СМАЗОЧНЫЙ СИСТЕМА И НЕСУЩИЙ ВИНТ ВЕРТОЛЕТА, СОДЕРЖАЩИЙ ЭТУ СМАЗОЧНУЮ СИСТЕМУ
LUBRICATION SYSTEM AND HELICOPTER ROTOR CONTAINING THIS LUBRICATION SYSTEM

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к смазочной системе, в частности, для турбины или привода воздушного судна.
Уровень техники
Известно, что смазочные насосы подают определенное число струй смазочной жидкости под давлением к смазываемому элементу, например, к приводу или турбине, и отводят смазочную жидкость из корпуса, в котором помещается указанный элемент.
В частности, смазочные насосы такого рода включают в себя первую или подающую ступень, и вторую, или возвратную ступень.
Подающая ступень включает в себя впускное отверстие, гидравлически соединенное с резервуаром смазывающей жидкости, и выпускное отверстие, гидравлически соединенное с определенным количеством форсунок для создания струй смазочной жидкости под давлением, которые подаются к смазываемому элементу.
Таким образом, подающая ступень гарантирует постоянный подвод к форсункам смазочной жидкости под давлением, для подачи ее к смазываемому элементу.
Возвратная ступень включает в себя впускное отверстие, гидравлически соединенное с отверстием в корпусе смазываемого элемента, и выпускное отверстие, гидравлически соединенное с резервуаром.
В частности, отверстие выполнено в основании корпуса, в котором помещается смазываемый элемент.
Таким образом, после смазки элемента смазочная жидкость откачивается из основания посредством возвратной ступени и возвращается в резервуар.
Ощущается потребность в том, чтобы предотвратить накапливание или осаждение смазочной жидкости вокруг отверстия в основании и обеспечить эффективную смазку элемента, уменьшив в то же время, насколько это возможно, количество механических деталей, а также вес и размер смазочного насоса.
Это особенно важно применительно к воздушным судам, где любое снижение веса ведет к уменьшению потребляемой мощности и расхода топлива.
Ближайшим аналогом предложенной смазочной системы является система, раскрытая в EP 1657442, опубл. 17.05.2005, содержащая:
привод;
смазочный насос;
резервуар со смазочной жидкостью;
корпус, в котором помещен смазываемый элемент привода;
при этом смазочный насос содержит первую ступень, имеющую впускное отверстие, гидравлически соединенное с резервуаром смазочной жидкости, и подающее отверстие, гидравлически соединенное с определенным количеством форсунок для подачи смазочной жидкости в корпус и на указанный смазываемый элемент, причем первая ступень выполнена с возможностью сжатия смазочной жидкости из резервуара до определенного давления для подачи к указанному элементу, помещенному в указанном корпусе; и вторую ступень, имеющую впускное отверстие, гидравлически соединенное с отверстием, образованным указанным корпусом, и выпускное отверстие, гидравлически соединенное с резервуаром, причем вторая ступень выполнена с возможностью подачи смазочной жидкости из корпуса обратно в резервуар,
при этом вторая ступень представляет собой насос типа Рутс и содержит первый и второй роторы, которые выполнены с возможностью вращения в противоположных направлениях для подачи смазочной жидкости из впускного отверстия в выпускное отверстие, при этом первый и второй роторы приводятся в действие первой ступенью, при этом первый ротор содержит некоторое число первых выступов, а второй ротор содержит некоторое число вторых выступов, причем первые и вторые выступы имеют сопряженные профили, которые находятся в постоянном контакте друг с другом;
первая ступень содержит, по меньшей мере, третий ротор и четвертый ротор, функционально соединенные, соответственно, с первым и вторым роторами, причем один из указанных третьего и четвертого роторов выполнен с возможностью вращения, при приведении его в действие, другого из указанных третьего и четвертого роторов;
при этом насос дополнительно содержит
первый вал, соединяющий первый и третий роторы;
второй вал, выполненный с четвертым ротором, на который установлен второй ротор;
корпус, в котором помещаются первая и вторая ступени, содержащий первую и вторую корпусные детали, которые образуют соответствующие осевые конечные части указанного насоса. Недостатком известного решения является необходимость полной замены насоса в случае выхода из строя или модернизации одной из ступеней.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение смазочной системы такой конструкции, которая позволит обеспечить возможность легкой замены роторов первой и второй ступеней насоса, при одновременно компактной конструкции насоса с меньшими размерами.
