины «радиальный» и «поперечный» использованы относительно оси, вокруг которой вращается крышка. Точно так же, термины «передний» и «задний» следует рассматривать относительно движения точки крышки в направлении вращения.

Выход упомянутых сквозных отверстий выходит на радиально наружную стенку крышки. При тангенциальном отклонении масляной струи на выходе отверстий вращающейся крышки плохо контролируемая радиальная составляющая струи исчезает. Кроме того, скорость струи добавляется к периферической скорости на выходе сквозного отверстия. Таким образом, выходящие из крышки масляные струи имеют лучше контролируемую ориентацию. Кроме того, сила тангенциального импульса масла, отбрасываемого на внутреннюю стенку камеры, увеличивается. Следовательно, создаются условия для улучшения приведения во вращение всего этого масла на стенке камеры и для ограничения разбрызгивания.

Предпочтительно средства отклонения выполнены с возможностью образования экрана в радиальном направлении на уровне упомянутого выхода.

Предпочтительно средства отклонения выполнены с возможностью образования на выходе каждого отверстия колена, содержащего выходной проход для масла, ориентированный в упомянутом тангенциальном направлении.

Предпочтительно средства отклонения для каждого отверстия содержат колпак, расположенный на выходе упомянутого отверстия.

Предпочтительно упомянутый колпак содержит часть, отстоящую от наружной стенки крышки, которая проходит по существу тангенциально спереди упомянутого отверстия в направлении вращения крышки.

Предпочтительно радиальная протяженность упомянутого колпака меньше его тангенциальной протяженности.

Таким образом, средства отклонения можно выполнить просто и с небольшим габаритом. Стенка маслосборной камеры может находиться близко к вращающейся крышке.

Предпочтительно упомянутые отверстия распределены в поперечной плоскости, соответствующей сечению с максимальным диаметром крышки.

Это позволяет обеспечивать хорошее направление масла за счет центробежного эффекта внутри крышки для его удаления.

Предпочтительно упомянутые отверстия образуют короткие каналы по существу радиальной ориентации в толщине стенки упомянутой крышки. Радиальная ориентация необходима для сбора масла за счет центробежного эффекта. Кроме того, сохранение этой ориентации на протяженности канала облегчает выполнение при помощи средств механической обработки. Предпочтительно сквозные отверстия выполнены в зоне максимальной толщины стенки крышки. Это позволяет удлинить короткие каналы и лучше приводить в движение масло, проходящее через эти каналы.

Крышка может быть окружена бандажом, который накрывает все упомянутые отверстия, и средства отклонения масла могут быть образованы открытыми карманами в упомянутом бандаже, полученными, например, посредством штамповки.

Крышка может содержать два кольцевых корпуса, соединенные кольцевыми фланцами в поперечной плоскости, при этом упомянутые фланцы выполнены таким образом, что образуют между собой упомянутые сквозные отверстия.

Предпочтительно фланцы образуют два кольцевых паза, расположенные друг против друга и выполненные с возможностью удержания упомянутого бандажа. Это позволяет объединить средства соединения крышки и крепления средств отклонения на капоте.

Изобретение относится также к узлу, содержащему агрегат газотурбинного двигателя и описанную выше крышку, при этом упомянутый агрегат является, например, редуктором, а также к газотурбинному двигателю, содержащему такую крышку и/или такой узел.

Краткое описание фигур

Настоящее изобретение, его другие детали, отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания не ограничительного примера выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид известного модуля газотурбинного двигателя, содержащего вращающийся агрегат, кольцевую крышку и кольцевой картер, в данном случае в разрезе по полуплоскости, проходящей через ось вращения агрегата.

Фиг. 2 - схематичный вид в поперечном разрезе по плоскости Р крышки и кольцевого картера известного модуля, показанного на фиг. 1.

Фиг. 3 - схематичный вид в поперечном разрезе по плоскости Р крышки и кольцевого картера модуля, показанного на фиг. 1, измененных в соответствии с изобретением.

Фиг. 4 - увеличенный вид части В, показанной на фиг. 2, для известного модуля.

Фиг. 5 - увеличенный вид части Вʹ, показанной на фиг. 3, для модуля, измененного в соответствии с изобретением.

Фиг. 6 - вид в разрезе по меридиональной плоскости соединительного фланца известной кольцевой крышки.

Фиг. 7 - схематичный вид в разрезе по плоскости Р, показанной на фиг. 6, на уровне элемента 19.

Описание варианта выполнения

На фиг. 1 показан агрегат 1 газотурбинного двигателя, установленный в камере 2 и подвижный во вращении вокруг оси А. Как правило, стенки камеры 2 образованы по меньшей мере одним кольцевым картером 2, расположенным вокруг агрегата 1.

