ВЕНТИЛЯТОРНЫЙ МОДУЛЬ С ЛОПАСТЯМИ С ПЕРЕМЕННЫМ УГЛОМ УСТАНОВКИ Российский патент 2023 года по МПК F01D25/16 B64C11/38 F02K3/68 

1. Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области турбомашин. В частности, оно касается вентиляторного модуля с лопастями с переменным углом установки.

2. Уровень техники

Уровень техники представлен документами ЕР-А1-3 205 576, GB-A-2 209 371, WO-A2-2010/108576, US-A1-2016/076393, WO-A1-2010/097440 и ЕР-А1-3 179 044.

Вентилятор, оснащенный лопастями с переменным углом установки или с изменяющимся шагом, позволяет регулировать установку или ориентацию лопастей и, в частности, угол установки лопастей в зависимости от параметров полета с целью оптимизации работы вентилятора. В целом, эта конфигурация позволяет оптимизировать вентиляторный модуль, в который встроен такой вентилятор. Можно напомнить, что угол установки лопасти соответствует углу в продольной плоскости, перпендикулярной к оси вращения лопасти, между хордой лопасти и плоскостью вращения вентилятора. Лопасти с переменным углом установки могут занимать так называемое положение реверса тяги (известное под английским названием “reverse”), в котором они позволяют генерировать обратную тягу, участвуя в торможении летательного аппарата, и положение флюгирования, в котором в случае отказа или неисправности они позволяют ограничить свое сопротивление.

Поиски наилучшей тяговой эффективности приводят к появлению вентиляторов, номинальная степень повышения давления которых становится все меньше и диаметр которых, следовательно, становится все больше. Такой выбор приводит к возрастанию ограничений управляемости лопастей вентилятора между условиями работы на земле и в полете. Эффективным средством преодоления этих ограничений стало использование лопастей вентилятора с переменным углом установки. Кроме того, приведение во вращение этого вентиляторного модуля большого диаметра и с низкой степенью повышения давления (как правило, менее 1.3) стало возможным, в частности, благодаря применению редуктора, который позволяет силовому валу газотурбинного двигателя вращать вал вентилятора и который позволяет уменьшить скорость вращения вала вентилятора по отношению к силовому валу. Как правило, в кольцевом смазочном пространстве на входе редуктора установлены по меньшей мере два подшипника, чтобы, с одной стороны, выдерживать диаметр вентилятора и редуктор и, с другой стороны, получить возможность интегрирования системы изменения шага или угла установки лопастей вентилятора. Кольцевая смазочная камера, расположенная под ротором, позволяет смазывать также редуктор и по меньшей мере частично охватывает систему изменения шага, а также подшипники.

Однако такая конструкция остается громоздкой и отрицательно сказывается на массе вентиляторного модуля, а также на характеристиках газотурбинного двигателя. В частности, система изменения шага, редуктор и подшипники, расположенные полностью в кольцевой камере, занимают много места в осевом направлении и в радиальном направлении под осью поворота лопастей. Такое увеличение массы влияет на частотное положение деформации изгиба вентилятора по отношению к максимальной скорости вращения вентилятора, зависящей от работы газотурбинного двигателя. Частота этого режима деформации изгиба стремится к перемещению к низким частотам и к приближению к максимальной рабочей скорости, что приводит к увеличению нагрузок и выборке динамических люфтов в присутствии дисбаланса на уровне вентилятора. Это приводит к отрицательному влиянию с точки зрения массы (необходимой, чтобы выдерживать повышенные размерные нагрузки) и производительности (с учетом увеличения выборки динамических люфтов). Когда дисбаланс появляется, например, на валу вентилятора, вибрации могут также передаваться на силовой вал через редуктор.

Точно так же, во время работы газотурбинного двигателя между силовым валом и валом вентилятора появляются смещения, которые проявляются в элементах редуктора. Если речь идет о редукторе с эпициклической передачей (который содержит внутреннюю планетарную (или солнечную) шестерню, сателлиты, водило и коронную (или наружную планетарную) шестерню), смещения, в частности, динамические смещения (которые возникают из-за дисбаланса на уровне вентилятора или силового вала) появляются на уровне входного вала (который соединен с силовым валом газотурбинного двигателя), водила или коронной шестерни, и их необходимо устранять посредством изменения этих элементов или добавления детали для изменения их поведения.

3. Задача изобретения

Настоящее изобретение призвано предложить вентиляторный модуль, позволяющий просто и эффективно уменьшить радиальный и осевой габарит, чтобы оптимизировать массу модуля и его динамическую ситуацию, избегая при этом существенных конструктивных изменений.

4. Раскрытие изобретения

Согласно изобретению, эта задача решается при помощи вентиляторного модуля с лопастями с переменным углом установки, при этом упомянутый вентиляторный модуль содержит:

- ротор вентилятора с лопастями вентилятора, установленными с возможностью поворота, каждая, вокруг оси установки,

- вал вентилятора, расположенный вдоль продольной оси Х внутри ротора вентилятора и вращающий ротор вентилятора,

- силовой вал, приводящий во вращение вал вентилятора через редуктор с эпициклической передачей,

- по меньшей мере первый и второй подшипники, направляющие во вращении ротор вентилятора по отношению к неподвижной конструкции вентиляторного модуля и расположенные в смазочной камере,

- систему изменения шага лопастей вентилятора, содержащую соединительный механизм, соединенный с лопастями вентилятора, и приводное средство, действующее на соединительный механизм,

при этом первый подшипник расположен на входе редуктора, а второй подшипник расположен на выходе редуктора, при этом ротор вентилятора соединен с валом вентилятора через кольцевую цапфу, расположенную по меньшей мере на входной части смазочной камеры, и приводное средство находится в осевом направлении на входе цапфы.

