ДЕМПФИРУЮЩИЙ УЗЕЛ ДЛЯ ГИДРАВЛИЧЕСКОГО И ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО СОЕДИНЕНИЯ НЕКАПОТИРОВАННОГО ВЕНТИЛЯТОРА
DAMPING UNIT FOR HYDRAULIC AND ELECTRICAL CONNECTION OF UNDUCTED FUN

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Изобретение относится к некапотированным вентиляторам, в частности, к турбовинтовым двигателям и к турбомашинам с дублетом воздушных винтов противоположного вращения, обычно называемым ʺopen rotorʺ (открытый ротор) на английском языке. В частности, оно относится к комбинированной системе гидравлического и электрического соединения некапотированного вентилятора.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Двигатель с некапотированным вентилятором, такой как открытый ротор, представляет собой двигатель, который представляет особый интерес с учетом его высокой термодинамической эффективности. Двигатель этого типа в основном содержит газогенератор и движущий узел, оснащенный двумя воздушными винтами противоположного вращения.
На фиг. 1 схематично представлен известный некапотированный вентилятор 100. Некапотированный вентилятор 100 содержит турбореактивный узел 102 и турбовинтовой узел 105. Турбовинтовой узел 105 оснащен входным ротором 103 и выходным ротором 104, при этом входной ротор 103 и выходной ротор 104 образуют дублет винтов противоположного вращения, в котором ориентацией лопастей 106, образующих роторы 103, 104, управляют при помощи систем ориентации, называемых также системами изменения шага или ʺPitch Control Mechanismʺ (PCM) на английском языке.
На уровне зоны турбовинтового узла 105 и, в частности, между двумя системами изменения шага, открытый ротор содержит трубопроводы и электрические жгуты, проходящие через открытый ротор и соединенные между этими двумя модулями. Эти два модуля совершают значительные осевые и радиальные перемещения во время работы вентилятора. Следовательно, трубопроводы и электрические жгуты, соединенные с обоими модулями, подвергаются напряжениям, связанным с перемещениями модулей. Кроме того, систему ориентации выходного ротора необходимо устанавливать вслепую.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Изобретение призвано устранить все или часть вышеупомянутых недостатков известных технических решений и, в частности, предложить демпфирующий узел, позволяющий ограничить напряжения на трубопроводах и электрических жгутах, проходящих между двумя модулями открытого ротора, и обеспечивающий монтаж вслепую и с центровкой демпфирующего узла и соединение второго модуля с демпфирующим узлом.
В связи с вышеизложенным объектом изобретения является демпфирующий узел, выполненный с возможностью соединения и позиционирования между двумя модулями некапотированного вентилятора, при этом оба модуля связаны между собой гидравлически и электрически при помощи электрических и гидравлических соединителей и совершают относительные движения, при этом упомянутый демпфирующий узел содержит:
- удлинительную обечайку, содержащую первый интерфейс, выполненный с возможностью соединения с первым модулем;
- опорный соединительный картер, содержащий:
- третий интерфейс, выполненный с возможностью соединения с вторым модулем; и
- четвертый интерфейс, позволяющий осуществить механическую связь между опорным соединительным картером и вторым интерфейсом упомянутой удлинительной обечайки;
- множество упругих средств, расположенных между удлинительной обечайкой и опорным соединительным картером для демпфирования относительных перемещений между удлинительной обечайкой и опорным соединительным картером;
- крепежныйкрепежный элемент, соединенный с третьим интерфейсом опорного соединительного картера и выполненный с возможностью препятствовать разъединению механической связи между упомянутой удлинительной обечайкой и опорным соединительным картером, при этом упомянутый крепежныйкрепежный элемент содержит упор, опирающийся на удлинительную обечайку, образуя пространство между удлинительной обечайкой и крепежным элементом; и упругие средства расположены таким образом, чтобы между крепежным элементом и опорным соединительным картером существовал остаточный зазор.
Кроме основных отличительных признаков, упомянутых в предыдущем абзаце, демпфирующий узел в соответствии с изобретением может иметь один или несколько следующих дополнительных отличительных признаков, рассматриваемых индивидуально или в технически возможных комбинациях:
- второй интерфейс упомянутой удлинительной обечайки содержит множество выступов, при этом каждый выступ образует опорную поверхность для одного упругого средства из множества упругих средств и содержит отверстие; и крепежныйкрепежный элемент содержит множество крепежных штифтов, выполненных с возможностью прохождения через отверстия выступов второго интерфейса удлинительной обечайки. Под выступом следует понимать утолщение детали, предназначенное для обработки с целью размещения опорной стороны головки винта или гайки или упругого средства, например, такого как пружина.
