УСТРОЙСТВО ЗАКУПОРИВАНИЯ ОТВЕРСТИЯ В СТЕНКЕ КОЖУХА ДЛЯ ДОСТУПА К ВРАЩАЮЩЕМУСЯ ВАЛУ
DEVICE FOR PLUGGING HOLE IN COVER WALL TO ACCESS ROTATING SHAFT

Изобретение относится к устройству закупоривания отверстия, выполненного в стенке кожуха, и обеспечивающего доступ с целью осмотра вращающегося вала, размещенного в кожухе. Изобретение, в частном варианте применения, хотя не исключительном, относится к кожуху шестеренчатой коробки приводов типа предусмотренной для привода вспомогательного оборудования в газотурбинном двигателе, такого как турбореактивный двигатель, который содержит вал ручного привода зубчатых элементов передач, обеспечивающих вращение ротора во время проведения работ по техническому обслуживанию и текущему ремонту двигателя. Вал доступен снаружи коробки приводов, при этом съемное устройство закупоривания закрывает проход при работе, за исключением работ по техническому обслуживанию.
Известно, что авиационный газотурбинный двигатель, турбореактивный или турбовинтовой, содержит вспомогательное оборудование: насосы, генераторы переменного тока и другие, которые приводятся, как правило, механически от рабочих валов, в частности вала ротора ВД. Согласно установленному порядку работы, вспомогательное оборудование смонтировано на опоре для оборудования. Опора, которая обычно обозначается английским акронимом AGB, т.е. Accessory Gear Box, шестеренчатая коробка приводов агрегатов, содержит кожух, который содержит механизм, образованный шестернями с параллельными осями, которые находятся во взаимном зацеплении. Шестерни приводятся во вращение посредством входного вала, который, в свою очередь, соединен кинематической цепью с валом газотурбинного двигателя. Агрегаты установлены, таким образом, параллельно на опоре с механическим соединением посредством шестерен, которые служат их приводом. Смазывание шестерен обеспечивается циркуляцией масла внутри шестеренчатой коробки приводов.
Одна из шестерен не используется для привода ни одного из вспомогательных агрегатов; она служит, главным образом, для ручного привода во вращение ротора при выполнении работ по осмотру и текущему ремонту газотурбинного двигателя. Коробка приводов AGB содержит, таким образом, отверстие или проход, который дает доступ снаружи к валу с шестерней при помощи приводного инструмента. Это отверстие герметично закрыто посредством устройства закупоривания, когда двигатель не находится в ремонте.
Устройство содержит, как правило, моноблочный цилиндрический корпус, снабженный на его периферии кольцеобразный герметичными уплотнениями, которые взаимодействуют с внутренней поверхностью или периферией, ограничивающей отверстие в стенке. На наружном выходе отверстия, корпус радиально простирается в виде поперечного фланца, образующего крышку и который прилегает к стенке и затем фиксируется крепежными элементами, такими как винты.
Устройство демонтируют, когда в связи с осмотром двигателя требуется доступ к этой шестерне и, соответственно, к валу, при этом винты выворачивают и извлекают по оси устройство закупоривания. После осмотра вала (с проворачиванием его приводным инструментом типа ручки или аналогичным инструментом), устройство закупоривания помещают на свое место, посредством введения корпуса вместе с уплотнениями в отверстие, и навинчивают крышку на стенку коробки, перед тем как будет запущен двигатель.
Требование безопасности авиационных двигателей предусматривает также обязательно удостовериться в том, что крышка установлена надлежащим образом или вдруг ее просто забыли установить. Если это происходит, то в рабочем режиме смазочное масло механических органов коробки вытечет через отверстие, неизбежным следствием чего будет остановка двигателя.
Более того, в случае, который нас интересует, внутренний маслопровод выходит на периферию отверстия в наружную полость корпуса, которая ограничена кольцеобразными герметичными уплотнениями.
