ТРАНСМИССИОННЫЙ ВАЛ, СОДЕРЖАЩИЙ РАЗРЫВНУЮ СЕКЦИЮ, И СПОСОБ ЗАЩИТЫ ТАКОГО ТРАНСМИССИОННОГО ВАЛА ОТ ПРЕВЫШЕНИЯ КРУТЯЩЕГО МОМЕНТА Российский патент 2023 года по МПК F16C3/02 F02C7/32 F16D9/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к трансмиссионному валу газотурбинного двигателя, к газотурбинному двигателю, содержащему такой трансмиссионный вал, а также к способу защиты такого трансмиссионного вала от превышения крутящего момента.

Уровень техники

Уровень техники представлен, в частности, патентными заявками US-А1-2010/111691, ЕР-А2-1 199 441 и ЕР-А1-3 205 840.

Классически авиационный газотурбинный двигатель, например, турбореактивный двигатель, содержит от входа к выходу по направлению прохождения газов вентилятор, один или несколько последовательно расположенных компрессоров, например, компрессор низкого давления и компрессор высокого давления, камеру сгорания, одну или несколько турбин, например, турбину низкого давления и турбину высокого давления, и сопло.

Вентилятор создает воздушный поток, часть которого питает вышеупомянутые органы газотурбинного двигателя и образует первичный поток в первичном проточном тракте, а другая часть проходит во вторичном проточном тракте, который расположен вокруг первичного проточного тракта, и образует вторичный воздушный поток, создающий основную часть тяги газотурбинного двигателя. Компрессор выполнен с возможностью повышать давление воздуха, который после этого поступает в камеру сгорания. В камере сгорания воздух смешивается с топливом и сгорает. Затем газообразные продукты сгорания проходят через турбину, которая обеспечивает приведение во вращение компрессора, отбирая часть энергии давления газов, выходящих из камеры сгорания, и преобразуя ее в механическую энергию. Сопло позволяет удалять отработавшие газы тоже для создания тяговой силы газотурбинного двигателя.

В некоторых вариантах архитектуры газотурбинного двигателя между турбиной низкого давления и вентилятором устанавливают редуктор для обеспечения работы турбины и вентилятора на разных режимах, при этом турбина имеет более высокую скорость вращения, чем вентилятор.

В частности, ротор турбины низкого давления связан с вентилятором через редуктор, через вал, который соединяет ротор турбины низкого давления с редуктором, и через вал, который соединяет редуктор с вентилятором. Осевое положение вала определяется, в частности, упорным подшипником, обеспечивающим удержание вала в осевом направлении и позволяющим избегать любого перемещения вдоль его оси, и его соединением с редуктором.

Как известно, турбореактивный двигатель с редуктором требует наличия гибких зон на линии трансмиссии от вала турбины низкого давления до редуктора, чтобы изолировать вибрационные явления от других элементов турбореактивного двигателя. Как правило, гибкую зону выполняют на входном валу редуктора.

Для выполнения этой гибкой зоны было предложено выполнять сильфоны на входном валу редуктора. В частности, входной вал редуктора поделен на два участка, которые соединены между собой сильфонами.

В заявке FR-А1-2 909 146 было предложено также устройство соединения двух вращающихся валов, содержащее прямолинейные шлицы, выполненные на одном из вращающихся валов и заходящие в комплементарные прямолинейные шлицы, выполненные на другом из вращающихся валов, и содержащее более гибкую цилиндрическую часть на другом из вращающихся валов. Цилиндрическая часть имеет отверстия, число, расположение и размеры которых определены таким образом, чтобы калибровать гибкость цилиндрической части.

В этих вариантах архитектуры газотурбинного двигателя необходимо также предохранять трансмиссионный вал от превышения крутящего момента, связанного с резким заклиниванием в редукторе, и, в частности, в случае использования гладких подшипников для сателлитов редуктора. Действительно, в случае резкого заклинивания одного из этих гладких подшипников турбина низкого давления с учетом своей инерции и своей скорости вращения в момент, предшествующий заклиниванию, создает практически бесконечный крутящий момент, который может привести к разрыву линии трансмиссии между турбиной низкого давления и редуктором.

Чтобы повысить безопасность внутри газотурбинного двигателя, необходимо контролировать эту зону разрыва, а также крутящий момент разрыва линии трансмиссии.

В заявке US-А1-2017/0175753 было предложено включить разрывную секцию в линию трансмиссии на выходе редуктора. В частности, эта заявка касается газотурбинного двигателя, содержащего средство разъединения, которое расположено между редуктором и валом турбины низкого давления и которое выполнено с возможностью отсоединять редуктор от вала турбины низкого давления в ответ на превышение определенного противодействующего крутящего момента, которым действует редуктор на вал турбины низкого давления.

