ВАЛОПОВОРОТНОЕ И ПУСКОВОЕ УСТРОЙСТВО ГАЗОТУРБИННОЙ УСТАНОВКИ
ENGINE TURNING AND STARTING DEVICE OF GAS TURBINE PLANT

Изобретение относится к системе запуска ГТУ (газотурбинных установок), используемых для привода нагнетателей транспортирования газа по магистральным газопроводам, привода энергетических установок и транспортных средств.
Известны ГТУ с валоповоротным и пусковым устройствами (ВПУ). (1. Могильницкий И.П., Стешенко В.Н. Газотурбинные установки в нефтяной и газовой промышленности. - М.: Недра, 1971. - 160 с. 2. Атлас конструкций и схем. Газотурбинные установки. / Под ред. Шубенко-Шубина. - М.: Машиностроение, 1976.)
Эти устройства функционально разделены и сложны. Вначале срабатывает ВПУ (валоповоротное устройство), обеспечивающее вывод ротора с большой инерционной массой из состояния покоя. Затем в работу включается пусковое устройство, которое должно обеспечить частоту вращения ротора компрессора, достаточную для подачи воздуха с параметрами, обеспечивающими запуск камеры сгорания и турбины. В качестве пускового устройства часто используют турбодетандер, для работы которого необходимо высокое давление газа, отбираемого из магистрального трубопровода.
Для совмещения двух функций в одном техническом устройстве возможно использование двухвальной несоосной коробки передач (КП) и простого трехзвенного планетарного механизма (ПМ) на основе патента RU №2047506 С1, В60К 17/08. Автор В.И. Некрасов (10.11.95. Бюл. №31).
Редуктор по патенту №2047506 обеспечивает 22 передачи переднего хода и 6 передач заднего хода. Четыре передачи реализуются ПМ в суммирующем режиме, с постоянной частотой вращения солнечной шестерни и переменной частотой вращения водила или эпициклического колеса, поток мощности снимается с эпициклического колеса или водила. Изменение частоты вращения водила или эпициклического колеса относительно частоты вращения солнечной шестерни обеспечивается четырехступенчатой двухвальной несоосной КП, состоящей из трех пар взаимозацепленных шестерен и трех муфт переключения. ПМ на каждой передаче КП реализует 5 передач переднего хода и передачу заднего хода.
Техническое решение по патенту №2047506 имеет сложный привод ПМ тремя коаксиально размещенными валами, не может обеспечить вывод массивного ротора из состояния покоя и надежный пуск ГТУ без использования энергии потока газа из магистрального газопровода, так как передаточное число низшей передачи мало, диапазон передаточных чисел недостаточен, а размещение передаточных чисел по диапазону не оптимально.
Для валоповоротного и пускового устройства ГТУ не требуются передачи заднего хода.
Техническое решение для ВПУ по патенту №2397344 C1, F02C 7/26 (Авторы: В.И. Некрасов и И.А. Иванов. Бюл. №23 от 20.08.2010) содержит трехвальную 4-ступенчатую КП и простой трехзвенный планетарный механизм, которые обеспечивают 11 передач, расположенных на пяти ступенях.
Это устройство имеет ограниченные возможности из-за недостаточного диапазона передаточных чисел и количества ступеней.
Задачей изобретения является расширение эксплуатационных возможностей ВПУ (валоповоротного и пускового устройства) ГТУ за счет существенного увеличения числа передач и диапазона передаточных чисел.
Технический результат достигается за счет совершенствования технического решения по патенту №2397344.
Достижение технического результата обеспечивается тем, что валоповоротное и пусковое устройство газотурбинной установки состоит из приводного двигателя, редуктора и обгонной муфты ротора компрессора, при этом редуктор содержит коробку передач с тремя парами взаимозацепленных шестерен и простой трехзвенный планетарный механизм, на входном валу коробки передач свободно установлены две шестерни, между ними закреплен зубчатый венец с трехпозиционной муфтой переключения, зубчатый венец с трехпозиционной муфтой переключения трубчатого выходного вала закреплен на переднем торце, расположенном между вторым и третьим рядами шестерен, на втором зубчатом венце этого вала установлена сдвоенная двухпозиционная муфта, рядом с ней расположены зубчатые венцы вала привода солнечной шестерни и трубчатого вала привода водила планетарного механизма, сателлиты, расположенные на осях водила, зацеплены с солнечной шестерней, а также с эпициклическим колесом, которое закреплено на выходном трубчатом валу с зубчатым венцом, рядом с ним расположен зубчатый венец выходного вала водила, двухпозиционная муфта установлена на зубчатом венце стенки корпуса редуктора рядом с зубчатым венцом трубчатого вала эпициклического колеса, отличие состоит в том, что на выходе установлен второй трехзвенный планетарный механизм, коробка передач несоосная, параллельно входному валу расположен вторичный вал со свободно установленными блоком из двух шестерен и трубчатый выходной вал со свободно расположенной на нем шестерней, с закрепленными на вторичном валу тремя зубчатыми венцами, первый зубчатый венец с трехпозиционной муфтой переключения закреплен на торце между корпусом и блоком шестерен, второй зубчатый венец закреплен между зубчатыми венцами трубчатого выходного вала коробки передач и трубчатого входного вала водила первого планетарного механизма, третий зубчатый венец расположен между зубчатыми венцами трубчатого выходного вала первого планетарного механизма и трубчатым входным валом водила второго планетарного механизма, обойма с пятипозиционным зубчатым венцом свободно установлена на выходе вторичного вала и вала привода солнечной шестерни второго планетарного механизма, выходной вал редуктора закреплен на водиле второго планетарного механизма.