Согласно настоящему изобретению, эта задача решается за счет использования смазочного насоса в составе системы, обладающей признаками пункта 1 формулы изобретения.
Смазочная система согласно изобретению содержит:
привод для приведения в действие несущего винта вертолета;
смазочный насос;
резервуар со смазочной жидкостью;
корпус, в котором помещен смазываемый элемент привода;
при этом смазочный насос содержит первую ступень, имеющую впускное отверстие, гидравлически соединенное с резервуаром смазочной жидкости, и подающее отверстие, гидравлически соединенное с определенным количеством форсунок для подачи смазочной жидкости в корпус и на указанный смазываемый элемент, причем первая ступень выполнена с возможностью сжатия смазочной жидкости из резервуара до определенного давления для подачи к указанному элементу, помещенному в указанном корпусе; и вторую ступень, имеющую впускное отверстие, гидравлически соединенное с отверстием, образованным указанным корпусом, и выпускное отверстие, гидравлически соединенное с резервуаром, причем вторая ступень выполнена с возможностью подачи смазочной жидкости из корпуса обратно в резервуар,
при этом вторая ступень представляет собой насос типа Рутс и содержит первый и второй роторы, которые выполнены с возможностью вращения в противоположных направлениях для подачи смазочной жидкости из впускного отверстия в выпускное отверстие, при этом первый и второй роторы приводятся в действие первой ступенью, при этом первый ротор содержит некоторое число первых выступов, а второй ротор содержит некоторое число вторых выступов, причем первые и вторые выступы имеют сопряженные профили, которые находятся в постоянном контакте друг с другом;
первая ступень содержит, по меньшей мере, третий ротор и четвертый ротор, функционально соединенные, соответственно, с первым и вторым роторами, причем один из указанных третьего и четвертого роторов выполнен с возможностью вращения, при приведении его в действие, другого из указанных третьего и четвертого роторов;
при этом насос дополнительно содержит
первый вал, соединяющий первый и третий роторы;
второй вал, выполненный с четвертым ротором, на который установлен второй ротор;
корпус, в котором помещаются первая и вторая ступени, содержащий первую и вторую корпусные детали, которые образуют соответствующие осевые конечные части указанного насоса;
отличающаяся тем, что корпус содержит первую и вторую пластины, которые расположены соосно между первой и второй корпусными деталями и герметично разделяют указанные первую и вторую корпусные детали,
при этом первая корпусная деталь образует полость, к которой обращена первая пластина и в которой помещены первый и второй роторы, а вторая корпусная деталь образует полость, к которой обращена вторая пластина и в которой помещены третий и четвертый роторы.
Предпочтительные варианты осуществления описаны в зависимых пунктах формулы.
Первая ступень представляет собой насос объемного типа.
Первый и третий роторы выполнены как одно целое с первым валом, с определенной угловой ориентацией.
Третий и четвертый роторы образуют соответствующие шестерни, находящиеся в зацеплении друг с другом.
Первая ступень содержит первый корпус, образованный второй корпусной деталью и второй пластиной, а вторая ступень содержит второй корпус, образованный первой корпусной деталью и первой пластиной, при этом первые и вторые выступы вместе со вторым корпусом образуют несколько камер с циклически изменяющимся объемом, с обеспечением передачи смазочной жидкости внутри указанных камер от впускного отверстия к выпускному отверстию.
Первые и вторые выступы имеют, по меньшей мере, частично, профиль циклоидной формы, который находится во взаимодействии со смазочной жидкостью.
Напор первой ступени больше напора второй ступени.
Первая и вторая ступени выполнены таким образом, что в процессе эксплуатации расход смазочной жидкости через вторую ступень больше расхода смазочной жидкости через первую ступень.
В процессе эксплуатации расход смазочной жидкости через вторую ступень в 1,5 раза превышает расход смазочной жидкости через первую ступень.
Первый вал проходит через первую и вторую пластины.
Изобретение также относится к несущему винту вертолета, содержащему привод и смазочную систему согласно первому аспекту изобретения.
Краткое описание чертежей
Предпочтительный, не ограничивающий вариант осуществления настоящего изобретения объясняется ниже в качестве примера, со ссылкой на фигуры чертежей, где:
Фиг.1 показывает перспективное изображение смазочного насоса согласно настоящему изобретению, с пространственным разделением частей;
Фиг.2 показывает увеличенное изображение в перспективе части смазочного насоса по Фиг.1;
Фиг.3 и 4 показывают в перспективе виды сзади и спереди насоса по фиг.1 и 2, соответственно;
Фиг.5 показывает разрез по линии V-V на фиг.3;
Фиг.6 показывает разрез по линии VI-VI на фиг.5;
Фиг.7 показывает функциональную схему системы, включающей в себя привод, резервуар и смазочный насос по фиг.1-6.
