ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕДУКТОР, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ТУРБОМАШИНЫ
PLANETARY REDUCER FOR TURBOMACHINE IN PARTICULAR

Настоящее изобретение касается планетарного редуктора, в частности, для турбомашины, содержащего устройство, образующее канал циркуляции среды, способный вызывать падение давления.
Планетарная передача обычно содержит коаксиальные внутреннее планетарное колесо и наружное планетарное колесо, причем внутреннее планетарное колесо вращается вокруг своей оси, а наружное планетарное колесо является неподвижным, а также, по меньшей мере, один сателлит, подвижно установленный с возможностью вращения на водиле и находящийся в зацеплении одновременно с внутренним планетарным колесом и с наружным планетарным колесом, при этом водила сателлитов шарнирно вращаются вокруг оси внутреннего планетарного колеса, причем держатель сателлитов шарнирно вращается вокруг оси внутреннего планетарного колеса и наружного колеса. Обычно вход образован внутренним планетарным колесом, также называемым солнечным, а выход образован водилом сателлитов. Наружное планетарное колесо также называется коронным.
В турбомашине планетарные редукторы, в частности, используются в качестве редукторов скорости для уменьшения скорости вращения вентилятора, независимо от скорости вращения турбины.
В документе ЕР 1703174 описан такой редуктор с планетарной передачей, в котором зубчатые колеса, образующие сателлиты, установлены на осях водила сателлитов посредством подшипников скольжения. Другими словами, водило сателлитов содержит цилиндрические оси, установленные в цилиндрических отверстиях сателлитов. Редуктор содержит, кроме того, канал входа масла, открывающийся на уровне поверхности раздела между упомянутыми цилиндрическими поверхностями. При работе слой масла должен находиться на уровне поверхности раздела для исключения трения.
Подшипники скольжения являются обычно менее тяжелыми, с меньшими габаритами и более надежными, чем подшипники качения, и имеют почти бесконечный срок службы, тем более, что они постоянно питаются маслом и что это масло не содержит абразивных частиц.
В случае неисправности в цепи подачи масла, например в случае неисправности насоса, необходимо поддерживать питание маслом подшипника скольжения в течение времени, достаточного для запуска вспомогательного насоса или, например, остановки турбомашины. Этот период составляет, например, несколько десятков секунд.
Для этого в документе ЕР 1703174 предусматривается образование резервуаров в водиле сателлитов, причем каждый резервуар способен в течение заданного времени подавать масло в подшипник в случае поломки. Конструкция этих резервуаров и их размещение затрудняют изготовление водила сателлитов и увеличивают размеры и массу водила.
Кроме того, относительно трудно контролировать расход масла, питающего подшипник скольжения в случае неисправности. В частности, этот расход должен быть относительно небольшим для обеспечения возможности снабжения маслом в течение достаточно длительного времени для исключения трения.
Обычно используют канал малого диаметра для ограничения расхода среды. Для этого канал, который имеет достаточно малый диаметр при относительно значительной длине, порядка в 100 раз превышающей диаметр канала, не только сложен в изготовлении, но и может забиваться частицами, содержащимися в масляном канале.
Задачей изобретения является простое, эффективное и экономичное решение этой проблемы.
Для этого в изобретении предлагается устройство, образующее канал циркуляции среды, способный создавать потерю давления, выполненное путем наложения, по меньшей мере, одного элемента на другой, при этом каждый элемент содержит один канал для прохода среды, предназначенной для создания потери давления, содержащий один вход и один выход, при этом выход соответственно вход канала одного из элементов связан с входом, соответственно, с выходом канала другого элемента.
Такие индивидуальные элементы легко реализуемы и образуют после соединения непрерывный канал, образованный в продолжение каналов различных соединенных элементов. Канал устройства создает тем большую потерю, чем более значительным является количество элементов. Кроме того, канал каждого элемента не обязательно выполнен с очень малым сечением, что позволяет исключить закупорку устройства частицами, имеющимися в среде.
Предпочтительно устройство имеет средства позиционирования элементов одни относительно других.
В этом случае, по меньшей мере, один из элементов может содержать центрирующий стержень, взаимодействующий с дополнительным гнездом соседнего элемента.
Так, обеспечивается, что вход или выход канала элемента расположен напротив выхода или входа канала соседнего элемента. Таким образом, гарантируется непрерывность канала устройства.
Предпочтительно канал каждого элемента имеет общую лабиринтную форму и содержит, по меньшей мере, зону изгиба, что позволяет увеличить падение давления без уменьшения сечения канала.
В соответствии с вариантом воплощения изобретения канал, по меньшей мере, одного из элементов содержит углубление, предназначенное для улавливания частиц.