Таким образом, это решение позволяет решить вышеупомянутую задачу. В частности, конфигурация цапфы относительно ротора вентилятора с установленными на нем лопастями и смазочной камеры на входе вала вентилятора и подшипников по отношению к редуктору позволяет уменьшить, с одной стороны, занимаемое место в осевом направлении и, с другой стороны, занимаемое место в радиальном направлении в роторе вентилятора. Ротор вентилятора и ось установки лопастей можно расположить максимально близко к подшипникам вентилятора (уменьшение консольной массы на этих опорных подшипниках). Подшипники на входе и на выходе редуктора облегчают интегрирование системы изменения шага и, в частности, приводного средства, которое получает больше места в осевом направлении.

Вентиляторный модуль имеет также один или несколько следующих признаков, рассматриваемых отдельно или в комбинации:

- кольцевая цапфа расположена под ножками лопастей вдоль радиальной оси,

- кольцевая цапфа содержит входной конец, находящийся в осевом направлении на уровне оси установки лопастей, и проходит на выходе оси установки лопастей,

- ротор вентилятора содержит опорное кольцо, содержащее радиальные цилиндрические гнезда, равномерно распределенные вокруг продольной оси и предназначенные для установки в каждом из них ножки лопасти, при этом цапфа закреплена на выходе опорного кольца,

- цапфа является присоединяемым элементом, закрепленным на валу вентилятора,

- приводное средство расположено на входе радиальной плоскости, в которой заключены оси установки лопастей,

- приводное средство соединено во вращении с валом вентилятора,

- приводное средство содержит неподвижный корпус и подвижный корпус, поступательно перемещающийся вдоль продольной оси Х относительно упомянутого неподвижного корпуса, при этом подвижный корпус соединен с соединительным механизмом,

- приводное средство содержит неподвижный корпус и подвижный корпус, который расположен вокруг неподвижного корпуса и является коаксиальным с продольной осью,

- редуктор содержит планетарную шестерню, связанную с силовым валом, сателлиты и водило, на котором установлены сателлиты и которое связано с валом вентилятора,

- вал вентилятора и водило являются моноблочными,

- вентиляторный модуль содержит средства питания приводного средства, соединенные с источником питания, при этом средства питания содержат трубки, которые проходят через редуктор и по меньшей мере частично расположены внутри вала вентилятора,

- редуктор содержит сквозные отверстия, выполненные в водиле для обеспечения прохождения трубок, при этом каждое сквозное отверстие расположено между двумя смежными сателлитами,

- средства питания связаны с подшипником передачи масла, расположенным на выходе редуктора,

- первый подшипник включает в себя два шарикоподшипника или один роликоподшипник и один шарикоподшипник,

- первый подшипник является шарикоподшипником,

- второй подшипник является роликоподшипником,

- редуктор содержит число n сателлитов, при этом n равно или превышает три,

- редуктор расположен в смазочной камере,

- средства соединения содержат тяги, каждая из которых имеет первый конец, шарнирно соединенный в вилкой кольца, неподвижно соединенного с подвижным корпусом, и второй конец, шарнирно соединенный с шейкой ножки лопасти,

- вентиляторный модуль содержит входной вентилятор и выходной вентилятор,

- входной вентилятор установлен подвижно с возможностью вращения вокруг продольной оси, а выходной вентилятор установлен неподвижно относительно входного вентилятора,

- по меньшей мере один вентилятор является капотированным,

- подшипник передачи масла гидравлически сообщается с трубками средств питания,

- первый и второй направляющие подшипники установлены на валу вентилятора на входе и на выходе редуктора,

- первый подшипник содержит внутреннее кольцо, соединенное с валом вентилятора, и наружное кольцо, соединенное с входной опорой подшипника, и элементы качения между внутренним и наружным кольцами,

- второй подшипник содержит внутреннее кольцо, соединенное с крышкой, и наружное кольцо, соединенное с выходной опорой подшипника, и элементы качения между внутренним кольцом и наружным кольцом,

- ось установки лопастей является перпендикулярной к продольной оси.

Объектом изобретения является также газотурбинный двигатель, содержащий по меньшей мере один вентиляторный модуль, имеющий любой из вышеуказанных признаков.

5. Краткое описание фигур

Изобретение, его другие задачи, детали, признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего подробного пояснительного описания вариантов выполнения изобретения, представленных в качестве чисто иллюстративных и не ограничительных примеров со ссылками на прилагаемые схематичные чертежи, на которых:

Фиг. 1 - вид в осевом разрезе газотурбинного двигателя, к которому применимо изобретение.

Фиг. 2 - схематичный детальный вид в осевом разрезе заявленного вентиляторного модуля газотурбинного двигателя.

Фиг. 3 - другой вариант выполнения заявленного вентиляторного модуля газотурбинного двигателя.

Фиг. 4 - вид в осевом разрезе другого варианта выполнения газотурбинного двигателя, содержащего заявленный вентиляторный модуль.

Фиг. 5 - вид в перспективе с входной стороны примера редуктора, установленного в газотурбинном двигателе с заявленным вентиляторным модулем.

Фиг. 6 - вид в перспективе с выходной стороны редуктора, показанного на фиг. 5.

Фиг. 7 - вил в перспективе примера водила редуктора, показанного на фиг. 5 и 6.

6. Подробное описание вариантов выполнения изобретения

На фиг. 1 показан газотурбинный двигатель 1, предназначенный для установки на летательном аппарате. В данном случае этот газотурбинный двигатель 1 является двухконтурным газотурбинным двигателем, который расположен вдоль продольной оси Х. Разумеется, изобретение можно применять для других типов газотурбинного двигателя, содержащих по меньшей мере один вентилятор, что будет показано в описании ниже.

В целом, в дальнейшем тексте описания термин «вентилятор» будет использоваться для обозначения как вентилятора, так и винта, при этом лопасти вентилятора или винта могут быть капотированными (например, для турбореактивных двигателей), так и не капотированными (например, для турбовинтовых двигателей).