В заявке FR-А-3 015 570 было предложен также газотурбинный двигатель с не капотированными винтами противоположного вращения, содержащий внутренний картер, неподвижно соединенный во вращении с наружным картером, расположенным вокруг упомянутого внутреннего картера, и радиальные средства удержания наружного картера относительно внутреннего картера, которые позволяют передавать радиальные усилия от внутреннего картера на наружный картер. Радиальные средства удержания содержат устройство осевого разъединения, расположенное между внутренним и наружным картерами, имеющее выемки и обеспечивающее разъединение и, следовательно, ослабление осевых деформаций, передаваемых радиальными средствами удержания от внутреннего картера на наружный картер.

Можно также выполнить разрывную секцию на гибком входном валу редуктора. Однако длина входного вала редуктора непосредственно влияет на габарит газотурбинного двигателя, следовательно, это решение приводит к увеличению габарита и массы газотурбинного двигателя.

Изобретение призвано предложить простое, экономичное и эффективное решение вышеупомянутых проблем.

В частности, изобретение позволяет реализовать предохранительную функцию на гибком входном валу редуктора без увеличения габарита газотурбинного двигателя.

Раскрытие изобретения

Для этого объектом изобретения является трансмиссионный вал авиационного газотурбинного двигателя, содержащий:

- первый участок, проходящий в продольном направлении вдоль оси и имеющий первый диаметр,

- второй участок, проходящий в продольном направлении вдоль упомянутой оси и имеющий второй диаметр, и

- средства соединения, соединяющие упомянутые первый и второй участки и выполненные с возможностью передавать крутящий момент от упомянутого второго участка на упомянутый первый участок, при этом упомянутые средства соединения содержат по меньшей мере один сильфон, содержащий:

- первую секцию, проходящую продольно вдоль упомянутой оси и имеющую диаметр, превышающий упомянутые первый и второй диаметры, и

- вторые секции, проходящие радиально к упомянутой оси и обрамляющие упомянутую первую секцию,

при этом трансмиссионный вал отличается тем, что упомянутая первая секция содержит по меньшей мере одну разрывную секцию, включающую в себя по меньшей мере одно сквозное отверстие и выполненную с возможностью разрываться, когда значение крутящего момента, действующего на упомянутый первый участок, превышает заранее определенное пороговое значение.

Предпочтительно разрывная секция выполнена таким образом, чтобы только она разрывала средства соединения для отсоединения первого участка от второго участка трансмиссионного вала, когда значение крутящего момента, действующего на первый участок трансмиссионного вала, превышает заранее определенное пороговое значение.

В частности, разрывная секция реализована за счет выполнения сквозного отверстия в первой секции средств соединения. Действительно, разрывная секция выполнена с возможностью разрываться на уровне сквозного отверстия в случае превышения крутящего момента на первом участке трансмиссионного вала, чтобы предохранить другие элементы линии трансмиссии.

Кроме того, это дает дополнительное преимущество, так как за счет центробежного эффекта на уровне первой секции может скапливаться масло, которое необходимо удалять, чтобы избегать дисбаланса масла или не создавать зоны задержания масла. Сквозное отверстие выполняет также роль отверстия для дренажа масла.

Таким образом, сквозное отверстие обеспечивает одновременно дренаж масла, которое может скапливаться на уровне первой секции, и предохранительную функцию, необходимую для защиты от превышения крутящего момента на первом участке трансмиссионного вала.

Поскольку первая секция подвергается напряжению кручения, выполнение сквозного отверстия в первой секции задает локальный эффект повышенного напряжения, в частности, на уровне периферии сквозного отверстия. Это явление позволяет реализовать предохранительную функцию в случае превышения крутящего момента на первом участке трансмиссионного вала.

Кроме того, это техническое решение позволяет не увеличивать осевой и радиальный габарит трансмиссионного вала и не увеличивать затраты по изготовлению трансмиссионного вала.

Таким, сильфон позволяет удовлетворить потребности в гибкости для динамики всего узла и для прерывания соединения.

Согласно изобретению, превышение крутящего момента представляет собой крутящий момент, который действует на первый участок и значение которого превышает заранее определенное пороговое значение.

Первый и второй участки могут иметь трубчатую форму. Первый диаметр, то есть диаметр первого участка, по существу, может быть равен диаметру второго участка. В варианте первый и второй диаметры могут быть разными.

Толщина первого и второго участков может превышать толщину вторых секций. Толщина вторых секций может превышать толщину первой секции.

Первая секция может иметь кольцевую форму. Диаметр первой секции может по меньшей мере в 1,5 раз превышать первый и второй диаметры.

Первая секция может содержать утоненную часть, толщина которой меньше толщины первой секции. В частности, утоненная часть может содержать разрывную секцию.

Утоненная часть может быть выполнена не более чем на 80% длины первой секции.

Разрывная секция может иметь кольцевую форму. В варианте разрывная секция может быть выполнена по меньшей мере на угловом секторе первой секции.

Разрывная секция может содержать множество сквозных отверстий. Сквозные отверстия могут быть равномерно распределены на разрывной секции вокруг оси.

Сквозное отверстие или каждое сквозное отверстие может иметь круглую или вытянутую форму.

