ГЛАВНЫЙ РЕДУКТОР ВЕРТОЛЕТА
MAIN GEARBOX HELICOPTER

Изобретение относится к устройствам, предназначенным для обеспечения передачи крутящего момента от газотурбинного двигателя к потребителю, в частности для привода вала несущего винта вертолета. Согласно п. 29.927 (с) («отказ системы смазки) Авиационных правил, часть 29 "Нормы летной годности винтокрылых аппаратов транспортной категории", по которым сертифицируются трансмиссии вертолетов, включая главный редуктор вертолета, необходимо разработать такую конструкцию, при которой любой отказ, приводящий к утечке масла из маслосистемы, не будет препятствовать продолжению полета, в течение не менее 30 минут.
Существуют различные конструктивные исполнения, обеспечивающие выполнение этого условия.
Известно изобретение (Патент RU 2108510, МПК F16H 57/04, опубл. 10.04.1998), в котором для обеспечения работоспособности главного редуктора применена система аварийного охлаждения, выполненная в виде емкости с жидким хладагентом (например, водой), узлом подачи (насосом) и трубопроводной арматурой. Включается система аварийного охлаждения летчиком вертолета в ручном режиме при резком повышении температуры масла по сигналу от датчика температуры в маслосистеме главного редуктора, указывающего на недостаточность масла в главном редукторе, вызванным его утечкой.
Одним из недостатков этой конструкции является человеческий фактор, при котором включение аварийной системы охлаждения зависит от действия экипажа вертолета. Другим недостатком является зависимость действий экипажа от работоспособности датчика температуры и системы сигнализации на панели вертолета, поскольку при отказе датчика температуры или элементов сигнализации, летчик даже не будет знать о возникшей утечке масла и вовремя не предпримет действий для спасения экипажа и вертолета. И наоборот, датчик температуры (или система сигнализации) в неисправном состоянии могут показать несуществующую высокую температуру, и летчик включит аварийную систему охлаждения на нормально работающем редукторе, что приведет к необходимости проведения длительного послеполетного технического обслуживания.
Известно изобретение (Патент ЕР 0540406, МПК В64С 27/00, опубл. 05.05.1993) в котором в случае потери масла, обнаруживаемому по сигнализации роста температуры масла, автоматически или по команде летчика, включается система дополнительной циркуляции воздуха (или смазки) для охлаждения корпуса редуктора.
Недостатком этой системы является возможность его применения только на малонагруженных редукторах в малоразмерных вертолетах. На тяжелых вертолетах при КПД редукторов 96-98% и при передаваемых мощностях в несколько тысяч лошадиных сил выделяется большое количество тепла, отвести которое только охлаждая воздухом (или смазочным маслом) корпусные детали не удастся и за очень короткое время приведет к разогреву редуктора и выходу его из строя.
Наиболее близким к заявляемому изобретению и выбранному за прототип, является конструкция (Патент RU 73919, МПК F02C 7/06, опубл. 10.06.2008) в которой редуктор имеет две независимые маслосистемы: основная маслосистема смазки и циркулятор масла вспомогательной маслосистемы. При нормальной работе редуктора, вспомогательная маслосистема смазки работает в «холостом» режиме и включается в работу при снижении давления масла, указывающего о потере масла из основной маслосистемы смазки. Главный редуктор вертолета имеет два сообщающихся маслобака: основной и дополнительный, причем дополнительный маслобак находится под основным маслобаком. В случае утечки масла из редуктора происходит падение давления масла в основной маслосистеме смазки, в результате чего падает давление масла в управляющих полостях запорных клапанов вспомогательной маслосистемы, в результате чего золотниковое устройство переключает режим циркулятора масла из режима «холостого» хода в режим подачи масла в жиклеры. Объем дополнительного маслобака должен быть рассчитан на обеспечение работоспособности редуктора в течение не менее 30 минут.