Газотурбинный двигатель 1 содержит газогенератор 2, на входе которого установлен вентиляторный модуль 3 по меньшей мере с одним вентилятором 4. В настоящем изобретении и в целом термины «вход» и «выход» определены по отношению к направлению прохождения газов в газотурбинном двигателе, которое по существу является параллельным продольному направлению Х. Точно так же, термины «внутренний», «наружный», «над», «под», «радиальный» и «радиально» определены по отношению к радиальной оси Z, перпендикулярной к продольной оси Х, и по отношению к удалению от продольной оси Х. Наконец, термины «осевой» и «аксиально» определены по отношению к продольной оси.

Двухконтурный газотурбинный двигатель 1 содержит наружную гондолу 5, охватывающую газогенератор 2. Газогенератор 2 содержит, например, от входа к выходу, компрессор 6 низкого давления, компрессор 7 высокого давления, камеру 8 сгорания, турбину 9 высокого давления и турбину 10 низкого давления. Компрессор 6 низкого давления и турбина 10 низкого давления содержат, каждая, ротор, при этом вал 11 низкого давления соединяет роторы, образуя корпус низкого давления. Точно так же, компрессор 7 высокого давления и турбина 9 высокого давления содержат ротор, при этом вал 12 высокого давления соединяет роторы, образуя корпус высокого давления.

В данном случае вентилятор 4 капотирован, будучи закрытым картером 13 вентилятора, неподвижно соединенным с гондолой 5. Вентилятор 4 сжимает заходящий в газотурбинный двигатель воздушный поток, который делится на первичный воздушный поток, циркулирующий в кольцевом первичном проточном тракте 14, проходящем через газогенератор, и на вторичный воздушный поток, циркулирующий в кольцевом вторичном проточном тракте 16 вокруг газогенератора. В частности, первичный проточный тракт 14 и вторичный проточный тракт 15 разделены кольцевым межтрактовым картером 16, окружающим газогенератор. Межтрактовый картер 16 содержит на входе последнего разделительный носок 17, который делит входящий воздушный поток на первичный воздушный поток и на вторичный воздушный поток. В частности, первичный проточный тракт 14 ограничен в радиальном направлении кольцевым внутренним картером 18 и кольцевым межтрактовым картером 17. Что касается вторичного проточного тракта 15, то он ограничен в радиальном направлении межтрактовым картером 16 и гондолой 5.

Кроме того, газотурбинный двигатель 1 содержит реактивное сопло 19, которое находится на выходе газогенератора 2 и через которое первичный воздушный поток и вторичный воздушный поток выходят наружу газотурбинного двигателя, в частности, в атмосферу.

Вентиляторный модуль 3 содержит ротор 20 вентилятора, через который проходит кольцевой вал 21 вентилятора с центром на продольной оси Х. Вал 21 вентилятора приводит во вращение ротор 20 вентилятора вокруг продольной оси. Сам вал 21 вентилятора приводится во вращение валом передачи мощности с продольной осью Х через механизм 22 передачи мощности. В настоящем примере вал передачи мощности является валом 11 низкого давления. В альтернативном варианте силовой вал является валом силовой турбины, питаемой газом от газогенератора. Механизм 22 передачи мощности позволяет понижать скорость вращения вала вентилятора по отношению к скорости вала низкого давления. С другой стороны, механизм 22 передачи мощности позволяет выполнить вентилятор большого диаметра, чтобы повысить степень двухконтурности. В настоящем примере степень двухконтурности вентилятора превышает 10. Предпочтительно степень двухконтурности составляет от 15 до 20. Для этого диаметр вентилятора превышает 250 см.

Как показано на фиг. 2, на роторе 20 вентилятора установлен ряд лопастей 23, которые являются лопастями с переменным углом установки или с изменяющимся шагом. Для этого лопасти 23 содержат, каждая, ножку 24, и лопасти 23 проходят радиально наружу от своих ножек 24. Свободный конец лопастей ограничен в радиальном направлении картером 13 вентилятора. В частности, ротор 20 вентилятора содержит опорное кольцо 25 с центром на продольной оси Х. Опорное кольцо 25 содержит множество радиальных цилиндрических гнезд 26, равномерно распределенных по его периферии. В каждом из гнезд 26 с возможностью поворота вокруг оси А установки установлена ножка 24 лопасти. Ось А установки проходит параллельно радиальной оси. Как правило, каждая ножка 24 лопасти образована креплением в виде утолщения, неподвижно соединенным с цапфой 27, установленной в гнезде 26. Каждая ножка 24 поворачивается в цилиндрическом гнезде 26 при помощи направляющего подшипника 28. В данном случае в каждом гнезде 26 находятся два направляющих подшипника. Каждый из этих подшипников содержит элементы качения, и они установлены один над другим вдоль радиальной оси Z. В частности, каждый подшипник 28 содержит внутреннее кольцо и наружное кольцо, между которыми расположены элементы качения. Каждое внутреннее кольцо соединено с ножкой 24, а каждое наружное кольцо соединено со стенкой цилиндрического гнезда 26. Элементы качения этих двух подшипников 28 включают в себя соответственно шарики 29.

Как показано также на фиг. 2, ножки 24 лопастей закрыты наружным кольцевым кожухом 30, центр которого находится на продольной оси Х и который продолжен в сторону выхода входным конусом 31 вентилятора, чтобы обеспечивать аэродинамическую непрерывность с конусом 31. Последний направляет воздушный поток на лопасти 23 вентилятора.

Кроме того, вентиляторный модуль 3 содержит систему 32 изменения угла установки или шага лопастей вентилятора 4, позволяющую изменять угол установки или шаг лопастей вокруг их радиальных осей А установки таким образом, чтобы они могли занимать разные угловые положения в зависимости от условий работы газотурбинного двигателя и от соответствующих фаз полета. Для этого система 32 изменения шага содержит соединительные средства 33, соединенные с лопастями 23 вентилятора, и приводное средство 34, действующее на соединительные средства 33.

