ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ И СТАРТЕР-ГЕНЕРАТОР ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
GAS TURBINE ENGINE AND STARTER-GENERATOR FOR GAS-TURBINE ENGINE

Настоящее изобретение касается газотурбинного двигателя, такого как авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель, оборудованного электрическим генератором, образующим стартер и установленным в газотурбинном двигателе в осевом направлении, а также стартера-генератора для газотурбинного двигателя такого типа.
В патенте ЕР-А-1382802 предложен газотурбинный двигатель, оборудованный встроенным стартером-генератором, при этом стартер-генератор установлен в отверстии одного или нескольких дисков с подвижными лопатками компрессора газотурбинного двигателя.
Задачей настоящего изобретения является, в частности, усовершенствование такого типа газотурбинного двигателя за счет облегчения установки и демонтажа встроенного стартера-генератора и упрощения его соединений с электрическими кабелями питания или распределения тока.
В этой связи объектом изобретения является газотурбинный двигатель, содержащий электрический стартер-генератор, ротор которого приводится во вращение валом компрессора высокого давления и статер которого установлен на промежуточном картере газотурбинного двигателя, при этом стартер-генератор закрыт герметичным корпусом, установленным в переднем отсеке газотурбинного двигателя, который находится внутри промежуточного картера и который содержит масло, при этом в герметичный корпус стартера-генератора подается воздух под первые средства соединения с электрическими кабелями, проходящими в конструктивных стойках промежуточного картера, при этом первые средства соединения являются герметичными и расположены внутри камеры, ограниченной корпусом и промежуточным картером и питаемой воздухом под давлением.
Расположение в соответствии с изобретением стартера-генератора в переднем отсеке газотурбинного двигателя между компрессором низкого давления и компрессором высокого давления позволяет устанавливать и снимать стартер-генератор путем осевого поступательного перемещения с передней части газотурбинного двигателя, что облегчает операции обслуживания и сокращает их продолжительность.
Кроме того, такое расположение позволяет прокладывать в конструктивных стойках промежуточного картера электрические кабели, соединенные со стартером-генератором, которые являются жесткими кабелями относительно большого сечения.
Поскольку этот передний отсек газотурбинного двигателя содержит масло, установленный в этом отсеке стартер-генератор помещен в герметичный корпус.
Для облегчения электрических соединений стартера-генератора с электрическими кабелями питания/распределения тока этот герметичный корпус окружен камерой, ограниченной промежуточным картером и корпусом и питаемой воздухом под давлением, при этом воздух под давлением может подаваться в герметичный корпус через выполненные в нем впускные отверстия для создания в корпусе высокого давления воздуха, препятствующего попаданию масла.
Герметичный корпус содержит первые средства соединения с электрическими кабелями, проходящими в стойках промежуточного картера, причем эти первые средства соединения герметично проходят через стенку корпуса и расположены внутри камеры, питаемой воздухом под давлением.
Эти первые средства соединения соединены снаружи корпуса со вторыми средствами соединения, герметично проходящими через стенку камеры, питаемой воздухом под давлением, и выходящими наружу этой камеры.
Соединения между первыми средствами соединения, содержащимися в герметичном корпусе, и вторыми средствами соединения находятся, таким образом, в камере, питаемой воздухом под давлением, и защищены от масла, содержащегося в переднем отсеке газотурбинного двигателя.
Предпочтительно первые средства соединения расположены внутри этой камеры параллельно оси ротора и соединены штепсельными разъемами со вторыми средствами соединения.
Это позволяет осуществлять вслепую установку стартера-генератора в газотурбинном двигателе, и электрические соединения реализуются автоматически во время этой установки.
В предпочтительном варианте выполнения настоящего изобретения герметичный корпус стартера-генератора содержит наружный цилиндрический элемент, который образует опору статора стартера-генератора и на котором установлены первые средства соединения, внутренний цилиндрический элемент, образующий опору ротора стартера-генератора, и переднюю и заднюю кольцевые крышки, закрепленные на концах наружного цилиндрического элемента и герметично взаимодействующие с внутренним цилиндрическим элементом через вращающиеся прокладки.
