СИСТЕМА ВАЛОВ ДЛЯ АВИАЦИОННОЙ ТУРБОМАШИНЫ
SHAFT SYSTEM FOR AVIATION TURBOMACHINE

Область техники
Настоящее изобретение относится к системе валов для авиационной турбомашины.
Уровень техники
Уровень техники отражен, в частности, в документах EP-A1-1927774, US2015/323014 A1 и FR2918726 A1.
Обычно турбомашина содержит газогенератор и вентилятор, находящийся на конце газогенератора и окруженный картером вентилятора. Вентилятор предназначен для создания потока воздуха, одна часть которого подается на газогенератор и образует первичный поток, а другая часть течет между газогенератором и картером вентилятора и образует вторичный поток, который обеспечивает основную часть тяги турбомашины.
Газогенератор содержит, вниз по потоку в направлении течения газов, по меньшей мере компрессор, камеру сгорания и по меньшей мере одну турбину. Функция компрессора заключается в повышении давления воздуха, подаваемого в камеру сгорания. Роль турбины состоит в том, чтобы приводить во вращение компрессор, отбирая часть энергии давления горячих газов, выходящих из камеры сгорания, и превращая ее в механическую энергию.
Компрессор и турбина состоят из первого узла неподвижных деталей, образующих статор, и второго узла деталей, способных вращаться относительно статора, образующих ротор.
Ротор компрессора и ротор турбины образуют узел, соединенный через вращающийся вал. Вращение ротора относительно статора возможно благодаря подшипникам, причем подшипник представляет собой механический элемент, поддерживающий и направляющий ротор, в частности, вал этого ротора. Этот подшипник имеет первую часть, закрепленную на валу ротора, и вторую часть, закрепленную на статоре посредством опоры подшипника. Между этими двумя частями подшипника находится тело качения, позволяющее вращение одой части подшипника относительно другой. Тело качения может представлять собой, например, шарики, цилиндрические ролики или конические ролики.
Турбомашина может также быть двухкорпусного типа, что означает, что она содержит два ротора, размещенных коаксиально. Первый корпус называется корпусом низкого давления, а второй корпус корпусом высокого давления. Как известно, в этом случае газогенератор содержит, в направлении потока, компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, камеру сгорания, турбину высокого давления и турбину низкого давления.
В случае турбомашины с редуктором вал турбины низкого давления активирует вал вентилятора через редуктор, который является смазанным и находится в передней смазочной камере. В зависимости от типа используемого редуктора, планетарного или эпициклоидального, вал вентилятора будет вращаться в том же направлении, что и вал турбины, или в противоположном направлении, и вал вентилятора будет вращаться с более низкой скоростью, чем вал турбины.
Чтобы облегчить монтаж и демонтаж турбомашины, предпочтительно иметь модульную конструкцию. Модули турбомашины, как правило, представляют собой наборы деталей, которые прикреплены друг к другу. Модули выполняют различные функции турбомашины: компрессор, турбина, камера сгорания, оборудование и т.д.
В случае турбомашины с редуктором турбомашина содержит передний модуль, включающий в себя вал вентилятора, опоры подшипников и редуктор. Этот передний модуль собран на компрессоре низкого давления, образуя модуль низкого давления турбомашины, причем этот модуль содержит, в частности, ряд валов, содержащий входной вал редуктора, который должен входить в зацепление с центральным зубчатым колесом редуктора.
Центральное зубчатое колесо редуктора образует вал или часть вала, предназначенную для шлицевого соединения охватываемого/охватывающего типа с указанным входным валом. Обычно центральное зубчатое колесо образует охватывающий вал с внутренними канавками, а входной вал образует охватываемый вал с наружными канавками. Канавки валов являются прямолинейными и проходят вдоль продольной оси турбомашины, благодаря чему валы зацепляются один в другой в результате осевого перемещения валов навстречу друг другу.
Вышеуказанный передний модуль является довольно тяжелым, в частности, из-за массы редуктора, которая может достигать 200 кг и даже больше. В случае горизонтальной сборки редуктор нависает над валом вентилятора, и даже если этот вал расположен вполне концентрически с входным валом, редуктор, из-за его массы, немного деформирует вал вентилятора, что может привести к осевому смещению редуктора и его входного вала. Это явление может усиливаться или вызываться радиальными зазорами между зубцами зацепления в редукторе.
