ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА, ОБОРУДОВАННАЯ СРЕДСТВАМИ ПЕРЕДАЧИ УСИЛИЙ ТЯГИ ЕЕ ДВИГАТЕЛЯ
TURBINE ENGINE PROVIDED WITH MEANS OF ABSORBING STRESSES FROM THRUST OF ENGINE THEREOF

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к газотурбинной установке, содержащей два конструктивных кольцевых картера, соединенные между собой при помощи средств передачи усилий тяги двигателя.
ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Авиационная газотурбинная установка содержит от входа к выходу в направлении потока газов в двигателе воздухозаборник, по меньшей мере один компрессор, камеру сгорания, по меньшей мере одну турбину и сопло для выхода газообразных продуктов сгорания.
Двухконтурный турбореактивный двигатель содержит, в частности, корпус низкого давления, содержащий первый вал, соединяющий компрессор низкого давления с турбиной низкого давления, и корпус высокого давления, содержащий второй вал, соединяющий компрессор высокого давления с турбиной высокого давления. Воздух, поступающий в двигатель, последовательно сжимается в компрессоре низкого давления и в компрессоре высокого давления, после чего смешивается с топливом, которое сгорает в камере сгорания. После этого газообразные продукты сгорания расширяются в турбине высокого давления, затем в турбине низкого давления, приводя во вращение вал низкого давления, который, в свою очередь, вращает вал вентилятора, при этом вентилятор установлен на входе компрессоров и создает основную часть тяги турбореактивного двигателя.
Различные модули газотурбинной установки окружены конструктивными кольцевыми картерами, то есть картерами, достаточно жесткими, чтобы передавать усилия. Таким образом, газотурбинная установка может, в частности, содержать от входа к выходу картер вентилятора, картер компрессора низкого давления, промежуточный картер, который расположен между компрессорами низкого и высокого давления, картеры компрессора высокого давления, камеры сгорания и турбины высокого давления, межтурбинный картер, который расположен между турбинами высокого давления и низкого давления, картер турбины низкого давления и выпускной картер на уровне сопла газотурбинной установки.
В настоящее время, как известно, стремятся повысить степень двухконтурности, то есть отношение расхода вторичного потока, создаваемого вентилятором, к расходу первичного потока, питающего двигатель. Это позволяет усилить эффект «песочных часов» газотурбинной установки, в которой корпус двигателя (в частности, на уровне компрессора высокого давления) имеет относительно небольшой диаметр по отношению к картеру вентилятора.
Чем больше сужение размера газотурбинной установки, тем больше ее корпус может прогибаться во время работы. Для решения этой проблемы, как известно, газотурбинную установку оснащают средствами передачи усилий тяги двигателя, которые, как правило, включают в себя продольные штанги, один конец которых шарнирно соединен с промежуточным картером, а противоположный конец шарнирно соединен со средствами подвески газотурбинной установки на пилоне летательного аппарата.
Ролью этих штанг передачи тяги является ограничение нагрузок тяги, проходящих через картеры двигателя, что позволяет избегать прогиба под действием чувствительных нагрузок картеров, таких как картеры компрессоров и турбин, для которых необходимо соблюдать хорошую концентричность, в частности, чтобы минимизировать зазоры в вершине лопаток ротора и обеспечивать удовлетворительные рабочие характеристики.
Кроме того, газотурбинная установка содержит коробку приводов агрегатов (или коробку зубчатых передач или AGB, что является сокращением от Accessory Gear Box), которая обеспечивает приведение во вращение агрегатов, например, таких как блок смазки. Было предложено устанавливать коробку приводов агрегатов вблизи корпуса двигателя, а не в гондоле газотурбинной установки. Однако коробка приводов агрегатов является относительно громоздкой, и ее установка вокруг картеров двигателя является относительно сложной, в частности, поскольку в этой зоне уже находится много агрегатов. Вышеупомянутые штанги передачи усилий тяги проходят через эту зону и затрудняют такую установку, поскольку коробка приводов агрегатов должна быть отделена от штанг достаточными зазорами, чтобы избегать любого контакта между ними.