Этот агрегат 1 является, например, редуктором типа PGB. Не показанный на фигуре вход масла направляет масло в центральную область редуктора PGB для его смазки. Это масло за счет центробежного эффекта проходит через различные активные части редуктора PGB, такие как шестерни. Эти части схематично показаны на фигуре в виде внутренних активных частей 3а и 3b, вращающихся в одном направлении и окруженных наружной частью 4, которая в зависимости от случая вращается в противоположном направлении или является неподвижной.

В этом примере в случае редуктора PGB с эпициклоидной зубчатой передачей наиболее внутренняя часть 3b отображает входной планетарный вал в виде ведущей шестерни, которая установлена при помощи шлицевого соединения на турбинном валу, вращающемся в одном направлении вращения, приводя во вращение редуктор PGB. Часть 3а отображает водило, на котором установлены сателлиты, например, в количестве трех, которые зацепляются вокруг входного вала 3b. Наружная часть 4 отображает наружный венец, который зацепляется с сателлитами. Размерные отношения между различными элементами определены в данном случае таким образом, чтобы наружный венец 4 вращался в направлении, противоположном вращению входного вала 3b, при этом сателлиты вращаются относительно водила 3а и приводят его во вращение в том же направлении, что и входной вал 3b, но с другой скоростью. Это краткое описание показывает, что в таком устройстве многочисленные детали входят друг с другом в контакт с относительными движениями и с большими усилиями, что требует большого количества масла для смазки и охлаждения.

Узел редуктора PGB заключен во вращающуюся наружную кольцевую крышку 5. Эта крышка 5 в данном случае неподвижно соединена с внутренней частью 3а и, следовательно, вращается в направлении, противоположном направлению вращения наружной части 4 редуктора PGB 1, с данной скоростью ω. Крышка 5 расположена вокруг и на расстоянии от активной части 4, образуя внутреннюю полость 6, которая служит, кроме всего прочего, для заполнения маслом, выходящим из редуктора PGB 1 за счет центробежного эффекта.

Масло, использованное для смазки и охлаждения активных частей 3а, 3b и 4 редуктора PGB 1, может выйти из них разными путями 7а, 7b, 7с. Наружная крышка 5 выполнена с возможностью направления масла, поступающего по этим различным путям, к выходным отверстиям 8. Предпочтительно эти отверстия 8 находятся в зоне максимального радиуса крышки 5, чтобы способствовать удалению масла за счет центробежного эффекта. Кроме того, как правило, эти отверстия равномерно распределены по окружности в плоскости Р, перпендикулярной к оси вращения А.

Как показано на фиг. 2, под действием центробежной силы это масло стремится образовать кольцевую пленку 9, увлекаемую крышкой 5, вращающейся, как показано на фигуре, со скоростью ω по часовой стрелке.

Предпочтительно эти отверстия 8 выполнены в относительно толстой зоне крышки 5. Таким образом, они образуют короткие каналы 8, ориентированные по существу радиально относительно оси вращения А. Масло, выходящее за счет центробежного эффекта через эти короткие каналы 8, приводится во вращение стенками этих коротких каналов 8 и отбрасывается к внутренней стенке картера 2 в виде струй 10 в направлении, являющемся результатом радиальной и тангенциальной составляющей. Это способствует образованию другой кольцевой масляной пленки 11 на статической стенке картера 2. Чтобы масло не стекало, эта кольцевая масляная пленка 11 должна производить общее круговое движение, задаваемое струями 10. Таким образом, остающееся масло, прилегающее к внутренней стенке картера 2, можно собирать, например, через канал 12, выходящий в нижней точке картера 2.

Как показано на фиг. 4, струя 10 выходит из короткого канала 8 с тангенциальной скоростью VT1, перпендикулярной к радиальному направлению и соответствующей тангенциальной скорости стенки крышки 5 на выходе, так как она увлекается задней частью, относительно движения вращения ω, стенки короткого канала 8. Кроме того, струя 10 имеет радиальную составляющую VR1, по существу равную расходу масла, проходящего через короткий канал 8, поделенному на сечение струи 10.

Струя 10 встречает внутреннюю стенку картера 2 в точке М слегка спереди выхода короткого канала 8. В точке столкновения М значение тангенциальной составляющей VT2 на стенке картера 2, перпендикулярной к радиальному направлению в точке столкновения М, слегка меньше значения тангенциальной скорости VT1 относительно крышки 5 на выходе из короткого канала 8, а радиальная составляющая VR2 на картере 2 слегка превышает радиальную составляющую VR1 выходной скорости на крышке 5.

