СИСТЕМА ФИКСАЦИИ ОКОНЕЧНОСТИ ВАЛА, СПОСОБ МОНТАЖА ВАЛА КОМПРЕССОРА, КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
SHAFT END FIXING SYSTEM, COMPRESSOR SHAFT ERECTION METHOD, GAS TURBINE ENGINE COMPRESSOR AND GAS TURBINE ENGINE

Настоящее изобретение относится к газотурбинному двигателю, в частности применяемому в авиационной области, и касается монтажа вала ротора внутри двигателя.
Операции монтажа и демонтажа газотурбинного двигателя являются высокопрецизионными, ввиду количества деталей, которые их составляют и малых зазоров между ними, в то время как размеры могут быть значительными. Стоимость работ, включающих такие операции, является традиционно высокой. Поэтому существует тенденция к их упрощению. В двухвальном двигателе с турбокомпрессором впереди, таком как двигатель cfm56, доступ к подшипнику поддержки вала компрессора высокого давления особенно затруднен, так как он смонтирован на уровне промежуточного картера, позади вентилятора и первых двух подшипников, поддерживающих соответственно вал компрессора низкого давления и вал вентилятора. Промежуточный картер является частью картера машины, который, в основном, поддерживает подшипники перед роторами. Для того чтобы избежать демонтажа всей передней части двигателя и вентилятора в особенности, элементы этого подшипника устанавливаются в настоящее время таким образом, чтобы позволять монтаж сзади. Такое решение является выгодным, но представляет еще некоторые неудобства, которые было бы желательно устранить.
На фигурах 1 и 2 проиллюстрировано решение, относящееся к предшествующему уровню техники. На фигурах двигатель полностью не представлен, показаны только детали ближней периферии подшипника. Передняя и задняя части определены по отношению к направлению движения двигателя. На фигурах можно видеть части неподвижной структуры промежуточного картера 2, причем шариковый подшипник 3 вала компрессора HP поддерживается своим внешним кольцом в этой фиксированной структуре. Подшипник обеспечивает вращение передней оконечности вала 4 компрессора HP, шейка 4' которого видна, как и диск ротора 4". Подшипник поддерживает в передней части коническую шестерню 5, которая приводит в движение шестерню 5', связанную с радиальным валом, образуя коробку зубчатой передачи, названную IGB, начиная от которой приводится в движение вспомогательное оборудование: насосы, генераторы электрического тока или другие. Коническая шестерня сцеплена в этой коробке с шестерней вала радиальной трансмиссии, который размещен в одном из радиальных рукавов промежуточного картера, для приведения в движение шестерен коробки вспомогательных зубчатых передач, известной под аббревиатурой AGB (accessory gear box). Коническая шестерня соединена с цилиндрической муфтой, оснащенной подшипником.
Чтобы поддерживать вал 4 в подшипнике 3, в соответствии с предшествующим уровнем техники предусматривается гайка 6, которая удерживается внутри шестерни 5, в верхней части сегментом или кольцом 6'. Гайка имеет резьбу на своей внешней поверхности, которой она завинчена внутрь оконечности верхней части вала 4, снабженной соответствующей резьбой. Стопор гайки 6" зафиксирован при вращении осевыми шлицами в вале 4, и гибкие лапки которого, проходящие до цилиндрической выточки вала 4, блокируясь там, мешают гайке отвинтиться случайно. К тому же система осевых шлицов на внутренней перегородке муфты шестерни 5, будучи сцепленной с подобной системой на внешней поверхности вала 4, препятствует любому их вращению друг относительно друга. Этот монтаж делает возможным самоизвлечение компрессора высокого давления HP. Это обеспечено сегментом, который аксиально соединяет гайку подшипника с коническим колесом. Таким образом, завинчивая гайку по резьбе вала компрессора высокого давления HP, компрессор подводят к подшипнику; наоборот, отвинчивая гайку, компрессор отводят к задней части, так как гайка аксиальным образом заблокирована сегментом.
На фигуре 2 представлен подшипник до монтажа вала 4. Гайка, расположенная впереди подшипника, предварительно смонтирована на шестерне перед монтажом всех элементов через заднюю часть промежуточного картера. Чтобы подготовить монтаж вала 4, осуществляют нагрев подшипника 3 в месте, обозначенном как С, для того чтобы его расширить и уменьшить усилия напрессовывания. Чтобы избежать нагрева гайки 6 и минимизировать трение в резьбе, в процессе ее завинчивания в вал 4, вокруг гайки укладывают термическую защиту Р. Однако эта защита является хрупкой при введении ее монтажа. Она не может быть установлена достаточно эффективно.
Задача изобретения состоит в облегчении процесса монтажа.
В частности, задача касается выбора типа связи между компрессором высокого давления HP и IGB двигателем, позволяющим осуществлять монтаж и демонтаж компрессора высокого давления HP с доступом оборудования только с задней части двигателя.