Задачей настоящего изобретения является простое, эффективное и экономичное решение по меньшей мере части вышеупомянутых проблем.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для решения задачи предложена газотурбинная установка, содержащая два конструктивных кольцевых картера, соединенные между собой при помощи средств передачи усилий тяги двигателя, которые включают в себя штанги, отличающаяся тем, что эти средства передачи усилий тяги дополнительно включают в себя по меньшей мере одну коробку приводов агрегатов, которая закреплена на первом из упомянутых картеров и которая соединена упомянутыми штангами с другим из упомянутых картеров.
Согласно изобретению, коробка или коробки приводов агрегатов входят в состав средств передачи усилий тяги и, следовательно, участвуют в передаче усилий, проходящих в корпусе двигателя во время работы. Таким образом, коробка или коробки приводов агрегатов обеспечивают по меньшей мере один путь прохождения усилия между конструктивными картерами. Для обеспечения этой функции жесткость коробки или коробок приводов агрегатов можно повысить по сравнению с известными коробками. Кроме того, связанные с коробками штанги могут быть короче и иметь меньшее сечение, чем известные штанги. Действительно, использование коробки приводов агрегатов в качестве средства передачи усилий тяги позволяет рассчитать размеры этой коробки таким образом, чтобы уменьшить длину штанг, а также их диаметр. При одинаковых нагрузках чем больше длина штанг, тем больше их диаметр, и наоборот.
Согласно варианту выполнения изобретения, упомянутая по меньшей мере одна коробка приводов агрегатов закреплена на ступице промежуточного картера.
Предпочтительно штанги могут иметь первый конец, шарнирно соединенный с упомянутой по меньшей мере одной коробкой приводов агрегатов, и второй конец, соединенный напрямую или опосредованно с межтурбинным картером или с выпускным картером. Каждое шарнирное соединение может быть соединением с поворотной осью или с шаровой опорой. Штанги могут иметь второй конец, шарнирно соединенный с межтурбинным картером или с выпускным картером.
В варианте штанги могут иметь второй конец, шарнирно соединенный со средствами подвески, которые установлены на упомянутом межтурбинном или выпускном картере.
Предпочтительно средства подвески содержат кронштейн, выполненный с возможностью крепления на пилоне летательного аппарата.
Средства передачи усилий штанги могут содержать только одну коробку приводов агрегатов, которая имеет общую форму в виде V или U и которая содержит две боковые стойки, соединенные между собой срединной частью, причем эта срединная часть закреплена на упомянутом первом картере, и каждая из стоек соединена штангой с другим картером. Коробка приводов агрегатов этого типа описана в патентной заявке FR 12/58196. Стойки содержат линии зубчатых передач, которые находятся в не параллельных плоскостях и объединены между собой по меньшей мере одной зубчатой передачей, находящейся в срединной части соединения стоек. Построение кинематической цепи из нескольких линий зубчатых передач, находящихся в не параллельных плоскостях, позволяет расположить коробку даже большого размера вблизи корпуса двигателя, избегая чрезмерного загромождения ни в радиальном направлении, ни в осевом направлении, ни в угловом направлении, поскольку коробка не является прямолинейной. Кроме того, получают большой выбор сторон коробки приводов агрегатов, расположенных в самых разных направлениях, на которых можно расположить агрегаты, что тоже позволяет ограничить габаритный размер всего узла.
В варианте средства передачи усилий тяги содержат две независимые коробки приводов агрегатов, имеющие удлиненную форму, при этом каждая коробка приводов агрегатов содержит продольный конец, закрепленный на первом картере, и противоположный продольный конец, соединенный штангой с другим картером.
Штанги могут быть по существу параллельными между собой и относительно продольной оси газотурбинной установки. Таким образом, штанги расположены намного больше в осевом направлении, чем в известных решениях, и, следовательно, могут передавать усилия только в одном направлении, что значительно ограничивает напряжения изгиба штанг и позволяет уменьшить их диаметр. Кроме того, в варианте подвески газотурбинной установки, в котором усилия штанги передаются на самолет передней подвеской через пилон, роль штанг, закрепленных на коробке приводов агрегатов, сводится только к предупреждению прогиба чувствительных картеров.