Сквозное отверстие или каждое сквозное отверстие можно определить следующим образом:

(Формула 1)

где R_OText является радиально наружным расстоянием между упомянутым сквозным отверстием и упомянутой осью, R_OTint является радиально внутренним расстоянием между упомянутым сквозным отверстием и упомянутой осью, Kt является коэффициентом концентрации напряжения, создаваемого упомянутым сквозным отверстием, R_PSext является наружным радиусом между упомянутой первой секцией и упомянутой осью, R_PSint является внутренним радиусом между упомянутой первой секцией и упомянутой осью.

В частности, сквозное отверстие, размеры которого соответствуют вышеуказанному уравнению, является отверстием, выполненным с возможностью обеспечивать предохранительную функцию.

Толщину первой секции, число и размеры сквозных отверстий можно калибровать, чтобы оптимизировать дренаж масла из первой секции и предохранительную функцию.

Средства соединения могут содержать множество сильфонов. Каждый сильфон может содержать:

- первую секцию, расположенную продольно вдоль упомянутой оси и имеющую диаметр, превышающий упомянутые первый и второй диаметры, и

- вторые секции, расположенные радиально к упомянутой оси и обрамляющие упомянутую первую секцию.

По меньшей мере для одного из сильфонов, называемого первым сильфоном, первая секция упомянутого сильфона может иметь по меньшей мере одну разрывную секцию, содержащую по меньшей мере одно сквозное отверстие и выполненную с возможностью разрываться, когда значение крутящего момента, действующего на упомянутый первый участок, превышает заранее определенное пороговое значение. Сквозное отверстие, выполненное с возможностью выполнять предохранительную функцию, может также выполнять роль отверстия для дренажа масла.

Для других сильфонов, называемых вторыми сильфонами, первая секция упомянутых сильфонов может содержать по меньшей мере одно отверстие дренажа масла. Отверстие дренажа масла не может выполнять предохранительную функцию сквозных отверстий.

В частности, первая секция каждого сильфона может иметь по меньшей мере одну разрывную секцию, содержащую сквозное отверстие и выполненную с возможностью разрываться, когда значение крутящего момента, действующего на упомянутый первый участок, превышает заранее определенное пороговое значение.

Первый участок может иметь первый конец, содержащий зубья зацепления и выполненный с возможностью соединения с редуктором, и второй конец, соединенный с упомянутыми средствами соединения.

Второй участок может иметь первый конец, содержащий шлицы и выполненный с возможностью соединения с вторым трансмиссионным валом, и второй конец, соединенный с упомянутыми средствами соединения.

Объектом изобретения является также авиационный газотурбинный двигатель, содержащий:

- заявленный трансмиссионный вал,

- редуктор, соединенный с упомянутым первым участком, и

- второй трансмиссионный вал, соединенный с упомянутым вторым участком.

Таким образом, данное техническое решение позволяет обеспечить функцию разъединения при превышении крутящего момента, чтобы защищать линию трансмиссии в случае резкого заклинивания в редукторе, соединенном с трансмиссионным валом, будучи при этом совместимым с гибкой зоной на входе редуктора и обеспечивая дренаж масла, которое может скапливаться в гибкой зоне.

Объектом изобретения является также способ защиты от превышения крутящего момента заявленного трансмиссионного вала газотурбинного двигателя, содержащий этап разрыва разрывной секции, когда значение крутящего момента, действующего на первый участок, превышает заранее определенное пороговое значение.

Краткое описание фигур

Изобретение, его другие детали, признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - схематичный вид в осевом разрезе заявленного газотурбинного двигателя.

Фиг. 2 - схематичный вид в осевом разрезе части заявленного газотурбинного двигателя.

Фиг. 3 - схематичный вид в осевом разрезе заявленного трансмиссионного вала.

Фиг. 4а, 4b, 4c и 4d - виды в перспективе части трансмиссионного вала согласно вариантам выполнения изобретения.

Фиг. 5а - схематичный вид части трансмиссионного вала, показанного в разрезе по линии А-А фиг. 4а.

Фиг. 5b - схематичный вид части трансмиссионного вала, показанного в разрезе по линии В-В фиг. 4с.

Подробное описание изобретения

На фиг. 1 показан авиационный газотурбинный двигатель 10, например, двухконтурный и двухкорпусной турбореактивный двигатель. От входа к выходу по направлению прохождения потока газов в газотурбинном двигателе, показанному стрелкой F, газотурбинный двигатель 10 содержит вентилятор 12, компрессор 14 низкого давления, компрессор 16 высокого давления, кольцевую камеру сгорания (не показана), турбину высокого давления (не показана) и турбину низкого давления (не показана).

Роторы компрессора 16 высокого давления и турбины высокого давления соединены через вал 18 высокого давления и образуют вместе с ним корпус высокого давления. Точно так же, роторы компрессора 14 низкого давления и турбины низкого давления соединены между собой валом низкого давления и образуют вместе с ним корпус низкого давления. Валы 18, 20 высокого давления и низкого давления расположены вдоль продольной оси А газотурбинного двигателя 10.