Уловленные таким образом устройством частицы не появляются на выходе, например, на уровне подшипника скольжения.
Кроме того, каждый элемент может содержать две противолежащие поверхности, при этом канал образован на уровне одной из поверхностей входа или выхода канала, содержащего отверстие, поперечное упомянутому элементу и открывающееся на другую поверхность.
Элементы, имеющие такую конструкцию, довольно просто изготавливаются.
Кроме того, устройство может содержать несколько цилиндрических элементов одинаковой конструкции, при этом вход и выход канала каждого их упомянутых элементов смещен на заданный угол, а средства позиционирования позволяют сместить по углу два соседних элемента на одинаковый угол.
Изобретение касается, кроме того, редуктора с планетарной передачей, в частности, для турбомашины, содержащего коаксиальные внутреннее планетарное колесо и наружное планетарное колесо, при этом внутреннее планетарное колесо вращается вокруг своей оси, а наружное планетарное колесо является неподвижным, по меньшей мере, один сателлит, подвижно вращающийся на водиле и находящийся в зацеплении одновременно с внутренним планетарным колесом и наружным планетарным колесом, причем водило вращается вокруг оси внутреннего планетарного колеса и наружного планетарного колеса, а сателлит содержит внутреннюю цилиндрическую поверхность и установлен с возможностью вращения по цилиндрической поверхности водила, при этом редуктор содержит, кроме того, средства подачи масла на плоскость соприкосновения с упомянутыми цилиндрическими поверхностями, отличающегося тем, что средства подачи масла содержат камеру, выполненную в водиле, предназначенную для формирования масляного резервуара и содержащую нижнюю зону, смещенную от оси вращения водила, верхнюю зону, приближенную к оси вращения водила, по меньшей мере, основной канал, открывающийся на уровне упомянутой поверхности соприкосновения и на уровне нижней зоны, причем упомянутый вторичный канал содержит устройство упомянутого выше типа.
При работе под действием центробежной силы масло, находящееся в камере, поступает наружу. Камера, выполненная в водиле, заполняется вначале в нижней зоне, отстоящей от оси вращения водила, затем в верхней зоне.
При нормальной работе, то есть при отсутствии неисправности в цепи подачи масла, расход масла, которое поступает в камеру, является значительным, и уровень масла достигает, следовательно, верхней зоны упомянутой камеры. Масло может, таким образом, выходить через основной канал для питания подшипника скольжения, то есть в зазор между цилиндрическими поверхностями водила и сателлита.
Следует отметить, что, учитывая эти размеры, вторичный канал не позволяет пройти всему расходу масла, таким образом, камера заполняется при нормальной работе.
В случае неисправности расход масла, которое поступает в камеру, становится нулевым и объем масла в камере уменьшается и не достигает больше верхней зоны: масло не может больше выйти через основной канал, а только через вторичный канал. Расход масла, питающего подшипник скольжения, является, таким образом, уменьшенным, но достаточным для исключения трения этого подшипника в течение ограниченного периода времени, необходимого, например, для запуска вспомогательного насоса или для остановки турбомашины (неисправная работа подшипника скольжения).
Изобретение позволяет, кроме того, выполнить вторичный канал, обеспечивающий достаточно высокую и контролируемую потерю давления для получения малого расхода масла в случае неисправности при исключении рисков закупорки вторичного канала частицами, содержащимися в масле.
Предпочтительно углубление простирается от канала соответствующего элемента в направлении, противоположном оси вращения водила, для обеспечения захвата частиц центрифугированием.
Кроме того, каждый элемент может содержать первую поверхность, обращенную к оси вращения водила, и вторую поверхность, противолежащую первой поверхности, при этом канал каждого элемента образован на уровне первой поверхности, а выход упомянутого канала имеет отверстие, пересекающее упомянутый элемент и открывающееся на вторую поверхность.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
- фиг. 1 схематично изображает вид поверхности планетарной передачи,
- фиг. 2 изображает кинематическую схему планетарного редуктора,
- фиг. 3 изображает вид в поперечном разрезе части водила и сателлита редуктора по изобретению,
- фиг. 4 и 5 изображают виды в продольном разрезе части водила соответственно по линиям А и В по фиг. 3,
- фиг. 6 изображает детальный вид в разрезе водила, в котором установлено устройство по изобретению,
- фиг. 7 и 8 изображают вид в перспективе элемента устройства по изобретению,
- фиг. 9 изображает вид в перспективе, иллюстрирующий сборку из двух идентичных элементов.
