МОДУЛЬ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, СОДЕРЖАЩИЙ КАРТЕР ВОКРУГ АГРЕГАТА С КОЖУХОМ ДЛЯ РЕКУПЕРАЦИИ СМАЗОЧНОГО МАСЛА
GAS TURBINE ENGINE MODULE COMPRISING CRANKCASE AROUND UNIT WITH CASING FOR LUBING OIL RECUPERATION

Область техники и уровень техники
Настоящее изобретение относится к области смазки авиационных двигателей. В частности, оно касается устройства рекуперации масла, которое было использовано для агрегата, содержащего вращающуюся часть.
Например, турбовинтовой двигатель с винтами противоположного вращения может содержать редуктор в камере смазки опорных подшипников. Эта камера выполнена с возможностью направления масла, выходящего из содержащихся в ней устройств, к средствам сбора. Кроме того, как правило, она сообщается с отделителем масла от воздуха, присутствующего в масляном контуре.
Редуктор (называемый в данном тесте PGB от английского выражения Power Gear Box) требует большого количества масла, а именно более половины общего количества масла, проходящего через смазочную камеру.
Кроме того редуктор PGB содержит систему вращающихся зубчатых колес. Как известно, вокруг редуктора расположен кольцевой кожух, неподвижно соединенный во вращении с вращающейся частью редуктора, поэтому сам кожух вращается с высокой скоростью. Масло, использованное для смазки редуктора, выходит из него на периферии через отверстия наружного кожуха редуктора. Масло проходит через отверстия за счет центробежного эффекта и образует очень рассеянную вращающуюся струю, которая интенсивно забрызгивает все стенки рекуперационной камеры вокруг редуктора.
По причине большого количества масла и его разбрызгивания масло, выходящее из редуктора, может создать проблемы рекуперации в направлении средства удаления масла из камеры. Например, это может привести к его плохому удалению, к переполнению камеры и к утечкам через прокладки, в результате чего оно может проникнуть в пожароопасные зоны или затопить редуктор.
Настоящее изобретение призвано предложить простое решение для эффективной рекуперации масляного потока, выходящего из агрегата, в частности, агрегата, вращающегося в смазочной камере.
Сущность изобретения
В связи с этим объектом изобретения является модуль газотурбинного двигателя, содержащий агрегат, выполненный таким образом, чтобы смазочное масло выходило из него за счет центробежного эффекта вокруг оси вращения, при этом упомянутый агрегат содержит по меньшей мере одну вращающуюся часть и кожух, неподвижно соединенный с упомянутой вращающейся частью, при этом упомянутый кожух содержит сквозные радиальные отверстия для прохождения масла, выходящего за счет центробежного эффекта, и средства направления в радиальном направлении наружу масла, выходящего из упомянутых отверстий, и картер, образующий по меньшей мере часть смазочной камеры для смазки упомянутого агрегата, при этом упомянутый картер содержит по меньшей мере один желоб, выполненный с возможностью улавливания масла, проходящего через упомянутые радиальные отверстия, и имеющий по существу кольцевую форму с центром на оси вращения, отличающийся тем, что желоб содержит кольцевую стенку дна, имеющую по меньшей мере одно отверстие удаления, и тем, что картер имеет по меньшей мере одно другое отверстие, находящееся снаружи желоба, при этом упомянутое по меньшей мере одно другое отверстие и упомянутое по меньшей мере одно отверстие удаления соединены с общими средствами удаления.
Таким образом, масло, выходящее из отверстий, эффективно направляется к рекуперационному желобу, что обеспечивает лучшую рекуперацию масла и позволяет избегать загрязнения возможных других элементов, присутствующих вокруг агрегата, маслом, использованным для смазки агрегата. В частности, когда агрегат заключен в камеру, это позволяет избегать разбрызгивания масла в обширной зоне внутренних стенок камеры на уровне картера и последующего разбрызгивания и перетекания на другие элементы, такие как опорные подшипники, прокладки или трубки маслоотделителя.
Наконец, наличие в картере по меньшей мере одного другого отверстия, которое находится снаружи желоба, при этом упомянутое по меньшей мере одно другое отверстие и упомянутое по меньшей мере одно отверстие удаления соединены с общими средствами удаления, и которое к тому же находится непосредственно на уровне картера, позволяет объединить насосы, откачивающие масло, рекуперированное в камере и поступившее от вращающегося агрегата и других устройств, содержащихся в камере.
Предпочтительно упомянутое по меньшей мере одно отверстие удаления находится по существу в самой нижней точке желоба. Таким образом, отверстие удаления можно расположить в желобе таким образом, чтобы разрывать масляное кольцо и чтобы легче рекуперировать текучую среду.
