УЗЕЛ ДВУХПОТОЧНОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ С ЭПИЦИКЛОИДАЛЬНЫМ ИЛИ ПЛАНЕТАРНЫМ РЕДУКТОРОМ Российский патент 2022 года по МПК F02C3/107 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к узлу двухкаскадного турбореактивного двигателя, объединяющему эпициклоидальный или планетарный редуктор.

Предшествующий уровень техники

В таком двигателе 1, представленном на фиг. 1, воздух втягивается в канал 2 воздухозаборника, чтобы проходить через вентилятор 3, включающий в себя последовательность вращающихся лопастей, перед разделением на центральный первичный поток и вторичный поток, окружающий первичный поток.

Затем первичный поток сжимается на ступенях 4 и 6 компрессии до достижения камеры 7 сгорания, после которой он расширяется через турбину 8 высокого давления и турбину 9 низкого давления перед выпуском назад. В свою очередь, вторичный поток продвигается непосредственно назад вентилятором по пути потока, определенном корпусом 11.

Такой двигатель двухкаскадного типа включает в себя так называемый каскад низкого давления, посредством которого вентилятор 3 соединяется с турбиной низкого давления, и так называемый каскад высокого давления, посредством которого компрессор соединяется с турбиной высокого давления, эти два каскада являются соосными и вращательно независимыми друг от друга.

Благодаря редуктору, расположенному между турбиной низкого давления и вентилятором, турбина низкого давления вращается быстрее вентилятора, приводимого ею, для того, чтобы увеличивать эффективность. В этой конфигурации каскад низкого давления включает в себя центральный вал для привода вентилятора и ротор, несущий турбину низкого давления, в то же время соединяясь с центральным валом через редуктор.

Каскады высокого давления и низкого давления удерживаются подшипниками, поддерживаемыми конструктивными элементами двигателя. На практике, каскад низкого давления является критичным элементом узла, поскольку его центральный вал протягивается практически по всей длине двигателя, так что во время работы, т.е., когда он вращается, он может подвергаться режимам колебаний, которые могут вести к разрушению двигателя. В частности, вследствие своей значительной длины первый режим изгибных колебаний центрального вала лежит в его рабочем диапазоне, т.е., в диапазоне частот, соответствующих его частотам вращения.

Эта ситуация требует выполнения высокоскоростной балансировки центрального вала, а также предоставления подшипников, которые являются приспособленными для гашения его режимов колебаний, чтобы ограничивать возможные разбалансировки. Такие подшипники, в целом, называемые акронимом SFD, означающим "демпферами на основе сжатой пленки", включают в себя неподвижную мягкую обойму, несущую подшипник, принимающий центральный вал, и вокруг которого поддерживается гидравлическое давление, этот тип подшипника является дорогостоящим для реализации.

Изобретение имеет целью предоставление сборочных решений, предоставляющих возможность улучшения удерживания вращающихся элементов низкого давления, чтобы ограничивать использование сложных подшипников для гашения режимов колебаний.

Раскрытие изобретения

Для этого целью изобретения является двухконтурного турбореактивный двигатель, включает в себя центральный вал, соосно окруженный, с одной стороны, ротором низкого давления и, с другой стороны, каскадом высокого давления, соосными друг с другом, каскад высокого давления является вращательно независимым от ротора низкого давления и центрального вала, этот турбореактивный двигатель включает в себя от верхнего по потоку фрагмента к нижнему по потоку фрагменту согласно направлению циркуляции потока, который проходит через него, когда он работает:

- вентилятор, приводимый в действие центральным валом;

- компрессор низкого давления, поддерживаемый ротором низкого давления;

- межкомпрессорный корпус;

- компрессор высокого давления и турбину высокого давления, принадлежащие каскаду высокого давления;

- межтурбинный корпус;

- турбину низкого давления, поддерживаемую ротором низкого давления;

- выхлопной корпус;

этот турбореактивный двигатель дополнительно включает в себя:

- верхний по потоку подшипник ротора, поддерживаемый межкомпрессорным корпусом, и который вращательно направляет ротор низкого давления;

- нижний по потоку подшипник ротора, поддерживаемый выхлопным корпусом, и который вращательно направляет ротор низкого давления;

- редуктор, через который ротор низкого давления приводит в действие центральный вал, этот редуктор размещается ниже по потоку от нижнего по потоку подшипника ротора;

- нижний по потоку подшипник вала, который вращательно направляет центральный вал, в то же время размещаясь ниже по потоку от нижнего по потоку подшипника ротора.