В настоящем примере приводное средство 34 соединено во вращении с валом 21 вентилятора. Чтобы уменьшить занимаемое место в вентиляторном модуле, приводное средство 34 расположено на входе радиальной плоскости, в которой заключены оси установки лопастей вентилятора. Предпочтительно, но не ограничительно, приводное средство 34 содержит линейный кольцевой привод, ось которого является коаксиальной с продольной осью Х. Линейный привод содержит неподвижный корпус 35, соединенный во вращении с валом вентилятора, и подвижный корпус 35, перемещающийся поступательно относительно неподвижного корпуса 35 вдоль продольной оси Х. Это позволяет лучше распределить массу системы изменения шага (поскольку она имеет консольность, уменьшенную по отношению к описанным ниже подшипникам 69а, 69b ротора вентилятора), что улучшает динамическое поведение ротора вентилятора. Перемещение подвижного корпуса 36 вдоль продольной оси приводит к движению соединительных средств 33, которые будут описаны ниже, и это движение заставляет поворачиваться лопасти 23 вентилятора вокруг оси А установки, обеспечивая необходимый угол установки лопастей 23.

Неподвижный корпус 35 является цилиндрическим с продольной осью Х и с круглым сечением. Неподвижный корпус 35 содержит кольцевую стенку 37 с первым концом 38 и с вторым концом 39, которые расположены противоположно друг к другу вдоль продольной оси. Стенка 37 закреплена на входном конце 40 вала вентилятора. Для этого стенка 37 содержит первый кольцевой фланец 41, выполненный радиально от второго конца 39. Предпочтительно первый кольцевой фланец 41 расположен внутри неподвижного корпуса 35. Этот первый кольцевой фланец закреплен на втором кольцевом фланце 42 вала 21 вентилятора, обеспечивая крепление неподвижного корпуса на валу вентилятора.

Неподвижный корпус 35 содержит также радиальную стенку 43, ограничивающую в данном случае две камеры 44а, 44b переменного объема в подвижном корпусе 36, которые расположены противоположно друг к другу в осевом направлении. Стенка 43 проходит наружу от радиально наружной стороны стенки 37. Подвижный корпус 36 расположен вокруг неподвижного корпуса 35 и является коаксиальным с продольной осью. Он перемещается в осевом направлении под действием приводного средства 34. Для этого система изменения шага содержит средства 45 гидравлического питания, обеспечивающие ее управление.

Камеры 44а, 44b предназначены для заполнения текучей средой, например, гидравлической текучей средой под давлением, поступающей от источника 83 гидравлического питания, таким образом, что подвижный корпус 36 занимает по меньшей мере два положения. Эти положения соответствуют положению реверса тяги, известному под английским названием “reverse”, и положению флюгирования лопастей вентилятора. В частности, в положении реверса тяги лопасти вентилятора участвуют в торможении летательного аппарата наподобие обычных реверсоров тяги. В положении флюгирования лопасти 23 убираются по отношению к направлению движения летательного аппарата, например, в случае неисправности газотурбинного двигателя, что позволяет уменьшить лобовое сопротивление. В этом последнем положении угол установки лопастей является положительным и обычно составляет порядка 90°. В настоящем примере, когда подвижный корпус 36 находится на входе приводного средства (близко к валу вентилятора), лопасти находятся в положении флюгирования, а когда подвижный корпус находится на выходе приводного средства 34 (ближе к концу 39), лопасти находятся в положении реверса тяги.

Как показано на фиг. 2 и 3, система 32 изменения шага дополнительно содержит кольцо 46 синхронизации, которое поступательно перемещается в осевом направлении приводным средством. Кольцо 46 синхронизации соединено, с одной стороны, с подвижны корпусом 36 и, с другой стороны, с соединительными средствами 33. Благодаря кольцу 46 синхронизации, перемещение подвижного корпуса приводит к повороту всех лопастей. Оно содержит первый радиальный кольцевой фланец 86, закрепленный на втором радиальном кольцевом фланце 87, выполненном на подвижном корпусе 36. В частности, второй радиальный кольцевой фланец 87 находится на входном конце подвижного корпуса 36. Кольцо 46 синхронизации содержит несколько вилок 58, равномерно распределенных в окружном направлении вокруг продольной оси. Каждая вилка 58 взаимодействует с тягой 47 соединительных средств 33.

В этом примере соединительные средства 33 содержат несколько тяг 47. Тяги 47 расположены вокруг привода. Существует столько же тяг, сколько и лопастей 23. Каждая тяга 47 содержит первый конец 88 и второй конец 89, противоположные друг к другу в направлении длины тяги 47. В данном случае направление длины является по существу параллельным продольной оси (в ситуации установки). Первый конец 88 шарнирно установлен в вилке 58 кольца 46 синхронизации, тогда как второй конец 89 соединен с вилкой 90, расположенной на шейке 48 ножки лопасти. Каждая шейка 48 находится на радиально внутреннем конце ножки лопасти 23. Шейка 48 позволяет уменьшить усилие, необходимое для регулировки угла установки соответствующей лопасти. Таким образом, поступательное движение подвижного корпуса 36 передается на каждую лопасть.

Предпочтительно, но не ограничительно, привод выполнен в виде кольцевого гидравлического домкрата. Домкрат содержит неподвижный шток, соединенный с валом вентилятора, и цилиндр, подвижный относительно штока. Шток образован неподвижным корпусом 35, тогда как цилиндр образован подвижным корпусом 36.

Как показано на фиг. 2, 3 и 5-7, механизм 22 передачи мощности содержит редуктор 50. Предпочтительно, но не ограничительно, редуктор является редуктором с эпициклической передачей. Он расположен в смазочной камере 60 (схематично показанной пунктиром на фиг. 2), в которой происходит его смазка. Как правило, редуктор 50 содержит внутреннюю планетарную (или солнечную) шестерню 51, сателлиты 52, водило 53 и наружную коронную шестерню 54 (наружную планетарную шестерню). В настоящем примере планетарная шестерня 51 центрована по продольной оси Х и связана во вращении с силовым валом (в данном случае с валом 11 низкого давления) вокруг продольной оси Х через планетарный вал 55. Последний содержит первые элементы, предназначенные для взаимодействия с комплементарными вторыми элементами соединения, выполненными на планетарной шестерне 51. Сателлиты 52 установлены на водиле 53 и вращаются, каждый, вокруг оси, по существу параллельной относительно продольной оси Х. Каждый из сателлитов 52 зацепляется с планетарной шестерней 51 и с наружной коронной шестерней 54. Сателлиты 52 расположены радиально между планетарной шестерней и коронной шестерней. В настоящем примере предусмотрено три сателлита 52. Разумеется, редуктор 50 может содержать число сателлитов, превышающее три.