Наиболее простой сборкой, позволяющей избежать этого явления, представляется вертикальная сборка модулей. При этом отсутствует опасность, что масса редуктора погнет вал вентилятора. Внутренние зазоры в редукторе также будут иметь меньшее влияние.
При вставке охватываемого вала в охватывающий вал существует риск повреждения осевых концов напротив канавок, если охватываемые и охватывающие канавки не будут идеально точно позиционированы относительно друг друга. Из-за массы переднего модуля перемещение этого модуля, даже с низкой скоростью, создает инерцию, которая может ухудшить зоны контакта на уровне этих концов. Эти поврежденные зоны контакта облегчают появление трещин или визуальных отметин, которые могут привести к увеличению объема работ по проверке/оценке или замене деталей.
В некоторых случаях зоны контакта сложно контролировать. Поэтому существует риск повреждения канавок и невозможности проверить их состояние после сборки.
Настоящее изобретение предлагает простое, эффективное и экономичное усовершенствование этой технологии, которое позволяет обеспечить оптимальное позиционирование канавок валов при их введении.
Сущность изобретения
Изобретение предлагает систему валов для авиационной турбомашины, содержащую первый, внешний, вал и второй, внутренний, вал, причем первый внешний вал предназначен для введения по оси во второй вал и содержит продольные внутренние канавки для соединения с продольными внешними канавками, отличающуюся тем, что:
- первый вал содержит, выше внутренних канавок относительно направления введения, кольцевой ряд направляющих внутренних зубцов, причем эти внутренние зубцы выровнены по оси с внутренними канавками и имеют в поперечном сечении форму и размеры, близкие к форме и размерам внутренних канавок, и
- второй вал содержит, выше внутренних канавок относительно направления введения, кольцевой ряд внешних направляющих зубцов, причем эти внешние зубцы выровнены по оси с внешними канавками и имеют в поперечном сечении форму и размеры, близкие к форме и размерам внешних канавок,
и тем, что когда первый и второй валы находятся в положении сопряжения, внутренние и внешние канавки входят в зацепление друг с другом и взаимодействуют друг с другом в зоне осевого сопряжения, при этом внутренние и внешние зубцы находятся вне этой зоны сопряжения.
Отсюда следует, что зубцы предусмотрены и предназначены для обеспечения центрирования валов во время их монтажа, а также чтобы предпочтительно выдерживать удары и напряжения при монтаже. Если во время монтажа будут случаться столкновения между валами, они будут происходить на уровне зубцов, которые могут повреждаться. Однако это не повлияет на исправность ни валов, ни канавок, так как эти зубцы не предназначены для передачи крутящего момента между валами. Их функция центрирования используется только во время монтажа путем вставки валов, и исчезает, как только валы окажутся в положении сопряжения.
Система согласно изобретению может иметь одну или несколько из следующих характеристик, взятых по отдельности или в комбинации друг с другом:
- когда первый и второй валы монтируются один в другом, их зубцы способны взаимодействовать путем прижима и скольжения относительно друг друга в начале сборки, чтобы обеспечить осевое выравнивание валов и их канавок и чтобы помешать осевым концам напротив канавок упираться друг в друга,
- внутренние зубцы отделены в осевом направлении от внутренних канавок первого вала на расстояние, которое меньше осевого размера внешних зубцов, и/или внешние зубцы отделены в осевом направлении от внешних канавок второго вала на расстояние, которое меньше осевого размера внутренних зубцов,
- внутренние зубья имеют скошенные периферийные кромки на стороне, противоположной внутренним канавкам, и/или внешние зубцы имеют скошенные периферийные кромки на стороне, противоположной внешним канавкам,
- по меньшей мере один из валов имеет число зубцов, равное числу этих канавок,
- по меньшей мере один из валов имеет число зубцов, которое меньше числа этих канавок,
- по меньшей мере один из валов имеет число зубцов, которое меньше числа зубцов другого вала,
- один из валов содержит кольцевой ряд зубцов, отстоящих друг от друга на равное расстояние с шагом, равным удвоенному шагу между его канавками; это является особым вариантом осуществления изобретения, и шаг сильно зависит от числа зубцов канавок; число зубцов предпочтительно рассчитывается так, чтобы во время сборки всегда иметь по меньшей мере три разных контакта между рядами зубцов, независимо от углового положения относительно валов в начале сборки; например, если имеется канавка с более чем 150 или 200 зубцами, можно представить себе, что шаг соответствует размеру 5, 6 зубцов или более,
- другой вал содержит кольцевой ряд пар зубцов, причем зубцы каждой пары ограничивают между собой пространство для прохода одного зубца другого вала.