Осуществление изобретения
Цифра 1 на фиг.1-7 обозначает смазочный насос, предназначенный для установки в смазочной системе 2 (показана только на фиг.7) для смазки механического узла - в показанном примере это привод 3, приводящий в действие несущий винт вертолета. На фиг.7 показан только приводной вал несущего винта привода 3.
В частности, система 2 содержит резервуар 4 со смазочной жидкостью, в показанном примере это - масло, для смазки привода 3, а резервуар 4 выполнен внутри корпуса 9, в котором помещается привод 3.
Привод 3 известен, и помимо упомянутого приводного вала, содержит определенное число механических элементов, которые не нужны для ясного понимания сути настоящего изобретения, и которые поэтому не показаны.
Насос 1 содержит (фиг.7):
- подающую ступень 5, имеющую впускное отверстие 6, гидравлически соединенное с резервуаром 4, и подающее отверстие 7, гидравлически соединенное с определенным количеством форсунок 8 (на фиг.7 показана только одна) для разбрызгивания масла в корпусе 9 привода 3; и
- возвратную ступень 10, имеющую впускное отверстие 11, гидравлически соединенное с отверстием 12 в маслосборнике, образованном основанием 14 корпуса 9, и выпускное отверстие 13, гидравлически соединенное с резервуаром 4.
Подающая ступень 5 отбирает масло из резервуара 4, сжимает его до предопределенного давления, которое задают при помощи обычного клапана (не показан), и подает его в форсунки 8, которые, в свою очередь, подают соответствующие струи масла на вал привода 3, с целью смазывания привода.
Масло, которое собирается в маслосборнике после смазывания привода 3, отводят при помощи возвратной ступени 10 и подают обратно в резервуар 4, откуда его позже отбирают при помощи подающей ступени 5 и подают на форсунки 8. В частности, возвратная ступень 10 подает масло в резервуар 4 через определенное количество отверстий 50, выполненных в корпусе 9, которые гидравлически соединены с выпускным отверстием 13.
Насос 1 также включает в себя корпус 20, в котором помещаются подающая ступень 5 и возвратная ступень 10.
В частности, корпус 20 (фиг.3, 4, 6, 7) вытянут вдоль оси A (показана только на фиг.3 и 4), и содержит:
- две концевые корпусные детали 21, 22, которые образуют соответствующие осевые конечные части корпуса 20; и
- три пластины 23, 24, 25, которые расположены соосно между корпусными деталями 21, 22, и лежат в плоскостях, перпендикулярных оси A.
Со ссылкой на фиг.1, пластина 23 расположена соосно между корпусной деталью 21 и пластиной 24, пластина 24 расположена соосно между пластинами 23 и 25, а пластина 25 расположена соосно между пластиной 24 и корпусной деталью 22.
Корпусная деталь 21 снабжена обращенной к полости пластиной 23, совместно с которой она образует корпус 27, в котором помещается возвратная ступень 10.
Корпусная деталь 22 снабжена обращенной к полости пластиной 25, совместно с которой она образует корпус 26, в котором помещается подающая ступень 5.
Пластины 23, 24, 25 герметично разделяют корпуса 26, 27 при помощи манжетных уплотнений, которые предотвращают смешивание масляного потока в подающей ступени 5 и масляного потока в возвратной ступени 10.
Впускное отверстие 6 и впускное отверстие 11 имеют круглую форму, причем их оси симметрии параллельны оси A. В частности, впускное отверстие 6 и впускное отверстие 11 соосны и расположены на противоположных сторонах относительно пластин 23, 24, 25.
Выпускное отверстие 13 и подающее отверстие 7 также имеют круглую форму. В частности, выпускное отверстие 13 имеет ось симметрии, перпендикулярную оси A, а подающее отверстие 7 имеет ось симметрии, наклонную по отношению к оси A.
Масляный поток из выпускного отверстия 13 протекает к отверстиям 50 через один или несколько теплообменников 51, один из которых схематически показан на фиг.7.
Подающее отверстие 7 и выпускное отверстие 13 расположены по другую сторону оси A относительно впускного отверстия 6 и впускного отверстия 11.