Каждая штанга может содержать первый конец, шарнирно соединенный с проушиной, неподвижно соединенной с картером упомянутой по меньшей мере одной коробки приводов агрегатов, и второй конец, шарнирно соединенный с проушиной, неподвижно соединенной с органом, установленным на упомянутом другом картере. Орган может представлять собой кольцо, которое установлено вокруг упомянутого другого картера и на котором установлены средства подвески газотурбинной установки на пилоне летательного аппарата. В варианте орган может представлять собой кронштейн для крепления средств подвески газотурбинной установки на пилоне летательного аппарата.
Объектом настоящего изобретения являются также средства передачи усилий тяги для описанной выше газотурбинной установки, отличающиеся тем, что содержат по меньшей мере одну коробку приводов агрегатов, содержащую средства крепления на картере и средства шарнирного соединения по меньшей мере с одной штангой.
Упомянутая по меньшей мере одна коробка приводов агрегатов может иметь общую U- или V-образную форму, где на каждой боковой стойке находятся средства шарнирного соединения с штангой. В варианте упомянутая по меньшей мере одна коробка приводов агрегатов имеет удлиненную форму, на продольном конце которой находятся средства шарнирного соединения с штангой.
Объектом настоящего изобретения является также использование по меньшей мере одной коробки приводов агрегатов газотурбинной установки для передачи усилий тяги двигателя этой газотурбинной установки.
Наконец, объектом настоящего изобретения является также коробка приводов агрегатов газотурбинной установки, содержащая картер, на котором выполнены средства крепления на газотурбинной установке и средства соединения с штангами, отличающаяся тем, что ее картер является конструктивным для обеспечения передачи усилия между средствами крепления и средствами соединения.
Известные коробки приводов агрегатов не предусмотрены для обеспечения этой передачи усилия, поэтому их картеры не являются конструктивными. Конструктивный картер коробки приводов агрегатов может содержать утолщение по сравнению с известными картерами, усилительные нервюры, поперечное сечение материала, эквивалентное сечению штанг, и т.д. Специалист в данной области может спроектировать конструктивный картер коробки приводов агрегатов в зависимости от усилий и от типов усилия, которые этот картер может передавать.
ОПИСАНИЕ ФИГУР
Изобретение, его другие детали, отличительные признаки и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 изображает схематичный вид сбоку известной авиационной газотурбинной установки.
Фиг. 2 - частичный схематичный вид в изометрии заявленной газотурбинной установки.
Фиг. 3 - увеличенный вид части фиг. 2.
Фиг. 4 - частичный схематичный вид в изометрии варианта выполнения заявленной газотурбинной установки.
Фиг. 5 - частичный схематичный вид в изометрии другого варианта заявленной газотурбинной установки.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ
На фиг. 1 показана известная газотурбинная установка 10, причем эта газотурбинная установка 10 является в данном случае двухконтурным турбореактивным двигателем.
От входа к выходу в направлении потока газов газотурбинная установка 10 содержит вентилятор 12, создающий поток, который делится на два коаксиальных потока, при этом первичный поток питает двигатель, который содержит компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбины высокого давления, турбину низкого давления и сопло 14 для выхода газообразных продуктов сгорания.
Эти модули двигателя (вентилятор, компрессоры, камера сгорания, турбины) окружены конструктивными кольцевыми картерами. Таким образом, газотурбинная установка 10 содержит несколько последовательных кольцевых картеров, в том числе промежуточный картер 16, картер 18 компрессора высокого давления, картер 20 камеры сгорания, межтурбинный картер 22 и выпускной картер 24.
Как показано на фиг. 1, для обеспечения монтажа и крепления газотурбинной установки 10 на пилоне 26 летательного аппарата под его крылом предусмотрены две подвески 28, 30 или два средства подвески, соответственно переднее и заднее, образующие соединение между газотурбинной установкой 10 и пилоном 26. Передняя подвеска 28 расположена между пилоном 26 и промежуточным картером 16, и задняя подвеска расположена между пилоном 26 и межтурбинным картером 22.
Подвески 28, 30 расположены и содержатся в двух плоскостях Р1 и Р2 подвески газотурбинной установки, которые являются параллельными между собой и перпендикулярными к продольной оси L-L этой установки.