С таким узлом скорость центрального вала уменьшается, и его длина увеличивается благодаря подшипнику вала, расположенному ниже по потоку, что помогает снижению частот его обычных режимов, чтобы отводить их далеко от частот вращения. Снижение этой скорости центрального вала также предоставляет возможность увеличения диаметра вентилятора без чрезмерного увеличения скорости концов лопастей этого вентилятора.

Изобретение также относится к турбореактивному двигателю по определению, при этом редуктор размещается ниже по потоку, по меньшей мере, от одного радиального кронштейна для прохождения инженерных коммуникаций, принадлежащих выхлопному корпусу, и связывания внутреннего кожуха выхлопного корпуса с внешним кожухом этого выхлопного корпуса.

Изобретение также относится к турбореактивному двигателю по определению, при этом нижний по потоку подшипник центрального вала является межвальным подшипником, который окружает центральный вал, и который является окруженным ротором низкого давления.

Изобретение также относится к турбореактивному двигателю по определению, при этом нижний по потоку подшипник центрального вала поддерживается выпускным корпусом, в то же время размещаясь ниже по потоку от редуктора.

Изобретение также относится к турбореактивному двигателю по определению, содержащему средний подшипник низкого давления, поддерживаемый межтурбинным корпусом и принимающий ротор низкого давления.

Изобретение также относится к турбореактивному двигателю по определению, содержащему выпускной конус, поддерживаемый выхлопным корпусом, и при этом нижний по потоку подшипник вала размещается во внутреннем пространстве выпускного конуса.

Изобретение также относится к турбореактивному двигателю по определению, при этом редуктор размещается внутри внутреннего пространства.

Изобретение также относится к турбореактивному двигателю по определению, при этом редуктор является эпициклоидальным редуктором, содержащим:

- сателлиты, поддерживаемые водилом сателлитов, которое поддерживается центральным валом;

- внутреннее коронное зубчатое колесо, которое поддерживается ротором низкого давления;

- внешнее коронное зубчатое колесо, которое поддерживается выхлопным корпусом;

- каждый сателлит зацепляется с внутренним коронным зубчатым колесом и внешним коронным зубчатым колесом.

Изобретение также относится к турбореактивному двигателю по определению, при этом редуктор является планетарным редуктором, содержащим:

- сателлиты, поддерживаемые водилом сателлитов, которое поддерживается выхлопным корпусом;

- внутреннее коронное зубчатое колесо, которое поддерживается ротором низкого давления;

- внешнее коронное зубчатое колесо, которое поддерживается центральным валом;

- каждый сателлит зацепляется с внутренним коронным зубчатым колесом и внешним коронным зубчатым колесом.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 - это вид в продольном сечении известного двухконтурного двухкаскадного турбореактивного двигателя;

Фиг. 2 - это схематичный вид в продольном разрезе архитектуры турбореактивного двигателя согласно изобретению;

Фиг. 3 - это схематичное представление в продольном разрезе заднего фрагмента турбореактивного двигателя согласно изобретению;

Фиг. 4 - это схематичное представление в продольном разрезе заднего фрагмента турбореактивного двигателя в соответствии с вариантом изобретения;

Фиг. 5 - это схематичное представление охлаждения выпускного конуса в архитектуре согласно изобретению.

Подробное описание конкретных вариантов осуществления

Как схематично представлено на фиг. 2, двигатель согласно изобретению характеризует архитектура, содержащая вентилятор 13 в ее верхнем по потоку фрагменте AM, который приводится во вращение центральным валом AC, проходящим по большей части длины двигателя, от верхнего по потоку фрагмента AM до нижнего по потоку фрагмента AV, определенного относительно направления циркуляции потока в этом двигателе, в соответствии с обычными условиями.

За вентилятором 13 следует компрессор 14 низкого давления, который принадлежит ротору RB низкого давления, окружающему центральный вал AC, за этим компрессором 14 низкого давления следует компрессор 16 высокого давления, чтобы сжимать поток, прежде чем он втягивается в непредставленную камеру сгорания, расположенную непосредственно ниже по потоку от этого компрессора 16 высокого давления.

После прохождения в камеру сгорания текучая среда расширяется через турбину 17 высокого давления, которая приводит в действие компрессор 16. Лопасти компрессора 16 высокого давления и турбины 17 высокого давления поддерживаются одним и тем же каскадом CH высокого давления или целиком выполняются с последним. Этот каскад CH высокого давления протягивается в центральной области двигателя по оси AX, он окружает ротор RB низкого давления, в то же время являясь полностью вращательно независимым от него.