Стартер-генератор в соответствии с настоящим изобретением и его герметичный корпус имеют модульную конструкцию, облегчающую их установку и демонтаж и, кроме того, при операциях обслуживания позволяющую извлекать из переднего отсека внутренний цилиндрический элемент с ротором стартера-генератора, оставляя при этом на месте наружный цилиндрический элемент со статором стартера-генератора.
Объектом настоящего изобретения является также стартер-генератор для газотурбинного двигателя вышеописанного типа, содержащий герметичный корпус, содержащий наружный цилиндрический элемент, образующий опору статора, внутренний цилиндрический элемент коаксиальный с наружным цилиндрическим элементом и образующий опору ротора, и кольцевые крышки, закрепленные на осевых концах наружного цилиндрического элемента и взаимодействующие с внутренним цилиндрическим элементом через вращающиеся прокладки, отличающийся тем, что наружный цилиндрический элемент корпуса содержит изогнутые средства соединения обмоток статора с электрическими кабелями, выходящие в осевом направлении наружу корпуса.
Наружный цилиндрический элемент корпуса содержит кольцевую стенку крепления на промежуточном картере газотурбинного двигателя, а внутренний цилиндрический элемент корпуса содержит кольцевой фланец крепления на приводном валу вращения.
В этом стартере-генераторе внутренний цилиндрический элемент содержит средства крепления постоянных магнитов, а наружный цилиндрический элемент содержит средства крепления обмоток.
Оба цилиндрических элемента содержат каналы для циркуляции охлаждающего масла.
Настоящее изобретение и его другие отличительные признаки будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет частичный схематичный вид в осевом разрезе газотурбинного двигателя в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 - частичный схематичный вид в осевом разрезе в увеличенном масштабе стартера-генератора, установленного в переднем отсеке газотурбинного двигателя;
Фиг.3 - увеличенный вид средств электрического соединения этого стартера-генератора;
Фиг.4 - вид этих средств соединения в отключенном положении;
Фиг.5 - схематичный вид средств электрического соединения стартера-генератора с силовыми электронными схемами.
На фиг.1 схематично показан промежуточный картер 10 газотурбинного двигателя, такого как двухконтурный турбореактивный двигатель, при этом промежуточный картер находится между компрессором низкого давления, расположенным в передней части и связанным с вентилятором, и компрессором высокого давления, расположенным в задней части и питающим камеру сгорания газотурбинного двигателя.
Промежуточный картер 10 содержит конструктивные стойки 12, которые выполнены радиально в первичном контуре 14 и во вторичном контуре 16 и на наружных концах которых установлен обтекатель вентилятора газотурбинного двигателя.
Промежуточный картер 10 ограничивает изнутри передний отсек 18, в котором установлены передний конец вала 20 компрессора высокого давления и направляющий опорный подшипник 22 этого вала, при этом через отсек 18 в осевом направлении проходит вал 24 турбины, передняя часть которого образует приводной вал для компрессора низкого давления газотурбинного двигателя.
Электрический генератор 26, который может работать также в качестве стартера, установлен в герметичном корпусе 28 внутри отсека 18 и содержит ротор 30, вращаемый валом 20 компрессора высокого давления, и статор 32, установленный на промежуточном картере 10, при этом ротор 30 содержит постоянные магниты, вращающиеся внутри электрических обмоток статора 32.
Эти обмотки соединены с электрическими проводниками 34 распределения тока (работа в режиме генератора) и питания током (работа в режиме стартера), проложенными в конструктивных стойках 12 промежуточного картера 10. Эти проводники соединяют стартер-генератор 26 с силовыми электронными схемами 36, установленными внутри обтекателя вентилятора на выходе промежуточного картера 10.
2
Электрические проводники 34 являются жесткими кабелями относительно большого сечения (например, порядка 50 мм), которые очень трудно или невозможно сгибать и которые следуют вдоль прямолинейных траекторий в конструктивных стойках 12 промежуточного картера. Эти проводники 34 соединены со стартером-генератором 26 и с электронной схемой 36 при помощи изогнутых средств соединения, которые включают первые средства 38 соединения, установленные в герметичном корпусе 28 стартера-генератора 26, вторые средства 40 соединения, установленные в кольцевой стенке 42 промежуточного картера, ограничивающей изнутри первичный контур 14 и охватывающей снаружи передний отсек 18, и третьи средства 44 соединения, установленные на наружных концах конструктивных стоек 12.