Задача решается тем, что в системе фиксации при помощи гайки оконечности вала газотурбинного двигателя, вставленного внутрь конического колеса, поддерживаемого подшипником, гайка завинчена в оконечность внутри конического колеса, и связана стопорным кольцом, выполненным в форме кольца с прорезью, с валом на другой оконечности, при этом гайка содержит внешнюю выточку с глубиной, достаточной для вложения стопорного кольца в стянутом состоянии, и имеет поверхность, которая образует аксиальный стопор для стопорного кольца, расположенного в выточке, причем стопорное кольцо располагается частью своей высоты в выточке, изготовленной на валу, когда стопорное кольцо упирается в указанную поверхность, образующую стопор.
Предпочтительно, чтобы вал и гайка сопрягались друг с другом аксиальными шлицами.
Предпочтительно также, чтобы вал являлся валом компрессора высокого давления HP двухвального газотурбинного двигателя, муфта которого связана с коническим колесом привода трансмиссионного вала коробки зубчатых передач вспомогательного оборудования.
Предпочтительно также, чтобы коническое колесо включало средство для аксиального закрепления подшипника во время завинчивания гайки.
Еще одним объектом является способ монтажа вала компрессора высокого давления HP двухвального газотурбинного двигателя в его подшипнике, согласно которому нагревают подшипник, монтируют гайку системы на валу и затем завинчивают гайку.
Еще одним объектом изобретения является компрессор газотурбинного двигателя, включающий в себя заявленную систему фиксации вала.
Еще одним объектом изобретения является газотурбинный двигатель, включающий заявленную систему фиксации вала компрессора.
Таким образом, предложена концепция монтажа вала компрессора высокого давления HP двухвального двигателя, в котором отбор мощности для приведения в действие коробки зубчатых передач для вспомогательных машин обеспечен конической шестерней, соединенной с ней, муфтой, относящейся к этой конической шестерне привода.
Благодаря связи кольцевого типа изобретение позволяет убирать гайку внутрь вала во время подвода вала к подшипнику, затем простым осевым перемещением гайки, приводимой в движение инструментом, расположенным сзади, дистанционно перемещать гайку до упора в резьбу перед муфтой и завинчивать гайку, чтобы обеспечить фиксацию. Демонтаж компрессора HP осуществляется также просто и производится только с задней части двигателя, без замены используемых оборудования и средств монтажа.
Монтаж/демонтаж двигателя с задней части - очень важное преимущество для этого типа двигателя, значительно снижающее стоимость такой операции.
Более того, решение компактно, оно размещается в свободном пространстве и не взаимодействует с циркуляцией воздуха, движущегося между IGB и валом и ВР.
В дальнейшем изобретение поясняется описанием вариантов его осуществления со ссылками на фигуры, в числе которых:
Фиг.1 представляет в осевом разрезе частичный вид монтажного решения, соответствующего предшествующему уровню техники;
Фиг.2 - сборные элементы фиг.1 до монтажа вала компрессора высокого давления HP;
Фиг.3 - в осевом разрезе частичный вид системы фиксации оконечности вала компрессора высокого давления HP согласно изобретению;
Фиг.4 - вид сбоку IGB на первом этапе монтажа верхней части вала компрессора высокого давления HP;
Фиг.5 - вид сбоку вала компрессора HP на первом этапе монтажа;
Фиг.6 - второй этап с подводом вала компрессора;
Фиг.7 - продвижение передней части вала компрессора;
Фиг.8 показывает, что завинчивание убирающейся гайки на муфте или коническом колесе вала закончено и что можно установить тормоз гайки так, как показано на фиг.3.
1
1
1
4
2
3
3
На фиг.3 и последующих представлен вариант осуществления изобретения. Подшипник 3 остается тем же самым, как и в решении из предшествующего уровня техники, так же, как промежуточный картер 2. Верхняя оконечность вала 14, образующая шейку и принадлежащая ротору компрессора высокого давления HP двухкорпусного газотурбинного двигателя, снабжена внутренней кольцевой канавкой или выточкой 14, в которую вложен разрезное стопорное кольцо 18, в данном случае -прямоугольного сечения. Стопорное кольцо 18 взаимодействует с упорной аксиальной поверхностью 16, имеющейся на внешней поверхности гайки 16. Гайка 16 имеет цилиндрическую форму и соединяет вал 14 с коническим колесом 15. Коническое колесо 15 включает коническую шестерню 15 для приведения в движение IGB. Оно содержит также цилиндрическую муфту 15, вставленную во внутреннее кольцо 3i подшипника 3. В передней части колесо 15 соединено с лабиринтным уплотнением 15. Внутри выполнены шлицы 15, чтобы взаимодействовать со шлицами 14 на шейке 14 и сохранять сцепление при вращении. Колесо 15 также имеет внутренний участок цилиндрической поверхности с резьбой 15f, с которой цилиндрическая гайка 16 сцеплена при помощи резьбы 16f.