Установка второго ПМ с двумя режимами работы значительно расширяет диапазон передаточных чисел редуктора и обеспечивает надежный вывод из состояния покоя и пуск ГТУ различной массы за счет выбора оптимального алгоритма передаточных чисел по значительному диапазону редуктора.
На фиг. 1 показана кинематическая схема редуктора валоповоротного и пускового устройства (ВПУ) ГТУ, состоящего из несоосной двухвальной четырехступенчатой КП и двух трехзвенных планетарных механизмов (ПМ). В нижней части КП в окружностях показаны номера пар шестерен для таблицы лучевой диаграммы фиг. 2.
2
1
3
кп1
1
2
3
кп2
3
кп3
1
кп4
2
На фиг. 2 изображена лучевая диаграмма передаточных чисел, обеспечиваемых редуктором на фиг. 1. На лучевой диаграмме величины передаточных чисел (U) приведены в равномерной логарифмической шкале (lq U), при этом луч, характеризующий величину передаточного числа, не изменяет своей величины. Точка 0 на нижней горизонтали обозначает вход крутящего момента в КП, из этой точки выходят три луча 2, 1 и 3, соответствующие величинам передаточных чисел пар шестерен: U=1,32; lq 1,32=0,12; U,=1,68; lq 1,68=0,225; U=3,16; lq 3,16=0,5. На выходе КП получаем четыре передачи с передаточными числами: U=U×(1/U)×U=1,68×1/1,32×3,16=4,02; lq 4,02=0,605; U=U=3,16; lq 3,16=0,5; U=U=1,68; lq 1,68=0,225; U=U=1,32: lq 1,32=0,12.
1
пм1п
b
a
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>м</mi><mn>1</mn></mrow><mo>"</mo></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>h</mi><mi>a</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>К</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1</mn><mo>/</mo><mn>2,62</mn><mo>=</mo><mn>0,38</mn></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>м</mi><mn>1</mn></mrow><mo>'</mo></msubsup><mo>=</mo><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>h</mi><mi>b</mi></mrow><mi>a</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>К</mi><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>К</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1,62</mn><mo>/</mo><mn>2,62</mn><mo>=</mo><mn>0,62</mn></mrow>
<mrow><msub><mi>U</mi><mrow><mi>п</mi><mi>м</mi><mn>1</mn><mi>м</mi></mrow></msub><mo>=</mo><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>a</mi><mi>h</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>К</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>=</mo><mn>2,62</mn></mrow>
В средней части диаграммы изображены лучи передаточных чисел, обеспечиваемых первым планетарным механизмом (ПМ 1) с внутренним параметром К=1,62. Этот ПМ реализует четыре варианта передач: 1.
; lq 0,38=-0,42; 2.
; lq 0,62=-0,21; 3. U=U=1,0; lq 1,0=0,0; 4.
; lq 2,52=0,42; а также две передачи в суммирующем режиме, где U - передаточное число, индекс вверху указывает на остановленное звено ПМ «b» - эпициклическое колесо, индексы внизу «ah» - звенья входа (солнечная шестерня) и выхода (водило) потока мощности. К=Z/Z - внутренний параметр ПМ, равный отношению числа зубьев эпициклического колеса к числу зубьев солнечной шестерни.
a
h
a
h
пм1
Суммирующий режим ПМ обеспечивается при подаче крутящего момента на солнечную шестерню и водило на выходе крутящего момента с эпициклического колеса. Если на входе в 1-й ПМ частота вращения солнечной шестерни n=1000 об/мин, то на выходе получим  n=-n/к+n(к+1)/к=-1000/1,62+1000/(4,02/1,68)×2,62/1,62=56,6 об/мин; U=1000/56,6=17,7; lq 17,7=1,25. На выходе 1-го ПМ получаем 18 передач: по четыре варианта на каждой из 4-х передач КП и две суммирующие передачи.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>a</mi><mi>h</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup><mo>=</mo><msub><mi>К</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>=</mo><mn>6</mn></mrow>
В верхней части диаграммы представлены лучи передаточных чисел 2-го ПМ, который реализует два варианта передач: 1. U=1,0 - вертикальные лучи; 2.
; lq 6=0,78. На выходе редуктора имеем 36 вариантов передач, которые позволяют выбрать оптимальный алгоритм передаточных чисел для вывода из состояния покоя ГТУ различной массы и разгона их до пускового режима, исключая резонансные частоты низших порядков.
Над диаграммой дана таблица передач, состояния муфт переключения при этих передачах и включенных элементов несоосной КП и двух ПМ.
