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

Настоящее изобретение относится к планетарному редуктору, в частности, для турбомашины.
Планетарная передача обычно содержит соосные внутреннюю планетарную шестерню и внешнюю планетарную шестерню; причем внутренняя планетарная шестерня совершает вращательные движения вокруг своей оси, а внешняя планетарная шестерня является неподвижно установленной; причем, по меньшей мере, один сателлит установлен вращающимся на водиле и осуществляет зацепление одновременно и с внутренней планетарной шестерней, и с внешней планетарной шестерней; причем водило совершает вращательные движения вокруг оси внутренней планетарной шестерни и внешней планетарной шестерни. Как правило, вход образован внутренней планетарной шестерней, называемой также солнечной шестерней, а выход образован водилом. Внешняя планетарная шестерня также называется коронной шестерней.
В турбомашине планетарные передачи используются, в частности, в качестве демультипликатора для уменьшения скорости вращения ротора нагнетательного вентилятора независимо от скорости вращения турбины.
В документе EP 1703174 приводится описание такого планетарного редуктора, в котором все зубчатые колеса, образующие сателлиты, установлены на цапфах водила при помощи подшипников скольжения. Другими словами, водило содержит цилиндрические цапфы, вставленные в цилиндрические отверстия сателлитов. Редуктор содержит, кроме того, канал подвода масла, выходящий на уровне зоны соприкосновения между упомянутыми цилиндрическими поверхностями. В процессе работы на уровне зоны соприкосновения должен присутствовать слой масла для исключения возможности трения.
Подшипники скольжения в целом легче, менее громоздки и более надежны, чем подшипники, в которых используются тела качения. Они имеют практически неограниченную продолжительность жизни, если только в них постоянно будет подаваться масло, а данное масло не будет содержать абразивных частиц.
В случае возникновения неисправности в системе подвода масла, например при поломке насоса, представляется необходимым поддерживать подачу масла в подшипник скольжения в течение периода времени, достаточного, например, для повторного запуска аварийного насоса или остановки турбомашины. Этот период времени составляет, например, несколько десятков секунд.
Для этого документом EP 1703174 предусматривается формирование аккумуляторов в водиле, причем каждый аккумулятор способен обеспечивать подачу масла в подшипник скольжения в случае возникновения неисправности в течение определенного периода времени.
Конструкция этих аккумуляторов и их расположение затрудняют практическое осуществление водила и увеличивают габаритные размеры и массу последнего.
Задачей изобретения является разработка простого, эффективного и экономичного решения данной проблемы.
Для решения задачи предлагается планетарный редуктор, в частности, для турбомашины, содержащий соосные внутреннюю планетарную шестерню и внешнюю планетарную шестерню, причем внутренняя планетарная шестерня совершает вращательные движения вокруг ее оси, а внешняя планетарная шестерня является неподвижно установленной; по меньшей мере, один сателлит, установленный вращающимся на водиле и осуществляющий зацепление одновременно и с внутренней планетарной шестерней, и с внешней планетарной шестерней; причем водило совершает вращательные движения вокруг оси внутренней планетарной шестерни и внешней планетарной шестерни; причем сателлит, содержащий цилиндрическую внутреннюю поверхность, установлен вращающимся вокруг цилиндрической поверхности водила; причем редуктор содержит, кроме того, средства подвода масла на уровне зоны соприкосновения между упомянутыми цилиндрическими поверхностями, отличающийся тем, что средства подвода масла содержат камеру, выполненную в водиле, которая предназначена для образования объема масляного буфера и содержит: так называемую нижнюю зону, расположенную на удалении от оси вращения водила; так называемую верхнюю зону, расположенную близко от оси вращения водила; по меньшей мере, один основной канал, выходящий на уровне упомянутой зоны соприкосновения и на уровне верхней зоны, и, по меньшей мере, один вспомогательный канал, выходящий на уровне упомянутой зоны соприкосновения и на уровне нижней зоны.
В процессе работы под воздействием центробежной силы масло, находящееся в камере, вытекает в радиальном направлении наружу. Камера, выполненная в водиле, заполняется, таким образом, вначале в нижней зоне, находящейся на удалении от оси вращения водила, затем в верхней зоне.