Вентилятор 12 содержит лопасти 22, соединенные с валом 24 вентилятора. Вал 24 вентилятора может быть связан во вращении с валом 20 низкого давления через редуктор 26, например, с эпициклоидной передачей. Редуктор 26 зацепляется, с одной стороны, с валом 20 низкого давления через шлицы, которые вращают планетарную зубчатую шестерню, и, с другой стороны, с валом 24 вентилятора, который связан с водилом. Классически планетарная шестерня, ось вращения которой совпадает с осью газотурбинного двигателя, приводит во вращение ряд сателлитных шестерен или сателлитов, равномерно распределенных по окружности редуктора 26. Сателлиты тоже вращаются вокруг оси газотурбинного двигателя, зацепляясь с внутренними зубьями коронной шестерни, которая закреплена на статоре газотурбинного двигателя. Каждый из сателлитов свободно вращается вокруг оси сателлита, соединенной с водилом, при помощи опорного подшипника, который может быть гладким или может иметь элементы качения (шарикоподшипники или роликоподшипники). Вращение сателлитов вокруг их сателлитной оси за счет взаимодействия их шестерен с зубьями коронной шестерни приводит во вращение водило вокруг оси газотурбинного двигателя и, следовательно, связанный с ним вал вентилятора 24 со скоростью вращения, более низкой, чем скорость вращения вала 20 низкого давления.

Газотурбинный двигатель 10 может также содержать картер вентилятора (не показан), который расположен вокруг лопастей 22 и образует входной воздушный проточный тракт для потока газов F. Часть этого воздуха попадает во внутренний кольцевой проточный тракт 28 первичного потока, называемый первичным проточным трактом, а другая часть питает наружный кольцевой проточный тракт 30 для вторичного потока, называемый вторичным проточным трактом. Первичный проточный тракт 28 проходит через компрессоры низкого давления 14 и высокого давления 16, через камеру сгорания и турбины высокого давления и низкого давления. Вторичный проточный тракт 30 окружает картеры компрессоров (не показаны) и картеры турбин (не показаны) и соединяется с первичным проточным трактом 28 на уровне выпускного сопла (не показано) газотурбинного двигателя 10.

Валы высокого давления 18, низкого давления 20 и вентилятора 24 центрованы и направляются во вращении вокруг оси А опорными подшипниками, например, подшипниками качения. Например, вал вентилятора 24 поддерживается входным опорным подшипником 32, в данном случае роликоподшипником, и выходным опорным подшипником 34, в данном случае шарикоподшипником; вал 18 высокого давления поддерживается входным опорным подшипником 36, а данном случае шарикоподшипником, и выходным опорным подшипником 38, в данном случае роликоподшипником; и вал 20 низкого давления поддерживается опорным подшипником 40, в данном случае шарикоподшипником.

На фиг. 2 более детально показана часть газотурбинного двигателя 10.

Газотурбинный двигатель содержит трансмиссионный вал 50, соединенный одним концом с редуктором 26 и другим концом с вторым трансмиссионным валом 42. Второй трансмиссионный вал 42 связан с валом 20 низкого давления.

Трансмиссионный вал 50 проходит в продольном направлении вдоль оси А. Трансмиссионный вал 50 содержит первый участок 52 трубчатой формы, проходящий в продольном направлении вдоль оси А и имеющий первый диаметр D1, и второй участок 54 трубчатой формы, проходящий в продольном направлении вдоль оси А и имеющий второй диаметр D2. Таким образом, первый и второй участки 52, 54 являются коаксиальными. Первый диаметр D1 может составлять от 70мм до 250 мм, например, от 90 мм до 120 мм. Второй диаметр D2 может составлять от 70 мм до 200 мм, например, от 90 мм до 120мм. В частности, первый диаметр D1, по существу, может быть равен второму диаметру D2.

На фиг. 3 более детально показан трансмиссионный вал 50.

Поскольку первый участок 52 имеет трубчатую форму, первый наружный диаметр D1ext определяют как наружный диаметр первого участка 52 и первый внутренний диаметр D1int определяют как внутренний диаметр первого участка 52. Первый диаметр D1 соответствует среднему значению между первым наружным диаметром D1ext и первым внутренним диаметром D1int.

Согласно изобретению, термины «внутренний» и «наружный» определены относительно оси А, при этом «внутренний» находится радиально ближе к оси А, а «наружный» находится радиально дальше от оси А.

Толщина Е1 первого участка 52 соответствует разности между первым наружным диаметром D1ext и первым внутренним диаметром D1int. Толщина Е1 может составлять от 2 мм до 6 мм.

Первые внутренний D1int и наружный D1ext диаметры первого участка 52 могут изменяться вдоль оси А. Иначе говоря, толщина Е1 первого участка 52 может изменяться вдоль оси А.