По определению желоб содержит боковые стенки, окружающие цилиндрическую поверхность, образующую стенку дна. Эта стенка дна расположена напротив струй масла, выходящих из отверстий кожуха, перехватывая эти струи. Боковые стенки позволяют улавливать брызги масляной струи, ударяющей по стенке дна, чтобы оставить масло в желобе.
Предпочтительно картер содержит радиально внутреннюю сторону, образующую стенку смазочной камеры и образующую стенку дна желоба. Это позволяет упростить изготовление модуля, избегая установки желоба на фланец, например, чтобы приблизить его к кожуху.
Предпочтительно желоб содержит две боковые кольцевые стенки, которые отходят друг от друга радиально наружу.
Таким образом, входное сечение желоба для масла, выбрасываемого через отверстия кожуха, меньше, чем площадь стенки дна, перехватывающей масляную струю. Это ограничивает возможность выхода масляных брызг из желоба и обеспечивает лучшее направление кольца масла во вращении в желобе для его последующего удаления.
Каждое радиальное отверстие кожуха может содержать трубку, образующую средство направления масла.
Кроме того, продолжение трубок наружу кожуха, причем до радиуса, превышающего радиус кожуха на выходе трубок, позволяет увеличить коэффициент выхода масла. Это позволяет также повысить круговую скорость масла и уменьшить расширение струи, выбрасываемой в сторону стенки камеры. Кроме того, это позволяет приблизить выход струи к стенкам камеры рекуперации масла и уменьшить размер зоны, где должно рекуперироваться это масло.
Предпочтительно трубки проходят в радиальном направлении наружу от кожуха и наклонены в одной поперечной плоскости и в одном направлении вокруг оси вращения.
Предпочтительно в этом случае кожух выполнен таким образом, чтобы направление, в котором проходят трубки, соответствовало направлению вращения кожуха на работающем агрегате. Таким образом, ориентация трубок увеличивает тангенциальную составляющую масла, выбрасываемого на стенку рекуперации масла. Это позволяет получить вращающееся масляное кольцо, которое легче направить в отверстие удаления.
Предпочтительно поперечная плоскость, в которой расположены трубки, соответствует максимальному радиусу кольцевого картера.
Объектом изобретения является также газотурбинный двигатель, содержащий такой модуль, агрегат или кожух.
Краткое описание фигур
Настоящее изобретение, его другие детали, отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания не ограничительного примера выполнения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 - схематичный вид заявленного модуля газотурбинного двигателя, причем этом модуль содержит вращающийся агрегат, кольцевой кожух и кольцевой картер, в данном случае показанные в разрезе по плоскости, проходящей через ось вращения агрегата.
Фиг. 2 - схематичный фронтальный вид кожуха и кольцевого картера, показанных на фиг. 1.
Фиг. 3а, 3b и 3с - первый вариант выполнения кольцевого картера в соответствии с изобретением, вид спереди, в осевом разрезе и сверху для нижней части картера.
Фиг. 4а, 4b и 4с - второй вариант выполнения кольцевого картера в соответствии с изобретением, вид спереди, в осевом разрезе и сверху для нижней части картера.
Описание варианта выполнения
На фиг. 1 показан агрегат 1 газотурбинного двигателя, установленный в камере и выполненный с возможностью вращения вокруг оси А. Как показано на фигуре, радиальный габарит агрегата 1 значительно меньше пространства, ограниченного внутренними стенками камеры, образованными по меньшей мере кольцевым картером 2, расположенным вокруг агрегата 1.
В представленном примере этот агрегат 1 является редуктором PGB. Через не показанный вход масла масло поступает в центральную зону редуктора для его смазки. Это масло проходит за счет центробежного эффекта через различные активные части редуктора, содержащего зубчатые колеса. Эти части схематично показаны на фигуре в виде внутренних активных частей 3а и 3b, вращающихся в одном направлении и окруженных наружной активной частью 4, вращающейся в противоположном направлении.
В этом примере в случае редуктора с эпициклоидной зубчатой передачей самая внутренняя часть 3b представляет собой входной планетарный вал в виде зубчатого колеса, которое установлено при помощи шлицевого соединения на валу турбины, вращающемся в одном направлении вращения и вращающем редуктор PGB. Часть 3а представляет собой водило, на котором установлены сателлитные шестерни, например, три шестерни, которые зацепляются вокруг входного вала 3b. Наружная часть 4 представляет собой наружную коронную шестерню, которая зацепляется с сателлитными шестернями. Отношения размеров между различными элементами определены в данном случае таким образом, чтобы наружная коронная шестерня 4 вращалась в направлении, противоположном вращению входного вала 3b, при этом сателлитные шестерни вращаются относительно водила 3а и приводят его во вращение в том же направлении, что и входной вал 3b, но с другой скоростью. Это краткое описание показывает, что в таком устройстве многочисленные детали входят друг с другом в контакт с относительными движениями и с большими усилиями, что требует большого количества масла для смазки.