Радиальная составляющая VR2 скорости струи 10 в точке столкновения М не участвует в приведении во вращение кольцевой пленки 11. Кроме того, она может привести к появлению брызг, когда струя 10 ударяет по стенке картера 2, и, следовательно к разбрызгиванию масла в камере или на крышке 5. Кроме того, как было указано выше, сечение коротких каналов 8 значительно превышает сечение масляной струи, выходящей через эти короткие каналы 8, чтобы избежать риска задержки масла внутри крышки 5. Следовательно, плохо контролируется радиальная скорость VR1 струи 10, которая образует наибольшую часть радиальной скорости VR2 в точке столкновения.

Согласно изобретению, как показано на фиг. 3 и 5, на выходе каждого короткого канала 8 установлено устройство 13 отклонения струи 10. Согласно варианту выполнения, схематично показанному на фиг. 5, средство 13 отклонения может в основном содержать колпак 13а, расположенный напротив выхода короткого канала 8, одна часть которого по существу параллельна касательной к крышке 5 на уровне упомянутого выхода. Кроме того, задняя часть колпака 13а по направлению вращения крышки 5 заставляет масло протекать вперед и доходить до наружной стенки крышки 5 вблизи заднего края выходного отверстия короткого канала 8. Этот колпак 13а образует экран перед отверстием короткого канала 8 в радиальном направлении и продолжен вперед в направлении вращения крышки 5. Радиальное расстояние от колпака 13а до крышки 5 остается меньше значения, по существу эквивалентного диаметру или поперечному размеру выходного сечения короткого канала 8.

Кроме того, это средство 13 отклонения содержит по меньшей мере одну заднюю часть 13b по направлению вращения крышки 5, которая предпочтительно проходит вдоль крышки 5 для обеспечения адаптации средства крепления, такого как винт или защелка.

Такое средство отклонения можно выполнить, например, посредством штамповки листа для получения колпака 13а, накрывающего выходное отверстие короткого канала 8, и креплений 13b.

Как показано на фиг. 5, при наличии этого средства 13 отклонения струя 10 выходит тангенциально к крышке 5 на уровне выхода короткого канала 8 через проход, образованный с колпаком 13а. Кроме того, тангенциальная составляющая VTʹ1 на выходе из колпака 13, перпендикулярная к радиальному направлению, увеличивается по сравнению со своим первоначальным значением VT1 на первоначальную радиальную скорость VR1, связанную с расходом масла в струе 10. Следовательно, когда масло достигает точки столкновения Mʹ на внутренней стенке картера 2, он имеет, по сравнению с предыдущим случаем, более высокую тангенциальную скорость VTʹ2, перпендикулярную к радиальному направлению в точке столкновения М, и более низкую радиальную скорость VRʹ2, чем при выполнении без колпака 13. Это дает одновременно выигрыш в приведении во вращение масла на стенке картера 2 и в снижении риска разбрызгивания.

В данном случае принцип изобретения представлен для частного варианта выполнения средства 13 тангенциального отклонения струи 10. Специалист в данной области может легко предусмотреть различные адаптируемые средства на выходе короткого канала 8 в крышке, чтобы продолжить этот канал изогнутой частью, отверстие которой направлено вперед по направлению скорости вращения крышки 5.

Предпочтительный вариант выполнения показан на фиг. 6 в случае, когда крышка 5 содержит два кольцевых корпуса 5а, 5b, соединяющихся в осевом направлении по плоскости соединения, поперечной к оси А вращения. Предпочтительно плоскость соединения соответствует поперечной плоскости Р, где находятся короткие каналы 8.

В данном случае корпуса 5а, 5b соединены фланцами, содержащими поперечное кольцо 15а на конце первого корпуса 5а и поперечное кольцо 15b на конце другого корпуса 5b. Классически каждое кольцо 15а, 15b проходит радиально на расстояние, превышающее толщину корпусов, при этом один корпус 15а содержит поперечную сторону 16а, взаимодействующую с поперечной стороной 16b другого кольца 15b фланца, закрывая пространство между двумя кольцами 15а, 15b и соединяя эти кольца. Обе стороны 16а, 16b прижимаются друг к другу болтами или винтами 17. Механическое удержание двух корпусов 5а, 5b прижатыми друг к другу обеспечивается за счет радиальной протяженности колец 15а, 15b фланца.

В этом варианте выполнения поперечные стороны 16а и 16b колец 15а, 15b фланца механически обработаны таким образом, чтобы оставить между ними пространства, образующие радиальные короткие каналы 8, как показано на фиг. 6 в разрезе по меридиональной плоскости, проходящей через один из этих каналов 8.

Можно отметить, что, кроме того, что граница раздела между фланцами 15а, 15b является удобным местом для выполнения проходов 8 для масла через крышку, фланцы 15а, 15b образуют также зону максимальной толщины крышки 5 с учетом радиальной протяженности колец 15а, 15b. Таким образом, короткие каналы 8 имеют более значительную протяженность, чем если бы они были выполнены в другом месте, что позволяет им более эффективно увлекать масло в движение вращения крышки 5.