Таким образом, если по забывчивости устройство закупоривание не установлено, то после запуска двигателя срабатывает сигнал низкого давления в системе смазки, так как масло массивно вытекает наружу по открытому маслопроводу, что позволяет быстро идентифицировать проблему и выключить двигатель, прежде чем это приведет к катастрофическим последствиям для самолета.
С другой стороны, крышка устройства закупоривания может быть установлена в отверстии без винтов, то есть, с корпусом и герметичными уплотнениями, вставленными в отверстие и приложенной к стенке крышкой. Таким образом, устройство может удерживаться на месте в отверстии силами трения между кольцеобразными уплотнениями и внутренней периферией отверстия.
В этом случае, когда двигатель работает на земле и на малом газе, маловероятно, что устройство закупоривания будет выброшено, так что сигнал низкого давления ничего не обнаруживает. Между тем риск того, что неполный монтаж, без винтов, не будет обнаружен, сохраняется даже перед фазами взлета или крейсерским полетом при двигателе на полной нагрузке, и, следовательно, с системой смазки на максимальном давлении, что наверняка приведет к выбросу устройства закупоривания. Такая ситуация, может привести к останову двигателя в самый неблагоприятный момент и, следовательно, она должна быть полностью исключена.
Также может быть предусмотрен случай, когда винты хорошо вставлены, но недостаточно затянуты, так что люфт может возникнуть между крышкой корпуса устройства и стенкой кожуха, с быстрой потерей масла при работающем двигателе.
Предметом предлагаемого изобретения является устранение этих недостатков за счет разрешения проблем, связанных в частности с отсутствием крепежных элементов после повторной установки устройства закупоривания.
С этой целью, устройство закупоривания отверстия, выполненного в стенке кожуха и обеспечивающего доступ к вращающемуся валу, причем указанное устройство выполнено с возможностью вхождения с обеспечением герметичности в указанное отверстие и закрепления на стенке крепежными элементами, отличается тем, что оно содержит две цилиндрические детали, соединенные с возможностью скольжения одна относительно другой, коаксиально отверстию, причем первая деталь выполнена с возможностью размещения статическим образом в отверстии, и вторая деталь, которая выполнена с возможностью быть закрепленной на стенке крепежными элементами и подвержена воздействию упругого средства, предусмотренного между соединенными деталями и стремящегося аксиально удалить вторую деталь от стенки.
Таким образом, в отличие от устройства закупоривания с моноблочным корпусом, если крепежные элементы отсутствуют, и даже, завинчены не полностью, вторая подвижная деталь будет выталкиваться наружу из отверстия в стенке упругим средством и при поддержке давления масла, когда двигатель запущен. Таким образом, между отверстием и второй деталью образуется полость, которая порождает серьезную утечку масла, которая будет неизбежно обнаружена обычным сигналом низкого давления.
Следовательно, такое устройство закупоривания исправляет вышеназванные недостатки и устраняет риск того, что двигатель будет работать с вставленным, но плохо закрепленным устройством закупоривания (без винтов или с незатянутыми винтами).
В предпочтительной форме осуществления, упругое средство представляет собой пружину сжатия, которая опирается на соответствующие поперечные поверхности первой неподвижной детали и второй подвижной детали.
Чтобы отметить аксиально неподвижное положение первой цилиндрической детали, ее устанавливают с осевым упором в отверстии.
Например, первая деталь имеет наружный заплечик, выполненный с возможностью прилегания к внутреннему заплечику, образующему осевой упор указанного отверстия.
В частности, первая и вторая цилиндрические детали содержат вокруг них герметичные уплотнения, выполненные с возможностью взаимодействия с отверстием (герметичное уплотнение первой неподвижной детали взаимодействует с внутренней поверхностью отверстия и герметичное уплотнение второй подвижной детали взаимодействует с этой внутренней поверхностью или с поперечной поверхностью стенки, которая ограничивает вход отверстия), причем указанное упругое средство предусмотрено в периферийном пространстве или камере, предусмотренной между герметичными уплотнениями указанных деталей. Канал подачи масла, исходящего из коробки или кожуха, поступает в это пространство между двумя уплотнениями, когда устройство установлено, чтобы обеспечить течение масла, и приводить к утечке масла из отверстия, когда вторая подвижная деталь выталкивается из отверстия упругим средством в связи с отсутствием или недостаточной затяжкой крепежных элементов.