- второй интерфейс упомянутой удлинительной обечайки содержит множество крепежных отверстий, выполненных с возможностью соединения крепежного элемента;
- опорный соединительный картер содержит по меньшей мере первое отверстие, обеспечивающее прохождение электрического соединителя первого интерфейса удлинительной обечайки с третьим интерфейсом опорного соединительного картера, и второе отверстие, обеспечивающее прохождение гидравлического соединителя первого интерфейса удлинительной обечайки с третьим интерфейсом опорного соединительного картера;
- третий интерфейс опорного соединительного картера содержит множество центровочных штифтов, выполненных с возможностью взаимодействия с вторым модулем таким образом, чтобы центровать второй модуль относительно опорного соединительного картера;
- удлинительная обечайка содержит по меньшей мере одну крепежную лапку, выполненную с возможностью взаимодействия с вторым модулем с целью центровки второго модуля относительно опорного соединительного картера.
Объектом изобретения является также некапотированный вентилятор, содержащий демпфирующий узел согласно одному из вышеупомянутых вариантов выполнения, расположенный между двумя модулями некапотированного вентилятора, связанными между собой гидравлически и электрически и совершающими относительные движения.
Объектом изобретения является также способ сборки демпфирующего узла согласно одному из вышеупомянутых вариантов выполнения, содержащий:
- первый этап позиционирования упругих средств на уровне второго интерфейса удлинительной обечайки;
- второй этап посадки опорного соединительного картера и крепления электрических и гидравлических соединителей с опорным соединительным картером с одновременным сжатием упругих средств;
- третий этап крепления опорного соединительного картера на удлинительной обечайке при помощи крепежного элемента.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ФИГУР
Другие отличительные признаки и преимущества изобретения будут более очевидны из нижеследующего описания со ссылками на прилагаемые фигуры, на которых:
Фиг. 1 - схематичный вид некапотированного вентилятора.
Фиг. 2 - вид в разрезе демпфирующего узла согласно варианту выполнения изобретения.
Фиг. 3А-3Е иллюстрируют различные этапы способа сборки демпфирующего узла согласно варианту выполнения изобретения.
Фиг. 4А-4F иллюстрируют различные этапы способа стыковки второго модуля с демпфирующим узлом согласно варианту выполнения изобретения.
Для большей ясности на всех фигурах идентичные или подобные элементы имеют одинаковые обозначения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ВЫПОЛНЕНИЯ
На фиг. 1 схематично показан уже описанный выше некапотированный вентилятор 100.
На фиг. 2 в разрезе показан демпфирующий узел 200, позволяющий уменьшить напряжения на гидравлических и электрических соединениях на уровне зоны турбовинтового узла 105 и, в частности, между двумя модулями, совершающими относительные движения, например, такими как две системы изменения шага лопастей 106.
Демпфирующий узел 200 включает в себя:
- удлинительную обечайку 210, содержащую первый интерфейс 201 (на фиг. 2 не виден), выполненный с возможностью соединения с первым модулем 300 изменения шага. Первый интерфейс 201 соответствует входному концу (в направлении прохождения текучей среды в вентиляторе) удлинительной обечайки. Этот входной конец выполнен с возможностью соединения с центральным кожухом (не показан), образующим статичную трубу, в которой находятся гидравлические трубопроводы и/или электрические жгуты, обеспечивающие гидравлическую и электрическую связь между входной частью вентилятора 100 на уровне турбореактивной части 102 и выходной частью турбовинтового узла, образованной по существу на уровне выходного ротора 104;
- опорный соединительный картер 220, содержащий третий интерфейс 222, выполненный с возможностью соединения на выходе с системой изменения шага выходного ротора 104, и четвертый интерфейс 221, обеспечивающий механическую связь между опорным соединительным картером и вторым интерфейсом 202 упомянутой удлинительной обечайки 210;
- множество упругих средств 230 (на фиг. 2 показано только одно из них), расположенных между удлинительной обечайкой 210 и опорным соединительным картером 220 с целью демпфирования относительных перемещений между удлинительной обечайкой и опорным соединительным картером;
- крепежныйкрепежный элемент 240, соединенный с третьим интерфейсом 222 опорного соединительного картера и расположенный таким образом, чтобы препятствовать разъединению механической связи между удлинительной обечайкой 210 и опорным соединительным картером 220. КрепежныйКрепежный элемент 240 содержит упор 243, опирающийся на удлинительную обечайку 210, образуя после соединения крепежного элемента с третьим интерфейсом 222 опорного соединительного картера пространство Z1 между удлинительной обечайкой и крепежным элементом.