Точно так же, поскольку второй участок 54 имеет трубчатую форму, второй наружный диаметр D2ext определяют как наружный диаметр второго участка 54 и второй внутренний диаметр D2int определяют как внутренний диаметр второго участка 54. Второй диаметр D2 соответствует среднему значению между вторым наружным диаметром D2ext и вторым внутренним диаметром D2int.

Толщина Е2 второго участка 54 соответствует разности между вторым наружным диаметром D2ext и вторым внутренним диаметром D2int. Толщина Е2 может составлять от 2 мм до 6 мм.

Вторые внутренний D2int и наружный D2ext диаметры второго участка 54 могут изменяться вдоль оси А. Иначе говоря, толщина Е2 второго участка 54 может изменяться вдоль оси А.

Трансмиссионный вал 50 содержит также средства 56 соединения, которые соединяют первый участок 52 с вторым участком 54 и выполнены с возможностью передавать крутящий момент от второго участка 54 к первому участку 52. В частности, средства 56 соединения выполнены с возможностью передавать крутящий момент при кручении от второго участка 54 на первый участок 52. Крутящий момент кручения передается от турбины низкого давления на вал 20 низкого давления, затем на трансмиссионный вал 50, затем на редуктор 26, затем на вал вентилятора 24 и, наконец, на лопасти 22.

Первый участок 52, может содержать первый конец 58, выполненный с возможностью соединения с редуктором 26. Первый конец 58 содержит, например, зубья 60 зацепления. Первый участок 52 может содержать второй конец 62, соединенный со средствами 56 соединения.

Второй участок 54 может содержать первый конец 64, выполненный с возможностью соединения с вторым трансмиссионным валом 42. Первый конец 64 содержит, например, шлицы 66. Второй участок 54 может содержать второй конец 68, соединенный со средствами 56 соединения.

В частности, трансмиссионный вал 50 является моноблочным, то есть первый участок 52, второй участок 54 и средства 56 соединения являются монолитными.

Средства 56 соединения содержат один или несколько сильфонов 70. Например, на фиг. 2 средства 56 соединения содержат два сильфона 70, тогда как на фиг. 3 средства 56 соединения содержат четыре сильфона 70.

Сильфон 70 имеет первую секцию 72, проходящую в продольном направлении вдоль оси А. Первая секция 72 имеет кольцевую форму. Первая секция 72 имеет диаметр D_PS, превышающий первый диаметр D1 и второй диаметр D2. Диаметр D_PS может в 1,5 раза превышать первый диаметр D1 и второй диаметр D2. Диаметр D_PS может составлять от 120 мм до 400 мм, например, от 140 мм до 250 мм.

Сильфоны 70 обеспечивают гибкость для динамики узла и для возможности прерывания соединения. Гибкость определяется потребностью в динамике узла, его установкой в газотурбинном двигателе, то есть его габаритом, и способом получения, то есть, сильфон может быть моноблочным, или может быть получен посредством формования, посредством сварки или путем внутреннего соединения с валом.

Определяют наружный диаметр D_PSext как наружный диаметр первой секции 72 и внутренний диаметр D_PSint как внутренний диаметр первой секции 72. Диаметр D_PS соответствует среднему значению между наружным диаметром D_PSext и внутренним диаметром D_PSint.

Внутренний диаметр D_PSint может быть связан соотношением от 1 до 4 с первым внутренним диаметром D1int. Например, внутренний диаметр D_PSint может составлять от 1 до 2-кратного первого внутреннего диаметра D1int.

Толщина E_PS первой секции 72 соответствует разности между наружным диаметром D_PSext и внутренним диаметром D_PSint. Толщина E_PS может составлять от 2 мм до 6 мм. Толщина E_PS первой секции 72 может изменяться вдоль оси А.

Толщина Е1 первого участка 52 может превышать толщину E_PS первой секции 72. Толщина Е2 второго участка 54 может превышать толщину E_PS первой секции 72.

Толщины зависят от крутящих моментов, которые передаются трансмиссионным валом, и от потребности в гибкости по динамике узла в зависимости от потребностей газотурбинного двигателя.

Сильфон 70 может также содержать вторые секции 74, расположенные радиально относительно оси А и обрамляющие первую секцию 72. Вторые секции 74 соответствуют заплечикам первой секции 72.

Толщина E_DS второй секции 74 может составлять от 2 мм до 6мм. Толщина E_DS второй секции 74 может изменяться в радиальном направлении относительно оси А.

Толщина Е1 первого участка 52 может превышать толщину E_DS вторых секций 74. Например, толщина E_DS может составлять от 70% до 80% толщины Е1.

Толщина Е2 второго участка 54 может превышать толщину E_DS вторых секций 74. Например, толщина E_DS может составлять от 70% до 80% толщины Е2.

Толщина E_DS вторых секций 74 может превышать толщину E_PS первой секции 72. Например, толщина E_PS может составлять от 70% до 80% толщины E_DS. Иначе говоря, толщина E_PS может составлять от 49% до 64% толщины Е1 или толщины Е2.

На фиг. 4а, 4b, 4с и 4d показаны различные варианты выполнения сильфона 70.