В опорах корпуса 1 редуктора ВПУ (см. фиг. 1) расположен входной вал 2, параллельно ему соосно установлены вторичный вал 3 несоосной двухвальной КП и привода солнечной шестерни первого ПМ (ПМ1), вал 4 привода солнечной шестерни второго ПМ (ПМ2), выходной вал 5 редуктора. На вторичном валу 3 расположен трубчатый выходной вал КП 6. На входном валу 2 свободно установлены шестерня 7 и блок шестерен 8 и 9, а на вторичном валу 3 также свободно установлен блок шестерен 10 и 11, зацепленных соответственно с шестернями 7 и 8 входного вала 2. На трубчатом выходном валу 6 свободно установлена шестерня 12, зацепленная с шестерней 9 входного вала 2. На зубчатом венце 13, закрепленном на переднем торце вторичного вала 3 между корпусом 1 и блоком шестерен 10, 11, установлена трехпозиционная муфта 14 (А) вторичного вала. На зубчатом венце 15, закрепленном на входном валу 2 между шестерней 7 и блоком шестерен 8 и 9, установлена трехпозиционная муфта 16 (В) входного вала. На трубчатом выходном валу 6 между шестернями 11 и 12 закреплен зубчатый венец 17, на котором расположена трехпозиционная муфта 18 (С) трубчатого выходного вала, а на выходе трубчатого выходного вала 6 закреплен двухпозиционный зубатый венец 19, на котором расположена двухпозиционная муфта 20 (D) выхода КП. На выходе вторичного вала 3 закреплены солнечная шестерня 21 первого ПМ, зубчатый венец 22 входа солнечной шестерни 21 и зубчатый венец 23 выхода солнечной шестерни 21. Солнечная шестерня 21 зацеплена с сателлитами 24, оси которых установлены в водиле 25. На входе водила 25 закреплен трубчатый входной вал 26 с зубчатым венцом 27, а на выходе - трубчатый выходной вал 28 с зубчатым венцом 29. Сателлиты 24 зацеплены с эпициклическим колесом 30 первого ПМ, на корпусе 31 этого колеса закреплен трубчатый вал 32 с зубчатым венцом 33. На стенке корпуса 1 установлен зубчатый венец 34, на котором расположена двухпозиционная муфта 35 (Е) остановки эпициклического колеса ПМ1. Между валами 3 и 4 свободно установлена обойма 36 с пятипозиционным зубчатым венцом, на которой расположены трехпозиционная муфта 37 (F) выхода первого ПМ для выборочного соединения с зубатыми венцами 23, 29 и 33, а также двухпозиционная муфта 38 (G) входа второго ПМ. Солнечная шестерня 39 второго ПМ закреплена на выходе вала 4, на входе этого вала рядом с обоймой 36 закреплен зубчатый венец 40. Солнечная шестерня 39 зацеплена с сателлитами 41, установленными на осях водила 42, которое закреплено на выходном валу 5, на трубчатом валу 43 привода водила 42 закреплен зубчатый венец 44. Сателлиты 41 зацеплены с эпициклическим колесом 45 второго ПМ, это колесо закреплено на корпусе 1.
Работа редуктора осуществляется следующим образом.
кп1
Первая (низшая) передача в двухвальной несоосной КП обеспечивается последовательным соединением всех трех пар шестерен (см. фиг. 2 внизу) - луч 1 из т. 0 на нижней горизонтали направо вверх, затем луч 2 налево вниз и пологий луч 3 направо вверх. При этом муфта А находится в нейтральном положении (Н), муфта В - в левом (Л), а муфта С - в правом (П) положении (см. фиг. 1). Крутящий момент от входного вала 2 муфтой В передается на первый ряд шестерен (шестерни 7-10), по блоку вторичного вала на второй ряд шестерен (шестерни 11-8), который в этом случае работает в ускоряющем режиме (передаточное число меньше единицы), по блоку входного вала на третий ряд шестерен (шестерни 9-12), затем по муфте С на трубчатый выходной вал 6 и зубчатый венец 19. Передаточное число этой передачи - U=1,68×1/1,32×3,16=4,02; lq 4,02=0,605. Без учета суммирующих передач 1, 2, 5 и 8 эта передача КП после 1-го и 2-го ПМ используется на 8-ми передачах: 3, 7, 11, 13, 15, 22, 27, 30-й передачах редуктора (см. верхнюю строку таблицы фиг. 2)
кп2
Вторая передача в КП реализуется только третьей парой шестерен. Муфту В переключаем в правое положение (П). Крутящий момент от входного вала 2 по муфте В поступает на блок шестерен 8, 9, затем по паре шестерен 9-12 и по муфте С на трубчатый вал 6 и зубчатый венец 19. U=3,16, lq 3,16=0,5. На выходе редуктора это 4, 10, 12, 16, 18, 25, 28, 32-я передачи.
кп3
Третья передача в КП обеспечивается первой парой шестерен, муфты В и С в левом положении. U=1,68; lq 1,68=0,225. На выходе редуктора это 6, 14, 19, 21, 23, 29, 33, 35-я передачи.