Настоящее изобретение относится также к авиационной турбомашине, содержащей по меньшей мере одну систему, какая описана выше.
Предпочтительно, первый и второй валы являются центральным зубчатым колесом редуктора и валом низкого давления или двумя валами низкого давления.
Настоящее изобретение относится также к способу сборки вышеописанной турбомашины, включающему следующие этапы:
- выровнять валы друг с другом,
- приблизить валы друг к другу так, чтобы зубцы валов взаимодействовали путем прижима и скольжения до тех пор, пока они не будут расположены так, чтобы они могли прийти в зацепление между собой, и чтобы канавки валов были выровнены по оси так, чтобы их можно было насадить друг на друга без риска контакта, и
- перемещать валы один в другом до их положения сопряжения, в котором канавки взаимодействуют друг с другом в зоне осевого сцепления, при этом зубцы находятся за пределами этой зоны и, следовательно, не предназначены для передачи крутящего момента между валами.
Описание фигур
Изобретение станет более понятным, и другие детали, характеристики и преимущества изобретения выявятся после прочтения следующего описания, приведенного в качестве неограничивающего примера и со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
- фигура 1 схематически показывает авиационную турбомашину в осевом разрезе;
- фигура 2 схематически показывает авиационную турбомашину в частичном виде в осевом разрезе;
- фигура 3 является видом, соответствующим виду с фигуры 2 и иллюстрирует один этап сборки турбомашины;
- фигуры 4 и 5 являются схематическими перспективными изображениями канавок и внешних зубцов охватываемого вала согласно изобретению;
- фигуры 6 и 7 являются схематическими перспективными изображениями канавок и внутренних зубцов охватывающего вала согласно изобретению;
- фигура 8 схематически показывает в виде в перспективе и в осевом разрезе систему валов согласно изобретению;
- фигура 9 схематически показывает частичный вид в перспектив охватываемого вала с фигур 4 и 5;
- фигура 10 является видом, аналогичным показанному на фигуре 7, и иллюстрирует один вариант осуществления изобретения, и
- фигуры 11 и 12 очень схематично показывают валы и их направляющие зубцы в соответствии с вариантом осуществления с фигуры 10, и показывают два разных угловых положения охватываемого вала относительно охватывающего вала.
Подробное описание
На фигуре 1 можно видеть турбомашину 1 с редуктором, которая обычно содержит вентилятор S, компрессор низкого давления 1a, компрессор высокого давления 1b, камеру сгорания 1c, турбину высокого давления 1d и турбину низкого давления 1e. Роторы компрессора высокого давления 1b и турбины высокого давления 1d соединены валом высокого давления 5 и образуют с ним корпус высокого давления (HP). Роторы компрессора низкого давления 1a и турбины низкого давления 1e соединены валом низкого давления 4 и образуют с ним корпус низкого давления (BP). Что касается вентилятора, он находится на валу 3 вентилятора, который соединен с валом BP 4 через редуктор 7.
Валы HP 5 и BP 4 проходят вдоль одной оси, которая является осью вращения турбомашины 1. Далее в описании понятия продольный или радиальный, а также внутренний или внешний применяются по отношению к этой оси.
Турбомашина 1 содержит структурные картеры. Корпус HP удерживается двумя структурными картерами: картером между компрессорами и межтурбинным картером, а корпус BP удерживается по меньшей мере двумя структурными картерами: промежуточный картер 2 и межтурбинный картер и/или выхлопной картер 6.
Промежуточный картер 2 поддерживает подшипники вала турбины BP 4, которые размещены в передней, или верхней по потоку, камере, обозначенной E1. Выхлопной картер 6 поддерживает подшипники вала турбины BP 4, которые размещены в задней, или нижней по потоку, камере, обозначенной E2.
Камеры обычно ограничены опорами подшипников.