В предпочтительной форме осуществления, вторая подвижная цилиндрическая деталь установлена с обеспечением герметичности частично между первой неподвижной деталью и внутренней поверхностью отверстия, и заканчивается радиальным фланцем или буртиком, образующим крышку, выполненную с возможностью быть закрепленной на стенке кожуха крепежными элементами.
Предпочтительно, вторая деталь установлена вокруг первой детали и является перемещаемой аксиально между наружным заплечиком первой детали и упорной деталью, жестко связанной с первой деталью. Таким образом, она остается связанной с последней и при этом ее осевое перемещение, под воздействием упругого средства, ограничено и достаточно для создания значительной утечки.
Например, упорная деталь ввинчена в проход с внутренней резьбой неподвижной первой детали и содержит наружную поперечную закраину, образующую осевой упор для второй подвижной детали.
Изобретение относится также к шестеренчатой коробке приводов, образующей опорный кожух вспомогательного оборудования газотурбинного двигателя, содержащий наружную стенку, в которой выполнено отверстие доступа к валу с ручным приводом ротора газотурбинного двигателя или вспомогательного оборудования, и устройство закупоривания указанного отверстия доступа.
Предпочтительно, указанное устройство закупоривания представлено таким, как оно описано выше.
Другие признаки и преимущества будут выявлены при прочтении детального описания неограничивающей формы осуществления изобретения со ссылкой на чертежи, на которых показаны:
фиг. 1 - схема газотурбинного двигателя, к которому применимо решение согласно изобретению;
фиг. 2 - изображение в продольном разрезе устройства закупоривания согласно изобретению до его установки в отверстии кожуха, обеспечивающем доступ к вращающемуся валу;
фиг. 3 - частичный продольный разрез устройства закупоривания, вмонтированного в отверстие и прикрепленного надлежащим образом на стенке кожуха; и
фиг. 4, 5 и 6 изображают в частичном продольном разрезе устройство закупоривания, смонтированное соответственно без крепежных винтов, с неправильным повторным монтажом винтом и в случае, если забыли затянуть винты соответствующим инструментом.
Со ссылкой на фиг. 1, виден газотурбинный двигатель 1, здесь двухвальный и двухконтурный турбореактивный двигатель. Как обычно, он содержит ротор высокого давления 2, последовательно сверху вниз по потоку, компрессор высокого давления 4, камеру сгорания 5 и турбину 6; эта турбина посредством вала 3 соединена с приводящим ее компрессором. Ротор низкого давления 7 содержит вентилятор 9 выше по потоку и компрессор низкого давления 10 выше по потоку от ротора высокого давления; оба посредством вала 8 низкого давления соединены с турбиной 11 ниже по потоку от турбины высокого давления 6.
Опора 14 для оборудования, образующая коробку или кожух, установлена на наружной обечайке кожуха вентилятора или промежуточного кожуха. Эта опора содержит вспомогательное оборудование двигателя, такое как топливные и масляные насосы и электрические генераторы. Это оборудование приводится шестернями 16, размещенными в коробке 14, с которыми они соединены соответствующими связями. Эти шестерни 16 взаимно зацепляются, и сами они приводятся в движение посредством кинематической цепи, образованной множеством валов 17 трансмиссии между коробкой 14 и коническими шестернями 15 угловых передач на валу 3 ротора высокого давления.
Со ссылкой на фиг.2, показан конец вала 18, доступный снаружи коробки 14 через, например, круглое отверстие 19, предусмотренное в стенке 20 коробки, коаксиально валу.
Конец вала 18 выполнен таким образом, что позволяет подсоединить инструмент для ручного приведения во вращение шестерен 16 (одна из них, не показана, насажена на вал 18) валов 17 и кинематической цепи, при выполнении работ по осмотру ротора высокого давления двигателя.
