УЗЕЛ ПРИВОДОВ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2024 года по МПК F02C7/32 G01M15/14 G01L1/22 

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям привода коробок приводных агрегатов (КПА) газотурбинного двигателя (ГТД), и может быть использовано в ГТД авиационного и наземного применения.

Известно, что для обеспечения нормальной работоспособности конических зубчатых колес (ЗК) центрального привода (ЦП) и угловой конической передачи (УКП) необходимо выполнить комплекс расчетов собственных частот и форм колебаний этих ЗК с целью определения потенциально опасных резонансов в рабочем диапазоне ГТД. Расчеты проводятся на построенных геометрических моделях ЗК с помощью построения конечно-элементной сетки. В ходе проведения расчетов определяют: на каких частотах вращения ГТД возможен резонанс, с какой частотой, формой узловых диаметров и какой гармоникой. При получении в процессе расчета возможных резонансов в диапазоне рабочих частот двигателя, проводится уточнение геометрии диафрагмы, обода и ступицы конических ЗК, добиваясь отведения собственных частот за рабочий диапазон ГТД. Также проводятся расчеты на определение разрушающего момента и подбора геометрии «слабого звена» у шлицевых валиков приводных агрегатов. После выполнения комплекса этих расчетов необходимо подтвердить полученные результаты проведением испытаний на спец. установках или в составе ГТД с использованием тензометрирования ЗК и шлицевых валиков для определения уровня имеющихся в них напряжений. На обеспечение возможности выполнения таких замеров и направлено данное изобретение, внедрение которого позволяет повысить надежность работы ГТУ.

Известна конструкция узла приводов ГТД (патент №FR 2921423, МПК F02C 7/32; F02C 7/36, опубл. 25.04.2014), в которой отбор мощности на привод КПА производится сразу от двух валов: компрессора высокого давления (КВД) и компрессора низкого давления (КНД) при помощи двух коаксиально расположенных валов и двух пар конических зубчатых колес, причем в угловом коническом приводе между ведущими и ведомыми зубчатыми колесами установлена муфта, а ведущее ЗК УКП, соединенное с валом КНД не имеет внутреннего отверстия.

Недостатком данной конструкции является сложность конструкции и невозможность проведения специальных замеров (тензометрирования и термометрирования) конических зубчатых колес и шлицевых валов.

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбрана конструкция (RU №2681391, МПК F02C 7/32, F01D 25/16, опубл. 06.03.2019) в которой УКП для уменьшения радиального пространства частично размещен внутри промежуточного корпуса ГТУ. Внутрь ведущего конического колеса установлен жиклер подвода масла для смазки подшипников и зацеплений, который не позволяет установить внутрь шестерни детали радиотелеметрической системы: печатную плату, передатчик измерений и передающую антенну.

Таким образом недостатком конструкции прототипа является то, что в ней невозможно выполнить замеры напряжений и температуры ни на зубчатых конических колесах, ни на шлицевых валах.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается только при осуществлении предлагаемого изобретения и не может быть реализовано при использовании прототипа, является отсутствие возможности проведения тензо- и термометрирования для определения фактических величин тензонапряжений и температур в процессе испытаний двигателя для экспериментального подтверждения результатов предварительно проведенных теоретических расчетов.

Технической задачей изобретения является разработка конструкций центрального привода, углового конического привода и коробки приводных агрегатов, позволяющих разместить внутри конических зубчатых колес углового конического привода роторных деталей радиотелеметрической системы: печатной платы, передатчика измерений в собственном корпусе и передающую антенну, а на корпусе углового конического привода разместить статорные детали: регулировочное кольцо и приемную антенну с проводами, передающими сигнал.