Редуктор 7 в данном примере относится к эпициклоидальному типу. На фигуре 2 очень схематично показаны габаритные размеры редуктора. Редуктор 7 содержит центральное зубчатое колесо, которое сцеплено с сателлитовой шестерней и соединено посредством канавок C1, C2 с валом 8, который можно рассматривать как входной вал редуктора. Вал 8 приводится в действие валом BP 4 посредством вала 9 компрессора BP, который направляется задним подшипником 10. Как вариант, валы 8 и 9 могут образовать единственный моноблочный вал.
Валы 8, 9 и 4 образуют линию валов BP. Крутящий момент на выходе редуктора 7 передается на вал вентилятора 3 посредством классической связи, известной специалисту, как, например, фиксация этого вала вентилятора на водиле передачи, образуя выходной вал 7a редуктора в случае эпициклоидального редуктора. В случае планетарного редуктора вал вентилятора увлекался бы в движение зубчатым венцом. Редуктор находится внутри передней смазочной камеры E1.
Камера E1 имеет неподвижные стенки и подвижные стенки. Неподвижные стенки камеры E1 включают внутреннюю стенку тракта первичного потока, переднюю опору 11 подшипника и заднюю опору 12 подшипника. Опоры 11 и 12 простираются внутрь турбомашины и несут соответственно подшипник 13 и подшипник 10. Они обеспечивают структуру между картерами и неподвижными наружными втулками подшипников. Подвижные стенки камеры E1 содержат входной вал 8 и выходной вал 7a. Подшипники 10, 13, 14 размещены в камере E1. Между подвижными и неподвижными стенками предусмотрены уплотнители, которые на схеме не видны, например, лабиринтные уплотнители, щеточные уплотнители, сегментированные радиальные уплотнители и т.д.
Подшипники 10, 13 и 14, а также редуктор 7 смазываются для их исправной работы. Масло подается соответствующими средствами, такими как жиклеры, линии подачи масла и т.д. Подшипники 10, 14 находятся на задних краях камеры E1. Опора 11 подшипника имеет вентиляционные отверстия, которые позволяют продувочному воздуху войти в камеру. Камера E1 выполнена так, чтобы в ней находилась воздушно-масляная смесь, которая образует масляный туман внутри камеры. Между стенками ротора и статора камеры, в данном случае, например, на переднем и заднем краях камеры, размещены уплотнители (такие, как лабиринты) для вмещения масла, и воздушный контур создает избыточное давление в этих уплотнителях, чтобы избежать утечек масла. Таким образом, давление в камере E1 повышенное (воздух поступает в нее непрерывно, оттесняя масло, которое могло бы выйти из уплотнений через капилляры), и подшипники работают в смешанной среде масла и воздуха. Подача масла в подшипники обеспечивается питающей трубкой, а извлечение обеспечивается особой рекуперативной трубкой. Чтобы избежать чрезмерного давления в камере и обеспечить постоянный поток поступающего воздуха, внутри камера продувается воздухом при более низком давлении, чем давление воздуха, входящего в уплотнения. Этот воздух, наполненный частицами масла, удаляемый на уровне депрессионных воронок, должен сначала быть обработан, чтобы извлечь почти все масло, которое он несет. Для этого загрязненный маслом воздух проводится в маслоотделитель, который отделяет воздух от содержащегося в нем масла и выбрасывает очищенный от масла воздух наружу двигателя. Этот принцип используется для удаления масла из камеры.
Фигура 3 показывает этап сборки турбомашины 1, на котором передний модуль 20, содержащий вал вентилятора 3, опору 11 подшипников 13, 14 и редуктор 7, перемещаются вдоль оси турбомашины до сцепления центрального зубчатого колеса с валом 8.
Центральное зубчатое колесо редуктора представляет собой охватывающий вал с внутренними канавками, а вал 8 представляет собой охватываемый вал с внешними канавками. Как вариант, возможно и обратное. Канавки валов являются прямолинейными и продольными. Они дополняют друг друга и предназначены взаимодействовать друг с другом, чтобы обеспечить передачу крутящего момента между валом BP и центральным зубчатым колесом редуктора. Когда валы находятся в зацеплении друг с другом, передний модуль 20 может быть закреплен на остальной части турбомашины, например, посредством кольцевых хомутов 22 и зажимных винтов, стягивающих эти хомуты. Монтаж предпочтительно реализуют так, чтобы ось турбомашины проходила по вертикали, чтобы вес редуктора не сгибал вал вентилятора и чтобы лучше управлять внутренними зазорами редуктора.