На фиг.4 показан подшипник 3 с коническим колесом 15, смонтированным во внутреннем кольце 3i подшипника 3 и средство нагрева С′, обозначенное волнистыми штрихами.
Далее приводится описание монтажа передней части вала компрессора HP в подшипнике 3 со ссылками на фиг.4 и последующие фигуры.
Подшипник собран с коническим колесом 15, стянутым внутренней частью кольца 3i подшипника. Первый этап состоит в том, чтобы нагреть подшипник 3, располагая нагреватель под кольцом 3i. Уже на этом этапе очевидно преимущество настоящего изобретения, так как в отсутствие гайки никакой паразитный нагрев не воздействует на окружающие детали.
2
1
1
2
1
2
2
Одновременно устанавливают гайку 16 на валу, как это видно на фиг.5. Гайка 16, общей цилиндрической формы, имеет внешний диаметр, равный внутреннему диаметру вала 14. Кроме того, она содержит поперечную выточку 16 с глубиной, достаточной для того, чтобы стопорное кольцо 18 вложилось в нее полностью, когда он деформирован радиальным сжатием и его диаметр уменьшается. С этой целью вставляют муфту 19, которая поддерживает стопорное кольцо 18 в стянутом состоянии. Внутренний диаметр муфты 19 тот же, что и внутренний диаметр вала. Таким образом, как это видно на фиг.5, внешний диаметр стопорного кольца в стянутом состоянии позволяет ему перемещаться вдоль вала 14 во внутренней его части. Гайку перемещают до тех пор, пока стопорное кольцо 18 дойдет до выточки 14. В этот момент сегмент за счет своей упругости восстанавливает свою естественную форму и прижимается к выточке 14. Выточка 16 гайки имеет аксиальный упор, который позволяет переместить стопорное кольцо до выточки 14 вала 14 и который мешает гайке углубиться далее вперед в вал 14. Вал содержит несколько радиальных отверстий 14 на уровне выточки для того, чтобы при возникновении необходимости извлечь гайку из вала, применяя инструмент, которым можно отжать стопорное кольцо 18 в выточку 16 гайки.
1
2
На фиг.6 отражен этап перед введением вала в подшипник, обогреватель которого был извлечен и находится в расширенном состоянии. Гайка 16 вставляется внутрь и аксиально закрепляется в валу 14 стопорным кольцом 18, которое упирается одновременно в стенки канавки 14 и противостоящий упор, образованной выточкой 16.
3
3
5
1
На фиг.7 видно, что вал полностью вставлен в подшипник 3. Шлицы 14 сцеплены со шлицами 15 муфты конического колеса 15 для обеспечения их взаимной неподвижности при вращении. Передняя оконечность 14 вала находится в упоре с деталью, образующей задний лабиринт, и опирается на внутреннее кольцо подшипника качения 3. Можно видеть также, что внешняя цилиндрическая поверхность части оконечности вала 14 находится в контакте с внутренней посадочной поверхностью колеса 15. Это положение обеспечивает эффективную поддержку шестерни 15, чтобы она не деформировалась и вращалась при работе, не изменяя своей круглой формы.
1
1
Как это видно на фиг.8, гайку завинчивают при зацеплении соответствующих резьб 15f конического колеса 15 и 16f гайки 16. Завинчивание осуществляется посредством инструмента, приспособленного к работе с задней части вала 14. Это завинчивание осуществляется до тех пор, пока упорная поверхность 16 гайки войдет в поддерживающий контакт со стопорным кольцом 18, вложенным в выточку 14.
1
6
2
5
1
5
6
3
3
Возвращаясь к фиг.3, можно видеть, что теперь вал находится в упоре на различные внутренние упорные элементы конического колеса. Стопор гайки 17 установлен. Он сцеплен с гайкой 16 пазами, чтобы мешать ей поворачиваться по отношению к валу. Он имеет упруго деформирующиеся лапки 17, которые входят в выточку 14, изготовленную в валу 14. Можно видеть, что передняя часть 15 конического колеса вместе с ковшом 15образует поверхность приема масла для смазки шестерни 15 и подшипника 3. Форсунка для распределения масла не показана. Масло, подхваченное ковшом 15, направляется по продольным каналам 15, между шлицами 15 и нескольким специально выровненными шлицам 14, к подшипнику 3, который оборудован соответствующими отверстиями, обеспечивающими смазку шариков.
7
8
Гайка 16 может быть названа убирающейся постольку, поскольку она убирается в вал 14. Гайка приводится во вращение определенными инструментами через вал, именно с задней части. Чтобы избежать передачи усилий на подшипник, коническое колесо аксиально закрепляют посредством соответствующего инструмента, который помещается, например, в зону аксиального закрепления, образованную между шипами 15, располагающимися впереди конического колеса, и заплечиком 15, чтобы блокировать любое вращение во время монтажа.