Узел редуктора заключен во вращающийся наружный кольцевой кожух 5. Это кожух 5 неподвижно соединен с внутренней активной частью 3а, которая вращается, таким образом, в направлении, противоположном вращению наружной активной части 4 редуктора. Кожух 5 расположен вокруг и на расстоянии от активной части 4, образуя внутреннюю полость 6, которая служит, кроме всего прочего, для сбора смазочного масла, выходящего из редуктора PGB.
Масло, использованное для смазки активных частей 3а, 3b и 4 редуктора 1, может выходить из них разными путями 7а, 7b, 7с. Наружный кожух 5 выполнен с возможностью направления масла, поступающего по этим различным путям, к выходным отверстиям 8.
Предпочтительно эти отверстия 8 находятся в зоне максимального радиуса кожуха 5, что способствует удалению масла за счет центробежного эффекта. Кроме того, как правило, выполнено множество таких отверстий, при этом их число может колебаться, например, от восьми до семидесяти пяти. Предпочтительно они равномерно распределены по окружности в плоскости Р, перпендикулярной к оси вращения А.
Как показано на фиг. 1, масло, выходящее из редуктора 1, выбрасывается по существу в радиальном направлении через отверстия 8. Однако различные явления приводят к рассеянию выходной струи. Во-первых, различные пути 7а, 7b, 7с масла в полости 6 достигают отверстия 8 с не одинаковым углом падения. Кроме того, эффекты взаимодействия потока масла с краями отверстия 8 могут отклонять выходную струю.
Согласно изобретению, на выходе каждого отверстия 8 на наружной стороне кожуха 5 редуктора 1 установлено средство 10 направления для направления наружу масла, выполненное в виде трубки 10. В данном случае сечение этой трубки 10 соответствует сечению отверстия 8, и пространство между кожухом 5 и картером 2 камеры используют, чтобы радиально продолжить трубку и приблизить ее выход к внутренней стороне картера 2 без контакта с этим картером. Наконец, как показано в осевом разрезе на фиг. 1, эти трубки ориентированы по существу в плоскости Р, поперечной к оси вращения А. Их поперечное сечение является по существу постоянным вдоль их радиального продолжения.
Трубки 10 можно установить на наружной стенке кожуха 5 и закрепить посредством сварки или пайки. Их можно также выполнить заодно с кожухом 5, чтобы получить моноблочный узел.
Кроме того, остающееся пространство между внутренней стороной картера 2 и выходом трубок 10 можно использовать, чтобы предусмотреть на этой внутренней стороне картера 2 кольцевой желоб 13, находящийся в той же плоскости Р. Кольцевой желоб 13 расположен вокруг оси вращения А. Кольцевой желоб 13 содержит две боковые кольцевые стенки 11, симметричные относительно плоскости Р, а также кольцевую стенку 12 дна.
Предпочтительно форма картера 2 вблизи плоскости Р и форма стенки 12 дна имеют по существу круглое поперечное сечение. Это обеспечивает постоянное расстояние между концами трубок 10 кожуха 5 и желобом 13 во время их вращения.
Предпочтительно плоскость Р находится на максимальном радиусе, чтобы облегчить рекуперацию масла.
В осевом разрезе на фиг. 1 внутренние периферические края боковых кольцевых стенок 11 образуют между собой кольцевой проем желоба 13, который в радиальном направлении совмещен с выходами (радиально наружными концами) трубок 10. Проем имеет ширину или осевой размер, по существу равный или слегка превышающий диаметр трубок 10, который предпочтительно является по существу одинаковым.
В представленном примере боковые стенки 11 отходят друг от друга или расходятся радиально наружу. Они ограничивают между собой стенку 12 дна, при этом их внутренние стороны обращены к этой стенке 12 дна.
Эта стенка 12 дна образована в данном примере частью внутренней стенки картера 5, на которой закреплены боковые кольцевые стенки 11. В этом случае боковые кольцевые стенки 11 могут быть присоединены к внутренней стенке картера 2 и закреплены на ней посредством сварки или пайки. Они могут быть также выполнены заодно с картером 2, образуя с ним моноблочный узел.
Как показано на фиг. 1, масло, выходящее в разных направлениях вокруг поперечной плоскости Р на выходе отверстий 8, встречает сначала внутренние стенки трубок 10. В зависимости от проходимых путей отражение может направлять масло напрямую на стенку 12 дна желоба 13. Направление масла может быть тем более параллельным плоскости Р после отражения, чем сильнее радиальный импульс, который придают ему края трубок 10, приводимых во вращение при вращении наружного кожуха 5.