кп4
Четвертая передача в КП реализуется второй парой шестерен, муфту В переключаем в правое положение. U=1,32: lq 1,32=0,12. На выходе редуктора это 9, 17, 20, 24, 26, 31, 34, 36-я передачи.
1 передача редуктора
Муфты А, С и D находятся в правом (П) положении, муфты В, Е и G - в левом (Л), а муфта F - в положении I (см. таблицу над фиг. 2 справа).
От приводного двигателя (электродвигатель, ДВС - двигатель внутреннего сгорания) по входному валу 2 (см. фиг. 1), по зубчатому венцу 15 и муфте 16 (В) крутящий момент поступает на пару шестерен 1 (7-10), по муфте 14 (А), зубчатому венцу 13 и вторичному валу 3 на солнечную шестерню 21 1-го ПМ. Водило 25 получает привод через три пары шестерен 1, 2 и 3 по муфте 18 (С) на зубчатый венец 17 трубчатого выходного вала 6, на зубчатый венец 19 выхода КП, по двухпозиционной муфте 20 (D), зубчатому венцу 27 и трубчатому входному валу 26 с частотой вращения ниже, чем солнечная шестерня 21. На сателлитах 24 потоки мощности от солнечной шестерни 21 и водила 25 суммируются и снимаются от эпициклического колеса 30 по корпусу этого колеса 31, трубчатому выходному валу 32 на зубчатый венец 33, затем по трехпозиционной муфте выхода 1-го ПМ 37 (F) на обойму 36 с пятипозиционным зубчатым венцом, далее по двухпозиционной муфте входа 2-го ПМ 38 (G) на зубчатый венец 40, вал 4 привода солнечной шестерни 39 2-го ПМ, солнечная шестерня 39 вращает сателлиты 41, которые, обкатываясь по зафиксированному эпициклическому колесу 45, вращают водило 42 и выходной вал 5 редуктора с низкой частотой вращения.
пм1Σ
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>a</mi><mi>h</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>К</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>=</mo><mn>6</mn></mrow>
На лучевой диаграмме (см. фиг. 2) этой передаче принадлежат: 1-й поток - из т. 0 луч 1 направо вверх, далее пунктирная линия полого направо вверх U=17,7; lq 17,7=1,25; 2-й поток - из т. 0 три последовательных луча: 1, 2 и 3, затем пунктирная линия, которая сходится с предыдущей пунктирной линией в точке на третьей горизонтали снизу, далее пологий луч
; lq 6=0,78 к т. 1 на верхней горизонтали.
Передаточное число 1-й передачи редуктора
1
кп3
пм1
пм2м
U=U U U=1,68×17,7×6,0=178,4; lq 178,4=2,25.
2 передача
Переключаем муфту В в правое (П) положение - вместо пары шестерен 1 (7-10) включаем в работу пару шестерен 2 (8-11), передаточное число которой немного ниже, чем у первой пары.
От входного вала 2 по зубчатому венцу 15 и муфте 16 (В) крутящий момент поступает на пару шестерен 2 (8-11), далее на муфту 14 (A), зубчатый венец 13, вторичный вал 3 и солнечную шестерню 21, второй поток крутящего момента передается только парой шестерен 3 (9-12), затем - как на первой передаче.
На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат лучи 2 и 3, затем пунктирные линии и пологий луч к т. 2.
Передаточное число 2-й передачи редуктора
2
кп4
пм1
пм2м
U=U U U=1,32×17,7×6,0=140,2; lq 140,2=2,15.
3 передача
По сравнению с 1-й передачей переключаем муфту А в нейтральное положение, муфту D в левое, муфту Е в правое, а муфту F - в положение II. При этом 1-й ПМ переходит из суммирующего режима в режим К+1. Корпус 31 эпициклического колеса 30 остановлен трубчатым валом 32, зубчатым венцом 33, муфтой 35 (Е) на зубчатом венце 34 стенки корпуса редуктора 1.
До зубчатого венца 19 выходного трубчатого вала 6 крутящий момент поступает, как на первой передаче КП. Затем по двухпозиционной муфте 20 (D) выхода КП на зубчатый венец 22, вторичный вал 3 и солнечную шестерню 21, которая вращает сателлиты 24 относительно остановленного эпициклического колеса 30. Сателлиты 24 вращают водило 25 медленнее солнечной шестерни, по трубчатому валу 28 крутящий момент поступает на зубчатый венец 29, по трехпозиционной муфте 37 (F) выхода ПМ1 в положении II, далее - как на предыдущих передачах.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 1, 2 и 3, далее два пологих луча 1-го и 2-го ПМ в режиме  к т. 3 на верхней горизонтали.
Передаточное число 3-й передачи редуктора
3
кп1
пм1
пм2м
U=U U мU=4,02×2,62×6,0=63,19; lq 63,19=1,8.
4 передача
Переключаем муфту В в правое положение. Вместо трех пар шестерен КП работает только пара шестерен 3.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее два пологих луча 1-го и 2-го ПМ в режиме  к т. 4 на верхней горизонтали.