Фиг. 1 и 2 схематично изображают конструкцию редуктора 1 планетарной передачи по изобретению. Редуктор содержит, обычно, коаксиальные внутреннее планетарное колесо 2 (также называемое солнечным) и наружное планетарное колесо 3 (также называемое коронным). Внутреннее планетарное колесо 2 вращается вокруг своей оси Х, наружное планетарное колесо 3 является неподвижным. Редуктор 1 содержит, кроме того, сателлиты 4, установленные с возможностью вращения на осях 5 водила 6. Каждый сателлит 5 одновременно находится в зацеплении с внутренним планетарным колесом 2 и наружным планетарным колесом 3. Водило 6 вращается вокруг оси Х внутреннего планетарного колеса 2 и наружного планетарного колеса 3.
Входом является внутреннее колесо 2, а выход образован водилом 6.
В турбомашине планетарные редукторы 1 используются, в частности, в качестве редуктора скорости для уменьшения скорости вращения ротора вентилятора независимо от скорости вращения турбины.
Как хорошо видно на фиг. 3-5, каждый сателлит 4 содержит внутреннюю цилиндрическую поверхность 7, вращающуюся вокруг цилиндрической поверхности 8, соответствующей оси 5 водила 6, с образованием подшипника скольжения.
Таким образом, необходимо питать маслом поверхность соприкосновения 9 между этими двумя цилиндрическими поверхностями 7, 8. Для этого редуктор 1 содержит подводящие средства, включающие камеру 10, расположенную, по существу, по оси Y каждой оси 5, при этом, по меньшей мере, один из концов 11 камеры 10 соединен с каналом подачи масла. Если один из концов 11 является входом масла, другой конец закрыт.
Камера 10 является обычной цилиндрической и содержит, в частности, две части 10а, 10b, разделенные в средней части перегородкой 12, расположенной радиально. Боковые концы 11 камеры 10 содержат отверстия меньшего диаметра, чем камера 10, и, по меньшей мере, одно из них образует вход для масла, как указано выше.
Линия, обозначенная позицией 13, образует точку, называемую наинизшей, камеры 10, то есть точку, наиболее удаленную от оси Х вращения водила 6. Напротив, линия, обозначенная позицией 14, образует наивысшую точку камеры 10, то есть точку, наиболее близкую к оси Х вращения водила 6. Кроме того, зоны, называемые низкой и высокой, обозначены соответственно позициями 15 и 16. Ось Х расположена в плоскости разреза А фиг. 3, но не видна на фиг. 3-5.
При работе под действием эффекта центробежной силы, вызванного вращением водила 6, масло поступает в камеру 10 радиально к верхней части. Камера 10 заполняется, таким образом, вначале в нижней зоне 15, затем в верхней зоне 16.
Через среднюю перегородку 12 проходит канал 17, открывающийся в верхние зоны 16 частей 10а, 10b камеры 10. Средняя перегородка 12 пересекается, кроме того, двумя отверстиями 18, открывающимися в нижние зоны 15 частей 10а, 10b камеры 10. Отверстия 18 расположены с обеих сторон плоскости А по фиг. 3, то есть с обеих сторон радиальной плоскости, проходящей через ось Х вращения водила 6 и через соответствующие ось Y камеры 10 и ось 5. Диаметр каждого отверстия 18 может быть меньше диаметра отверстия 17.
Основой канал 19 расположен радиально в средней камере 12 и открывается на уровне наружной цилиндрической стенки 8 оси 5 и в отверстие 17.
В варианте воплощения по фиг. 3-5 каждая часть 10а, 10b камеры 10 содержит, кроме того, вторичный канал 20а, 20b, расположенный радиально, открывающийся на уровне наружной цилиндрической стенки 8 оси 5 и открывающийся в наиболее низкой точке 13 соответствующей части 10а, 10b камеры 10.
Сечение каждого вторичного канала 20а, 20b меньше сечения основного канала 19.
При нормальной работе масло поступает в камеру 10 с расходом, достаточным для того, чтобы уровень масла был расположен в верхней зоне 16 камеры 10. Объем масла является одинаковым в двух частях 10а, 10b вследствие сообщения между этими двумя частями одновременно через отверстия 18 и отверстие 17.
Масло поступает, таким образом, в основной канал 19 и вследствие центрифугирования доводится до границы раздела 9.
Сечение основного канала 19 рассчитано таким образом, чтобы получить на границе раздела 9 масляную пленку, толщина которой соответствует предписанным или рассчитанным техническим условиям для обеспечения хорошей работы подшипника скольжения, и, в особенности, исключить любое явление трения.