Технический результат изобретения заключается в повышении надежности работы деталей кинематической цепи (зубчатых колес и шлицевых валиков), выражающееся в обеспечении возможности выполнения замеров фактических напряжений и температуры в зубчатых колесах и шлицевых валиках, в получении результатов и оценки возможности образования резонансных явлений в диапазоне рабочих частот двигателя, и при необходимости выполнение уточнений их геометрии, добиваясь отведения собственных частот этих зубчатых колес за рабочий диапазон работы ГТД. Выполнение тензометрирования на шлицевых валиках позволят уточнить моменты их разрушения и при необходимости также выполнить корректировку их геометрии. Выполнение замеров температуры на зубчатых колесах и шлицевых валиках позволит определить их нагрев на различных режимах работы ГТД и оценить степень опасности влияния этой температуры на свойства материала, из которого они изготовлены.

Технический результат достигается за счет того, что в узле приводов газотурбинного двигателя содержащем КПА, выполненную в виде корпуса с установленными внутри ЗК, содержащими подшипники и шлицевые валики, снаружи корпуса при помощи переходников установлены приводные агрегаты с шлицевыми валиками, УКП соединенный с КПА, и использующий с ней общую внутреннюю масляную полость, причем УКП содержит не менее одного жиклера подвода масла с шлицевым валиком, проходящим в полой стойке разделительного корпуса и соединяющим ведомые конические ЗК ЦП и ведущие конические ЗК УКП, согласно изобретению, жиклер подвода масла установлен в корпусе УКП, дополнительно установлено не менее одного тензодатчика для замера напряжения, с подключенными к нему кабелями, по первому варианту ведомое коническое ЗК, на котором производят замеры, содержит печатную плату, к которой присоединены кабели, идущие от тензодатчиков и, соединенный при помощи клемм с этой печатной платой передатчик измерения, установленный в корпус и закрепленный внутри ЗК, а сам передатчик измерения с противоположной стороны соединен клеммами с передающей антенной, находящейся на расстоянии А от неподвижной принимающей антенны, которое может быть отрегулировано в пределах 0,3…1,5 мм с помощью как минимум одного регулировочного кольца, при этом неподвижная принимающая антенна и регулировочное кольцо установлены в неподвижный фланец приемной антенны, закрепленный на корпусе УКП, по второму варианту коническое ЗК, на котором производят замеры, содержит передатчик измерения, выполненный в корпусе и закрепленный внутри ЗК, соединенный с одной стороны при помощи клемм с кабелем, а с противоположной стороны соединенный клеммами с печатной платой, печатная плата при помощи клемм соединена с передающей антенной, находящаяся на расстоянии А от неподвижной принимающей антенны, которое может быть отрегулировано в пределах 0,3…1,5 мм с помощью как минимум одного регулировочного кольца, при этом неподвижная принимающая антенна и регулировочное кольцо установлены в неподвижный фланец приемной антенны, закрепленный на корпусе УКП.

В предлагаемых вариантах изобретения в отличие от прототипа, расположение жиклера подвода масла к ЗК и подшипникам УКП в корпусе УКП обеспечивает беспрепятственный доступ к внутренним полостям конических ЗК.

Возможность установки тензодатчиков на наружные поверхности исследуемых деталей, в том числе на диафрагме или ободе ведущего конического ЗК, на шлицевом валике, соединяющем ЗК КПА и УКП, на шлицевом валике, соединяющем конические ЗК УКП и ЦП, на ЗК КПА, на шлицевом валике приводного агрегата, установленном на КПА, на ведомом коническом ЗК ЦП позволяет провести тензо- и термометрирование этих деталей и замерить фактические значения напряжений и температуры.

По первому варианту коническое зубчатое колесо, на котором производят замеры, содержит печатную плату, к которой присоединены кабели, идущие от тензодатчиков и, соединенный при помощи клемм с этой печатной платой, передатчик измерения, установленный в корпус и закрепленный внутри зубчатого колеса, а сам передатчик измерения с противоположной стороны соединен клеммами с передающей антенной, что позволяет получить сигнал от измеряемого объекта (зубчатого колеса или шлицевого валика), преобразовать его с помощью передатчика измерений и обеспечить его передачу с передающей антенны к приемной антенне.