Передаточное число 4-й передачи редуктора
4
кп2
пм1м
пм2м
U=U U U=3,16×2,62×6,0=49,68; lq 49,68=1,7.
5 передача
пм2п
По сравнению с 1-й передачей переключаем муфту G из левого положения в правое, при этом 2-й ПМ переходит из режима  в режим прямой передачи с U=1,0.
До 2-го ПМ крутящий момент поступает, как на 1-й (суммирующей) передаче. От двухпозиционной муфты 38 (G) входа ПМ2 крутящий момент поступает на зубчатый венец 44 трубчатого вала 43, далее по водилу 42 на выходной вал 5 редуктора.
пм1Σ
На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат: 1-й поток - из т. 0 луч 1 направо вверх, далее пунктирная линия полого направо вверх u=17,7; lq 17,7=1,25; 2-й поток - из т. 0 три последовательных луча: 1, 2 и 3, затем пунктирная линия, которая сходится с предыдущей пунктирной линией в точке на третьей горизонтали снизу, далее вертикальный луч U=1 к т. 5 на верхней горизонтали.
Передаточное число 5-й передачи редуктора
5
кп3
пм1Σ
пм2п
U=uuu=1,68×17,7×1,0=29,74; lq 29,74=1,47.
6 передача
По сравнению с 3-й передачей переключаем муфту С из правого в левое положение - в двухвальной КП вместо трех пар шестерен работает только 1-я пара - вместо 1-й получаем 3-ю передачу КП.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1 и пологими лучами 1-го и 2-го ПМ  к т. 6 на верхней горизонтали.
Передаточное число 6-й передачи редуктора
6
кп3
пм1м
пм2м
U=U U U=1,68×2,62×6,0=26,41; lq 26,41=1,42.
7 передача
Переключаем муфты С и D в правое положение, а муфту Е - в левое. КП на 1-й передаче, работают три пары шестерен, 1-й ПМ на прямой передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 1, 2 и 3, затем вертикальный луч 1-го ПМ и пологий 2-го ПМ  к т. 7 на верхней горизонтали.
Передаточное число 7-й передачи редуктора
7
кп1
пм1м
пм2м
U=U U U=4,02×1,0×6,0=24,12; lq 24,12=1,38.
8 передача
По сравнению с 5-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - КП и 1-й ПМ работает, как на 2-й (суммирующей) передаче, а 2-й ПМ - на прямой.
На лучевой диаграмме этой передаче принадлежат лучи 2 и 3, затем пунктирные линии и вертикальный луч к т. 8 на верхней горизонтали.
Передаточное число 8-й передачи редуктора
8
кп4
пм1
пм2п
U=U U U=1,32×17,7×1,0=23,36; lq 23,36=1,37.
9 передача
По сравнению с 6-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 1-й пары работает 2-я пара шестерен.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2 и пологими лучами 1-го и 2-го ПМ  к т. 9 на верхней горизонтали.
Передаточное число 9-й передачи редуктора
9
кп4
пм1м
пм2м
U=U U U=1,32×2,62×6,0=20,75; lq 20,75=1,32.
10 передача
По сравнению с 4-й передачей переключаем муфту D из левого положения в правое, а муфту Е - из правого в левое положение - 1-й ПМ работает на прямой передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее вертикальный луч 1-го ПМ и пологий луч 2-го ПМ в режиме  к т. 10 на верхней горизонтали.
Передаточное число 10-й передачи редуктора
10
кп2
пм1п
пм2м
U=U U U=3,16×1,0×6,0=18,96; lq 18,96=1,28.
11 передача
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>a</mi><mi>h</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>К</mi><mo>+</mo><mn>1</mn><mo>=</mo><mn>2,62</mn></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>h</mi><mi>b</mi></mrow><mi>a</mi></msubsup><mo>=</mo><mi>К</mi><mo>/</mo><mrow><mo>(</mo><mrow><mi>К</mi><mo>+</mo><mn>1</mn></mrow><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mn>1,62</mn><mo>/</mo><mn>2,62</mn><mo>=</mo><mn>0,62</mn></mrow>
По сравнению с 3-й передачей переключаем муфту А из нейтрального в левое положение, муфту D - из левого положения в правое, муфту F - из положения II в положение I. В КП 2-я передача - работает 3-я пара шестерен, 1-й ПМ из режима 4.
; lq 2,52=0,42 переведен в режим 2.
; lq 0,62=-0,21, при этом солнечная шестерня 21 с вторичным валом 3 зубчатым венцом 13 остановлена муфтой 14 (A) относительно корпуса 1. Крутящий момент от КП поступает на зубчатый венец 27 трубчатого вала 26 входа водила 25 и снимается с эпициклического колеса 30 по корпусу 31, трубчатому валу 32 и зубчатому венцу 33 на трехпозиционную муфту 37 (F) и далее - как на предыдущих передачах. На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 1, 2 и 3, далее луч вверх налево 1-го ПМ, затем пологий луч вверх направо 2-го ПМ в режиме  к т. 11 на верхней горизонтали.