На впускном отверстии 6 и подающем отверстии 7 подающей ступени 5 имеются соответствующие штуцеры 16, 17 (фиг.7), которые гидравлически соединены, соответственно, с резервуаром 4 и форсунками 8.
Аналогичным образом, на выпускном отверстии 13 возвратной ступени 10 имеется штуцер 18, который гидравлически соединен с резервуаром 4.
Возвратная ступень 10 преимущественно представляет собой насос типа Рутс, и содержит два ротора 31, 32, которые вращаются в противоположных направлениях вокруг соответствующих осей B, C для того, чтобы обеспечить подачу масла от впускного отверстия 11 к выпускному отверстию 13. Оба ротора 31, 32 приводятся в действие подающей ступенью 5.
В частности, роторы 31, 32 помещены внутри полости, образованной корпусной деталью 21, и каждый из них содержит соответствующее число, в показанном примере - три, выступов 33, 34.
Выступы 33, 34 имеют сопряженные профили, которые находятся в постоянном контакте друг с другом, а оси B и C параллельны друг другу и оси A.
Выступы 33, 34 роторов 31, 32 и корпус 27 образуют определенное число камер 40 (на фиг.5 показана только одна), которые двигаются вокруг осей B и C. При каждом полном обороте роторов 31, 32, каждая камера 40 последовательно проходит следующие состояния:
- гидравлическое соединение с впускным отверстием 11 для получения смазочной жидкости из отверстия 12;
- изоляция от впускного отверстия 11 и выпускного отверстия 13 для передачи смазочной жидкости из впускного отверстия 11 в выпускное отверстие 13; и
- гидравлическое соединение с выпускным отверстием 13, как показано на фиг.5, для возвращения смазочной жидкости обратно в резервуар 4.
В состоянии изоляции от впускного отверстия 11 и выпускного отверстия 13, объем камер 40 постепенно уменьшается, вследствие чего заключенная в них смазочная жидкость подвергается некоторому сжатию.
В частности, выступы 33, 34, расположенные на противоположной стороне относительно осей B и C и обращенные к внутренней поверхности корпусной детали 21, имеют профили циклоидной формы, которые взаимодействуют со смазочной жидкостью.
Подающая ступень 5 относится к насосам объемного типа, то есть, она продвигает масло в камеру, объем которой плавно уменьшается на участке от впускного отверстия 6 до подающего отверстия 7, благодаря чему на участке от впускного отверстия 6 до подающего отверстия 7 давление масла постепенно повышается.
В показанном примере подающая ступень 5 относится к насосам шестеренчатого типа, то есть, включает в себя две шестерни 35, 36, которые входят в зацепление друг с другом и вращаются в противоположных направлениях вокруг соответствующих осей B, C.
Шестерни 35, 36 и корпус 26 образуют определенное число камер (не показаны), которые двигаются вокруг осей B и C, и каждая из которых при полном обороте шестерен 35, 36 последовательно проходит следующие состояния:
- гидравлическое соединение с впускным отверстием 6 для получения смазочной жидкости из резервуара 4;
- изоляция от впускного отверстия 6 и выпускного отверстия 7; и
- гидравлическое соединение с выпускным отверстием 7 для подачи смазочной жидкости к форсункам 8.
В частности, в состоянии изоляции от впускного отверстия 6 и выпускного отверстия 7, объем камер, образованных шестернями 35, 36, постепенно уменьшается для сжатия заключенной в них смазочной жидкости до величины давления подачи форсунок 8.
Шестерня 35 выполнена как одно целое с валом 37, который вращается вокруг оси B под воздействием элемента привода, не показанного подробно.
В частности, вал 37 проходит через пластины 23, 24, 25 и имеет конец 38, который выступает из корпусной детали 21 за пределы корпуса 20, и который приводится во вращение указанным элементом привода.
Кроме того, на вал 37 установлен ротор 31.
Аналогичным образом, шестерня 36 выполнена как одно целое с валом 39, на который установлен ротор 32. Вал 39 вытянут вдоль оси C, и проходит через пластины 23, 24, 25.
В показанном примере роторы 31, 32 установлены, соответственно, на валы 37, 39 при помощи шпонок.
Вследствие этого, вращение вала 37 вокруг оси B вызывает вращение шестерни 35 вокруг оси B.
Вращение шестерни 35 вокруг оси B вызывает, в свою очередь, вращение шестерни 36 вокруг оси C, и вращение ротора 31 вокруг оси B.