Водило 53 связано во вращении с валом 21 вентилятора. Таким образом, планетарная шестерня образует вход редуктора, тогда как водило образует выход редуктора. Вал вентилятора, планетарный вал и силовой вал вращаются вокруг продольной оси и являются коаксиальными. В этом примере выполнения водило 53 и вал 21 вентилятора являются моноблочными. Иначе говоря, они выполнены в виде единой детали или моноблочно.

Как показано на фиг. 5-7, водило 53 содержит предпочтительно, но не ограничительно диск 91, образованный в радиальной плоскости (перпендикулярной к продольной оси Х). Водило 53 содержит сателлитные валы 92, которые выступают из диска 91 вдоль продольной оси. Каждый сателлит 52 установлен на сателлитном валу 91, который установлен в отверстии 99, выполненном в диске. Водило 53 содержит также опоры 93, выступающие вдоль продольной оси. Эти выступающие опоры 93 расположены в окружном направлении между сателлитными валами 92. Выступающие опоры 93 образуют между собой и в окружном направлении полости, в которые может заходить каждый из сателлитов. Отверстия 99 расположены на дне полостей, образованном частью стенки диска 91. Кроме того, выступающие опоры 93 расположены в радиальном направлении между периферией 94 диска и центральным отверстием 95 с центром на продольной оси для размещения планетарной шестерни 51. Это позволяет удерживать сателлиты и избегать смещений.

Редуктор 50 дополнительно содержит крышку 56, располагаемую с его выходной стороны. В частности, крышку 56 крепят на водиле 53 таким образом, чтобы удерживать оси сателлитов. Таким образом, крышка 56 оказывается соединенной во вращении с водилом и валом вентилятора. Крышка 56 содержит стенку 96, имеющую форму диска, и вал 56а, проходящий от стенки в осевом направлении, в частности, от ее центра. Стенка крышки упирается в радиальные поверхности выступающих опор 93 водила 53.

Коронная шестерня 54 окружает водило 53 и центрована по продольной оси. Точно так же, она является неподвижной по отношению к водилу 53. В частности, коронная шестерня 54 закреплена на неподвижной конструкции газотурбинного двигателя через опорную обечайку 57. В настоящем примере неподвижная конструкция жестко закреплена на внутреннем картере 18 газотурбинного двигателя. Как можно увидеть на фиг. 2, редуктор 50 расположен на выходе разделительного носка 17 межтрактового картера.

Как показано на фиг. 2, вал 21 вентилятора соединен с ротором вентилятора при помощи кольцевой цапфы 59. Последняя расположена по меньшей мере на части смазочной камеры 60, которая находится на входе редуктора 50. Вместе с валом 21 вентилятора цапфа 59 имеет осевое сечение, имеющее общую форму булавочной головки. Такая форма позволяет уменьшить радиальный габарит, так как опорное кольцо 25 лопастей можно расположить как можно ближе к валу 21 вентилятора. Как показано на фигуре, цапфа 59 расположена радиально под ножками лопастей вентилятора. Цапфа 59 закреплена на входе вала 21 вентилятора и на выходе опорного кольца 25, на котором установлены лопасти вентилятора.

В частности, цапфа 59 содержит кольцевую юбку 61 с продольной осью. Эта юбка 61 установлена на валу вентилятора со стороны его входного конца 40, при этом юбка 61 удерживается на валу 18 вентилятор при помощи первого крепежного органа 62, установленного на входе юбки 61. Этот первый крепежный орган 62 может быть гайкой. Иначе говоря, цапфа является присоединяемым элементом, закрепляемым на валу вентилятора. Цапфа 59 содержит центральный участок 63, который имеет осевое сечение в виде усеченного конуса. Центральный участок 63 содержит входной конец 64, соединенный с первым концом юбки 61. Последняя расположена внутри центрального участка 63. Центральный участок 63 содержит также выходной конец 65, соединенный с кольцевым фланцем 66, который расположен вдоль радиальной оси. Фланец 66 позволяет закрепить цапфу 59 на роторе вентилятора. В частности, фланец 66 закреплен на выходной стороне опорного кольца 25 лопастей вентилятора. Центральный участок 63 частично перекрывает смазочную камеру 60.

Входной конец 64 цапфы 59 (в частности, центрального участка) находится в осевом направлении на уровне оси А установки угла лопастей вентилятора. Сама цапфа 59 расположена на выходе оси А установки лопастей вентилятора. В частности, на фиг. 2 видно, что центральный участок 63 и фланец 66 находятся на выходе оси установки лопастей вентилятора. Понятно, что приводное средство 34 находится в осевом направлении на входе цапфы.

Смазочная камера 60 позволяет смазывать по меньшей мере первый подшипник 69, направляющий во вращении вал 21 вентилятора. Первый подшипник 69 расположен на входе редуктора 50. Первый подшипник 69 является подшипником качения. Он содержит расположенные друг против друга внутреннее кольцо и наружное кольцо. Между внутренним и наружным кольцами, которые образуют дорожки качения, расположены элементы качения. Внутреннее кольцо установлено на валу 21 вентилятора. Наружное кольцо установлено на опоре 70 входного подшипника. Опора 70 входного подшипника жестко закреплена на неподвижной конструкции 49, которая, в свою очередь, закреплена на внутреннем картере 18.