Передаточное число 11-й передачи редуктора
lq 14,95=1,175.
12 передача
По сравнению с предыдущей передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо трех пар шестерен работает только 3-я пара.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее луч вверх налево 1-го ПМ, затем пологий луч вверх направо 2-го ПМ в режиме  к т. 12 на верхней горизонтали.
Передаточное число 12-й передачи редуктора
lq 11,76=1,07.
13 передача
По сравнению с 7-й передачей переключаем муфту D из правого положения в левое, муфты Е и G - из левого положения в правое - вместо 2-го ПМ в режиме  работает 1-й ПМ.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 1, 2 и 3, далее луч вверх направо 1-го ПМ в режиме , затем вертикальный луч вверх к т. 13 на верхней горизонтали.
Передаточное число 13-й передачи редуктора
13
кп1
пм1м
пм2п
U=U U U=4,02×2,62×1,0=10,53; lq 10,53=1,02.
14 передача
По сравнению с 10-й передачей переключаем муфты В и С из правого в левое положение. Вместо 3-й пары шестерен КП работает 1-я пара шестерен.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1, далее вертикальный луч 1-го ПМ, затем пологий луч 2-го ПМ в режиме  к т. 14 на верхней горизонтали.
Передаточное число 14-й передачи редуктора
14
кп3
пм1п
пм2м
U=U U U=1,68×1,0×6,0=10,08; lq 10,08=1,003.
15 передача
По сравнению с 7-й передачей переключаем муфту Е из левого в правое положение, а муфту F - из положения II в положение III. 1-й ПМ работает в режиме 1.  lq 0,38=-0,42.
В 1-м ПМ эпициклическое колесо 30, его корпус 31, трубчатый вал 32 и зубчатый венец 33 остановлены относительно зубчатого венца 34 стенки корпуса редуктора 1 муфтой 35 (E) в правом положении, крутящий момент после КП поступает на зубчатый венец 27 трубчатого вала 26 водила 25 и снимается от солнечной шестерни 21, вторичным валом 3, зубчатым венцом 23, трехпозиционной муфтой 37 (F) в положении III на обойму 36 (см. фиг. 1), далее - как на предыдущей передаче.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>h</mi><mi>a</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>a</mi><mi>h</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup></mrow>
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 1, 2 и 3, далее налево вверх пологий луч 1-го ПМ в режиме
, затем пологий луч 2-го ПМ в режиме
к т. 15 на верхней горизонтали.
Передаточное число 15-й передачи редуктора
lq 9,17=0,96.
16 передача
По сравнению с 13-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо трех пар шестерен работает только 3-я пара.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>a</mi><mi>h</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup></mrow>
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее луч вверх направо 1-го ПМ в режиме
, затем вертикальный луч 2-го ПМ к т. 16 на верхней горизонтали.
Передаточное число 16-й передачи редуктора
16
кп2
пм1м
пм2п
U=U U U=3,16×2,62×1,0=8,28; lq 8,28=0,92.
17 передача
По сравнению с 14-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 1-й пары шестерен работает 2-я пара.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2, далее вертикальный луч 1-го ПМ, затем пологий луч 2-го ПМ в режиме  к т. 17 на верхней горизонтали.
Передаточное число 17-й передачи редуктора
17
кп4
пм1п
пм2м
U=U U U=1,32×1,0×6,0=7,92; lq 7,92=0,9.
18 передача
По сравнению с 15-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое, а муфту D - из правого положения в левое - вместо 3-х пар шестерен работает 3-я пара.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>h</mi><mi>a</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>a</mi><mi>h</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup></mrow>
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее налево вверх пологий луч 1-го ПМ в режиме
, затем пологий луч 2-го ПМ в режиме
к т. 18 на верхней горизонтали.
Передаточное число 18-й передачи редуктора
lq 7,2=0,86.
19 передача
По сравнению с 12-й передачей переключаем муфты В и С из правого в левое положение. Вместо 3-й пары шестерен КП работает 1-я пара шестерен.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>h</mi><mi>b</mi></mrow><mi>a</mi></msubsup></mrow>
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1, далее луч 1-го ПМ в режиме
, затем пологий луч 2-го ПМ в режиме  к т. 19 на верхней горизонтали.
Передаточное число 19-й передачи редуктора
lq 6,25=0,8.
20 передача
По сравнению с предыдущей передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 1-й пары шестерен работает 2-я пара.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>h</mi><mi>b</mi></mrow><mi>a</mi></msubsup></mrow>
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2, далее луч 1-го ПМ в режиме
, затем пологий луч 2-го ПМ в режиме  к т. 20 на верхней горизонтали.
Передаточное число 20-й передачи редуктора
lq 4,91=0,69.
21 передача
По сравнению с 16-й передачей переключаем муфты В и С из правого в левое положение. Вместо 3-й пары шестерен КП работает 1-я пара шестерен.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1, затем пологий луч 1-го ПМ в режиме , далее вертикальный луч 2-го ПМ к т. 21 на верхней горизонтали.
Передаточное число 21-й передачи редуктора
21
кп3
1
пм2
U=U Uпм U=1,68×2,62×1,0=4,4; lq 4,4=0,64.