По второму варианту коническое зубчатое колесо, на котором производят замеры, содержит передатчик измерения, выполненный в корпусе и закрепленный внутри ЗК, соединенный с одной стороны при помощи клемм с кабелем, а с противоположной стороны соединенный клеммами с печатной платой, печатная плата при помощи клемм соединена с передающей антенной, что позволяет получить сигнал от измеряемого объекта (зубчатого колеса или шлицевого валика), преобразовать его с помощью передатчика измерений и обеспечить его передачу с передающей антенны к приемной антенне.

Расстояние между передающей антенной и неподвижной принимающей антенной находится в пределах 0,3…1,5 мм что позволяет обеспечить передачу устойчивого сигнала от передающей к приемной антенне.

При расстоянии меньше 0,3 мм возникает опасность задевания вращающейся передающей антенны о статорные детали: приемную антенну и фланец приемной антенны. При величине более 1,5 мм - передаваемый сигнал сильно ослабевает или происходит полная потеря этого сигнала.

При помощи регулировочного кольца производится регулировка расстояния А (зазора): если зазор необходимо уменьшить - подкладывают кольцо большей толщины, если увеличить - более тонкое.

Неподвижная принимающая антенна и регулировочное кольцо установлены в неподвижный фланец приемной антенны, закрепленный на корпусе углового конического привода что дает возможность передать сигнал на регистрирующую аппаратуру, например, персональный компьютер, с помощью неподвижного кабеля, исходящего от приемной антенны и проведенного до этой аппаратуры.

На фиг. 1 изображен узел приводов;

На фиг. 2 изображен узел приводов с тензодатчиком, расположенным на ведущем коническом зубчатом колесе углового конического привода;

На фиг. 3 изображен узел приводов с тензодатчиком, расположенным на шлицевом валике, соединяющем зубчатые колеса коробки приводных агрегатов и углового конического привода;

На фиг. 4 изображен узел приводов с тензодатчиком, расположенным на зубчатом колесе коробки приводных агрегатов;

На фиг. 5 изображен узел приводов с тензодатчиком, расположенным на шлицевом валике приводного агрегата

На фиг. 6 изображен узел приводов с тензодатчиком, расположенным на ведомом коническом зубчатом колесе углового конического привода;

На фиг. 7 изображен узел приводов с тензодатчиком, расположенным на шлицевом валике, соединяющем конические зубчатые колеса углового конического привода и центрального привода;

На фиг. 8 изображен узел приводов с тензодатчиком, расположенным на ведомом коническом зубчатом колесе центрального привода.

Узел приводов газотурбинного двигателя содержит КПА 2, выполненную в виде корпуса (без позиции) с установленными внутри ЗК 11, содержащими подшипники (без позиции) и шлицевые валики 10, снаружи корпуса при помощи переходников установлены приводные агрегаты 1 с шлицевыми валиками 12. Мощность на привод агрегатов 1, расположенных на КПА 2 передается от ведущего 3 и ведомого 4 конических зубчатых колес ЦП 5, шлицевого валика привода УКП 6, проходящего в полой стойке разделительного корпуса 13, и соединяющего ведомые конические ЗК 3 ЦП 5 и ведущие конические ЗК 7 УКП 9, ведущего 7 и ведомого 8 конических зубчатых колес УКП 9, шлицевого валика привода КПА 10, зубчатых колес КПА 11 и шлицевых валиков приводных агрегатов 12.

УКП 9 соединен с КПА 2, и использует с ней общую внутреннюю масляную полость (без позиции), причем в конструкции УКП 9 выполнено не менее одного жиклера подвода масла 25.