Кроме того, в этом варианте выполнения каждое кольцо 15а, 15b содержит на своем радиальном конце окружной паз 18а, 18b, ориентированный в осевом направлении и обращенный к границе раздела между фланцами 15а, 15b. Соответственно, на периферии колец 15а, 15b фланца установлен бандаж 19, закрепленный на этих кольцах посредством введения его боковых краев в упомянутые пазы 18а, 18b. Этот бандаж 19 может образовать дополнительное уплотнительное средство на соединении между двумя кольцами 15а, 15b фланца. Предпочтительно бандаж 19 имеет больший радиус в своей центральной части, чтобы масло больше концентрировалось в центре.

Колпаки 13а средств 13 отклонения выполнены на бандаже напротив каждого короткого канала 8 фланца 15. Предпочтительно этот бандаж имеет угловую разметку для обеспечения позиционирования карманов напротив каждого короткого канала. Их форма в разрезе по поперечной плоскости, как показано на фиг. 7, в принципе соответствует форме, показанной на фиг. 5.

Поскольку бандаж 19 образует ленту, упомянутые колпаки 13 можно легко выполнять, например, посредством штамповки на этой ленте до их крепления на фланцах 15а, 15b.

Кольцевая маслосборная крышка агрегата газотурбинного двигателя, выполненная с возможностью расположения вокруг агрегата и с возможностью вращения вокруг оси, содержит сквозные отверстия для радиального прохождения масла за счет центробежного эффекта, а также средства отклонения масла. Средства отклонения масла расположены на выходе отверстий и выполнены с возможностью придания маслу выходной скорости, ориентированной в направлении, по существу поперечном к оси и по существу тангенциальном, перпендикулярном к радиальному направлению, на уровне упомянутого выхода. Другие изобретения группы относятся к узлу, содержащему агрегат газотурбинного двигателя и указанную выше крышку, и к газотурбинному двигателю, содержащему указанную выше крышку и/или упомянутый узел. Группа изобретений позволяет ограничить разбрызгивание масла. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Кольцевая маслосборная крышка для агрегата газотурбинного двигателя, при этом крышка (5) выполнена с возможностью расположения вокруг агрегата (1) и с возможностью вращения вокруг оси (А), при этом крышка (5) содержит сквозные отверстия (8) для радиального прохождения масла за счет центробежного эффекта, отличающаяся тем, что содержит средства (13) отклонения масла на выходе отверстий (8), выполненные с возможностью придания ему выходной скорости, ориентированной в направлении, по существу поперечном к оси (а) и по существу тангенциальном, перпендикулярном к радиальному направлению, на уровне упомянутого выхода.

2. Крышка по предыдущему пункту, в которой средства (13) отклонения выполнены с возможностью образования экрана в радиальном направлении на уровне упомянутого выхода.

3. Крышка по предыдущему пункту, в которой средства (13) отклонения выполнены с возможностью образования на выходе каждого отверстия (8) колена, содержащего выходной проход для масла, ориентированный в упомянутом тангенциальном направлении.

4. Крышка по предыдущему пункту, в которой средства (13) отклонения для каждого отверстия содержат колпак (13а), расположенный на выходе упомянутого отверстия (8).

5. Крышка по предыдущему пункту, в которой радиальная протяженность упомянутого колпака (13а) меньше его тангенциальной протяженности.

6. Крышка по одному из предыдущих пунктов, в которой упомянутые отверстия (8) распределены в поперечной плоскости (Р), соответствующей сечению с максимальным диаметром крышки.

7. Крышка по одному из пп. 1-5, в которой упомянутые отверстия (8) образуют короткие каналы по существу радиальной ориентации в толщине стенки упомянутой крышки (5).

8. Крышка по предыдущему пункту, в которой упомянутая крышка окружена бандажом (19), который накрывает все упомянутые отверстия (8), и в которой средства (13) отклонения масла образованы открытыми карманами (13а) в упомянутом бандаже.

9. Крышка по п. 8, в которой открытые карманы получены посредством штамповки.

10. Крышка по п. 1, содержащая два кольцевых корпуса (5а, 5b), соединенные кольцевыми фланцами (15а, 15b) в поперечной плоскости (Р), при этом упомянутые фланцы (15а, 15b) выполнены таким образом, что образуют между собой упомянутые сквозные отверстия (8).

11. Крышка по п. 10, в которой фланцы (15а, 15b) образуют два кольцевых паза (18а, 18b), расположенные друг против друга и выполненные с возможностью удержания упомянутого бандажа (19).

12. Узел, содержащий агрегат (1) газотурбинного двигателя и крышку (5) по одному из предыдущих пунктов, при этом упомянутый агрегат (1) является редуктором.

13. Газотурбинный двигатель, содержащий крышку по одному из пп. 1-11 и/или узел (5, 1) по п. 12.