В процессе нормального функционирования, т.е. при отсутствии неисправностей в системе подвода масла, в камеру поступает большое количество масла, и уровень масла достигает, как следствие, верхней зоны упомянутой камеры. Таким образом, масло может вытекать через основной канал для обеспечения подачи в подшипник скольжения, т.е. зону соприкосновения между цилиндрическими поверхностями водила и сателлита.
Следует отметить, что с учетом габаритных размеров вспомогательного канала он не позволяет пропустить все количество масла таким образом, чтобы камера заполнялась при нормальной эксплуатации.
В случае поломки количество масла, которое поступает в камеру, становится нулевым, объем масла в камере уменьшается и больше не достигает верхней зоны: масло больше не может вытекать через основной канал, а может исключительно через вспомогательный канал. Количество масла, подаваемого в подшипник скольжения, таким образом, уменьшено, но является достаточным для исключения возможности трения данного подшипника в течение ограниченного периода времени, необходимого, например, для повторного запуска аварийного насоса или остановки турбомашины (работа с ухудшенными параметрами подшипника скольжения).
Согласно одной отличительной особенности изобретения камера является по существу цилиндрической.
Предпочтительно, поперечное сечение вспомогательного канала меньше поперечного сечения основного канала.
Эти поперечные сечения установлены в зависимости от количества масла, необходимого для нормального функционирования подшипника скольжения и при его работе с ухудшенными параметрами.
Согласно форме практического осуществления изобретения камера содержит, по меньшей мере, две части, смещенные в осевом направлении относительно друг друга и соединенные, по меньшей мере, одним отверстием сообщения, выходящим на уровне нижней зоны каждой части камеры.
В этом случае две части камеры могут быть разделены перегородкой, содержащей отверстие, соединяющее две части и выходящее на уровне верхней зоны каждой части, и основной канал, выходящий в упомянутое отверстие.
Согласно другой отличительной особенности изобретения вспомогательный канал выходит в камеру в месте, находящемся на удалении в радиальном направлении от самого нижнего места камеры.
Когда в камере снижена растворимость частиц, в процессе работы они центрифугированы в самом нижнем месте камеры, т.е. в месте, наиболее удаленном от оси вращения водила. Поскольку выходное отверстие вспомогательного канала смещено относительно самого нижнего места, удается избежать того, чтобы частицы подводились к подшипнику скольжения или закупоривали вспомогательный канал.
Согласно форме практического осуществления изобретения вспомогательный канал выходит в камеру на уровне зоны, выступающей относительно внутренней стенки камеры.
Предпочтительно, редуктор содержит, по меньшей мере, два вспомогательных канала, выходящих с одной и другой стороны радиальной плоскости, проходящей через ось вращения водила, в местах, находящихся в радиальном направлении на удалении от самого нижнего места камеры.
Предпочтительно, каждый вспомогательный канал выходит в одну часть камеры.
Таким образом, в случае остановки и при любом положении водила две части камеры не могут быть одновременно опустошены самотеком. Таким образом, в случае повторного запуска в распоряжении имеется определенный объем масла (даже небольшой) для подачи в подшипник скольжения.
Кроме того, камера может содержать канавку, выполненную в нижней зоне камеры; причем упомянутая канавка содержит, по меньшей мере, одну верхнюю зону и, по меньшей мере, одну нижнюю зону, расположенные в осевом направлении на удалении друг от друга; причем нижняя зона канавки больше удалена в радиальном направлении от оси вращения водила, чем верхняя зона канавки; причем упомянутая нижняя зона канавки в осевом направлении находится на удалении от выходного отверстия вспомогательного канала в камере.
Таким образом, канавка образует уловитель частиц, позволяющий в процессе работы улавливать и удалять частицы от выходного отверстия вспомогательного канала. Действительно, в процессе работы частицы, прежде всего, улавливаются в канавке путем центрифугирования, затем постепенно подводятся (по-прежнему путем центрифугирования) к самой нижней зоне канавки, т.е. месту, достаточно удаленному от выходного отверстия вспомогательного канала. Таким образом, даже в случае остановки, затем повторного запуска частицы вновь улавливаются посредством канавки до достижения вспомогательного канала, при этом исключается любой риск закупорки вспомогательного канала.