Кроме времени осуществления технического обслуживания ротора, отверстие 19 запирают устройством 21 закупоривания или герметизации, которое фиксируют съемным образом крепежными элементами 22 на стенке коробки.
Устройство 21 закупоривания отверстия, выполненного в стенке 20 коробки 14, для доступа к вращающемуся валу 18, содержит, как показано на фиг.2, две основные цилиндрические детали 23 и 24, соединенные с возможностью скольжения одна относительно другой, с упругим средством 25 между ними, которое стремится аксиально развести или удалить их друг от друга.
В варианте применения изобретения, первая деталь 23 предусмотрена так, что входит с осевым упором в первую расточку 26 отверстия 19 и статически удерживается там, как будет видно из дальнейшего изложения. В свою очередь, вторую деталь 24 устанавливают частично вокруг первой детали и она предусмотрена так, что также входит в отверстие 24, но в расточку 27 с большим диаметром, чем первая, при этом она выходит наружу коробки и закреплена на стенке 20 крепежными элементами, такими как винты 22.
В частности, первая цилиндрическая деталь 23, образующая пробку, имеет поперечное дно 28, которое запирает отверстие 19 и на периферии 29 которого выполнен желобок 30 для приема кольцеобразного герметичного уплотнения 31. Кроме того, на этой периферии предусмотрен наружный кольцевой заплечик 32, способный вхождения в осевой упор с внутренним кольцевым заплечиком 33, предусмотренном на уровне изменения сечения двух расточек 26, 27 отверстия.
Поперечное дно 28 продолжается, с противоположной стороны вала, кольцевой боковой стенкой 34, которая содержит на периферии желобок 35 для приема кольцевого герметичного уплотнения 36.
Вокруг боковой стенки 34 первой детали 23 установлена кольцевая боковая стенка 37 второй детали 24. Чтобы избежать ее выхода относительно первой детали, предусмотрена упорная деталь 38. Винтовым соединением она установлена в центральном отверстии 39 с внутренней резьбой, ограниченном боковой стенкой 34 первой детали вплоть до ее соприкосновения посредством наружной поперечной закраины 40 детали 38 с соответствующей поперечной поверхностью 41 боковой стенки 34 первой детали.
Поперечная закраина 40 радиально выступает из нее, так что вторая кольцевая деталь 24, предварительно установленная на боковой стенке первой детали, отжимается, под воздействием упругого средства, такого как пружина сжатия 25, до осевого упора в поперечную закраину 40 детали 39, к которому прилегает наружная поперечная поверхность 42 второй детали 24. Таким образом, вторая деталь может скользить между этим положением упора и другим положением, со сжатой пружиной, в направлении наружного поперечного заплечика 43 боковой стенки 34, вследствие затяжки винтов, как будет видно из дальнейшего описания.
Кроме того, на наружной периферии боковой стенки 37 второй детали находится желобок 44, в котором помещается кольцеобразное герметичное уплотнение 45, способное взаимодействовать с поверхностью второй расточки 27.
В свою очередь, пружина сжатия 25 окружает детали 23, 24 и опирается, с одной стороны, на поперечную поверхность 46, выполненную в периферии 29 дна и от которой отходит упорный заплечик 32 первой детали относительно отверстия, и, с другой стороны, относительно поперечной поверхности 47 кольцевой стенки 37 второй детали.
Когда обе детали устройства 21 закупоривания соединены вместе, пружина находится между уплотнениями 31, 45 с деталями, которые стремятся к самопроизвольному раздвижению пружиной 25, которая отжимает вторую деталь 24 к поперечной закраине 40 упорной детали 38, при этом стенка 37 второй детали взаимодействует с герметичным уплотнением 36 первой детали.
Кроме того, видно, что кольцевая стенка 37 второй детали проходит в поперечном направлении в виде фланца или буртика 49, в котором с равномерным распределением расположены отверстия 50 для прохода резьбовых стержней 22А крепежных винтов 22.
На фиг. 2 представлено изображение соединенного таким образом устройства 21 закупоривания относительно отверстия 19 коробки 14.