Разработанная конструкция УКП 9 и КПА 2 позволяет провести специальные испытания (тензометрирование или термометрирование) ЗК (ЦП и УКП) и шлицевых валиков (КПА и УКП). Причем можно проводить специальные испытания как на горизонтальном, так и на вертикальном валу. Для проведения измерения тензонапряжений на испытываемом объекте, например, на ведомом коническом ЗК УКП 8, закрепляют не менее одного тензодатчика 15, от которого кабели 16 направлены внутрь этого ведомого конического ЗК 8, через печатную плату 17 и корпус передатчика измерений 19 они направлены в передатчик измерения тензонапряжений или температуры 18, например, марки «Transmitter dt6021T-DTR». Установить трансмиттер внутрь ведомого конического ЗК позволяет то, что жиклер 25, расположен в нижней части УКП, а не вставлен внутрь ведомого конического ЗК 8, и подвод масла к подшипникам УКП 9 осуществляется извне этого зубчатого колеса.

Сигнал от передатчика измерения 18 передается в передающую антенну 20. Порядок размещения оборудования может отличаться в зависимости от размера внутренней полости зубчатого колеса (например, при достаточно большом внутреннем диаметре зубчатого колеса оборудование возможно размесить внутри этого зубчатого колеса, а при недостаточном внутреннем диаметре его можно разместить снаружи зубчатого колеса внутри специального корпуса, прикрепленного к этому зубчатому колесу) вначале от тензодатчика 15 сигнал направляется в передатчик измерения 18, потом в печатную плату 17 и далее в передающую антенну 20. Печатная плата 17, корпус передатчика измерения 19, сам передатчик измерения 18 и передающая антенна 20 установлены в ведомое коническое зубчатое колесо 8 и вращаются вместе с ним. Во внутренней полости УКП 14 устанавливается фланец приемной антенны 21 с установленной внутри приемной антенной 22. Между вращающейся передающей антенной 20 и неподвижной приемной антенной 22 с помощью регулировочного кольца 23 устанавливают расстояние А в пределах 0,3…1,5 мм, обеспечивающее передачу устойчивого сигнала от передающей к приемной антенне. От приемной антенны сигнал по кабелю 24 направляется в блок регистрирующей аппаратуры.

Положительный технический результат получен во всех приведенных вариантах осуществления. По заявленному изобретению успешно проведены экспериментальные работы, конструкция внедряется для использования в производстве.

Таким образом при выполнении данного изобретения повышается надежность работы деталей кинематической цепи (зубчатых колес и шлицевых валиков), за счет возможности выполнения замеров фактических напряжений и температуры в зубчатых колесах и шлицевых валиках.

Изобретение относится к двигателестроению, а именно к конструкциям привода коробок приводных агрегатов (КПА) газотурбинного двигателя (ГТД), и может быть использовано в ГТД авиационного и наземного применения. В предлагаемых вариантах изобретения, в отличие от прототипа, расположение жиклера подвода масла к ЗК и подшипникам УКП в корпусе УКП обеспечивает беспрепятственный доступ к внутренним полостям конических ЗК. Возможность установки тензодатчиков на наружные поверхности исследуемых деталей, в том числе на диафрагме или ободе ведущего конического ЗК, на шлицевом валике, соединяющем ЗК КПА и УКП, на шлицевом валике, соединяющем конические ЗК УКП и ЦП, на ЗК КПА, на шлицевом валике приводного агрегата, установленном на КПА, на ведомом коническом ЗК ЦП позволяет провести тензо- и термометрирование этих деталей и замерить фактические значения напряжений и температуры. Технический результат заключается в повышении надежности. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Узел приводов газотурбинного двигателя, содержащий коробку приводных агрегатов, выполненную в виде корпуса с установленными внутри зубчатыми колесами, содержащими подшипники и шлицевые валики, снаружи корпуса при помощи переходников установлены приводные агрегаты с шлицевыми валиками, угловой конический привод, соединенный с коробкой приводных агрегатов и использующий с ней общую внутреннюю масляную полость, причем угловой конический привод содержит не менее одного жиклера подвода масла с шлицевым валиком, проходящим в полой стойке разделительного корпуса и соединяющим ведомые конические зубчатые колеса центрального и ведущие конические зубчатые колеса углового конических приводов, отличающийся тем, что жиклер подвода масла установлен в корпусе углового конического привода, дополнительно установлено не менее одного тензодатчика для замера напряжения, с подключенными к нему кабелями, а ведомое коническое зубчатое колесо, на котором производят замеры, содержит печатную плату, к которой присоединены кабели, идущие от тензодатчиков, и соединенный при помощи клемм с этой печатной платой передатчик измерения, установленный в корпус и закрепленный внутри этого конического зубчатого колеса, а сам передатчик измерения с противоположной стороны соединен клеммами с передающей антенной, находящейся на расстоянии (зазора) А от неподвижной принимающей антенны, которое может быть отрегулировано в пределах 0,3…1,5 мм с помощью, как минимум, одного регулировочного кольца, при этом неподвижная принимающая антенна и регулировочное кольцо установлены в неподвижный фланец приемной антенны, закрепленный на корпусе углового конического привода.