И, наконец, вращение шестерни 36 вокруг оси C вызывает, в свою очередь, вращение ротора 32 вокруг оси C.
Таким образом, шестерни 35, 36 синхронизируют вращение роторов 31, 32, то есть, вызывают их вращение вокруг соответствующих осей B и C для передачи масла из впускного отверстия 11 в выпускное отверстие 13.
В частности, шестерни 35, 36 являются прямозубыми.
Размеры подающей ступени 5 и возвратной ступени 10 выбраны таким образом, чтобы в процессе эксплуатации расход через возвратную ступень 10 был больше, чем расход через подающую ступень 5, что обеспечивает максимально возможную защиту в любом режиме работы привода 3 от накапливания или осаждения масла в маслосборнике привода 3.
Предпочтительно, чтобы в процессе эксплуатации расход масла через возвратную ступень 10 по меньшей мере в 1,5 раза превышал расход масла через подающую ступень 5.
Напор подающей ступени 5 больше напора возвратной ступени 10.
В частности, в подающей ступени 5 масло сжимается от давления 1 бар до давления 10 бар, тогда как в возвратной ступени 10 сжатие масла, протекающего из впускного отверстия 11 в выпускное отверстие 13, пренебрежимо мало.
Система 2 включает в себя обычные фильтры и устройства (не показаны), которые обеспечивают высокую степень аэрации потока масла, проходящего через возвратную ступень 10, и деаэрацию потока масла, проходящего через подающую ступень 5.
В реальных условиях эксплуатации подающая ступень 5 отбирает масло из резервуара 4, сжимает его и подает на форсунки 8, которые, в свою очередь, направляют струи масла под давлением в привод 3 для его смазки.
В частности, свободный конец 38 приводится во вращение элементом привода (не показан), и вызывает, в свою очередь, вращение шестерни 35 и ротора 31 вокруг оси B.
Вращение шестерни 35 вокруг оси B вызывает, в свою очередь, вращение шестерни 36 вокруг оси C.
При вращении шестерен 35, 36 происходит сжатие масла, поступающего через впускное отверстие 6, которое затем подается на форсунки 8 через подающее отверстие 7.
После смазывания привода 3 масло накапливается в основании 14, откуда его отводят через отверстие 12 с помощью возвратной ступени 10, которая подает его обратно в резервуар 4.
Вращение шестерни 35 вызывает вращение ротора 31 вокруг оси B посредством вала 37, а вращение шестерни 36 вызывает вращение ротора 32 вокруг оси C посредством вала 39.
Благодаря вращению роторов 31, 32 в противоположных направлениях по отношению друг к другу, масло, поступающее через впускное отверстие 11, проталкивается в камеры 40.
Камеры 40 вращаются вместе с роторами 31, 32, обеспечивая подачу масла в корпусе 27 к выпускному отверстию 13.
Оттуда масло затем поступает в резервуар 4.
Преимущества насоса 1 согласно настоящему изобретению становятся ясными из представленного выше описания.
В частности, заявитель выяснил, что с возвратной ступенью 10 типа насоса Рутса, которая способна перемещать большие объемы смазочной жидкости, насос 1 особенно эффективно предотвращает накапливание и осаждение смазочной жидкости внутри маслосборника корпуса 9.
Поскольку нет необходимости в двух отдельных электродвигателях, по одному для возвратной ступени 10 и подающей ступени 5, насос 1 предотвращает накапливание и осаждение смазочной жидкости в маслосборнике, используя всего нескольких комплектующих деталей.
Вращение роторов 31, 32 вокруг соответствующих осей B и C синхронизируется вращением шестерен 35, 36, образующих часть подающей ступени 5, поэтому в насосе 1 нет необходимости приводить в действие две шестерни отдельным электродвигателем возвратной ступени 10. Каждая из шестерен 35, 36 функционально связана с соответствующим ротором 31, 32.
В результате вес и продольный размер насоса 1 меньше суммарного веса и размера обычных подающих и возвратных ступеней, работающих независимо.
Наконец, циклоидная форма выступов 33, 34, а также тот факт, что роторы 31, 32 приводятся в действие подающей ступенью 5, значительно уменьшают напряжение, вызываемое относительным скольжением выступов 33, 34, снижая тем самым затраты и суммарный вес роторов 31, 32.
Очевидно, что в описанный и изображенный здесь насос 1 можно внести изменения, не отклоняясь от объема охраны, определенного в формуле изобретения.
В частности, привод 3 может приводить в действие турбину, и/или может использоваться в наземных применениях.