Первая секция 72 содержит по меньшей мере одну разрывную секцию 76. Разрывная секция 76 выполнена с возможностью разрываться, когда значение крутящего момента, действующего на первый участок 52, превышает заранее определенное пороговое значение. Иначе говоря, разрывная секция 76 выполнена с возможностью отсоединять первый участок 52 от второго участка 54, когда на первом участке 52 происходит превышение крутящего момента.

Заранее определенное пороговое значение может составлять от 25000 Н.м до 100000 Н.м.

В частности, трансмиссионный вал 50 рассчитан для передачи максимального крутящего момента во время нормальной работы и таким образом, чтобы ломаться, когда появляется превышение крутящего момента порядка от 5% до 15% сверх номинального максимального крутящего момента. Превышение крутящего момента может быть, например, связано с блокировкой в редукторе 26.

Заранее определенное пороговое значение зависит от тяги газотурбинного двигателя, от выбора передаточного отношения редуктора 26, от скорости вращения турбины и от способности разрывной секции обеспечивать передачу до номинального крутящего момента, одновременно обеспечивая моментальный разрыв при значении превышения крутящего момента (с учетом расчетных пределов).

Разрывная секция 76 может располагаться по меньшей мере на угловом секторе первой секции 72. Иначе говоря, только часть первой секции 72 может образовать разрывную секцию 76. Разрывная секция 76 может быть образована множеством угловых секторов первой секции 72, например, равномерно распределенных вокруг оси А.

Как показано на фиг. 4а-4d, разрывная секция 76 может иметь кольцевую форму. Иначе говоря, первая секция 72 может содержать вокруг всей оси А разрывную секцию 76. Таким образом, вся первая секция 72 может образовать разрывную секцию 76.

Разрывная секция 76 содержит одно или множество сквозных отверстий 78.

Сквозные отверстия 78 могут быть выполнены на угловом секторе разрывной секции 76 вокруг оси А или могут быть равномерно распределены на разрывной секции 76 относительно оси А.

Сквозные отверстия 78 могут иметь круглую или вытянутую форму. Например, на фиг. 4а и 4с сквозные отверстия 78 имеют круглую форму, тогда как на фиг. 4b и 4d сквозные отверстия 78 имеют вытянутую форму. Вытянутая форма сквозных отверстий позволяет уменьшить сечение между двумя последовательными отверстиями без увеличения осевого габарита и оптимизировать, таким образом, регулировку крутящего момента разрыва. Само собой разумеется, сквозные отверстия 78 могут иметь многоугольную или любую другую форму.

Кроме того, сквозное отверстие 78 обеспечивает удаление масла, которое могло скопиться на уровне первой секции 72.

Факультативно, первая секция 72 может иметь утоненную часть 80, толщина которой меньше толщины E_PS первой секции 72. Например, толщина Е_РА утоненной части 80 может составлять от 70% до 80% толщины E_PS первой секции 72. Толщина Е_РА утоненной части 80 может составлять от 1 мм до 5 мм. Толщина Е_РА утоненной части 80 может изменяться вдоль оси А.

В частности, утоненная часть 80 может содержать разрывную секцию 76. Утоненная часть 80 может быть выполнена не более чем на 80% длины первой секции 72, то есть не более чем на 80% размера первой секции 72 вдоль оси А. Предпочтительно утоненная часть 80 выполнена по меньшей мере на 50% длины первой секции 72. Предпочтительно это позволяет не ослаблять первую секцию 72 и одновременно получить разрывную секцию 76 на упомянутой первой секции 72, выполненную с возможностью разрывать трансмиссионный вал 50 на две отдельные части, когда значение крутящего момента, действующего на первый участок 52,превышает заранее определенное пороговое значение.

Утоненная часть 80 может быть выполнена по меньшей мере на угловом секторе разрывной секции 76 и, следовательно, первой секции 72. Иначе говоря, только часть разрывной секции 76 может содержать утоненную часть 80. Утоненная часть 80 может быть выполнена на нескольких угловых секторах первой секции 72, например, равномерно распределенных вокруг оси А. Утоненная часть 80 может быть кольцевой. Таким образом, разрывная секция 76 может содержать утоненную часть 80 вокруг всей оси А.

На фиг. 5а и 5b представлены различные варианты выполнения первой секции 72.

На фиг. 5а толщина первой секции 72 является постоянной.

На фиг. 5b первая секция 72 содержит утоненную часть 80. В данном случае внутренний диаметр утоненной части 80 превышает внутренний диаметр D_PSint первой секции 72, а наружный диаметр утоненной части 80 меньше наружного диаметра D_PSext первой секции 72. Иначе говоря, первая секция 72 утонена изнутри и снаружи относительно оси А. Естественно, первая секция 72 может быть утонена только изнутри или только снаружи относительно оси А.