Более конкретно, изобретение относится к сборке валов с помощью фитинга охватываемого/охватывающего типа, и фигуры 1-3 и следующие иллюстрирует один пример применения настоящего изобретения.
Фигуры 4, 5 и 9 показывают охватываемый вал 22, являющийся валом 8 в вышеуказанном примере.
Этот вал содержит прямолинейные внешние канавки 24, простирающиеся на длину, обозначенную L1. Кроме того, вал 22 содержит кольцевой ряд внешних направляющих зубцов 26. Внешние зубцы 26 выровнены по оси с внешними канавками 24 и имеют в поперечном сечении форму и размеры, близкие к форме и размерам внешних канавок. В показанном примере канавки 24 имеют сечение в целом трапециидальной формы (фигура 5). Каждая из них имеет плоскую продольную вершину, проходящую между двумя боковыми сторонами, предпочтительно плоскими, с наклоном друг к другу под углом от 30° до 80°. Кроме того, их продольные концы, соответственно передний и задний, скошены таким образом, чтобы их передние и торцевые поверхности были расположены под наклоном к плоскости, перпендикулярной оси сцепления канавок и проходящей через эти концы (фигура 9).
Зубцы 26 имеют здесь длину, обозначенную L2, и отделены по оси от канавок 24 на расстояние, обозначенное L3. На практике такие зубцы можно получить, сначала образуя канавки длиной L1+L2+L3, а затем путем механической обработки создавая кольцевой паз 28 длиной L2, чтобы отделить окончательные канавки от направляющих зубцов.
Чтобы ограничить массу валов, можно уменьшить неиспользуемые зоны материала. Например, сечение внизу паза 28 можно ограничить до минимума, достаточного для удержания зубцов 26. Например, сечение S1 внизу паза по меньшей мере в два раза меньше сечения S2 внизу паза между канавками, чтобы можно было принимать передаваемый крутящий момент (фигура 8).
Как можно видеть на фигуре 5, внутренние зубцы 26 имеют скошенные периферийные кромки 30 со стороны, противоположной внутренним канавкам 24, что дополнительно облегчает надлежащее позиционирование валов. Скошенные кромки 30 предпочтительно соединены с соседними поверхностями, в частности, с передними сторонами 26a зубцов, посредством соединительных буртиков 26b, чтобы избежать острых кромок и снизить опасность повреждения из-за контакта. Буртики 26b являются выпуклыми и закругленными (фигура 5).
Как и в случае канавок, передние концы зубцов также являются скошенными, чтобы их передние стороны 26a были наклонены к плоскости, перпендикулярной оси зацепления с канавками (фигура 9). Задние концы при этом не скошены, и их торцевые поверхности перпендикулярны оси зацепления.
Углы скошенных кромок задаются так, чтобы облегчить позиционирование деталей во время манипуляций при сборке. Длина и форма скошенных комок, а также форма передней стороны 26a зубцов 26 (треугольная, в отличие от трапецеидальной формы канавок) позволяют максимально повысить вероятность сцепления позиционируемых зубцов друг с другом без лобового столкновения.
Фигуры 6 и 7 показывают охватывающий вал 32, который представляет собой центральное зубчатое колесо редуктора или вал, жестко связанный с центральным зубчатым колесом, как в приведенном выше примере.
Этот вал содержит прямолинейные внутренние канавки 34, которые проходят на длину, обозначенную L4. Кроме того, вал содержит кольцевой ряд направляющий внутренних зубцов 36. Внутренние зубцы 36 выровнены по оси с внутренними канавками 34 и имеют в поперечном сечении форму и размеры, близкие к форме и размерам внутренних канавок. В показанном примере канавки 34 имеют сечение в целом трапециидальной формы (фигура 7). Каждая из них имеет плоскую продольную вершину, проходящую между двумя боковыми сторонами, предпочтительно плоскими, с наклоном друг к другу под углом от 30° до 80°. Кроме того, их продольные концы, соответственно передний и задний, скошены таким образом, чтобы их передние и торцевые поверхности были наклонены относительно плоскости, перпендикулярной оси сцепления канавок и проходящей через эти концы (фигуры 8 и 9).
