РОТОР МАСЛООТДЕЛИТЕЛЯ ДЛЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
ROTOR OF OIL SEPARATOR FOR GAS-TURBINE ENGINE

Предлагаемое изобретение относится к роторумаслоотделителя для газотурбинного двигателя, такого, например, как авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель.
Ротор маслоотделителя этого типа содержит трубчатую втулку, определяющую внутренний осевой канал, предназначенный для прохождения текучей среды, и содержащую наружный кольцевой фланец, и кольцевой колпак, имеющий поперечное сечение по существу L-образной формы, который устанавливается вокруг упомянутой втулки. Этот колпак содержит радиальную стенку, которая является параллельной упомянутому фланцу втулки и которая связана на своей наружной периферийной части с одним осевым концом цилиндрической стенки, которая проходит в осевом направлении до наружной периферийной части упомянутого фланца.
Этот колпак, вместе с фланцем втулки, ограничивает кольцевую камеру, которая находится в жидкостном сообщении с внутренним проходом втулки при помощи радиальных вырезов, выполненных в этой втулке. Средства осаждения масла в результате центрифугирования размещаются в этой камере.
Этот ротор маслоотделителя устанавливается на элемент ротора газотурбинного двигателя, обычно на заднем по потоку конце трубки дегазации, и предназначен для отделения масла от воздуха из воздушно-масляной смеси, причем это отделенное от воздуха масло затем рекуперируется при помощи соответствующих средств с целью его повторного использования. Эта воздушно-масляная смесь представляет собой масляный туман, то есть воздух, в котором диспергированы капельки масла, находящиеся во взвешенном состоянии. Отделение масла обеспечивается, в частности, при помощи центрифугирования этого масла под действием вращения ротора маслоотделителя.
В специфическом случае в процессе функционирования газотурбинного двигателя воздушно-масляная смесь протекает внутри трубки дегазации и попадает во внутренний проход втулки ротора маслоотделителя через его передний по потоку конец. Под влиянием центробежных сил капельки масла подвергаются воздействию в радиальном направлении наружу. В том случае, когда эти капельки масла достигают уровня радиальных вырезов, выполненных во втулке, они проходят, в результате центрифугирования, через эти вырезы и проникают при этом в кольцевую камеру ротора маслоотделителя, в которой эти капельки масла оказываются вынужденными осаждаться на средствах осаждения масла, размещенных в упомянутой камере. Затем это масло удаляется в радиальном направлении наружу через отверстия, выполненные в цилиндрической стенке колпака, а воздух, очищенный от масла, выходит через задний по потоку конец внутреннего прохода втулки.
Известен ротор маслоотделителя, в котором колпак закреплен на фланце втулки при помощи винтов, которые проходят в осевом направлении сквозь кольцевую камеру, предназначенную для размещения средств осаждения масла. Эти винты проходят через отверстия, выполненные в радиальной стенке колпака и во фланце втулки, и окружены прокладками, которые изолируют эти винты от средств осаждения масла. Винты крепления колпака проходят при этом через кольцевое пространство камеры, занятой средствами осаждения масла, что загромождает это пространство и может нарушить процесс рекуперации масла, причем в этом случае средства осаждения масла могут быть в большей или меньшей степени расплющены этими винтами.
В то же время, свободный конец цилиндрической стенки колпака находится в радиальном упоре в направлении внутрь на наружную периферийную часть упомянутого фланца. В этой конфигурации упомянутый свободный конец колпака формирует средства центрирования фланца втулки. В процессе функционирования под действием центробежных сил свободный конец цилиндрической стенки колпака имеет тенденцию к овализации, подвергаясь локальному деформированию в направлении наружу. В этом случае имеет место опасность неконтролируемой утечки масла в направлении наружу из этой камеры.