В данном случае упругие средства 230 представляют собой пружины сжатия и установлены вокруг выступов 211 второго интерфейса удлинительной обечайки таким образом, что оказываются сжатыми между удлинительной обечайкой 210 и опорным соединительным картером 220 в собранном виде демпфирующего узла. Упругие средства 230 или пружины остаются сжатыми во время работы вентилятора. Они обеспечивают контакт между электрическими/ гидравлическими соединителями, закрепленными на статичной трубе или кожухе, и средством изменения шага, называемым вторым модулем, причем независимо от относительных осевых перемещений между статичной трубой и вторым модулем. Это позволяет обеспечивать электрическую непрерывность. Эта пружинная система позволяет подключать электрические соединители за счет давления, которым пружины действуют на опорный соединительный картер, не прибегая к их креплению при помощи гайки, что позволяет производить вслепую монтаж второго модуля на кожухе или статичной трубе, то есть на первом модуле. Действительно, во время работы вентилятора упругие средства 230 действуют толкающим усилием в направлении, противоположном перемещению во время монтажа. Таким образом, во время работы вентилятора, даже если монтаж смещается, пружина создает толкающее усилие, что обеспечивает непрерывное электрическое соединение. Таким образом, толкающее усилие пружин позволяет удерживать узел в осевом направлении, одновременно допуская некоторое контролируемое осевое смещение, предусмотренное во время проектирования.
Каждый из выступов 211 (на фиг. 2 показан только один из них) содержит отверстие 212, выполненное с возможностью прохождения через него крепежного штифта 241 крепежного элемента 240.
Кроме того, второй интерфейс удлинительной обечайки 210 содержит множество крепежных отверстий 213, выполненных с возможностью соединения крепежного элемента 240 при помощи системы винтов 214, проходящих одновременно через крепежный элемент 240 и одно из крепежных отверстий 213.
Кроме того, третий интерфейс опорного соединительного картера 220 содержит множество центровочных штифтов 6 (из которых на фиг. 2 показан только один из них), выполненных с возможностью взаимодействия с вторым модулем таким образом, чтобы центровать второй модуль относительно опорного соединительного картера 220. Центровочные штифты 6 позволяют опорному соединительному картеру 220, на котором находятся электрические и гидравлические соединения, оставаться соединенным с вторым модулем. Они обеспечивают также центровку опорного соединительного картера 220 относительно второго модуля во время сборки системы. Кроме того, центровку опорного соединительного картера 220 относительно второго модуля обеспечивает система скошенных фасок на центровочных штифтах 6 и на кромках соответствующих отверстий на втором модуле. В случае отсутствия совмещения опорного соединительного картера 220 с вторым модулем в начале монтажа наклонные поверхности скошенных фасок центровочных штифтов и соответствующих отверстий входят в контакт и центруют стержни и, следовательно, весь опорный соединительный картер относительно второго модуля. Это позволяет также производить соединение вслепую.
На фиг. 2 показаны электрические соединители 3 и гидравлические соединители 4, которые обеспечивают питание маслом систем изменения шага. Опорный соединительный картер содержит по меньшей мере первое отверстие 51, обеспечивающее прохождение электрического соединителя первого интерфейса удлинительной обечайки с третьим интерфейсом опорного соединительного картера, и второе отверстие 52, обеспечивающее прохождение гидравлического соединителя первого интерфейса удлинительной обечайки с третьим интерфейсом опорного соединительного картера. Предпочтительно первое и второе отверстия 51, 52 выполнены в направлении прохождения канала. На уровне первых отверстий 51 выполнены крепежные средства для обеспечения крепления электрических соединителей 3 на опорном соединительном картере 220. Таким образом, электрические соединители 3 следуют перемещениям опорного соединительного картера 220. С другой стороны, гидравлические соединители 4 проходят через опорный соединительный картер 220 на уровне второго отверстия 52 таким образом, чтобы во время движений опорного соединительного картера 220 этот картер перемещался скольжением вдоль гидравлических соединителей 4. Предпочтительно на гидравлических соединителях установлены прокладки для обеспечения герметичности между гидравлическими трубопроводами и опорным соединительным картером.