Сквозное отверстие 78 может быть определено по следующей формуле:

(Формула 2)

где R_OText является радиально наружным расстоянием между сквозным отверстием 78 и осью А, R_OTint является радиально внутренним расстоянием между сквозным отверстием 78 и осью А, Kt является коэффициентом концентрации напряжения, создаваемого сквозным отверстием 78, R_PSext является наружным радиусом между первой секцией 72 и осью А, и R_PSint является внутренним радиусом между первой секцией 72 и осью А.

Под радиально наружным расстоянием следует понимать радиальное расстояние сквозного отверстия 78 до уровня наружной поверхности разрывной секции 76 относительно оси А и, следовательно, радиальное расстояние сквозного отверстия 78, наиболее удаленное от оси А. Под радиально внутренним расстоянием следует понимать радиальное расстояние сквозного отверстия 78 до уровня внутренней поверхности разрывной секции 76 относительно оси А и, следовательно, радиальное расстояние сквозного отверстия 78, наиболее близкое к оси А.

Коэффициент Kt зависит от геометрии трансмиссионного вала, сквозного отверстия 78, а также от числа сквозных отверстий 78 в разрывной секции 76. Например, но не ограничительно коэффициент Kt может составлять от 1,2 до 5.

Сквозное отверстие 78, как оно определено выше, может выполнять предохранительную функцию.

В частности, разрывная секция 76 не является утолщенной локально на уровне сквозного отверстия 78 ни изнутри, ни снаружи относительно оси А. Разрывная секция 76 либо имеет постоянную толщину, либо содержит утоненную часть 80 изнутри и/или снаружи относительно оси А. Таким образом, толщина разрывной секции 76 не увеличивается вокруг сквозного отверстия 78. Это позволяет сквозному отверстию 78 выполнять предохранительную функцию.

Если средства соединения содержат множество сильфонов 70, как показано, в частности, на фиг. 3, каждый сильфон 70 может содержать первую секцию 72 и вторые секции 74.

По меньшей мере для одного из сильфонов 70, называемого первым сильфоном, первая секция 72 первого сильфона 70 может содержать разрывную секцию 76, которая имеет одно или множество сквозных отверстий 78 и которая выполнена с возможностью разрываться, когда значение крутящего момента, действующего на первый участок 52, превышает заранее определенное пороговое значение. Иначе говоря, по меньшей мере один из сильфонов 70 может содержать разрывную секцию 76 на своей первой секции 72 и, следовательно, по меньшей мере одно сквозное отверстие 78, которое может выполнять предохранительную функцию. В частности, только один из сильфонов 70 может содержать разрывную секцию 76, имеющую по меньшей мере одно сквозное отверстие 78, которое может выполнять предохранительную функцию на первой секции 72. Сквозное отверстие 78 первого сильфона выполняет также роль дренажа скопившегося масла.

Для других сильфонов, называемых вторыми сильфонами, первая секция 72 этих сильфонов не содержит ни разрывной секции 76, ни сквозного отверстия 78, которое может выполнять предохранительную функцию. Вторые сильфоны могут содержать одно или несколько отверстий для дренажа масла, выполненных с возможностью удалять масло, скапливающееся на уровне первой секции сильфона. Эти отверстия дренажа масла не могут выполнять предохранительную функцию сквозных отверстий 78.

В варианте первая секция 72 каждого сильфона 70 из множества сильфонов, то есть первого и второго сильфонов, может содержать разрывную секцию 76, имеющую по меньшей мере одно сквозное отверстие 78 и выполненную с возможностью разрываться, когда на первом участке 52 появляется превышение крутящего момента. Иначе говоря, все сильфоны содержат отверстия, которые могут выполнять предохранительную функцию, причем эти отверстия обеспечивают также дренаж масла, скапливающегося на уровне первой секции каждого сильфона.

Объектом изобретения является также способ защиты описанного выше трансмиссионного вала 50 от превышения крутящего момента.

Способ содержит этап разрыва разрывной секции 76, когда значение крутящего момента, действующего на первый участок 52, превышает заранее определенное пороговое значение. Иначе говоря, способ содержит этап разрыва трансмиссионного вала 50 на две отдельные части, то есть на первый участок 52 и второй участок 54, когда на первый участок 52 трансмиссионного вала 50 действует превышение крутящего момента.

Предпочтительно это позволяет защитить линию трансмиссии от повышенного крутящего момента, действующего на один из элементов линии трансмиссии.