Показанная на фиг. 1 газотурбинная установка 10 содержит также средства передачи усилий тяги двигателя, которые в данном случае включают в себя две продольные штанги 32, передние концы которых шарнирно соединены с промежуточным картером 16 и задние концы которых шарнирно соединены с задней подвеской 30.
Однако эта технология имеет недостатки, среди которых можно указать на сложность установки по меньшей мере одной коробки приводов агрегатов типа AGB (для приведения во вращение агрегатов) в зоне, расположенной вокруг двигателя, через которую проходят штанги 32 передачи усилий тяги.
Изобретение позволяет устранить эти недостатки за счет придания коробке(ам) приводов агрегатов дополнительной функции передачи усилий тяги двигателя, и, таким образом, коробка приводов агрегатов входит в состав средств передачи усилий штанги газотурбинной установки.
На фиг. 2-4 представлены два варианта выполнения изобретения, при этом средства передачи усилий тяги в первом варианте выполнения (фиг. 2 и 3) содержат только одну коробку 40 приводов агрегатов, имеющую общую форму в виде V или U, а второй вариант выполнения (фиг. 4) предусматривает две независимые коробки 40 приводов агрегатов, каждая из которых имеет удлиненную форму.
Коробка 40 приводов агрегатов V- или U-образной формы описана в заявке FR 12/58196. Коробка 40 приводов агрегатов предназначена для передачи первоначальной механической мощности газотурбинной установки через выходящий из этой установки радиальный вал на установленные на ней агрегаты 42, причем эти агрегаты 42 являются, например, насосами, электрическими генераторами и т.д. Передача происходит при помощи кинематической цепи, состоящей из зубчатых передач внутри картера 44. Эта цепь соединена с радиальным валом и с приводными валами агрегатов 42, которые закреплены на картере 44 коробки 40 приводов агрегатов.
Коробка 40 приводов агрегатов содержит две стойки 46, соединенные между собой на одном из своих концов срединной частью 48. Срединная часть 48 направлена в сторону входа таким образом, что стойки 46 проходят в сторону выхода и расположены симметрично с двух сторон плоскости, проходящей через продольную ось LL газотурбинной установки.
В представленном примере срединная часть содержит выходную часть для монтажа агрегатов 42, и стойки 46 имеют, каждая, боковую сторону для монтажа агрегатов 42.
Коробка 40 приводов агрегатов установлена на выходе промежуточного картера 16 и закреплена на нем таким образом, что расположена вокруг картера компрессора высокого давления, не показанного на фиг. 2 (но показанного на фиг. 1 под обозначением 18). Промежуточный картер 16 содержит ступицу 50, окруженную цилиндрической стенкой 52 и соединенную с ней радиальными стойками (не показаны). Коробка 40 приводов агрегатов закреплена на ступице 50 промежуточного картера 16, при этом ее срединная часть 48 содержит на входе средства 52 крепления на этой ступице 50.
Каждая стойка 46 коробки 40 приводов агрегатов соединена штангой 54 передачи усилий тяги с кольцом 56, установленным вокруг межтурбинного картера 22. В частности, каждая стойка 46 содержит на своем заднем конце проушину 58, в которой установлена ось шарнирного соединения переднего конца штанги 54, задний конец которой шарнирно соединен с осью, установленной в проушине 60, неподвижно соединенной с кольцом 56 (фиг. 3).
Как показано на фиг. 2, штанги 54 являются более короткими, чем штанги 32 из известного решения, и являются по существу параллельными между собой и относительно продольной оси LL газотурбинной установки. В представленном примере они имеют сечение круглой формы. Ось шарнирного соединения переднего конца каждой штанги 54 ориентирована по существу тангенциально относительно окружности с центром на продольной оси LL, а ось шарнирного соединения заднего конца каждой штанги 54 ориентирована по существу радиально относительно этой оси LL.
Как показано на фиг. 2, задняя подвеска 30 газотурбинной установки к пилону закреплена на кольце 56. В представленном примере проушины 60 шарнирного соединения задних концов штанг 54 находятся в зоне, которая является по существу диаметрально противоположной к задней подвеске 30. Таким образом, средства передачи усилий тяги, образованные коробкой 40 приводов агрегатов и штангами 54, находятся в нижней части двигателя в отличие от известного решения.