Понятно, что для некоторых путей 7а,7b отражения масла на стенках трубок 10 может быть недостаточно, чтобы направлять его в сторону стенки 12 дна желоба 13. В этом случае боковые стенки 11 перехватывают масло и направляют его к стенке 12 дна. Наклонная форма стенок 11 может также нести дополнительную функцию, не показанную на фигуре, то есть функцию улавливания брызг масляных струй, ударяющих напрямую по стенке 12 дна желоба 13.
Таким образом, с учетом тангенциального импульса, получаемого при вращении кожуха 5, вблизи стенки 12 дна желоба 13 может образоваться вращающееся масляное кольцо. Таким образом, масло направляется и прижимается к стенке 12 дна желоба 13 центробежной силой. Как показано на фиг. 3а и 4а, это позволяет рекуперировать масло, расположив отверстие 14 удаления в самой нижней точке стенки 12 дна.
Как показано на фиг. 2, этот эффект вращения масляного кольца можно улучшить, наклонив трубки 10 в направлении вращения ω кожуха 5, когда редуктор работает, относительно радиуса в поперечной плоскости Р.
Как показано на фиг. 3а и 4а, в стенке 12 дна желоба выполнено отверстие 14, сообщающееся со средствами 15 удаления рекуперируемого или повторно используемого масла, которые выполнены в виде каналов 15 и в свою очередь сообщаются с не показанным насосом для откачки рекуперируемого масла. Этот средство 15 удаления образует вместе с насосом средство удаления масла, рекуперируемого в желобе 13.
Возвращаясь к примеру редуктора 1 в турбовинтовом двигателе с винтами противоположного вращения, ось А вращения редуктора 1, соответствующая оси вращения турбовинтового двигателя, как правило, является по существу горизонтальной. При этом отверстие 14 рекуперации находится в нижней части желоба 13, поэтому масло может протекать в него за счет силы тяжести, в частности, после остановки турбовинтового двигателя. По аналогии с циферблатом часов можно сказать, что отверстие 14 находится на 6 часов (6ч) вокруг оси А. Место расположения отверстия 14 удаления позволяет получить общую форму, форсирующую удаление масла и позволяющую, таким образом, избегать накопления масла, образующего кольцо.
Кроме того, как показано на фиг. 3b и 4b, как правило, камера содержит другие не показанные устройства, такие как направляющие опорные подшипники валов. Как правило, нижняя точка желоба 13 является также нижней точкой камеры, и в стенках картера 2 выполнены отверстия для удаления масла, поступающего от этих устройств и стекающего по внутренним стенкам камеры. Предпочтительно отверстия 16 и 14 удаления расположены на наибольшем радиусе кольцевого картеры 2, чтобы масло могло стекать в них за счет силы тяжести.
В первом варианте, показанном на фиг. 3а-3с, отверстия 16 выполнены в стенках картера 2 снаружи боковых кольцевых стенок 11 желоба 13, которые останавливают масло, поступающее от других устройств. Эти отверстия 16 соответствуют каналам 17, выходящим в смазочную камеру. Эти каналы, предпочтительно вместе с не показанными соответствующими насосами, с которыми они соединены, образуют средства удаления масла от других устройств, отличных от редуктора PGB.
В этом первом варианте отверстие 14 желоба не сообщается с отверстием или отверстиями 16 картера 2 снаружи желоба 13. Каналы 15,17, соответственно соединенные с этими отверстиями 14,16, предпочтительно соответствуют независимым или отдельным средствам удаления. Каналы 15 и 17 можно сгруппировать до подсоединения рекуперационного насоса.
Во втором варианте, показанном на фиг. 4а-4с, отверстия 16 картера 2 снаружи желоба сообщаются с каналом 15, по которому проходит масло из желоба 13. Этого можно добиться при помощи небольшой сборной полости 18, которая выходит в нижнюю точку картера 2 и осевое продолжение которой шире, чем стенка 12 дна желоба. Отверстия 14,16 в стенке 12 дна желоба и в картере 2 снаружи желоба 13 образованы проемом этой сборной полости 18 в картере 2 и отделены друг от друга боковыми стенками 11 желоба 13. Канал 15 выходит в дно этой сборной полости 18.
Отверстия 16 удаления можно выполнить на картере, отличном от картера, где находятся отверстия 14 удаления. Таким образом, масло, выходящее из редуктора, будет удаляться через отверстие 14 удаления и попадать в зону 18 на другом картере. В этой зоне 18 масло редуктора и других элементов будет смешиваться и удаляться через канал 15.
Этот вариант выполнения позволяет объединить насосы, откачивающие рекуперируемое масла.
Изобретение было описано для случая применения с редуктором, установленным в турбовинтовом двигателе, однако, разумеется, его можно применять для рекуперации смазочного масла в любом устройстве, вращающемся внутри камеры.