Группа изобретений относится к авиационной технике, а более конкретно к двигателям. Заявленная группа изобретений включает трансмиссионный вал, авиационный газотурбинный двигатель , содержащий указанный трансмиссионный вал, и способ защиты газотурбинного двигателя от превышения крутящего момента трансмиссионного вала. Трансмиссионный вал авиационного газотурбинного двигателя содержит первый и второй участок. При этом средства соединения участков содержат по меньшей мере один сильфон, содержащий первую секцию и вторые секции, обрамляющие упомянутую первую секцию. Первая секция содержит по меньшей мере одну разрывную секцию, включающую в себя по меньшей мере одно сквозное отверстие и выполненную с возможностью разрываться, когда значение крутящего момента, действующего на упомянутый первый участок, превышает заранее определенное пороговое значение. Достигается повышение безопасности двигателя. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Трансмиссионный вал (50) авиационного газотурбинного двигателя (10), содержащий:

- первый участок (52), проходящий в продольном направлении вдоль оси (А) и имеющий первый диаметр (D1),

- второй участок (54), проходящий в продольном направлении вдоль оси (А) и имеющий второй диаметр (D2), и

- средства (56) соединения, соединяющие первый и второй участки и выполненные с возможностью передавать крутящий момент от второго участка (54) на первый участок (52), при этом средства (56) соединения содержат по меньшей мере один сильфон (70), содержащий:

- первую секцию (72), проходящую продольно вдоль (А) оси и имеющую диаметр (D_PS), превышающий первый и второй диаметры, и

- вторые секции (74), проходящие радиально к оси (A) и обрамляющие первую секцию (72),

отличающийся тем, что первая секция (72) содержит по меньшей мере одну разрывную секцию (76), включающую в себя по меньшей мере одно сквозное отверстие (78) и выполненную с возможностью разрыва, когда значение крутящего момента, действующего на первый участок (52), превышает заданное пороговое значение.

2. Трансмиссионный вал (50) по предыдущему пункту, отличающийся тем, что толщина (Е1, Е2) первого и второго участков (52, 54) превышает толщину (EDS) вторых секций (74), и/или толщина (EDS) вторых секций (74) превышает толщину (EPS) первой секции (72).

3. Трансмиссионный вал (50) по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первая секция (72) содержит утоненную часть (80), толщина (Е_РА) которой меньше толщины (E_PS) первой секции (72), при этом утоненная часть (80) содержит разрывную секцию (76).

4. Трансмиссионный вал (50) по п. 3, отличающийся тем, что утоненная часть (80) выполнена не более чем на 80% длины первой секции (72).

5. Трансмиссионный вал (50) по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что упомянутая разрывная секция (76) содержит множество сквозных отверстий (78), равномерно распределенных вокруг упомянутой оси (А).

6. Трансмиссионный вал (50) по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что сквозное отверстие или каждое сквозное отверстие (78) имеет круглую или удлиненную форму.

7. Трансмиссионный вал (50) по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что сквозное отверстие или каждое сквозное отверстие (78) определено следующим образом:

где R_OText является радиально наружным расстоянием между сквозным отверстием (78) и осью (А), R_OTint является радиально внутренним расстоянием между сквозным отверстием (78) и осью (А), Kt является коэффициентом концентрации напряжения, создаваемого сквозным отверстием (78), R_PSext является наружным радиусом между первой секцией (72) и осью (А), R_PSint является внутренним радиусом между первой секцией (72) и осью (А).

8. Трансмиссионный вал (50) по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что средства (56) соединения содержат множество сильфонов (70), при этом каждый сильфон (70) содержит:

- первую секцию (72), расположенную продольно вдоль оси (А) и имеющую диаметр (D_PS), превышающий первый и второй диаметры, и

- вторые секции (74), расположенные радиально к оси (А) и обрамляющие первую секцию (72),

и по меньшей мере для одного из сильфонов (70) первая секция (72) сильфона (70) имеет по меньшей мере одну разрывную секцию (76), содержащую по меньшей мере одно сквозное отверстие (78) и выполненную с возможностью разрыва, когда значение крутящего момента, действующего на первый участок (52), превышает заданное пороговое значение.

9. Трансмиссионный вал (50) по одному из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый участок (52) имеет первый конец (58), содержащий зубья (60) зацепления и выполненный с возможностью соединения с редуктором (26), и второй конец (62), соединенный со средствами (56) соединения, при этом второй участок (54) имеет первый конец (64), содержащий шлицы (66) и выполненный с возможностью соединения с вторым трансмиссионным валом (42), и второй конец (68), соединенный со средствами (56) соединения.

10. Трансмиссионный вал (50) по одному из пп. 1-9, отличающийся тем, что первый диаметр (D1), по существу, равен второму диаметру (D2).

11. Трансмиссионный вал (50) по одному из пп. 1-9, отличающийся тем, что первый диаметр (D1) отличается от второго диаметра (D2).

12. Трансмиссионный вал (50) по одному из пп. 1-11, отличающийся тем, что диаметр (D_PS) первой секции (72) по меньшей мере в 1,5 раза превышает первый и второй диаметры (D1, D2).

13. Авиационный газотурбинный двигатель (10), содержащий:

- трансмиссионный вал (50) по одному из предыдущих пунктов,

- редуктор (26), соединенный с первым участком (52), и

- второй трансмиссионный вал (42), соединенный со вторым участком (54).

14. Способ защиты от превышения крутящего момента трансмиссионного вала (50) газотурбинного двигателя (10) по одному из пп. 1-12, содержащий этап разрыва разрывной секции (76), когда значение крутящего момента, действующего на первый участок (52), превышает заданное пороговое значение.