На фиг. 2 видно, что упругие средства 230 расположены таким образом, чтобы между крепежным элементом 240 и опорным соединительным картером 220 в пространстве Z1 существовал остаточный зазор J1. Этот остаточный зазор J1 возможен, в частности, по причине наличия упора 243, который позволяет получить минимальный промежуток Z1 во время крепления крепежного элемента 240. Остаточный зазор J1 обеспечивает небольшое радиальное перемещение опорного соединительного картера 220 и второго модуля относительно первого модуля (статичной трубы) без создания напряжения на деталях. Действительно, во время работы вентилятора второй модуль может работать на прогиб, и остаточный зазор J1 позволяет пружине работать по касательной и поглощать эти связанные с прогибом усилия. Остаточный зазор J1 позволяет также опорному соединительному картеру 220 и второму модулю поворачиваться относительно первого модуля. Размер остаточного зазора J1 определяют в зависимости от массы первого и второго модулей и от усилий при соединении каждого соединителя, преодолеваемых для обеспечения соединения. Этот остаточный зазор J1 является результатом соединения с вторым модулем. Когда демпфирующий узел находится в свободном состоянии, то есть не соединен с вторым модулем, остаточный зазор J1 отсутствует.
На фиг. 2 видно также, что существует второй зазор J2, появляющийся между наружным диаметром оси крепежного штифта 241 и внутренним диаметром отверстия 212 штифта выступа 211. Этот второй зазор является монтажным зазором, позволяющим облегчить установку всех крепежных штифтов 241 и крепежного элемента 240 на удлинительной обечайке 210.
Существует также третий зазор J3 между наружным диаметром оси крепежных штифтов 241 и отверстиями для прохождения упомянутых крепежных штифтов 241 крепления опорного соединительного картера 220, что обеспечивает небольшое радиальное перемещение опорного соединительного картера 220 во время работы.
Удлинительная обечайка 210, более детально показанная на фиг.3А-3Е, является деталью по существу трубчатой формы, выполненной с возможностью соединения с кожухом на уровне своего находящегося на входе первого конца 201. Второй конец 202 удлинительной обечайки 210 выполнен с возможностью взаимодействия с четвертым интерфейсом 221 описанного выше опорного соединительного картера 220, а также с вторым модулем, в частности, при помощи по меньшей мере одной крепежной лапки 2221. Эта крепежная лапка 2221 выполнена с возможностью взаимодействия с вторым модулем и позволяет производить его предварительную центровку время фазы стыковки и монтажа второго модуля на опорном соединительном картере.
В этом примере выполнения опорный соединительный картер 220 образован по существу кольцевой пластиной, как более детально показано на фиг. 3А-3Е.
Описанные ниже фиг. 3А-3Е иллюстрируют различные этапы способа сборки демпфирующего узла.
На фиг. 3А первый интерфейс 201 удлинительной обечайки 210 соединен с первым модулем 300. Здесь же показаны также электрические соединители 3 и гидравлические соединители 4. Удлинительная обечайка 210 находится в положении на своем месте. Она содержит две крепежные лапки 2221, предназначенные для захождения в скошенную фаску второго модуля во время соединения второго модуля с первым модулем при помощи демпфирующего узла. Удлинительная обечайка содержит также множество выступов 211, каждый из которых содержит отверстие 212. Удлинительная обечайка содержит также множество крепежных отверстий 213. Крепежные отверстия 213 и выступы 211 распределены вдоль периферии второго интерфейса 202 удлинительной обечайки 210.
Во время монтажа демпфирующего узла на вентиляторе на первом этапе, показанном на фиг. 3В, на уровне второго интерфейса 202 удлинительной обечайки 210 и, в частности, на выступах 211 располагают упругие средства 230.
На втором этапе способа монтажа, показанном на фиг. 3С, электрические соединители 3 и гидравлические соединители 4 вставляют соответственно в первое отверстие (в данном случае выполнено три первых отверстия) и во второе отверстие (в данном случае выполнено три вторых отверстия) опорного соединительного картера 220 и крепят на опорном соединительном картере 220. Электрические соединители крепят при помощи крепежной системы с плоской гайкой, а гидравлические соединители вставляют при помощи участка 7 опорного соединительного картера, выступающего из третьего интерфейса 222 опорного соединительного картера 220. Участок 7 опорного соединительного картера фиксирует в положении трубопроводы и усиливает эти трубопроводы по отношению к усилиям, действию которых они могут подвергаться во время работы вентилятора, а также облегчают соединение вслепую. При этом упругие средства 230 являются предварительно сжатыми.