Как показано на фиг. 2, первый подшипник 69 является двойным подшипником. Иначе говоря, существуют два первых подшипника, то есть первый входной подшипник 69а и первый выходной подшипник 69b, которые находятся на входе редуктора 50, чтобы направлять вал вентилятора во вращении относительно неподвижной конструкции газотурбинного двигателя. В этом случае элементы качения одного из первых входного и выходного подшипников являются шариками, а элементы качения другого из первых входного и выходного подшипников являются роликами. Предпочтительно, но не ограничительно, роликоподшипник расположен на входе шарикоподшипника. В альтернативном варианте, первые входной и выходной подшипники 69а, 69b содержат шарикоподшипники. Эти подшипники позволяют противостоять осевым и радиальным нагрузкам. Внутренние кольца первых входного и выходного подшипников расположены рядом друг с другом. Как правило, внутреннее кольцо первого выходного подшипника 69b заблокировано в осевом направлении на выходе заплечиком (не показан). Внутреннее кольцо первого входного подшипника заблокировано в осевом направлении на входе крепежным органом, таким как гайка. Наружное кольцо первого выходного подшипника заблокировано в осевом направлении на входе заплечиком и на выходе крепежным органом (гайкой) на опоре 70 входного подшипника. Внутреннее кольцо первого входного подшипника заблокировано в осевом направлении на входе осевым стопорным элементом, таким как втулка (не показана), и на выходе - заплечиком. Предпочтительно, но не ограничительно, наружный диаметр первого выходного подшипника 69b превышает наружный диаметр первого входного подшипника 69а.

В другом варианте выполнения, представленном на фиг. 3, присутствует единственный первый подшипник 69, расположенный на входе редуктора 50. Элементами качения этого направляющего подшипника являются шарики. В данном случае внутреннее кольцо 67а первого подшипника 69 заблокировано в осевом направлении, с одной стороны, осевым крепежным органом 68 на входе и, с другой стороны, заплечиком 70, находящимся на его выходе. В данном случае осевым крепежным органом 68 является гайка. Наружное кольцо 67b заблокировано в осевом направлении на входе заплечиком и на выходе крепежным органом 77, таким как гайка.

Вал 21 вентилятора направляется также во вращении при помощи второго направляющего подшипника 71 (показан на фиг. 2 и 3), находящегося на выходе редуктора 50. Второй направляющий подшипник тоже находится в смазочной камере 60. Расположение первого подшипника 69 и второго подшипника 71 соответственно на входе и на выходе редуктора 50 дает выигрыш в осевом габарите, что облегчает установку приводного средства 34. Это позволяет также улучшить удержание редуктора при помощи этих подшипников, расположенных на входе и на выходе, и ограничить относительные перемещения его различных органов.

Этот второй подшипник 71 является подшипником качения. Второй направляющий подшипник содержит внутреннее кольцо и наружное кольцо, противоположные друг к другу в радиальном направлении. Последние образуют дорожки качения для расположенных между ними элементов качения. Внутреннее кольцо установлено на крышке 56. В частности, внутреннее кольцо расположено в радиально наружном пространстве вала 56а крышки 56, как показано на фиг. 3. Осевая блокировка внутреннего кольца обеспечивается на входе заплечиком 72 и на выходе осевым крепежным органом 73, таким как гайка. Наружное кольцо установлено на опоре 74 выходного подшипника, жестко закрепленной на неподвижной конструкции газотурбинного двигателя. Наружное кольцо заблокировано в осевом направлении на входе осевым стопорным элементом 75, таким как втулка, и на выходе заплечиком 76 (см. фиг.3). Предпочтительно элементами качения этого второго направляющего подшипника являются цилиндрические ролики. Предпочтительно они позволяют выдерживать радиальные нагрузки.

Смазочная камера 60 позволяет смазывать первый и второй направляющие подшипники 69, 71 вала 21 вентилятора, а также редуктор 50. Предпочтительно смазочным веществом является масло, которое заполняет смазочную камеру в виде тумана. Смазочная камера ограничена на входе опорой 70 входного подшипника и валом 21 вентилятора. Между валом 21 вентилятора и опорой 70 входного подшипника предусмотрены уплотнительные средства 78, чтобы избегать утечки смазки наружу смазочной камеры. Уплотнительные средства 78 позволяют также ограничивать смазочную камеру 60. В частности, уплотнительные средства 78 образуют входной конец смазочной камеры 60. Они представляют собой, например, по меньшей мере одну лабиринтную прокладку и/или по меньшей мере одну сегментированную радиальную прокладку (которая может быть выполнена в виде сегментированного карбонового кольца). Опора 70 входного подшипника может быть дополнена средствами повышения давления (не показаны), позволяющими направлять поток сжатого воздуха внутрь смазочной камеры 60 через уплотнительные средства 78. Эти средства повышения давления могут содержать канал, выполненный в крышке 84 опоры 70 входного подшипника, продолжающей последнюю на входе. Предпочтительно воздух для повышения давления отбирают на одном из компрессоров газотурбинного двигателя. Это позволяет ограничить утечки смазки.

В варианте выполнения, представленном на фиг. 3, уплотнительные средства 78 находятся на входе первого направляющего подшипника 69. Крышка 84 опоры входного подшипника поддерживает и частично перекрывает это уплотнительное средство 78. Точно так же, цапфа окружает радиально снаружи уплотнительные средства 78.

На выходе смазочная камера 60 ограничена кольцевым картером 79, закрепленным на внутреннем картере, и участком силового вала. Участок 18а внутреннего картера 18 тоже ограничивает смазочную камеру 60. Участок 18а внутреннего картера расположен в осевом направлении между опорой 70 входного подшипника и кольцевым картером 79. Последний находится на выходе опоры 74 выходного подшипника.

В смазочной камере 60 установлен отражатель 80 (показан на фиг. 3), чтобы направлять смазку (в данном случае масло) от одного органа к другому. На фиг. 3 этот отражатель 80 расположен в осевом направлении между гайкой 97 отражателя 80 на входе (установленной на валу 21 вентилятора) и заплечиком 98 вала вентилятора. На фиг. 2 отражатель 80 установлен в осевом направлении между гайкой отражателя и внутренним кольцом первого направляющего подшипника 69.