22 передача
По сравнению с предыдущей передачей переключаем муфты С и D из левого положения в правое, а муфту Е - из правого в левое положение - вместо 1-й пары шестерен работают все три пары, а оба ПМ на прямой передаче передают крутящий момент по водилу.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 1, 2 и 3, далее двумя вертикальными лучами к т.22 на верхней горизонтали.
Передаточное число 22-й передачи редуктора
22
кп1
пм1п
пм2п
U=U U U=4,02×1,0×1,0=4,02; lq 4,02=0,605.
23 передача
По сравнению с 18-й передачей переключаем муфты В и С из правого положения в левое, а муфту D - из левого положения в правое - вместо 3-й пары шестерен работает 1-я пара.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>h</mi><mi>a</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>a</mi><mi>h</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup></mrow>
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1, далее налево вверх пологий луч 1-го ПМ в режиме
, затем пологий луч 2-го ПМ в режиме
к т. 23 на верхней горизонтали.
Передаточное число 23-й передачи редуктора
lq 3,83=0,58.
24 передача
По сравнению с 21-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 1-й пары шестерен работает 2-я пара.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2, затем пологий луч 1-го ПМ в режиме , далее вертикальный луч 2-го ПМ к т. 24 на верхней горизонтали.
Передаточное число 24-й передачи редуктора
24
кп4
пм1м
пм2п
U=U U U=1,32×2,62×1,0=3,46; lq 3,46=0,54.
25 передача
По сравнению с 22-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 3-х пар шестерен работает 3-я пара.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее двумя вертикальными лучами к т. 25 на верхней горизонтали.
Передаточное число 25-й передачи редуктора
22
кп2
пм1п
пм2п
U=U U U=3,16×1,0×1,0=3,16; lq 3,16=0,5.
26 передача
По сравнению с 23-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 1-й пары шестерен работает 2-я пара.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>h</mi><mi>a</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup></mrow>
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>a</mi><mi>h</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup></mrow>
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2, далее налево вверх пологий луч 1-го ПМ в режиме
, затем пологий луч 2-го ПМ в режиме
к т. 23 на верхней горизонтали.
Передаточное число 23-й передачи редуктора
lq 3,01=0,48.
27 передача
По сравнению с 11-й передачей переключаем муфту G из левого положения в правое - 2-й ПМ на прямой передаче.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 1, 2 и 3, далее луч вверх налево 1-го ПМ, затем вертикальный луч 2-го ПМ к т. 27 на верхней горизонтали.
Передаточное число 27-й передачи редуктора
lq 2,49=0,4.
28 передача
По сравнению с предыдущей передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 3-х пар шестерен работает 3-я пара.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее луч вверх налево 1-го ПМ, затем вертикальный луч 2-го ПМ к т. 28 на верхней горизонтали.
Передаточное число 28-й передачи редуктора
lq 1,96=0,29.
29 передача
По сравнению с 25-й передачей переключаем муфты В и С из правого в левое положение - вместо 3-й пары шестерен работает 1-я пара.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1 и двумя вертикальными лучами ПМ к т. 29 на верхней горизонтали.
Передаточное число 29-й передачи редуктора
29
кп3
пм1п
пм2п
U=U U U=1,68×1,0×1,0=1,68; lq 1,68=0,225.
30 передача
По сравнению с 15-й передачей переключаем муфту G из левого положения в правое - 2-й ПМ на прямой передаче.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>h</mi><mi>a</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup></mrow>
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучами 1, 2 и 3, далее налево вверх пологий луч 1-го ПМ в режиме
, затем вертикальный луч 2-го ПМ к т. 30 на верхней горизонтали.
Передаточное число 30-й передачи редуктора
lq 1,53=0,185.
31 передача
По сравнению с 29-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 1-й пары шестерен работает 2-я пара.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2 и двумя вертикальными лучами ПМ к т. 31 на верхней горизонтали.
Передаточное число 31-й передачи редуктора
31
кп4
пм1п
пм2п
U=U U U=1,32×1,0×1,0=1,32; lq 1,32=0,12.
32 передача
По сравнению с 30-й передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 3-х пар шестерен работает 3-я пара.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>h</mi><mi>a</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup></mrow>
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 3, далее налево вверх пологий луч 1-го ПМ в режиме
, затем вертикальный луч 2-го ПМ к т. 32 на верхней горизонтали.
Передаточное число 32-й передачи редуктора
lq 1,2=0,08.
33 передача
По сравнению с 28-й передачей переключаем муфты В и С из правого в левое положение - вместо 3-й пары шестерен работает 1-я пара.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1, далее луч вверх налево 1-го ПМ, затем вертикальный луч 2-го ПМ к т. 33 на верхней горизонтали.
Передаточное число 33-й передачи редуктора
lq 1,04=0,02.
34 передача
По сравнению с предыдущей передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 1-й пары шестерен работает 2-я пара.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2, далее луч вверх налево 1-го ПМ, затем вертикальный луч 2-го ПМ к т. 34 на верхней горизонтали.
