ПРИВОДНОЙ ВАЛ КОРОБКИ ЗУБЧАТЫХ ПЕРЕДАЧ ВСПОМОГАТЕЛЬНЫХ МЕХАНИЗМОВ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
DRIVE SHAFT OF GEAR BOX OF JET TURBINE ENGINE AUXILIARY MECHANISM

Настоящее изобретение относится к области многокамерных и многопоточных турбореактивных двигателей летательных аппаратов. Оно раскрывает особую конфигурацию приводного вала в радиальном рукаве промежуточного картера такого турбореактивного двигателя.
Для приведения в действие вспомогательных механизмов, установленных на турбореактивных двигателях, таких как электрические генераторы, масляные или топливные насосы, необходимые для его функционирования или функционирования летательного аппарата, на котором он установлен, требуемую мощность отбирают в основном на главном валу. Двухкамерные турбореактивные двигатели содержат два коаксиальных вала, один из них, называемый «вал низкого давления» или ВР, соединяет компрессор низкого давления с трубой низкого давления и образует узел корпуса ВР, другой, называемый валом высокого давления или НР, соединяет компрессор высокого давления с турбиной высокого давления и образует узел корпуса высокого давления. В случае такого двигателя передача мощности к вспомогательным механизмам в основном обеспечивается радиальным валом, помещенным в рукав промежуточного вала, концевой участок которого содержит коническое зубчатое колесо, взаимодействующее с зубчатым колесом, жестко соединенным с корпусом высокого давления. Другой концевой участок механически соединен с коробкой, содержащей несколько зубчатых передач и образующей опору для вспомогательных механизмов, обеспечивая приведение их в действие. В случае двухпоточного двигателя радиальный трансмиссионный вал или приводной вал пересекает две магистрали соответственно первичного потока и вторичного потока, так как коробка зубчатой передачи для приведения в действие вспомогательного оборудования, называемая AGB “Accessory Gear Box”, установлена на картере вентилятора, генерирующего вторичный поток.
Известный приводной вал образован из двух элементов, называемых «основной вал» и «дополнительный вал». Один из концевых участков первого элемента вала, или основного вала, соединен посредством механической трансмиссии с валом турбореактивного двигателя. Один из концевых участков второго элемента вала, или вспомогательного вала, соединен посредством механической трансмиссии с коробкой зубчатых передач для приведения в действие вспомогательного оборудования. Опорный подшипник приводного вала может быть расположен в секции радиального рукава. Такой промежуточный подшипник в целом содержит несколько подшипников качения, предназначенных для поддержания приводного вала при его вращении.
При функционировании радиальный рукав промежуточного картера подвергается аэродинамическим нагрузкам. Деформация, вызванная этими аэродинамическими нагрузками на радиальный рукав, вызывает первое смещение приводного вала на уровне соединения первого элемента вала и второго элемента вала и второе смещение приводного вала на уровне промежуточного подшипника. Эти смещения появляются также в различных областях и вызывают неуравновешенность и вибрации приводного вала в радиальном рукаве, обуславливающие, в частности, момент на уровне подшипников качения промежуточного подшипника, что уменьшает эффективность приводного вала.
Задачей настоящего изобретения является устранение вышеуказанных недостатков. Для решения этой задачи предлагается турбореактивный двигатель, в частности многопоточный турбореактивный двигатель, содержащий промежуточный картер с радиальными рукавами и валом, приводящим в действие коробку зубчатых передач для вспомогательных механизмов турбореактивного двигателя, установленных в радиальном рукаве промежуточного картера. Радиальный рукав промежуточного картера включает в себя промежуточный подшипник опоры приводного вала. Промежуточный подшипник включает в себя множество подшипников качения для опоры приводного вала. Приводной вал содержит первый элемент вала, один концевой участок которого соединен посредством механической трансмиссии с валом турбореактивного двигателя, и второй элемент вала, один концевой участок которого соединен посредством механической трансмиссии с коробкой зубчатых передач для вспомогательных механизмов. Первый элемент вала и второй элемент вала соединены постоянным соединением, которое заключается в том, что один концевой участок второго элемента вала вставляют в цилиндрический полый концевой участок первого элемента вала и которое осуществляют посредством нескольких взаимодополняющих выемок, расположенных в первом элементе вала и во втором элементе вала. Турбореактивный двигатель замечателен тем, что одна и та же плоскость поперечно проходит через множество выемок и множество подшипников качения. Это позволяет, в частности, уменьшить напряжения в промежуточном подшипнике, вызванные смещением двух элементов радиального вала, и сократить зазоры одновременно на уровне соединения и на уровне промежуточного подшипника, при этом соединение, связывающее первый элемент вала и второй элемент вала, является шарнирным в области, расположенной на уровне подшипников качения промежуточного подшипника, которая представляет собой область опоры вала в радиальном рукаве. Это также облегчает наклон первого элемента вала и второго элемента вала под действием прогибов в радиальном рукаве промежуточного картера. Таким образом, позиционирование подшипников качения промежуточного подшипника относительно выемок соединения сокращает количество центровок между деталями, и, таким образом, смещения между первым элементов вала и вторым элементом вала уменьшаются.