Средства 45 гидравлического питания приводного средства выполнены с возможностью своего соединения с источником 83 гидравлического питания и с возможностью питания камер 44а, 44b приводного средства. На фиг. 2 и 3 средства питания содержат по меньшей мере одну трубку, которая проходит через редуктор 50. В этом примере выполнения питание приводного средства 34 обеспечивают несколько трубок 81 (в данном случае три). Предпочтительно эти трубки 81 являются трубками высокого давления. Давление, присутствующее в каждой трубке, составляет около 120 бар. Предпочтительно текучая среда под давлением, которая проходит в трубках 81, является маслом. Для этого на выходе редуктора 50 установлен подшипник 82 передачи масла, известный под английским сокращением OTB от Oil Transfer Bearing. Это становится возможным за счет того, что приводное средство 34 находится на входе вала вентилятора и что неподвижный корпус 35 неподвижно соединен с валом вентилятора, вращающимся вокруг продольной оси Х. Как свидетельствует его название, подшипник 82 передачи масла позволяет передавать текучую среду (масло), выходящую из источника 83 питания, расположенного на выходе редуктора 50 в неподвижной системе координат газотурбинного двигателя, на вход редуктора, чтобы питать редуктор, а также привод, расположенный во вращающейся системе координат. Точно так же, расположение подшипника 82 передачи масла на выходе редуктора 50 позволяет уменьшить его диаметр, снизить риски утечки из него текучей среды и ограничить его тепловую мощность.

Подшипник 82 передачи масла, схематично показанный на фиг.2 и 3, содержит радиально внутреннюю кольцевую часть (не показана), которая соединена во вращении с водилом 53 (с выходной стороны). Эта первая часть закреплена, в частности, на валу крышки. Подшипник передачи масла содержит также радиально наружную кольцевую часть, соединенную с неподвижной конструкцией газотурбинного двигателя. Смазочная жидкость проходит между радиально внутренней и радиально наружной частями. Подшипник передачи масла связан на своем входе с трубками 81 (в данном случае в количестве трех), которые проложены в редукторе 50 и доходят до приводного средства 34. Такая конфигурация позволяет, с одной стороны, уменьшить радиальный габарит модуля вентилятора и получить выигрыш в компактности и, с другой стороны, уменьшить консольность центра тяжести модуля вентилятора по отношению к поддерживающим его подшипникам, чтобы улучшить динамическое поведение ротора вентилятора.

Для этого, как показано на фиг. 5-7, редуктор 50 содержит сквозные отверстия 100, через которые проходят трубки 81. Сквозные отверстия 100 выполнены на уровне выступающих опор 93 водила 53 внутри этих опор. В настоящем примере сквозные отверстия 100 проходят в осевом направлении через выступающие опоры 93 и выходят с входной стороны диска 91 редуктора. В этом случае вал 21 вентилятора содержит радиальные отверстия 101, через каждое из которых должна проходить трубка 81.

В альтернативном варианте сквозные отверстия 100 выступающих опор 93 выходят внутрь вала вентилятора. В этом случае каждое сквозное отверстие 100 имеет наклонное направление и выходит в вал вентилятора.

Каждая выступающая опора 93 содержит только одно сквозное отверстие. Таким образом, каждое сквозное отверстие расположено между двумя смежными сателлитами. Точно так же, крышка 56 водила 53 содержит сквозные отверстия 102, которые проходят через стенку 96 диска. Когда крышка 56 установлена на водиле 53, сквозные отверстия 102 и сквозные отверстия 100 оказываются совмещенными. Предпочтительно сквозные отверстия 100 и сквозные отверстия 102 выполнены удлиненными в окружном направлении. Радиальное сечение сквозных отверстий может быть закругленным вытянутым или прямоугольным. Разумеется, сквозные отверстия могут иметь радиальное сечение круглой формы, если только они позволяют проложить трубки 81.

Таким образом, каждая трубка 81 расположена по меньшей мере частично внутри вала 21 вентилятора. Как можно увидеть на фиг.2, 3 и 5-7, трубки 81 содержат, каждая, от выхода к входу первый участок 81а, которая расположен в осевом направлении на входе редуктора, второй участок 81b, который расположен в радиальном направлении на входе редуктора (в частности, крышки 56), третий участок 81с, который расположен по существу в осевом направлении внутри редуктора (в сквозных отверстиях водила и в сквозных отверстиях крышки), четвертый участок 81d, который расположен по существу в радиальном направлении на входе редуктора, и пятый участок 81е, которые расположен в осевом направлении внутри вала вентилятора. Каждая трубка 81 соединена также с камерами 44а, 44b привода через отверстие 85 (см. фиг. 3), которое выходит в эти камеры.

На фиг. 4 представлен другой тип газотурбинного двигателя, для которого можно применить изобретение. В дальнейшем в описании сохранены соответствующие цифровые обозначения элементов описанного выше газотурбинного двигателя. Этот газотурбинный двигатель содержит вентиляторный модуль 3 с входным вентилятором 400а и выходным вентилятором 400b. Входной вентилятор 400а расположен по существу так же, как и в предыдущем варианте. Это значит, что входной вентилятор 400а является подвижным и вращается при помощи ротора вентилятора и содержит лопасти с переменным углом установки. Система 32 изменения шага установлена в роторе вентилятора с приводным средством 34 на входе вала 21 вентилятора. Цапфа 59 закреплена, с одной стороны, на выходе опорного кольца 25 и, с другой стороны, на входе вала вентилятора. Понятно, что приводное средство находится в осевом направлении на входе цапфы. Отличие относительно вентилятора другого газотурбинного двигателя (см. фиг. 1, 2 и 3), заключается в том, что входной вентилятор 400а не является капотированным. Выходной вентилятор 400b закреплен на неподвижном картере (который может быть межтрактовым картером 16). Выходной вентилятор 400b содержит лопасти 401 с переменным углом установки. Предусмотрена система изменения шага (не показана) для изменения угла установки этих лопастей. Последние проходят в радиальном направлении через вторичный проточный тракт 15, расположенный вокруг газогенератора. Лопасти 401 расположены в осевом направлении на выходе подвижных лопастей. Лопасти выходного вентилятора 400b тоже не являются капотированными. Кроме того, лопасти неподвижного выходного вентилятора 400b имеют длину по существу вдоль радиальной оси, меньшую длины лопастей входного подвижного вентилятора.