В случае неисправности объем масла быстро уменьшается до уровня, обозначенного позицией 21 на фиг. 3, при котором масло не может больше поступать в основной канал 19 через отверстие 17. С этого момента масло может выходить (вследствие центрифугирования) только по вторичным каналам 20а, 20b. В этой ухудшенной фазе работы достаточный расход масла достигает границы раздела 9 через вторичные каналы 20а, 20b для того, чтобы исключить трение подшипника скольжения в течение заданного периода, например порядка 30 секунд. Этот период должен быть достаточным для осуществления, например, перезапуска дополнительного насоса или остановки турбомашины. Сечения вторичных каналов 20а, 20b определены таким образом, чтобы обеспечить такой ухудшенный режим работы в течение желаемого времени.
Как лучше видно на фиг. 6-9, каждый вторичный канал 20а, 20b образован устройством, содержащим несколько наложенных один на другой идентичных элементов 22, причем конструкция элемента 22 представлена на фиг. 7 и 8.
Каждый элемент 22 имеет общую цилиндрическую форму и содержит поверхность 23, называемую нижней, удаленную от оси Х вращения водила 6, и противоположную поверхность 24, называемую верхней, приближенную к этой оси Х. Две стороны 23, 24 параллельны между собой. Ось каждого элемента 22 обозначена позицией Z.
Центрирующий стержень 25 выступает из верхней поверхности 24, в нижней поверхности 23 выполнена полость соответствующей формы 26.
Кроме того, в верхней поверхности 24 выполнен канал 27 на части толщины элемента 22. Канал 27 имеет общее прямоугольное или квадратное сечение. Он содержит вход 28 и выход 29, связанные первой, второй или третьей последовательными прямолинейными частями, обозначенными соответственно позициями 30, 31, 32. Первая часть 30 связана с входом 28. Вторая часть 31 простирается, по существу, перпендикулярно первой части 30 для образования первого изгиба. Таким же образом третья часть 32 простирается, по существу, перпендикулярно второй части 31 для формирования второго изгиба. Третья часть 32 связана, кроме того, с выходом 29. Последний образован отверстием, проходящим через элемент 22, и открывается на уровне нижней поверхности 23 элемента 22.
Первая часть 30 и вторая часть 31 содержат, каждая, углубление 33, простирающееся по всей глубине соответствующей части 30, 31. Каждое углубление 33 расположено в направлении нижней стороны 23 от дна канала 27.
Стенка дна каждого углубления 33 может быть, в общем, наклонной относительно нижней 23 и верхней 24 поверхностей элемента 22, при этом наиболее углубленная зона расположена со стороны входа 28.
Вход 28 и выход 29 канала 27 смещены по углу один относительно другого на угол α относительно оси Z. В примере, представленном на чертежах, этот угол α составляет порядка 90°. Стержень 25 и углубление 26 также смещены на ту же величину угла α.
Как указано выше, устройство выполнено путем наложения друг на друга стопкой нескольких одинаковых элементов. Так, стержень 25 элемента 22 установлен в полости 26 соседнего элемента 22, а выход 29 канала 27 элемента 22 расположен напротив входа 28 канала 27 соседнего элемента 22 так, чтобы образовать непрерывный вторичный канал 20а, 20b.
Следует отметить, что элементы 22, расположенные на краях стопки, могут иметь отличную от других конструкцию. Действительно, верхний элемент, то есть элемент набора, который наиболее близок к оси Х, может быть лишен стержня 25. Кроме того, элемент, называемый нижним, то есть элемент наиболее удаленный от оси Х, может быть лишен полости 26.
Кроме того, различные наложенные один на другой элементы 22 могут удерживаться с помощью различных средств крепления (неизображенных), таких как, например, система плечика и противолежащего фланца, средства крепления типа стопорных колец либо также болтовой системы. Как вариант, различные элементы 22 могут быть зажаты хомутами в отверстии оси 5. Эти средства крепления позволяют удерживать в контакте нижние 23 и верхние 24 поверхности различных элементов 22 для обеспечения определенной герметичности вторичного канала 20а, 20b.
При работе в случае неисправности масло приникает через вход 28 верхнего элемента 22, проходит по каналам 27 различных последовательных элементов 22 и удаляется через выход 29 самого низкого элемента 22 для того, чтобы питать трущиеся поверхности 9, как это изображено стрелкой 34 на фиг. 9. Последовательные изгибы элементов 22 создают потери давления так, чтобы получить ограниченный расход масла во вторичном канале 20а, 20b при значительном сечении канала для исключения любого явления закупорки частицами, содержащимися в масле. Кроме того, эти частицы собираются центрифугированием в углублениях 33 для исключения их попадания к трущимся поверхностям 9.