После прохождения через турбину 17 высокого давления текучая среда переходит в непредставленный межтурбинный корпус, перед прохождением через турбину 19 низкого давления, и затем выпускается через выхлопной корпус 21.

Межтурбинный корпус включает в себя концентрические внешний кожух и внутренний кожух, ограничивающие между собой кольцевое пространство для прохождения первичного потока, а также набор неподвижных радиальных лопастей, каждая связывает внешний кожух с внутренним кожухом и предоставляет возможность раскручивания первичного потока. Аналогично, выхлопной корпус 21 включает в себя концентрические внешний кожух и внутренний кожух, ограничивающие кольцевое пространство для прохождения распространившегося первичного потока, а также набор неподвижных радиальных кронштейнов, каждый связывает эти два кожуха друг с другом.

Турбина 19 низкого давления и компрессор 14 низкого давления поддерживаются ротором RB низкого давления таким образом, чтобы формировать один комплект с последним, и этот ротор низкого давления вращательно связывается с центральным валом AC эпициклоидальным редуктором 22, расположенной в нижнем по потоку фрагменте AV. Таким образом, ротор RB низкого давления вращается быстрее вентилятора 13, что предоставляет возможность улучшения эффективности двигателя.

Выхлопной корпус 21 поддерживает выпускной конус 23, который закрывает нижнюю по потоку область двигателя, расположенную радиально внутрь от пути первичного потока, этот выпускной конус 23 протягивается вниз по потоку. Редуктор 22 размещается внутри внутреннего пространства E, ограниченного выхлопным корпусом 21 и выпускным конусом 23, продолжающим этот корпус 21.

Ротор RB низкого давления удерживается и вращательно направляется верхним по потоку подшипником 24, расположенным выше по потоку от компрессора 16 высокого давления, в то же время поддерживаясь непредставленным межкомпрессорным корпусом, протягивающимся между компрессорами 14 и 16, и нижним по потоку подшипником 26, расположенным между этой турбиной 19 низкого давления и редуктором 22, в то же время поддерживаясь выхлопным корпусом 21.

Преимущественно, дополнительный средний подшипник 27 предусматривается между турбиной 17 высокого давления и турбиной 19 низкого давления, в то же время поддерживаясь непредставленным межтурбинным корпусом, расположенным между турбинами 17 и 19, чтобы удерживать ротор RB низкого давления в этой области. Таким образом, верхний по потоку подшипник 24 размещается выше по потоку от каскада CH высокого давления, тогда как средний 27 и нижний по потоку 26 подшипники размещаются ниже по потоку от каскада CH высокого давления.

По меньшей мере, один из двух подшипников 24 и 26 является упорным подшипником, т.е., принимающим осевое усилие, формируемое турбиной 19 низкого давления, чтобы переносить его на конструкцию двигателя.

Редуктор 22 из примера на фиг. 2 и 3 является эпициклоидальным редуктором. Она включает в себя сателлиты 28, окружающие внутреннее коронное зубчатое колесо 29 и окруженные внешним коронным зубчатым колесом 31, каждый зацепляется с этими двумя коронными зубчатыми колесами, эти сателлиты 28 поддерживаются водилом 32 сателлитов.

Водило 32 сателлитов является вращательно подвижным, в то же время являясь надежно прикрепленным к центральному валу AC. В свою очередь, внутреннее коронное зубчатое колесо 29 жестко прикрепляется к ротору RB низкого давления, тогда как внешнее коронное зубчатое колесо 31 жестко прикрепляется к выхлопному корпусу 21, в то же время поддерживаясь последним.

Также является возможным предоставлять редуктор планетарного типа. В случае, который представлен на фиг. 4, редуктор 22' включает в себя водило 32' сателлитов, которое является вращательно неподвижным, в то же время поддерживаясь выхлопным корпусом, и внешнее коронное зубчатое колесо 31 надежно прикрепляется к центральному валу AC. В свою очередь, внутреннее коронное зубчатое колесо 29 является жестко прикрепленным к ротору RB низкого давления как в случае с эпициклоидальным редуктором.