Изобретение в дальнейшем поясняется описанием неограничительного варианта его осуществления и преимущества изобретения станут видны при изучении описания, приводимого в качестве примера, со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- фиг. 1 изображает схематический вид спереди планетарной передачи;
- фиг. 2 - кинематическую схему планетарной передачи;
- фиг. 3 - вид поперечного разреза части водила и сателлита редуктора согласно изобретению;
- фиг. 4 и 5 изображают виды продольного разреза водила соответственно по линиям А и В конструктивного элемента, представленного на фиг. 3;
- фиг. 6 и 7 - виды, по существу соответствующие фиг. 3, поясняющие две другие формы практического осуществления изобретения;
- фиг. 8 и 9 - виды, схематически поясняющие положение вспомогательных каналов и остаточный объем масла в камере, в двух различных положениях остановки водила;
- фиг. 10 изображает вид в изометрии части камеры, содержащей выступающую зону, на уровне которой выходит вспомогательный канал;
- фиг. 11 - вид продольного разреза и в изометриии части камеры, содержащей канавку, предназначенную для улавливания частиц.
На фиг. 1 и 2 схематически изображена конструкция планетарного редуктора 1 согласно изобретению. Как правило, он содержит соосные внутреннюю планетарную шестерню 2 (также называемую солнечной шестерней) и внешнюю планетарную шестерню 3 (также называемую коронной шестерней). Внутренняя планетарная шестерня 2 совершает вращательные движения вокруг своей оси X, а внешняя планетарная шестерня 3 является неподвижно установленной. Редуктор 1 содержит, кроме того, сателлиты 4, установленные вращающимися на цапфах 5 водила 6. Каждый сателлит 5 находится в зацеплении одновременно и с внутренней планетарной шестерней 2, и с внешней планетарной шестерней 3. Водило 6 вращается вокруг оси X внутренней планетарной шестерни 2 и внешней планетарной шестерни 3.
Вход образован внутренней планетарной шестерней 2, выход - водилом 6.
В турбомашине планетарные редукторы 1 использованы, в частности, в качестве демультипликатора для уменьшения скорости вращения ротора нагнетательного вентилятора независимо от скорости вращения турбины. Как это лучше видно на фиг. 3-5, каждый сателлит 4 содержит цилиндрическую внутреннюю поверхность 7, которая установлена вращающейся вокруг цилиндрической поверхности 8 соответствующей цапфы 5 водила 6 таким образом, чтобы образовывать подшипник скольжения.
Таким образом, представляется необходимым обеспечивать подачу масла в зону соприкосновения 9 между этими двумя цилиндрическими поверхностями 7, 8. Для этого редуктор 1 содержит средства подвода, содержащие камеру 10, вытянутую по существу по оси Y каждой цапфы 5; причем, по меньшей мере, один из концов 11 камеры 10 соединен с каналом подачи масла. Если один из концов 11 образует место подачи масла, то в этом случае другой конец закупорен.
Камера 10 имеет в целом цилиндрическую форму и содержит, в частности, две части 10a, 10b, разделенные радиально-вытянутой перегородкой 12. Боковые концы 11 камеры 10 содержат отверстия меньшего, чем у камеры 10, диаметра, из которых, по меньшей мере, одно образует отверстие подачи масла, как это указывалось ранее.
Линия, имеющая цифровую позицию 13, образует место, так называемое самое нижнее, камеры 10, т.е. место, наиболее удаленное от оси вращения X водила 6. И, наоборот, линия, имеющая цифровую позицию 14, образует самое верхнее место камеры 10, т.е. место, ближе всего расположенное к оси вращения X водила 6. Аналогично, так называемые нижние и верхние зоны имеют цифровые позиции 15 и 16, соответственно. Ось X расположена в плоскости сечения A, показанной на фиг. 3, но не показанной на фиг. 3-5.
В процессе работы под воздействием центробежной силы, образуемой в результате вращения водила 6, масло вытекает в камеру 10 в радиальном направлении наружу. Таким образом, камера 10 заполняется сначала в нижней зоне 15, затем в верхней зоне 16.