В соответствии с одной характеристикой настоящего изобретения первый элемент вала и второй элемент приводного вала шарнирно соединены вокруг центра наклона, при этом одна и та же плоскость поперечно проходит через указанный центр наклона и множество подшипников качения. Это еще больше упрощает наклон первого элемента вала и второго элемента вала под действием прогиба в радиальном рукаве промежуточного картера. Это позволяет сократить дисбаланс и вибрации приводного вала с учетом того, что центр наклона приводного вала, расположенный на уровне соединения между первым элементом вала и вторым элементом вала, а более конкретно на уровне соединительных выемок, приходится на уровень промежуточного подшипника, иначе говоря, в плоскости наклона приводного вала.
Предпочтительно, одна и та же плоскость поперечно проходит через центр наклона и центр каждого подшипника качения из множества подшипников качения. Это еще больше упрощает наклон первого элемента вала и второго элемента вала под действием прогиба в радиальном рукаве промежуточного картера. Это позволяет сократить дисбаланс и вибрации приводного вала с учетом того, что центр наклона приводного вала, расположенный на уровне соединения между первым элементом вала и вторым элементом вала, а более конкретно на уровне соединительных выемок, приходится на уровень промежуточного подшипника, иначе говоря, в медианной плоскости, пересекающей центры подшипников качения промежуточного подшипника, иначе говоря, медианной плоскости опоры приводного вала на подшипники качения промежуточного подшипника.
В соответствии с одной характеристикой настоящего изобретения одна и та же плоскость поперечно проходит через середину каждой выемки из множества выемок и середину каждого подшипника качения из множества подшипников качения. Это позволяет разместить центр наклона соединения, когда он расположен в поперечной плоскости, в которой находится центр каждой выемки, в медианной плоскости опоры приводного вала. Движение наклона соединения, таким образом, берет свое начало в медианной плоскости опоры приводного вала, что позволяет еще больше сократить дисбаланс и вибрации приводного вала, увеличивая при этом амплитуду наклона первого элемента вала относительно второго элемента вала, с учетом того, что центр наклона первого элемента вала относительно второго элемента вала расположен на уровне выемок.
Гибкий наклон приводного вала может, кроме этого, быть достигнут с использованием выгнутых выемок, увеличивая, таким образом, амплитуду наклона первого элемента вала относительно второго элемента вала и уменьшая при этом, при конфигурации в соответствии с настоящим изобретением, дисбаланс и вибрации.
В соответствии с другой характеристикой настоящего изобретения, первый элемент приводного вала расположен в основной втулке, а второй элемент приводного вала расположен в дополнительной втулке.
Это помогает избежать заполнения промежуточного рукава картера при масляной смазке промежуточного подшипника, а также помогает установить сообщение между полостью воздух/масло подшипника двигателя с полостью воздух/масло коробки зубчатых передач вспомогательных механизмов.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения промежуточный подшипник расположен в пространстве радиального рукава, образуя разделение первичного потока с вторичным потоком.
В соответствии с одной характеристикой настоящего изобретения, оно дополнительно содержит устройство для впрыска смазочного масла, выполненного для инжектирования смазочного масла на уровне плоскости, пересекающей поперечно множество выемок и множества подшипников качения. Это позволяет оптимизировать подачу масла, избегая при этом создания маслом дисбаланса или массы, которая создавала бы неуравновешенность вала при его вращении, если она бы классическим образом подавалась посредством валов.
В соответствии с другой характеристикой настоящего изобретения турбореактивный двигатель содержит дополнительно внешнюю дорожку качения промежуточного подшипника, центрированную в картере. Это улучшает позиционирование линии вала, уменьшая наложения допусков. Это также позволяет закрыть масляную полость, образованную картером, и участвует в создании его герметичности путем сдавливания прокладки, установленной на горлышке картера. Это позволяет также центрировать и уплотнить дополнительную втулку.
В дальнейшем изобретение поясняется неограничительным вариантом его осуществления, приведенным со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг. 1 показывает в осевом разрезе общий вид двухкамерного турбореактивного двигателя с двойным потоком, к которому применимо настоящее изобретение;
Фиг. 2 показывает вид сзади турбореактивного двигателя, содержащий промежуточный картер справа от него;
Фиг. 3 схематично показывает радиальный рукав промежуточного картера, в котором расположен приводной вал;
Фиг. 4 показывает вид в разрезе радиального рукава промежуточного картера, в котором расположен приводной вал турбореактивного двигателя в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 5 показывает вид в разрезе промежуточного подшипника радиального рукава промежуточного картера, в котором расположен приводной вал турбореактивного двигателя в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг. 6 схематично показывает вид в разрезе промежуточного подшипника радиального рукава промежуточного картера, в котором расположен приводной вал турбореактивного двигателя в соответствии с настоящим изобретением.