Недостатком известного изобретения является сложная система взаимодействия основной и вспомогательной маслосистем смазки, поскольку большое количество прецизионных деталей, какими являются управляющие клапана и золотниковые устройства, в условиях нарушения условий смазки и появления продуктов износа, увеличивают вероятность отказа системы смазки в целом, в том числе вспомогательной маслосистемы.
Другим недостатком является то, что дополнительный маслобак вспомогательной маслосистемы смазки находится ниже основного маслобака, поскольку условия, при которых происходит утечка масла может быть связана, в том числе, и с повреждением корпуса главного редуктора. А при нижнем расположении основного маслобака вспомогательной маслосистемы, велика вероятность, что при повреждении корпуса редуктора с его нижней стороны, также будет поврежден и дополнительный маслобак вспомогательной маслосистемы.
Анализ и подтверждение работоспособности главного редуктора в "сухих" условиях (т.е. при потере масла) сводится к анализу и подтверждению работоспособности подшипников и зубчатых зацеплений в условиях недостаточной смазки и охлаждения, а также к определению минимально необходимого количества смазки вспомогательной маслосистемы и выявлению критичных узлов трения, к которым обязателен подвод масла, т.е. обеспечение таких условий, при которых утечка масла из редуктора не будет препятствовать его нормальной работе в течение не менее 30 минут.
Технической задачей заявленного изобретения является обеспечение работоспособности главного редуктора при любом отказе масляной системы, приводящем к утечке смазочного масла, в течение 30 минут.
Технический результат достигается тем, что в главном редукторе вертолета, содержащем ведущие и ведомые зубчатые колеса, основную маслосистему и вспомогательную маслосистему, состоящую из дополнительного маслобака, дополнительного маслонасоса с редуцирующим клапаном, нагнетающих магистралей и жиклеров, согласно изобретению, основная маслосистема и вспомогательная маслосистема функционируют одновременно и независимо друг от друга, при этом дополнительный маслобак вспомогательной маслосистемы расположен во внутреннем пространстве ведомого зубчатого колеса последней ступени над маслобаком основной маслосистемы.
В предлагаемом изобретении, в отличии от прототипа, основная маслосистема и вспомогательная маслосистема функционируют одновременно и независимо друг от друга, что нам дает преимущество в простоте конструкции: масло в штатных условиях полета подается в избытке (от обеих маслосистем) для смазки наиболее нагруженных подшипников и зубчатых зацеплений, определенных на этапе проектирования тепловым расчетом, а в случае утечки масла из основной маслосистемы не требуется специальная система, включающая прецизионные элементы, переключающая подачу смазки с основной маслосистемы на вспомогательную маслосистему (такие, как клапаны, управляющие клапана и золотниковые устройства), которые в условиях нарушения условий смазки в основной маслосистеме и появлении продуктов износа, увеличивают вероятность отказа системы смазки в целом, в том числе вспомогательной маслосистемы. При расположении дополнительного маслобака во внутреннем пространстве редуктора (сверху укрытым ведомым зубчатым колесом последней ступени, а снизу «прикрытый» корпусом опоры подшипника и поддоном, он более защищен от внешних воздействий и менее подвержен поломкам корпуса.
Известно, что собственно для смазки, т.е. для создания масляной пленки в трущихся узлах - подшипниках и зубчатых зацеплениях, требуется относительно небольшое количество масла, а большая часть подаваемого масла требуется для охлаждения. При отказе, вызвавшем уход масла из основной маслосистемы, масло, подаваемое к узлам трения вспомогательной маслосистемой, будет использоваться, главным образом, для смазки, без требуемого охлаждения. В результате чего наиболее нагруженные места трения (подшипники и зубчатые зацепления) будут интенсивно разогреваться. Задача вспомогательной маслосистемы смазывать и частично охлаждать наиболее нагруженные узлы трения, не допуская их нагрева до температур, превышающих максимальные температуры для применяемых материалов, тем самым обеспечивая работоспособность редуктора в течение не менее 30 минут. Решается эта задача на этапе проектирования выполнением теплового расчета для определения наиболее теплонапряженных и нагруженных мест в редукторе и, исходя из требуемой прокачки, вычислением производительности дополнительного маслонасоса и определением необходимого объема масла в дополнительном маслобаке.