Передаточное число 34-й передачи редуктора
lq 0,82=-0,09.
35 передача
По сравнению с 32-й передачей переключаем муфты В и С из правого в левое положение - вместо 3-й пары шестерен работает 1-я пара.
<mrow><msubsup><mi>U</mi><mrow><mi>h</mi><mi>a</mi></mrow><mi>b</mi></msubsup></mrow>
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 1, далее налево вверх пологий луч 1-го ПМ в режиме
, затем вертикальный луч 2-го ПМ к т. 35 на верхней горизонтали.
Передаточное число 35-й передачи редуктора
lq 0,64=-0,19.
36 передача
По сравнению с предыдущей передачей переключаем муфту В из левого положения в правое - вместо 1-й пары шестерен работает 2-я пара.
На лучевой диаграмме эта передача представлена лучом 2, далее луч вверх налево 1-го ПМ, затем вертикальный луч 2-го ПМ к т. 36 на верхней горизонтали.
Передаточное число 36-й передачи редуктора
lq 0,5=-0,3.
1
1
1
36
36
Если, например, установить приводной двигатель с частотой вращения n=1500 об/мин, то в итоге получим ряд передаточных чисел от n=1500/U=1500/178,4=8,4 об/мин до n=1500/U=1500/0,5=3000 об/мин. Частота вращения выходного вала редуктора менее 10 об/мин обеспечит надежный вывод из состояния покоя роторов большой массы, а ряд передаточных чисел в широком диапазоне позволяет выбрать необходимый алгоритм разгона ГТУ до его пуска, минуя резонансные частоты низких порядков. Предлагаемое техническое решение можно использовать при динамической балансировке ГТУ. Его целесообразно выполнить на подвижной платформе, разделив редуктор на два агрегата. 1-й агрегат: двухвальная несоосная КП и первый ПМ, 2-й агрегат - отдельно второй ПМ.
3
2
пм1
пм1
Изменение передаточных чисел пар шестерен и внутренних параметров ПМ изменит ряд передаточных чисел и диапазон редуктора. Особое внимание надо уделять интервалу между передаточными числами 3-й и 2-й пар шестерен. Рассмотренный ранее ряд передаточных чисел получен при интервале lq U-lq U=lq 3,16-lq 1,32=0,5-0,12=0,38, который обеспечил при суммирующем режиме 1-го ПМ U=17,7. Незначительное увеличение этого интервала до 0,39 приводит к существенному увеличению передаточного числа 1-го ПМ до U=22,5.
Обозначения:
1 - корпус редуктора,
2 - входной вал несоосной двухвальной КП и редуктора,
3 - вторичный вал КП и вал привода солнечной шестерни первого ПМ,
4 - вал привода солнечной шестерни второго ПМ,
5 - выходной вал редуктора,
6 - трубчатый выходной вал КП,
7 - шестерня входного вала 2 КП,
8 и 9 - шестерни блока входного вала 2 КП,
10 и 11 - шестерни блока вторичного вала 3 КП,
12 - шестерня трубчатого выходного вала 6 КП,
13 - зубчатый венец переднего торца вторичного вала 3 КП,
14 (А) - трехпозиционная муфта переключения вторичного вала 3 КП,
15 - зубчатый венец входного вала 2 КП,
16 (В) - трехпозиционная муфта переключения входного вала 2 КП,
17 - зубчатый венец трехпозиционной муфты трубчатого выходного вала 6 КП,
18 - трехпозиционная муфта переключения трубчатого выходного вала 6 КП,
19 - двухпозиционный зубчатый венец выхода КП,
20 (D) - двухпозиционная муфта выхода КП,
21 - солнечная шестерня первого ПМ,
22 - зубчатый венец входа солнечной шестерни 21 на валу 3,
23 - зубчатый венец выхода солнечной шестерни 21 на валу 3,
24 - сателлиты первого ПМ,
25 - водило первого ПМ,
26 - трубчатый входной вал водила 25 первого ПМ,
27 - зубчатый венец трубчатого входного вала 26,
28 - трубчатый выходной вал водила 25 первого ПМ,
29 - зубчатый венец трубчатого выходного вала 28,
30 - эпициклическое колесо первого ПМ,
31 - корпус эпициклического колеса первого ПМ,
32 - трубчатый вал корпуса 31,
33 - зубчатый венец трубчатого вала 32 корпуса эпициклического колеса,
34 - зубчатый венец стенки корпуса 1,
35 (Е) - двухпозиционная муфта остановки эпициклического колеса,
36 - обойма с пятипозиционным зубчатым венцом,
37 (F) - трехпозиционная муфта выхода 1-го ПМ,
38 (G) - двухпозиционная муфта входа 2-го ПМ,
39 - солнечная шестерня второго ПМ,
40 - зубчатый венец вала 4 привода солнечной шестерни второго ПМ,
41 - сателлиты второго ПМ,
42 - водило второго ПМ,
43 - трубчатый вал привода водила 42 второго ПМ,
44 - зубчатый венец трубчатого вала 43,
45 - эпициклическое колесо второго ПМ.