Центральный вал AC поддерживается и вращательно направляется верхним по потоку подшипником 33 вала, расположенным в верхнем по потоку фрагменте двигателя, и нижним по потоку подшипником 34 вала, который размещается ниже по потоку от редуктора 22, в то же время поддерживаясь выхлопным корпусом 21. Как показано на фиг. 2, верхний по потоку подшипник 33 размещается между вентилятором 13 и компрессором 14 низкого давления, нижний по потоку подшипник 34 вала размещается во внутреннем пространстве E выпускного конуса 23, ниже по потоку от редуктора 22.

В примере на фиг. 1 нижний по потоку подшипник 34 центрального вала является неподвижным подшипником, поддерживаемым выхлопным корпусом 21, в то же время размещаясь ниже по потоку от редуктора 22. Дополнительно, или альтернативно, как представлено на фиг. 3, нижний по потоку подшипник 34 центрального вала может быть межвальным подшипником, который окружает вал AC, чтобы удерживать его и вращательно направлять его, в то же время являясь окруженным ротором RB, и в то же время размещаясь ниже по потоку от нижнего по потоку подшипника 26 ротора. В этой конфигурации нижний по потоку фрагмент центрального вала AC, таким образом, удерживается через ротор RB низкого давления, а не непосредственно выхлопным корпусом 21.

Как схематично представлено на фиг. 5, охлаждение внутреннего пространства E выпускного конуса преимущественно обеспечивается, благодаря одному или нескольким радиальным кронштейну(ам) 38 выхлопного корпуса 21, через которые охлаждающий воздух, происходящий из пути вторичного потока, переносится. Охлаждающий воздух затем разделяется по прибытии во внутреннее пространство E на первый поток, обеспечивающий охлаждение самого конуса 23, и второй поток, охлаждающий компоненты, расположенные во внутреннем пространстве.

Преимущественно, стенка конуса 23 выполнена как двойная стенка для того, чтобы ограничивать пространство кругового вращения, в котором первый поток циркулирует, с тем, чтобы охлаждать более эффективно эту стенку, которая непосредственно подвергается воздействию первичного потока, выходящего из выхлопного корпуса 21.

Преимущественно, редуктор полностью устанавливается в выпускном конусе 23, ниже по потоку от турбины низкого давления и, в частности, ниже по потоку от радиальных кронштейнов 38 выхлопного корпуса 21, чтобы сдвигать центр тяжести двигателя вниз. В отличие от неподвижных лопастей, которые могут оборудовать выхлопной корпус, такие радиальные кронштейны имеют конструктивную функцию, и один или более этих радиальных кронштейнов служат в качестве прохода для инженерных коммуникаций, т.е., передачи механической команды или прочего между внутренней стороной и внешней стороной этого выхлопного корпуса.

Этот узел редуктора ниже по потоку от радиальных кронштейнов является предпочтительным с учетом консольно закрепленного веса двигателя, установленного под крылом летательного аппарата. С этой же целью, подшипники 26, 27 и 34 предпочтительно размещаются продольно наиболее близко к радиальным кронштейнам 38.

В целом, изобретение предоставляет возможность отвести собственные частоты вращающихся элементов низкого давления от их частот вращения. Таким образом, это предоставляет возможность ограничения реализации сложных подшипников, таких как SFD-подшипники, и снижения точности балансировки, требуемой для каскада низкого давления.

Изобретение относится к турбореактивному двигателю, включающему в себя вал (AC), окруженный ротором (RB) низкого давления, окруженным соосным и независимым каскадом (CH) высокого давления, этот турбореактивный двигатель включает в себя от верхнего по потоку фрагмента (AM) к нижнему по потоку фрагменту (AV): вентилятор, приводимый в действие валом (AC); компрессор низкого давления, поддерживаемый ротором (RB); межкомпрессорный корпус; компрессор высокого давления и турбину высокого давления, принадлежащие к каскаду (CH) высокого давления; межтурбинный корпус (18); турбину (19) низкого давления, поддерживаемую ротором (RB); выхлопной корпус (21); этот турбореактивный двигатель включает в себя: верхний по потоку подшипник (24) ротора, поддерживаемый межкомпрессорным корпусом; нижний по потоку подшипник (26) ротора, поддерживаемый выхлопным корпусом (21); редуктор (22) ниже по потоку от нижнего по потоку подшипника (26), через который ротор (RB) приводит в действие вал (AC); нижний по потоку подшипник (34) вала ниже по потоку от нижнего по потоку подшипника (26) ротора. Достигается возможность улучшения удерживания вращающихся элементов низкого давления, чтобы ограничивать использование сложных подшипников для гашения режимов колебаний. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Двухконтурный турбореактивный двигатель, включающий в себя центральный вал (AC), соосно окруженный с одной стороны ротором (RB) низкого давления и с другой стороны каскадом (CH) высокого давления, соосными друг с другом, каскад (CH) высокого давления является вращательно независимым от ротора (RB) низкого давления и центрального вала (AC), этот турбореактивный двигатель включает в себя от выше по потоку (AM) к ниже по потоку (AV) согласно направлению циркуляции потока, который проходит через него, когда он работает:

вентилятор (13), приводимый в действие центральным валом (AC);

компрессор (14) низкого давления, поддерживаемый ротором (RB) низкого давления;

межкомпрессорный корпус;

компрессор (16) высокого давления и турбину (17) высокого давления, принадлежащие к каскаду (CH) высокого давления;

межтурбинный корпус (18);

турбину (19) низкого давления, поддерживаемую ротором (RB) низкого давления;

выхлопной корпус (21) для прохождения первичного потока;

этот турбореактивный двигатель дополнительно включает в себя:

верхний по потоку подшипник (24) ротора, поддерживаемый и прикрепленный к межкомпрессорному корпусу, и верхний по потоку подшипник (24) ротора вращательно направляет ротор (RB) низкого давления;

нижний по потоку подшипник (26) ротора, поддерживаемый и прикрепленный к выхлопному корпусу (21), и нижний по потоку подшипник (26) ротора вращательно направляет ротор (RB) низкого давления;

редуктор (22, 22'), через который ротор (RB) низкого давления приводит в действие центральный вал (AC), этот редуктор расположен ниже по потоку от нижнего по потоку подшипника (26) ротора;

нижний по потоку подшипник (34) вала, который вращательно направляет центральный вал (AC), при этом расположенный ниже по потоку от нижнего по потоку подшипника (26) ротора.

2. Турбореактивный двигатель по п. 1, в котором редуктор (22, 22') расположен ниже по потоку от по меньшей мере одного радиального кронштейна (38) для прохождения инженерных коммуникаций, принадлежащих выхлопному корпусу (21) и связывающих внутренний кожух выхлопного корпуса (21) с внешним кожухом этого выхлопного корпуса (21).

3. Турбореактивный двигатель по п. 1 или 2, в котором нижний по потоку подшипник (34) центрального вала является межвальным подшипником, который окружает центральный вал (AC) и который является окруженным ротором (RB) низкого давления.

4. Турбореактивный двигатель по п. 1 или 2, в котором нижний по потоку подшипник (34) центрального вала поддерживается выхлопным корпусом (21) и при этом расположен ниже по потоку от редуктора (22, 22').

5. Турбореактивный двигатель по одному из предшествующих пунктов, содержащий средний подшипник (27) низкого давления, поддерживаемый межтурбинным корпусом (18) и принимающий ротор (RB) низкого давления.

6. Турбореактивный двигатель по одному из предшествующих пунктов, содержащий выпускной конус (23), поддерживаемый выхлопным корпусом (21), и при этом нижний по потоку подшипник (34) вала расположен во внутреннем пространстве (E) выпускного конуса (23).

7. Турбореактивный двигатель по одному из предшествующих пунктов, в котором редуктор (22, 22') расположен внутри внутреннего пространства (E) выпускного конуса (23).

8. Турбореактивный двигатель по одному из предшествующих пунктов, в котором редуктор (22) является эпициклоидальным редуктором (22), содержащим:

сателлиты (28), поддерживаемые водилом (32) сателлитов, которое вращательно направляется центральным валом (AC);

внутреннее коронное зубчатое колесо (29), которое поддерживается ротором (RB) низкого давления;

внешнее коронное зубчатое колесо (31), которое поддерживается выхлопным корпусом (21);

каждый сателлит (28) зацепляется с внутренним коронным зубчатым колесом (29) и внешним коронным зубчатым колесом (31).

9. Турбореактивный двигатель по одному из предшествующих пунктов, в котором редуктор (22’) является планетарным редуктором, содержащим:

сателлиты (28), поддерживаемые водилом (32') сателлитов, которое поддерживается выхлопным корпусом (21);

внутреннее коронное зубчатое колесо (29), которое поддерживается ротором (RB) низкого давления;

внешнее коронное зубчатое колесо (31), которое поддерживается центральным валом (AC);

каждый сателлит (28) зацепляется с внутренним коронным зубчатым колесом (29) и внешним коронным зубчатым колесом (31).