Двухкамерный турбореактивный двигатель 10 с двойным потоком и с различными основными составляющими схематично показан на фиг.1. Он содержит первый вал 3, соединяющий, слева на чертеже, ротор вентилятора 5 и первую ступень 7 компрессора с турбиной 9 низкого давления; узел образует корпус низкого давления, ВР. Соосно с первым валом второй вал 11 в виде барабана соединяет ступени 13 высокого давления компрессора с турбиной высокого давления; узел образует корпус высокого давления НР с камерой сгорания (не представлена). Вал 3 поддерживается на входе подшипниками 3а и 3а`, установленными на картере 30, который обозначен как промежуточный картер, и на выходе подшипником 3с, установленным на выхлопном картере 21. Вал НР удерживается здесь подшипником 3b промежуточного картера 30 и сзади вала 3 межвальным подшипником 3d.
Промежуточный картер 30 состоит из ступицы 30а, поддерживающей подшипники 3а, 3а` и 3b, обечайки 30b, наружной, оборудованной средствами переднего крепления к летательному аппарату и поддерживающей картер вентилятора, а также радиальные рукава 30с, показанные на фиг.2, соединяющие ступицу 30а с обечайкой 30b. Этот промежуточный картер 30 состоит, по меньшей мере, частично из детали, полученной литьем, с которой в случае необходимости соединены радиальные рукава. Вспомогательные механизмы, такие как генератор и топливные или масляные насосы, установлены на коробке 20 зубчатых передач, как это известно, которая в данной области обозначена как AGB. Эта коробка устанавливается снаружи на картере вентилятора на площадке с возможностью доступа для технического обслуживания. Зубчатые передачи механически связаны с валом двигателя посредством радиального приводного вала 100, схематично показанного на фиг.3, который помещен в радиальный рукав 30с промежуточного картера 30.
Рукав 30с является полым и образован из трех радиально различных частей, как показано на фиг. 4: 30с1, 30с2, 30с3. Часть 30с3 с аэродинамическим профилем пересекает магистраль первичного потока Р между компрессором ВР и компрессором НР (не показаны). Часть 30с3 рукава 30с примыкает к ступице 30а промежуточного картера 30. Радиальный рукав 30с содержит часть 30с2, пересекающую магистраль вторичного потока S. Часть 30с2 примыкает к обечайке 30b. Рукав 30с содержит часть 30с1 между двумя первыми. Эта часть ограничивает сектор кольцевого пространства, который продолжает с одной стороны разделительный кран между первичным и вторичным потоками, а с другой стороны продолжается кольцевым пространством 129 между двумя потоками.
При функционировании такой двигатель всасывает воздух посредством вентилятора, который сжимает его в первичный поток, пересекающий ступени сжатия, камеру сгорания и ступени турбины, и вторичный поток, который выбрасывается в атмосферу в обход камеры сгорания. Турбины приводят в действие средства сжатия посредством валов ВР и НР соответственно.
Как схематично показано на фиг. 3-6, промежуточный подшипник 110 позволяет удерживать приводной вал 100 между концевыми участками, соединенными соответственно посредством механической трансмиссии с валом 3 турбореактивного двигателя 10 и посредством механической трансмиссии с коробкой 20 зубчатых передач для приведения в действие оборудования.
Подшипник 110 содержит картер 110а, картер 110b и множество подшипников 115 качения. Эти подшипники 115 качения позволяют одновременно удерживать приводной вал 100 и способствуют вращению. Эти подшипники качения могут представлять собой тип бочкообразных подшипников, известных специалисту в данной области техники.
Как показано на фиг. 3-6, приводной вал 100 содержит первый элемент вала или основной вал 101. Первый элемент вала 101 расположен в основной втулке 51, соединенной с картером 110а промежуточного подшипника 110, и размещен в радиальном рукаве 30с промежуточного картера 30. Этот первый элемент вала 101 соединен своим внутренним радиальным концевым участком с первым коническим зубчатым колесом. Это зубчатое колесо заходит в зацепление с коническим зубчатым колесом, жестко соединенным с корпусом НР.
Приводной вал 100 содержит так же, как показано на фиг. 3-6, второй элемент вала или дополнительного вала 102. Второй элемент вала 102 помещен в дополнительную втулку 52, соединенную одним концевым участком с обечайкой 30b и другим концевым участком с картером 110b промежуточного подшипника, и размещенную в радиальном рукаве 30с промежуточного картера 30. Этот второй элемент вала 102 соединен со вторым зубчатым колесом своим внешним радиальным концевым участком, который входит в зацепление с входным валом коробки 20 зубчатых передач.