В заявляемой конструкции редуктора предлагается использовать две маслосистемы: основную и вспомогательную.
Напорные магистрали основной и вспомогательной маслосистем гидравлически не связаны друг с другом и при нормальной работе главного редуктора и маслосистемы функционируют одновременно и независимо. При любом отказе, вызвавшем уход масла из основной маслосистемы, вспомогательная маслосистема продолжает работать. Но так как при этом резко сокращается поступление масла в дополнительный маслобак (либо совсем прекращается), а масло, качаемое дополнительным маслонасосом, при этом также безвозвратно теряется, то постепенно дополнительный маслобак опорожняется и через определенное время, обусловленное объемом резервуаров и производительностью дополнительного маслонасоса, вспомогательная маслосистема перестает работать. Работа вспомогательной маслосистемы позволяет обеспечить работоспособность главного редуктора в течение не менее 30 минут.
На фиг. 1 представлен главный редуктор с основной и вспомогательной маслосистемами.
Дополнительный маслобак 21 расположен во внутренней полости ведомого зубчатого колеса 22 последней ступени главного редуктора 4, передающего крутящий момент от ведущего зубчатого колеса 26 на вал 1 привода несущего винта, и выше основного маслобака 13, расположенного в поддоне 6 главного редуктора 4. При работе главного редуктора 4 масло из основного маслобака 13 отбирается по каналу 12 подвода масла к дополнительному маслонасосу 18 основного маслонасоса 11 подается по трубопроводным коммуникациям 3, 7, 10, 14 с помощью жиклеров 23 ко всем трущимся поверхностям (подшипникам 2, 5, 9, 15 и зубчатым зацеплениям 8 и другим) и наполняет дополнительный маслобак 21. Часть масла при переполнении дополнительного маслобака 21 переливается в основной маслобак 13.
При помощи ведущего зубчатого колеса 16, расположенного на валу 1 привода несущего винта, приводится во вращение ведомое зубчатое колесо 20 дополнительного маслонасоса 18. Дополнительный маслонасос 18 по каналу 12 подвода масла к подшипникам и зубчатым зацеплениям 17 отбирает масло из дополнительного маслобака 21 и по трубопроводным коммуникациям нагнетающей магистрали 19 направляет масло к наиболее теплонапряженным зубчатым колесам и подшипникам, т.е. не ко всем местам трения, а только к наиболее нагруженным, которые заранее определены тепловым расчетом. Дополнительный маслонасос 18 имеет встроенный редукционный клапан (на фигуре 1 не показан) для обеспечения требуемого давления в нагнетающей магистрали 19 вспомогательной маслосистемы 24. Нагнетающие магистрали 19 являются дублирующими к магистралям основной маслосистемы 25.
В нормальном режиме работы главного редуктора 4 наиболее нагруженные места трения (подшипники и зубчатые зацепления) получают избыточное количество масла (от основной маслосистемы 25 и вспомогательной маслосистем одновременно 24), но при потере масла в основной маслосистеме 25 смазки, масло подается только по магистралям 19 из вспомогательной маслосистемы 24, расходуясь из дополнительного маслобака 21. Так как запас смазочного масла в дополнительном маслобаке 21 конструктивно ограничен, то количество масла, подаваемого к трущимся узлам в единицу времени (т.е. прокачка) будет значительно меньше, чем при работе основной маслосистемы 25. Узлы трения при этом будут получать значительно меньше масла, они будут разогреваться до более высоких температур, чем при работе основной маслосистемы 25, но не допуская достижения температур, превышающих максимальные значения для применяемых материалов, тем самым обеспечивая работоспособность главного редуктора в течение не менее 30 минут.
Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, позволяет обеспечить работоспособность главного редуктора в течении 30 минут, при любом отказе основной масляной системы, приводящей к утечке смазочного масла, повысить надежность дополнительного маслобака от внешних воздействий.