При этом в стенке 20, вокруг отверстия 19, коробка содержит отверстия 51 с внутренней резьбой для приема стержней винтов 22 и, как обычно, маслопровод или канал 52 подачи масла, сообщающийся, с одной стороны, с внутренней частью коробки 14, в которой находится вал 18, и выходящий, с другой стороны, в расточку 27, как показано на фиг. 2-6.
Собственно монтаж устройства 21 в отверстии 19 не вызывает трудностей.
Как показано на фиг. 3, первую цилиндрическую деталь 23 устройства вводят в отверстие с кольцеобразным герметичным уплотнением 31 на наружной периферии 29 дна, в контакте с поверхностью, ограничивающей первую расточку 26, причем заглубление в отверстие продолжается до установления контакта наружного заплечика 32 первой детали с внутренним заплечиком 33 отверстия.
Затем, устанавливают зажимные винты 22 для крепления фланца 49 второй цилиндрической детали 24 на наружной поперечной поверхности 54 стенки, при этом стержни 22А винтов ввинчивают в отверстия 51 с внутренней резьбой в стенке, вплоть до контакта головок 22В винтов с фланцем и, соответственно, последнего со стенкой.
Одновременно, поскольку первая деталь 23 находится в осевом упоре с коробкой, то соединение винтами привело к скольжению второй детали 24 к первой, сопровождающемуся сжатием пружины 25 и сближением стенки 37 с заплечиком 43 аксиально неподвижной первой детали. Во время скольжения, наружное герметичное уплотнение 45 второй мобильной детали 24 входит в контакт с поверхностью, ограничивающей вторую расточку 27, тогда как стенка 37 второй кольцевой детали уже находится в контакте с герметичным уплотнением 36 боковой стенки 34 первой детали 23. Вторая деталь 24 удаляется, таким образом, от поперечной закраины 40, образующей упор детали 38. В непоказанном варианте осуществления, может быть предусмотрена установка герметичного уплотнения 45 между фланцем 49 и поперечной поверхностью 54 стенки. В этом случае, кольцеобразное уплотнение с фиг. 3 будет заменено плоским уплотнением, при этом герметичность обеспечивается полной затяжкой винтов 22.
Внутренняя камера или пространство 53, в которой находится пружина 25 и которая ограничена поперечными поверхностями 46 и 47 деталей и поверхностью расточки, сообщается с маслопроводом 52, причем все это выполнено герметично относительно внешней среды посредством различных уплотнений.
В изображении, которое иллюстрирует фиг. 3, отверстие 19 надлежащим образом заперто устройством 21 герметичности с кольцеобразными уплотнениями 31, 36, 45, так что двигатель может работать в полной безопасности. Сигнал низкого давления остается неактивным, поскольку он не обнаруживает падение давления в коробке.
Таким образом, вал герметично изолирован от внешнего окружения.
Теперь можно предположить, что после снятия устройства 21 закупоривания и осмотра вала 18 и связанных с ним механизмов, устройство вновь помещают в отверстие 19 в положении, показанном на фиг. 4. Действительно, устройство возвращено в отверстие с герметичным уплотнением 31 первой детали в контакте с внутренней поверхностью расточки 26, однако вторая деталь остается снаружи отверстия под действием пружины сжатия.
Такая ситуация складывается, когда зажимные винты 22 не установлены на прежнее место по забывчивости оператора.
Предпочтительно, исполнение устройства 21 из двух аксиально мобильных деталей за счет упругого средства позволяет удерживать вторую деталь снаружи и на расстоянии от отверстия 19, создавая достаточное пространство между стенкой второй детали 24 и входом в отверстие 19 (расточкой 27). Действительно, под действием пружины 25, вторая деталь 24 самопроизвольно отодвигается к закраине 40 детали 38.
Так что, после запуска двигателя, происходит массивная утечка масла, которое вытекает из канала 32 в направлении камеры 53 и стекает за пределы коробки 14 через отверстие вследствие созданного кольцевого зазора, как указывает стрелка F.
Эта полная потеря герметичности выражается в понижением давления в коробке, которое сразу же детектируется сигналом низкого давления.