Зубцы 36 имеют здесь длину, обозначенную L5, и отделены по оси от канавок на расстояние, обозначенное L6. На практике зубцы 36 можно было бы получить, сначала образуя канавки 34 длиной L4+L5+L6, а затем путем механической обработки создавая кольцевой паз 38 длиной L5, чтобы отделить окончательные канавки от направляющих зубцов.
Сечение S3 внизу паза 38, например, по меньшей мере в два раза меньше сечения S4 внизу паза между двумя внутренними канавками 34, чтобы можно было принимать передаваемый крутящий момент (фигура 8). Аналогично, сечение S1 внизу паза 28, например, по меньшей мере в два раза меньше сечения S3 внизу паза между двумя внешними канавками 24, чтобы можно было принимать передаваемый крутящий момент.
Как видно на фигуре 7, внутренние зубцы 36 имеют скошенные периферийные кромки 40 со стороны, противоположной внутренним канавкам 34, что дополнительно облегчает надлежащее позиционирование валов.
Скошенные кромки 40 предпочтительно соединены с соседними поверхностями, в частности, с передними сторонами 36a зубцов, посредством соединительных буртиков 36b, чтобы избежать острых кромок и снизить опасность повреждения из-за контакта. Буртики 36b являются выпуклыми и закругленными (фигура 7). Как и в случае канавок, передние концы зубцов также являются скошенными, чтобы их передние стороны 36a были наклонены к плоскости, перпендикулярной оси зацепления с канавками (фигура 8). Задние концы при этом не скошены, и их торцевые поверхности перпендикулярны оси зацепления.
Углы скошенных кромок задаются так, чтобы облегчить позиционирование деталей во время манипуляций при сборке. Длина и форма скошенных комок, а также форма передней, или фронтальной стороны зубцов 36 (треугольная, в отличие от трапецеидальной формы канавок) позволяют максимально повысить вероятность сцепления позиционируемых зубцов друг с другом без лобового столкновения.
Предпочтительно, расстояние или длина L2 меньше длины L4, а расстояние или длина L5 меньше длины L1. Это сделано для того, чтобы зубцы одного вала не могли свободно вращаться в пазе другого вала, находящемся между зубцами и канавками этого другого вала. Однако длина L2 не обязательно должна быть меньше L4, а длина L5 меньше L1.
В показанном примере избежать свободного вращения зубцов одного вала в пазе другого вала позволяет то, что:
- внутренние зубцы 36 отделены в осевом направлении от внутренних канавок 34 первого вала 32 на расстояние L6, которое меньше осевого размера L2 внешних зубцов 26, и
- внешние зубцы 26 отделены в осевом направлении от внешних канавок 24 второго вала 22 на расстояние L3, которое меньше осевого размера L5 внутренних зубцов 36.
Выполнения всего одного из этих двух условий достаточно, чтобы предотвратить свободное вращение зубцов одного вала в пазе другого вала.
На фигуре 8 показан этап сборки путем вставки валов 22, 32. Указанные валы выравнивают, а затем вставляют один в другой. В фазе сближения зубцы 26, 36 валов могут взаимодействовать путем прижима и скольжения их скошенных кромок 30, 40 до тех пор, пока они не будут расположены так, чтобы позволить их зацепление друг с другом. Затем канавки 24, 34 валов выравнивают по оси так, чтобы они могли войти одна в другую без риска контакта, и валы можно перемещать один внутри другого до их положения сопряжения. В этом положении канавки взаимодействуют друг с другом в осевой зоне сопряжения, обозначенной Z, которая в целом имеет длину порядка L1 или L4 (фигура 9). Зубцы 24, 34 находятся вне этой зоны и не участвуют в передаче крутящего момента. Даже если они повредятся при сборке, это не приведет к риску образования трещин или расщелин, потому что они находятся в осевом направлении на удалении от зоны Z.
В примере, показанном на фигурах 4-9, число зубцов 24, 34 вала 22, 32 равно числу зубцов другого вала.
В варианте осуществления с фигур 10-12 валы 22’, 32’ имеют число зубцов 26’, 36’ меньше, чем число их канавок. Число зубцов 26’ на внутреннем валу 22’ меньше числа его канавок и числа зубцов 36’ на внешнем валу 32’. Вал 22’ имеет кольцевой ряд зубцов 26’, регулярно отстоящих друг от друга с шагом, равным удвоенному шагу между его канавками.