В варианте выполнения для соединения стартера-генератора 26 с электронными схемами 36 предусмотрены четыре комплекта первых, вторых и третьих средств 38, 40 и 44 соединения, причем эти четыре комплекта отстоят друг от друга на 90° вокруг оси А газотурбинного двигателя, при этом каждое из третьих средств 44 соединения соединено проводниками вышеуказанного типа с силовыми электронными схемами 36.
Как показано на фиг.2, корпус 28 стартера-генератора 26 содержит внутренний цилиндрический элемент 46, на котором установлены постоянные магниты, образующие ротор 30 стартера-генератора и который установлен с возможностью осевого перемещения на опорном валу 48, установленном на переднем конце вала 20 компрессора высокого давления, при этом корпус 28 содержит также наружный цилиндрический элемент 50, коаксиальный с внутренним цилиндрическим элементом 46, с установленным на нем статором 32 стартера-генератора и переднюю 52 и заднюю 54 кольцевые крышки, закрепленные на осевых концах наружного цилиндрического элемента 50 и герметично взаимодействующие через вращающиеся прокладки 56 с осевыми концами внутреннего цилиндрического элемента 46.
Передний конец внутреннего цилиндрического элемента 46 содержит внутренний кольцевой фланец 58 крепления при помощи винтов на опорном валу 48, неподвижно соединенном с валом 20 компрессора высокого давления. Передняя кольцевая крышка 52 крепится при помощи винтов, доступных спереди, на переднем конце наружного цилиндрического элемента 50 корпуса 28.
В наружном элементе 50 выполнены каналы 60 циркуляции охлаждающего масла, питаемые маслом с переднего конца через трубопровод, соединенный с масляной магистралью, проходящей в отсеке 18. Своими задними концами каналы 60 соединены с системой смазки переднего направляющего опорного подшипника 22 вала 20.
Каналы 66 циркуляции охлаждающего масла выполнены также во внутреннем цилиндрическом элементе 46 и выходят задним концом в отсек 18 со стороны опорного подшипника 22.
Наружный цилиндрический элемент 50 корпуса 28 содержит наружную кольцевую стенку 68 крепления при помощи винтов на кольцевой стенке 42 промежуточного картера 10, при этом кольцевая стенка 68 ограничивает вокруг наружного цилиндрического элемента 50 камеру 70, закрытую с задней стороны кольцевой стенкой 72, связанной с кольцевой стенкой 42 и заканчивающейся на своей внутренней периферии цилиндрической опорной поверхностью, в которую герметично заходит задний конец наружного цилиндрического элемента 50 корпуса 28.
Камера 70, окружающая наружный цилиндрический элемент 50, питается воздухом под давлением из первичного контура 14 через отверстия кольцевой стенки 42, которые выходят в камеру 70. Каналы, выполненные в наружном цилиндрическом элементе 50, выходят внутрь корпуса 28 и подают воздух под давлением внутрь этого корпуса вокруг стартера-генератора, чтобы помешать попаданию масла в корпус 28 из переднего отсека 18 газотурбинного двигателя.
Как показано на фиг.3 и 4, первые средства 38 соединения, установленные в герметичном корпусе 28, и вторые средства 40 соединения, установленные в кольцевой стенке 42 промежуточного картера, выходят в камеру 70 таким образом, чтобы не допустить любого загрязнения электрических соединений между этими средствами соединения маслом, содержащимся в отсеке 18.
В частности, первые средства 38 соединения содержат трубку 74, изогнутую под углом 90° и неподвижно соединенную с наружным цилиндрическим элементом 50 корпуса, при этом изогнутая трубка 74 выходит внутрь корпуса 28 своим радиально внутренним концом и со своего радиально наружного конца закрыта соединителем 76, образующим розетку, закрепленную при помощи винтов на наружном конце трубки 74.
В представленном примере соединитель 76 содержит цоколь из диэлектрического материала, в котором установлены три трубчатых проводника 78, в передние концы которых заходят три проводника 80, соединенные с обмотками статора стартера-генератора, и в задние концы которых должны заходить штырьки 82, установленные в цоколе 84 из диэлектрического материала штепсельного соединителя 86, являющегося частью вторых средств 40 соединения.