Через срединную стенку 12 проходит отверстие 17, выходящее в верхние зоны 16 частей 10a, 10b камеры 10. Через срединную стенку 12, кроме того, проходят два отверстия 18, выходящих в нижние зоны 15 частей 10a, 10b камеры 10. Отверстия 18 расположены с одной и другой стороны плоскости A, показанной на фиг. 3, т.е. с одной и другой стороны радиальной плоскости, проходящей через соответствующие ось X вращения водила 6 и ось Y камеры 10 и цапфы 5. Диаметр каждого отверстия 18 может быть меньше диаметра отверстия 17.
Основной канал 19 радиально вытянут в перегородке 12 и выходит на уровне внешней цилиндрической стенки 8 цапфы 5 и в отверстие 17.
Согласно форме практического осуществления, показанной на фиг. 3-5, каждая часть 10a, 10b камеры 10 содержит, кроме того, радиально-вытянутый вспомогательный канал 20a, 20b, выходящий на уровне внешней цилиндрической стенки 8 цапфы 5 и выходящий в самом нижнем месте 13 соответствующей части 10a, 10b камеры 10.
Поперечное сечение каждого вспомогательного канала 20a, 20b меньше поперечного сечения основного канала 19. Например, диаметр основного канала 19 составляет порядка 5 мм, а диаметр каждого вспомогательного канала 20a, 20b составляет порядка 0,5 мм.
В процессе нормальной эксплуатации масло поступает в камеру 10 в количестве, достаточном для того, чтобы уровень масла находился в верхней зоне 16 камеры 10. Объем масла в двух частях 10a, 10b камеры 10 одинаков ввиду имеющегося сообщения между этими частями одновременно посредством отверстий 18 и отверстия 17.
Таким образом, масло поступает в основной канал 19 и доводится в результате центрифугирования до уровня зоны соприкосновения 9.
Поперечное сечение основного канала 19 рассчитано таким образом, чтобы в зоне соприкосновения 9 образовывалась масляная пленка, толщина которой соответствует заданным или рассчитанным техническим условиям, для обеспечения хорошего функционирования подшипника скольжения и недопущения, в частности, каких-либо явлений трения.
В случае возникновения неисправности системы смазки происходит быстрое уменьшение объема масла до достижения уровня, имеющего на фиг. 3 цифровую позицию 21, начиная с которого масло больше не может поступать в основной канал 19 через отверстие 17. С этого момента масло может вытекать (в результате центрифугирования) только по вспомогательным каналам 20a, 20b. На этом этапе работы с ухудшенными параметрами достаточное количество масла достигает зоны соприкосновения 9 по вспомогательным каналам 20a, 20b для исключения возможности трения подшипника скольжения в данный период времени, например, в течение порядка 30 секунд. Этого периода времени должно быть достаточно для того, чтобы позволить, например, осуществить повторный запуск аварийного насоса или остановку турбомашины. Поперечные сечения вспомогательных каналов 20a, 20b определены таким образом, чтобы позволить осуществление аварийного режима работы в течение необходимого периода времени.
На фиг. 6 изображен другой способ практического осуществления, согласно которому каждый вспомогательный канал 20a, 20b вытянут параллельно вышеупомянутой плоскости А и удален от этой плоскости на расстояние d. Таким образом, каждый вспомогательный канал 20a, 20b выходит в соответствующую часть 10a, 10b камеры 10 в месте, радиально смещенном внутрь относительно самого нижнего места 13. Кроме того, вспомогательные каналы 20a, 20b размещены с одной и другой стороны плоскости A.
Согласно варианту, изображенному на фиг. 7, вспомогательные каналы 20a, 20b могут быть ориентированы под наклоном к плоскости А таким образом, что каждый вспомогательный канал 20a, 20b выходит в камеру 10 в месте, радиально смещенном внутрь относительно самого нижнего места 13, и выходит также на цилиндрическую поверхность 8 вдоль плоскости A. И в этом случае вспомогательные каналы 20a, 20b размещены с одной и другой стороны плоскости А.
Формы практического осуществления, показанные на фиг. 6 и 7, позволяют не допустить того, чтобы частицы закупорили вспомогательные каналы 20a, 20b или были подведены к подшипнику скольжения. Действительно, когда растворимость частиц снижена в камере 10, в процессе работы они центрифугируются в самом нижнем месте 13 камеры 10, т.е. в месте, наиболее удаленном от оси вращения X водила 6. Поскольку выходные отверстия вспомогательных каналов 20a, 20b смещены относительно самого нижнего места 13, удается не допустить попадания частиц во вспомогательные каналы 20a, 20b или их закупорки.