Внешний вал 32’ имеет число зубцов 36’ меньше, чем число его канавок 34’. В данном примере вал 32’ содержит кольцевой ряд последовательных пар зубцов 36’, причем зубцы каждой пары ограничивают между собой пространство для прохода одного зубца 26’ другого вала. Шаг между зубцами 36’ каждой пары равен шагу между канавками 34’ того же вала.
Канавки 24, 34 предназначены для передачи большого крутящего момента между валами.
Ограничение числа зубцов 26’, 36’ позволяет уменьшить влияние наличия зубцов на массу валов 22’, 32’. Лишние зубцы можно удалить с вала, например, путем механической обработки. Кроме того, в случае внешнего вала, поскольку только часть зубцов каждой пары предназначена для взаимодействия с зубцом другого вала, который предназначен для прохода между зубцами пары, часть зубцов 36’ можно удалить, чтобы сделать вал 32’ еще более легким. В показанном примере сохраняется только половина зубцов 36’ каждой пары.
Фигуры 11 и 12 показывают, что независимо от углового положения валов относительно друг друга, всегда будет иметься несколько зубцов внутреннего вала, которые проходят между зубцами одной пары зубцов внешнего вала. На этих фигурах валы показаны очень схематично, с чрезмерным разнесением в радиальном направлении друг от друга для большей наглядности. Эти фигуры полезны главным образом для оценки числа и распределения зубцов, а также их распределение вокруг оси турбомашины.
В приведенных выше примерах каждый вал имеет 24 канавки. Это число, конечно, не является ограничивающим. На фигурах 11 и 12 вал 22' содержит 12 зубцов 26', а вал 32’ содержит 18 половинок зубцов 36’.
Количество зубцов 26’, 36’ больше не ограничивается. Шаг между зубцами сильно зависит от числа зубцов канавок. Число зубцов 26’, 36’ предпочтительно рассчитывается так, чтобы при монтаже всегда иметь по меньшей мере три разных контакта между рядами зубцов, независимо от углового положения относительно валов в начале сборки. Например, если имеется канавка с более чем 150 или 200 зубцами, можно представить себе, что шаг соответствует размеру 5, 6 зубцов или более,
В рамках настоящего изобретения сборка турбомашины включает следующие этапы, предпочтительно последовательно, причем четыре первых этапа являются факультативными:
- собрать модуль компрессора низкого давления, включающий в себя компрессор низкого давления 1a и промежуточный картер 2, входной вал 8, с двумя предыдущими модулями,
- позиционировать модуль компрессора низкого давления так, чтобы входной вал 8 был ориентирован вертикально,
- собрать модуль редуктора, включающий в себя редуктор 7, с опорой 11 подшипника, подшипниками 13 и 14 вентилятора и выходным валом 7a,
- позиционировать модуль редуктора выше модуля компрессора низкого давления без контакта между модулями,
- выровнять друг с другом валы 22, 32, которые в данном случае представляют собой входной вал 8 и выходной вал 7a,
- приблизить валы друг к другу так, чтобы зубцы 26, 36 валов взаимодействовали путем прижима и скольжения до тех пор, пока они не будут расположены так, чтобы они могли прийти в зацепление между собой, и чтобы канавки 24, 34 валов были выровнены по оси так, чтобы их можно было насадить друг на друга без риска контакта, и
- перемещать валы один в другом до их положение сопряжения, в котором канавки взаимодействуют друг с другом в зоне осевого сцепления Z, при этом зубцы 24, 34 находятся за пределами этой зоны и, следовательно, не предназначены для передачи крутящего момента между валами.
Это положение сопряжения показано на фигуре 9, откуда следует, что зубцы 26, 36 находятся по обе стороны зоны сопряжения.
В случае, показанном на фигуре 3, где канавки 34, 24 валов 22, 32 образуют соответственно канавки C1 и C2 центрального зубчатого колеса и вала 8, указанные выше этапы позволяют собрать модуль вентилятора турбомашины, который включает модуль компрессора низкого давления и модуль редуктора. Этот модуль крепят затем к модулю, содержащему корпус высокого давления, а затем к другому модулю, содержащему турбину низкого давления и вал низкого давления.
Описанная выше система сопряжения может применяться для сопряжения нескольких пар валов турбомашины.