Вторая деталь 24 удерживается в направлении наружу под действием пружины и за счет внутреннего давления масла, вытекающего по каналу. Устройство 21 идеально играет, таким образом, свою роль обеспечения безопасности, устанавливая быстро детектируемую существенную утечку масла.
На изображении с фиг.5, установка винтов 22 в отверстия 51 с внутренней резьбой является эффективной, но не выполняется их блокировка или полная затяжка. Минимальное пространство возникает между фланцем 49 мобильной детали 24 и поперечной поверхностью 54 стенки 20 коробки.
Осевое перемещение второй детали 24 головками 22В винтов привело к сжатию пружины 25 с приближением стенки 37 детали 24 к заплечику 43 неподвижной детали 23 и позволило установить на место герметичное уплотнение 45 во второй расточке 27, так что обеспечило герметичность относительно внешней среды. Масло, вытекающее по стрелке F из канала 52, не может стекать наружу через отверстие устройства 21 в связи с установкой уплотнений 36 и 45.
Чтобы избежать такого неполного монтажа винтов, следует использовать винтовые стопоры 55, которые помещают в глубину отверстий 51 с внутренней резьбой, так что после затяжки винтов вручную, то есть, до зацепления резьбовых стержней 22А со стопорами 55, герметичное уплотнение 45 второй подвижной детали 24 устройства еще находится на расстоянии от входа во вторую расточку 27. Эти винтовые стопоры имеют целью воспрепятствовать сближению второй детали и, следовательно, герметичность уплотнения соответствующим кольцом отверстия, не иначе как путем использования специального инструмента завинчивания, гарантирующего в этом случае затяжку винтов в стопорах и правильный монтаж устройства закупоривания с герметичностью.
Таким образом, можно определить или рассчитать осевое положение винтовых стопоров относительно длины завинченных вручную винтов так, чтобы они обеспечили правильное затягивание с герметичностью устройства лишь после того, как они были завинчены специальным инструментом. Следовательно, сближение второй детали 24 (фланца 49) со стенкой 20 (поперечной поверхностью 54) не может быть осуществлено иначе, как с использованием специального инструмента, что дает гарантию затяжки винтов.
Как показано на фиг. 6, винтовые стопоры 55 представляют собой кольца, помещенные в глубину отверстий с внутренней резьбой и выполненные из материала, подходящего для введения резьбовых стержней винтов с завинчивающим инструментом.
На этой фигуре, винты 22 были установлены вручную в трех отверстиях 51 с внутренней резьбой на стенке до уровня колец 55 (с вхождением в упор с ними), при этом лишь использование инструмента позволяет завершить затяжку винтов с желательным моментом и установить на место герметичное уплотнение. Если оператор забудет затянуть винты при помощи инструмента и оставит устройство 1 закупоривания в изображенном на фигуре положении, герметичное уплотнение 45 подвижной детали 24 все еще аксиально отстоит от входа в расточку 27, причем деталь находится под воздействием пружины 25, которая стремится удалить ее наружу, в данном случае в сторону головок 22В винтов.
Таким образом, если двигатель запущен, сразу же образуется исходящая из канала 52 и протекающая через камеру 53 (и, следовательно, отверстие) значительная утечка масла наружу из коробки, согласно стрелке F на фиг. 6. Эта утечка приводит одновременно к падению давления в коробке, которое детектирует посредством сигнала низкого давления. По образовавшейся утечке через устройство закупоривания согласно изобретению сразу же обнаруживается также, что не произведена правильная затяжка винтов. И лишь окончательная затяжка винтов соответствующим инструментом в кольцах обеспечит надлежащую герметичность устройства в отверстии, как показано на фиг. 3.
Устройство согласно изобретению, в отличие от обычных моноблочных, статических, устройств, содержит две детали, одна из которых выполнена мобильной с эффектом поршня (пружины в сочетании с давлением масла), когда оператор забывает повторно установить винты или делает это не в полной мере, создавая быстро детектируемую серьезную утечку.