Соответствующие прокладки обеспечивают герметичность между промежуточным картером 30 и двумя втулками 51 и 52. Таким же образом предусмотрены прокладки на двух других концевых участках двух втулок 51 и 52. Вал 100 пересекает обечайку 30b промежуточного картера, а его внешний радиальный концевой участок механически связан зубчатым соединением, например, парой конических зубчатых колес 126, показанных на фиг. 4.
Как показано на фиг. 4-6, первый элемент вала 101 и второй элемент вала 102 приводного вала 100 связаны соединением 105. Соединение 105 состоит в том, что концевой участок второго элемента вала 102 вставляют в полый цилиндрический концевой участок первого элемента вала 101 и осуществляется посредством взаимодополняющих выемок 107, расположенных на первом элементе вала 101 и на втором элементе вала 102. Это множество взаимодополняющих выемок 107 позволяет, таким образом, осуществить укладку внахлест второго элемента вала 102 в первом элементе вала 101, придавая первому элементу вала 101 и второму элементу вала 102 жесткость при вращении.
На своем внутреннем концевом участке первый элемент вала 101 соединен зубчатым соединением с парой конических зубчатых колес 126, входящих в зацепление с шейкой корпуса НР (не показано). Радиальный концевой участок второго элемента вала 102 механически соединен с парой конических колес (не показано) с входным валом коробки зубчатых передач 20. Вращательное движение корпуса НР, таким образом, передается посредством трансмиссии, образованной парой конических зубчатых колес и приводным валом 100, входному валу коробки зубчатых передач 20.
Согласно настоящему изобретению в турбореактивном двигателе 10 одна и та же плоскость поперечно проходит через множество выемок 107 и множество подшипников качения 115. Таким образом, шарнирное соединение 105 осуществляется на уровне области опоры, образованной множеством подшипников качения 115.
В варианте воплощения турбореактивного двигателя 10 в соответствии с настоящим изобретением шарнирное соединение 105, создаваемое аэродинамическими усилиями, оказываемыми на турбореактивный двигатель 10 при функционировании, осуществляется, как показано на фиг. 6, вокруг центра наклона 210.
Вариант воплощения, раскрытый на фиг. 4-6, показывает случай, когда одна и та же плоскость проходит поперечно через центр наклона 210 и множество подшипников качения 115, позволяя, таким образом, центрировать наклон соединения 105 на уровне множества подшипников качения 115 и, таким образом, сократить зазор приводного вала в радиальном рукаве 30с.
Таким же образом, в варианте воплощения, раскрытом на фиг. 4-6, одна и та же плоскость поперечно проходит через центр наклона 210 и центр каждого подшипника качения из множества подшипников качения 115. Это позволяет шарнирно соединять наклон соединения 105 в медианной поперечной плоскости с подшипниками качения 115, еще больше уменьшая зазоры, вызванные, например, работой турбореактивного двигателя 10.
В представленном варианте воплощения одна и та же плоскость проходит поперечно через центр каждой выемки из множества выемок 107 и центр каждого подшипника качения из множества подшипников качения 115. Это соответствует частному случаю, когда центр наклона находится в поперечной плоскости, пересекающей центр каждой выемки из множества выемок 107.
Выемки 107 могут иметь выгнутую форму для улучшения наклона соединения 105.
В таком приводном вале 100 необходима смазка. Потребность этой смазки по расходу масла намного превышает существующие средства для приводного вала вспомогательных механизмов.
Промежуточный подшипник 110 может также содержать картер 120, позволяющий подводить масло, необходимое для смазки приводного вала 100 и элементов механической трансмиссии по контуру, который не взаимодействует с радиальным рукавом 30с промежуточного картера 30.
Масло подводится устройством 122, специально предусмотренным для установки в картере 122 для непосредственного инжектирования масла на уровне промежуточного подшипника 110 для осуществления смазки.
При конфигурации выемок 107 относительно подшипников качения 115 в соответствии с настоящим изобретением масло может быть подведено непосредственно на уровне выемок 107 и подшипников качения 115, увеличивая эффективность подшипников качения 115 и, таким образом, опоры, через соединение 105 приводного вала 100.
Внешняя дорожка 125 качения промежуточного подшипника 110 центрирована непосредственно в картере 120, улучшая, таким образом, позиционирование линии вала, минимизируя при этом наложение допусков. Она прикреплена к коробке 120 множеством болтов 130. Ее особенная форма позволяет закрыть масляную полость, образованную картером 120, и способствует герметизации, сдавливая прокладку 135, установленную на горлышке картера 120. Она также позволяет центрировать и герметизировать дополнительную втулку 52. Параллельно, коробка 120 обеспечивает центрирование и герметичность основной втулки 51.