На третьем этапе способа, показанном на фиг. 3D, опорный соединительный картер 220 закрепляют на удлинительной обечайке 210 при помощи крепежного элемента 240. Для этого крепежный элемент 240, который в этом примере выполнения представляет собой кольцевой венец, выполненный с возможностью перекрывать одновременно периферический участок опорного соединительного картера 220 и периферический участок удлинительной обечайки 210, располагают таким образом, чтобы крепежные штифты 241 крепежного элемента 240 проходили через крепежные отверстия, а также через упругие средства 230. Крепежные штифты 241 предназначены для ограничения возможного радиального смещения опорного соединительного картера 220 (допуская некоторое радиальное смещение, связанное с зазором J3) и для его осевого направления во время перемещений системы изменения шага винта.
На последнем этапе, показанном на фиг. 3Е, на удлинительной обечайке крепят крепежный элемент 240 при помощи системы винтов 214, проходящих одновременно через крепежный элемент 240 и одно из крепежных отверстий 213 удлинительной обечайки.
На описанных ниже фиг. 4А-4F представлены различные этапы способа стыковки второго модуля с демпфирующим узлом.
На фиг. 4А демпфирующий узел 200 находится напротив второго модуля 90 перед стыковкой второго модуля с демпфирующим узлом, что позволяет произвести электрическое и гидравлическое соединение между первым модулем (не показан) и вторым модулем 90. Упругие средства 230 оказываются предварительно сжатыми по причине посадки опорного соединительного картера на удлинительную обечайку во время сборки демпфирующего узла 200.
На первом этапе, показанном на фиг. 4В, обе крепежные лапки 2221 вставляют в соответствующие скошенные фаски 91 второго модуля 90. Эти крепежные лапки 2221 являются лапками восприятия крутящего момента. Второй модуль соединяют с ротором вентилятора, и он стремится повернуться во время запуска вентилятора, что может привести к резкому движению демпфирующего узла. Крепежные лапки 2221 позволяют воспринимать это резкое движение и облегчают также соединение вслепую второго модуля с демпфирующим узлом. Действительно, они служат направляющими, поскольку заходят в скошенные фаски, что обеспечивает направление с учетом формы скошенных фасок, которые служат также установочными средствами.
На фтором этапе, показанном на фиг. 4С, центровочные штифты 6 опорного соединительного картера, выполненные в количестве двух, вставляют в два отверстия 92, например, одно вытянутое отверстие и одно круглое отверстие, второго модуля с целью осуществления центровки второго модуля 90 относительно опорного соединительного картера демпфирующего узла, чтобы впоследствии произвести правильные электрические и гидравлические соединения. Действительно, штырьки электрических соединителей являются тонкими. Чтобы электрические соединители 3 работали, предпочтительно обеспечивать безопасное расстояние Z2 порядка нескольких десятков миллиметров, например, 35,75 мм для типа соединителя, используемого в примере выполнения, представленном на фиг. 4F, между крепежной частью второго модуля (охватывающая часть электрического соединителя) и охватываемой частью электрического соединителя на уровне опорного соединительного картера. Соблюдение этого безопасного расстояния позволяет убедиться в осуществлении электрического соединения.
На третьем этапе, показанном на фиг. 4D, гидравлическую часть, то есть гидравлические соединители 4 вставляют в соответствующую охватывающую часть второго модуля 90. Как было указано выше, гидравлические соединители 4 содержат прокладки на своем конце, предназначенном для введения во второй модуль. Прокладки каждого из гидравлических соединителей 4 заходят в охватывающую часть второго модули 90. Эти прокладки позволяют повысить надежность гидравлического соединения, так как текучие среды, циркулирующие во время работы вентилятора, находятся под высоким давлением, как правило, порядка сотни бар. Во время посадки гидравлических соединителей 4 упругие средства 230 постепенно сжимаются.
На четвертом этапе, показанном на фиг. 4Е, после посадки гидравлических соединителей 4 к соответствующим охватывающим частям второго модуля подсоединяют также электрические соединители 3. Именно на этом четвертом этапе завершается сжатие упругих средств 230. Действительно, подсоединение электрических соединителей 3 создает силу давления на опорный соединительный картер и на крепежный элемент и, следовательно, на упругие средства, которые оказываются сжатыми.
На фиг. 4F показан второй модуль 90, соединенный с первым модулем (не показан) через демпфирующий узел 200 с предусмотренным безопасным расстоянием Z2 в 35,75 мм.
Изобретение не ограничивается вариантами выполнения, описанными со ссылками на фигуры, и, не выходя за рамки изобретения, можно предусмотреть его различные версии.