Проводники 78 розетки первых средств 38 соединения расположены параллельно оси стартера-генератора 26 так же, как и штырьки 82 штепсельного разъема вторых средств соединения, и находятся на одной линии в осевом направлении с этими штырьками. Размер цоколя 84 штепсельного разъема вторых средств 40 соединения определяют таким образом, чтобы он плотно заходил в розеточный цоколь 76 первых средств 38 соединения. Таким образом, когда наружный цилиндрический элемент 50 с первыми средствами 38 соединения устанавливают на место путем осевого поступательного перемещения от входа к выходу, розеточный цоколь 76 заходит непосредственно на штепсельный цоколь 84 и соединители 76 и 86 автоматически соединяются друг с другом, при этом штырьки 82 заходят в трубчатые проводники 78 соединителя 76.
Во время демонтажа стартера-генератора 26, наоборот, осевое поступательное перемещение наружного цилиндрического элемента 50 от выхода к входу автоматически приводит к разъединению соединителей 76 и 84, как показано на фиг.4.
Вторые средства 40 соединения установлены в кольцевой стенке 42 промежуточного картера 10 и герметично проходят через эту стенку. В основном они состоят из описанного выше штепсельного соединителя 86, который проходит от стенки 42 внутрь камеры 70, и розеточного соединителя 76, идентичного розеточному соединителю первых средств 38 соединения и выходящего наружу кольцевой стенки 42 в первичный контур 14. Оба соединителя 86 и 76 вторых средств 40 соединения соединены между собой наружными кольцевыми фланцами, закрепленными при помощи винтов на кольцевой стенке 42 промежуточного картера со стороны камеры 70.
В трубчатые проводники 78 соединителя 76 вторых средств 40 соединения заходят жесткие проводники 88, в количестве трех, которые установлены в экранирующей оболочке 90 и проходят радиально наружу внутри стойки 12 промежуточного картера.
Своими радиально наружными концами эти проводники 88 соединены (фиг.5) при помощи третьих средств 44 соединения и проводников 34 с силовыми электронными схемами 36, показанными на фиг.1.
Третьи средства 44 соединения содержат трубку 92, изогнутую под углом 90°, на концах которой установлены розеточные соединители 76 описанного выше типа, соединенные между собой внутри трубки 92 при помощи проводников 94.
Установку стартера-генератора производят в следующем порядке:
- сначала на вал компрессора высокого давления газотурбинного двигателя устанавливают опорный вал 48 ротора стартера-генератора;
- затем путем осевого поступательного перемещения от входа к выходу устанавливают на место наружный цилиндрический элемент 50 с задней крышкой 54 и его наружную кольцевую стенку 68 закрепляют на промежуточном картере; электрическое соединение между первыми и вторыми средствами 38, 40 соединения происходит автоматически, как и соединение масляного трубопровода для смазки опорного подшипника 22;
- после этого производят соединение средств подачи масла в каналы 60 наружного цилиндрического элемента 50;
- затем путем осевого поступательного перемещения в направлении от входа к выходу устанавливают внутренний цилиндрический элемент 46 с ротором 30 стартера-генератора и его кольцевой фланец 58 закрепляют винтами или болтами на опорном валу 48;
- после этого устанавливают на место переднюю крышку 52 и закрепляют ее при помощи винтов на наружном цилиндрическом элементе 50.
Стартер-генератор в соответствии с настоящим изобретением имеет следующие преимущества:
- его модульная конструкция облегчает его установку и демонтаж в газотурбинном двигателе;
- статор стартера-генератора, установленный на наружном цилиндрическом элементе 50, может оставаться неподвижным на промежуточном картере во время демонтажа вала компрессора высокого давления в ходе операций обслуживания;
- средства электрического соединения стартера-генератора расположены в находящемся под давлением воздушном отсеке снаружи переднего отсека 18 газотурбинного двигателя;
- соединительные электрические кабели 34 защищены внутри конструктивных стоек 12 промежуточного картера;
- средства 38, 40, 42 соединения предварительно собраны и герметизированы и позволяют использовать экранированные кабели или проводники, которые являются жесткими и прямолинейными и которые нет необходимости сгибать;
- электрические соединения между первыми и вторыми средствами 38, 40 соединения производят вслепую с высокой степенью надежности путем осевого поступательного перемещения.