Объектом изобретения является вентиляторный модуль (3) с лопастями с переменным углом установки, при этом упомянутый вентиляторный модуль (3) содержит: ротор (20) вентилятора с лопастями (23) вентилятора (4, 400а, 400b), установленными с возможностью поворота, каждая, вокруг оси (А) установки, вал (21) вентилятора, расположенный вдоль продольной оси Х внутри ротора вентилятора и вращающий ротор вентилятора, силовой вал (11), приводящий во вращение вал вентилятора через редуктор (50) с эпициклической передачей, по меньшей мере первый и второй подшипники (69, 71), направляющие во вращении ротор вентилятора и расположенные в смазочной камере (60), и систему (32) изменения шага лопастей вентилятора, содержащую соединительный механизм (33), соединенный с лопастями вентилятора, и приводное средство (34), действующее на соединительный механизм (33). Согласно изобретению первый подшипник (69) расположен на входе редуктора (50), а второй подшипник (71) расположен на выходе редуктора (50), при этом ротор (20) вентилятора соединен с валом (21) вентилятора через кольцевую цапфу (59), расположенную по меньшей мере на входной части смазочной камеры (60). Позволяет просто и эффективно уменьшить радиальный и осевой габарит, чтобы оптимизировать массу модуля и его динамическую ситуацию, избегая при этом существенных конструктивных изменений. 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Вентиляторный модуль (3) с лопастями с переменным углом установки, при этом упомянутый вентиляторный модуль (3) содержит:

- ротор (20) вентилятора с лопастями (23) вентилятора (4, 400а), установленными с возможностью поворота, каждая, вокруг оси (А) установки,

- вал (21) вентилятора, проходящий вдоль продольной оси Х внутри ротора (20) вентилятора и вращающий ротор (20) вентилятора,

- силовой вал (11), приводящий во вращение вал вентилятора через редуктор (50) с эпициклической передачей,

- по меньшей мере первый и второй подшипники (69, 69а, 69b, 71), направляющие во вращении ротор вентилятора по отношению к конструкции вентиляторного модуля и расположенные в смазочной камере (60), и

- систему (32) изменения шага лопастей вентилятора, содержащую соединительный механизм (33), соединенный с лопастями вентилятора, и приводное средство (34), действующее на соединительный механизм (33),

отличающийся тем, что первый подшипник (69, 69а, 69b) расположен на входе редуктора (50), а второй подшипник (71) расположен на выходе редуктора (50), при этом ротор (20) вентилятора соединен с валом (21) вентилятора через кольцевую цапфу (59), проходящую на по меньшей мере входной части смазочной камеры (60), и приводное средство (34) находится в осевом направлении на входе цапфы (59).

2. Вентиляторный модуль (3) по предыдущему пункту, отличающийся тем, что кольцевая цапфа (59) проходит под ножками (24) лопастей вдоль радиальной оси.

3. Вентиляторный модуль (3) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что кольцевая цапфа (59) содержит входной конец (64), находящийся в осевом направлении на уровне оси (А) установки лопастей, и проходит на выходе оси установки лопастей.

4. Вентиляторный модуль (3) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что ротор (20) вентилятора содержит опорное кольцо (25), содержащее радиальные цилиндрические гнезда (26), равномерно распределенные вокруг продольной оси и предназначенные для приема в каждом из них ножки (24) лопасти, при этом цапфа (59) закреплена на выходе опорного кольца (25).

5. Вентиляторный модуль (3) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что приводное средство (34) расположено на входе радиальной плоскости, в которой определены оси (А) установки лопастей.

6. Вентиляторный модуль (3) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что приводное средство (34) соединено во вращении с валом (21) вентилятора.

7. Вентиляторный модуль (3) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что приводное средство (34) содержит неподвижный корпус (35), соединенный с валом вентилятора, и подвижный корпус (36), поступательно перемещающийся вдоль продольной оси Х относительно упомянутого неподвижного корпуса (35), при этом подвижный корпус (36) соединен с соединительным механизмом (33).

8. Вентиляторный модуль (3) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что редуктор (50) содержит планетарную шестерню (51), связанную с силовым валом (11), сателлиты (52) и водило (53), на котором установлены сателлиты и которое связано с валом (21) вентилятора.

9. Вентиляторный модуль (3) по предыдущему пункту, отличающийся тем, что вал (21) вентилятора и водило (53) являются моноблочными.

10. Вентиляторный модуль (3) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что содержит средства (45) питания приводного средства (34), соединенные с источником (83) питания, при этом средства (45) питания содержат трубки (81), которые проходят через редуктор (50) и по меньшей мере частично расположены внутри вала (21) вентилятора.

11. Вентиляторный модуль (3) по предыдущему пункту, отличающийся тем, что редуктор (50) содержит сквозные отверстия (100), выполненные в водиле (53) для обеспечения прохождения трубок (81), при этом каждое сквозное отверстие (100) расположено между двумя смежными сателлитами.

12. Вентиляторный модуль (3) по одному из пп. 10, 11, отличающийся тем, что средства (45) питания связаны с подшипником (82) передачи масла, расположенным на выходе редуктора (50).

13. Вентиляторный модуль (3) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что первый подшипник (69, 69а, 69b) включает в себя два шарикоподшипника или один роликоподшипник и один шарикоподшипник.

14. Вентиляторный модуль (3) по любому из пп. 1-12, отличающийся тем, что первый подшипник (69) является шарикоподшипником.

15. Вентиляторный модуль (3) по любому из предыдущих пунктов, отличающийся тем, что второй подшипник (71) содержит роликоподшипник.