На фиг. 8 и 9 схематически изображена камера 10 согласно форме практического осуществления, показанной на фиг. 6, в двух различных положениях остановки водила 6.
В случае, показанном на фиг. 8, плоскость А ориентирована согласно полю силы тяжести, которое обозначено вектором g. Под действием силы тяжести масло 22, которое продолжает содержаться в камере, падает в нижнюю зону. В этом случае масло может вытекать по вспомогательным каналам 20a, 20b, причем определенный объем масла 22 остается в каждой камере 10 ввиду имеющегося смещения между выходными отверстиями вспомогательных каналов 20a, 20b и самым нижним местом 13.
Таким образом, во время последующего этапа повторного запуска данный объем масла 22 может проникнуть во вспомогательные каналы 20a, 20b и смазать подшипник скольжения до того, как масло поступит внутрь камеры 10.
В другом случае, изображенном на фиг. 9, плоскость A расположена под наклоном относительно направления поля силы тяжести g. В частности, масло 22 падает в зону, дно которой содержит выходное отверстие одного из вспомогательных каналов, а именно канала 20a. В этом случае в одной (10a) из частей камеры 10 содержащееся в ней масло откачено путем удаления через этот вспомогательный канал 20a, в то время как в другой части (10b) камеры 10 определенный объем масла 22 содержится. Как и ранее, в случае повторного запуска этот объем масла 22 может циркулировать из одной части в другую через отверстия 18, поступать во вспомогательные каналы 20a, 20b и осуществлять смазку подшипника скольжения до того, когда масло будет подведено внутрь камеры 10. Будет отмечено, что объем масла 22, находящегося в камере 10, в случае, представленном на фиг. 9, больше, чем в случае, изображенном на фиг. 8.
На фиг. 10 также изображена другая форма практического осуществления, согласно которой каждый вспомогательный канал 20a, 20b выходит в камеру 10 на уровне зоны 23, выступающей относительно внутренней стенки 24 камеры, для недопущения, как и ранее, попадания частиц или закупоривания ими вспомогательных каналов 20a, 20b.
Другой тип уловителя частиц изображен на фиг. 11. Согласно этой форме практического осуществления каждая часть 10a, 10b камеры 10 содержит канавку 25, выполненную в нижней зоне 15 камеры 10; причем упомянутая канавка 25 содержит, по меньшей мере, одну верхнюю зону 26 и, по меньшей мере, одну нижнюю зону 27, расположенные в осевом направлении на удалении друг от друга; причем нижняя зона 27 канавки 25 в радиальном направлении больше удалена от оси вращения X водила 6, чем верхняя зона 26 канавки 25; причем упомянутая нижняя зона 27 канавки 25 удалена в осевом направлении от выходного отверстия соответствующего вспомогательного канала 20a в камере 10. Канавка 25 содержит, в частности, последовательные ступени, позволяющие переходить из ее верхней зоны 25 в ее нижнюю зону 27.
Канавка 25 образует, таким образом, уловитель частиц, позволяющий в процессе работы улавливать и удалять частицы от выходного отверстия соответствующего вспомогательного канала 20a, 20b. Действительно, в процессе работы частицы, прежде всего, улавливаются в канавке 25 путем центрифугирования, затем постепенно подводятся (по-прежнему путем центрифугирования) к самой нижней зоне 27 канавки 25, т.е. месту, достаточно удаленному от выходного отверстия вспомогательного канала 20a, 20b. Таким образом, даже в случае повторного запуска частицы вновь улавливаются канавкой 25 до того, как попасть во вспомогательный канал 20a, 20b. Таким образом, удается не допустить какого-либо закупоривания вспомогательного канала 20a, 20b.
Таким образом, в изобретении предлагается планетарный редуктор, содержащий подшипники скольжения, оснащенные безотказными и малогабаритными средствами подвода масла, способными обеспечить в случае неисправности системы смазки подачу определенного количества масла, достаточного для работы в течение некоторого периода времени.