2. Узел приводов газотурбинного двигателя, содержащий коробку приводных агрегатов, выполненную в виде корпуса с установленными внутри зубчатыми колесами, содержащими подшипники и шлицевые валики, снаружи корпуса при помощи переходников установлены приводные агрегаты с шлицевыми валиками, угловой конический привод, соединенный с коробкой приводных агрегатов и использующий с ней общую внутреннюю масляную полость, причем угловой конический привод содержит не менее одного жиклера подвода масла с шлицевым валиком, проходящим в полой стойке разделительного корпуса и соединяющим ведомые конические зубчатые колеса центрального и ведущие конические зубчатые колеса углового конических приводов, отличающийся тем, что жиклер подвода масла установлен в корпусе углового конического привода, дополнительно установлено не менее одного тензодатчика для замера напряжения, с подключенными к нему кабелями, коническое зубчатое колесо, на котором производят замеры, содержит передатчик измерения, выполненный в корпусе и закрепленный внутри этого ведомого конического зубчатого колеса, соединенный с одной стороны при помощи клемм с кабелем, а с противоположной стороны соединенный клеммами с печатной платой, печатная плата при помощи клемм соединена с передающей антенной, находящаяся на расстоянии (зазора) А от неподвижной принимающей антенны, которое может быть отрегулировано в пределах 0,3…1,5 мм с помощью, как минимум, одного регулировочного кольца, при этом неподвижная принимающая антенна и регулировочное кольцо установлены в неподвижный фланец приемной антенны, закрепленный на корпусе углового конического привода.

3. Узел приводов по п. 1, 2, отличающийся тем, что тензодатчик для замера напряжений установлен на ведущем коническом зубчатом колесе углового конического привода.

4. Узел приводов по п. 1, 2, отличающийся тем, что тензодатчик для замера напряжений установлен на шлицевом валике, соединяющем зубчатые колеса коробки приводных агрегатов и углового конического привода.

5. Узел приводов по п. 1, 2, отличающийся тем, что тензодатчик для замера напряжений установлен на шлицевом валике, соединяющем конические зубчатые колеса углового конического привода и центрального привода.

6. Узел приводов по п. 1, 2, отличающийся тем, что тензодатчик для замера напряжений установлен на зубчатом колесе коробки приводных агрегатов.

7. Узел приводов по п. 1, 2, отличающийся тем, что тензодатчик для замера напряжений установлен на шлицевом валике приводного агрегата, установленном на коробке приводных агрегатов.

8. Узел приводов по п. 1, 2, отличающийся тем, что тензодатчик для замера напряжений установлен на ведомом коническом зубчатом колесе центрального привода.

9. Узел приводов по п. 1, 2, отличающийся тем, что печатная плата, передатчик измерений и передающая антенна установлены снаружи конического зубчатого колеса.

10. Узел приводов по п. 1, 2, отличающийся тем, что при помощи передатчика замеряют тензонапряжения.

11. Узел приводов по п. 1, 2, отличающийся тем, что при помощи передатчика замеряют температуру.

12. Узел приводов по п. 1, 2, отличающийся тем, что при помощи передатчика замеряют одновременно тензонапряжения и температуру.