Таким образом, промежуточный картер 16 соединен с межтурбинным картером 22 через посредство коробки 40 приводов агрегатов и штанг 54, которые обеспечивают путь прохождения усилия между картерами 16 и 22 и позволяют избегать прогиба картеров двигателя во время работы.
Рассмотрим теперь вариант выполнения, представленный на фиг.4. В этом варианте предусмотрены две коробки 140 приводов агрегатов. Они имеют удлиненную форму и являются по существу параллельными между собой и относительно продольной оси LL газотурбинной установки. Они находятся на окружном расстоянии друг от друга и, например, расположены на 3 и 9 часов вокруг оси LL по аналогии с циферблатом часов.
Каждая коробка 140 содержит боковые стороны для монтажа агрегатов 42. Каждая коробка 140 установлена на выходе промежуточного картера 16 вокруг картера компрессора высокого давления, и ее передний конец содержит средства 52 крепления на ступице 50 промежуточного картера 16.
Каждая коробка 140 приводов агрегатов соединена штангой 54 передачи усилий тяги с кольцом 56, установленным вокруг межтурбинного картера 22. В частности, каждая коробка 140 содержит на своем заднем конце проушину 58, в которой установлена ось шарнирного соединения переднего конца штанги 54, задний конец которой шарнирно соединен с осью, установленной в проушине 60, неподвижно соединенной с кольцом 56.
Штанги 54 являются по существу параллельными между собой и относительно продольного направления LL. В представленном примере они имеют сечение круглой формы. Оси шарнирного соединения штанг 54 являются перпендикулярными к направлению штанг. Ось шарнирного соединения переднего конца каждой штанги 54 ориентирована по существу тангенциально относительно окружности с центром на оси LL, а ось шарнирного соединения заднего конца каждой штанги 54 ориентирована по существу радиально относительно этой оси LL.
Средства передачи усилий тяги, образованные коробкой 140 приводов агрегатов и штангами 54, находятся на боковых сторонах двигателя в отличие от известного решения.
На фиг. 5 представлен другой вариант выполнения изобретения, в котором ранее описанные элементы имеют такие же обозначения.
Вариант выполнения, показанный на фиг. 5, отличается от варианта, показанного на фиг. 2 и 3, в основном следующими моментами.
Коробки 240 приводов агрегатов выполнены в количестве двух. Они имеют удлиненную форму и наклонены относительно друг друга и относительно продольной оси LL газотурбинной установки. Они находятся на окружном расстоянии друг от друга, и их передние концы расположены на 3 и 9 часов вокруг оси LL по аналогии с циферблатом часов.
Каждая коробка 240 содержит боковые стороны для монтажа агрегатов 42. Каждая коробка 240 установлена на выходе промежуточного картера 16 вокруг картера компрессора высокого давления, и ее передний конец содержит средства 52 крепления на ступице 50 промежуточного картера 16.
Каждая коробка 240 приводов агрегатов соединена штангой 54 передачи усилий тяги с кронштейном 31 задней подвески 30. Этот кронштейн выполнен с возможностью крепления на пилоне летательного аппарата и содержит в представленном примере площадку с отверстиями для монтажа средств крепления типа винт-гайка.
В частности, каждая коробка 240 содержит на своем заднем конце проушину 58, в которой установлена ось шарнирного соединения переднего конца штанги 54, задний конец которой шарнирно соединен с осью 60, установленной в проушине, неподвижно соединенной с кронштейном 31 или с его площадкой.
Кронштейн 31 соединен тягами 62 с кольцом 56, аналогичным описанному выше кольцу, причем этом кольцо 56 установлено вокруг межтурбинного картера 22 газотурбинной установки.
Штанги 54 наклонены относительно друг друга и относительно продольной оси LL. Вместе они образуют по существу V-образую форму, при этом коробки 240 расположены в продольном направлении в продолжении штанг 54. В представленном примере они имеют сечение круглой формы.
Оси шарнирного соединения штанг 54 являются перпендикулярными к направлению штанг.