Известен также ротор маслоотделителя, колпак которого закрепляется на втулке путем горячей посадки, причем внутренняя периферийная часть радиальной стенки колпака стягивается на втулке. Для того, чтобы устранить упомянутые выше проблемы, связанные с овализацией заднего по потоку конца колпака, этот конец присоединяется при помощи сварки к наружной периферийной части фланца посредством по меньшей мере трех сварных швов, равномерно распределенных вокруг продольной оси ротора.
Однако, в этом случае колпак закрепляется на втулке таким образом, что его демонтаж оказывается затруднительным. В то же время, установлено, что сварные швы в качестве соединительного средства не являются вполне удовлетворительным техническим решением упомянутой выше проблемы, поскольку они представляют собой объект концентрации значительных механических напряжений, которые вызывают появление разрывов или трещин в этих сварных швах. При этом имеет место существенная опасность отсоединения колпака от втулки, причем упомянутая горячая посадка колпака может оказаться недостаточной для того, чтобы удержать эту деталь на втулке ротора маслоотделителя.
Подвергшиеся образованию разрывов или трещин сварные швы могут быть восстановлены путем выполнения новой операции сварки. Однако, зоны сварных соединений колпака и фланца подвергаются очень интенсивному термическому воздействию при осуществлении каждой операции сварки, что может сократить срок их службы.
Техническая задача данного изобретения состоит, в частности, в том, чтобы предложить простое, экономичное и эффективное решение по меньшей мере части упомянутых выше проблем, свойственных существующему уровню техники.
Для решения этой технической задачи в данном изобретении предлагается ротор маслоотделителя, предназначенный для газотурбинного двигателя и содержащий трубчатую втулку, определяющую внутренний осевой проход для текучей среды, и содержащий наружный кольцевой фланец и кольцевой колпак, установленный вокруг этой втулки, причем этот колпак содержит одну радиальную стенку и одну цилиндрическую стенку, которая ограничивает, вместе с кольцевым фланцем втулки, кольцевую камеру, которая сообщается с упомянутым внутренним проходом втулки и в которой размещаются средства осаждения масла в результате центрифугирования, отличающийся тем, что упомянутый кольцевой фланец втулки содержит на своей наружной периферийной части средства радиального удержания конца цилиндрической стенки колпака таким образом, чтобы центрировать этот конец и препятствовать его радиальной деформации в направлении наружу под действием центробежных сил, а также тем, что внутренняя периферийная часть этой радиальной стенки колпака находится в осевом упоре и закреплена при помощи средств типа винт-гайка на втулке и на некотором расстоянии от упомянутого фланца.
В соответствии с предлагаемым изобретением фланец втулки удерживает механическим образом конец цилиндрической стенки колпака, в отличие от существующего уровня техники, в соответствии с которым этот конец цилиндрической стенки колпака закреплен с наружной стороны на фланце втулки.
Средства удержания фланца втулки проходят вокруг конца цилиндрической стенки колпака и не позволяют этой стенке деформироваться в радиальном направлении наружу под действием центробежных сил. Конец цилиндрической стенки колпака опирается в радиальном направлении наружу на средства удержания, и это происходит локальным образом в зонах, распределенных вокруг продольной оси ротора маслоотделителя, или происходит непрерывным образом по окружности, центрированной на этой оси.
Колпак закрепляется на втулке съемным образом, что облегчает его демонтаж, например, с целью выполнения операций очистки или замены средств осаждения масла ротора маслоотделителя.
Упомянутые средства крепления располагаются на уровне внутренней периферийной части колпака и не располагаются, таким образом, в радиально наружном кольцевом пространстве упомянутой камеры, которое занято средствами осаждения масла. Эти средства крепления связывают упомянутый колпак непосредственно с трубчатым корпусом втулки, а не с фланцем этой втулки, и, таким образом, эти средства крепления аксиально не проходят сквозь упомянутую камеру от одной ее стороны до другой и не нарушают нормальное течение процесса рекуперации масла.
Наружная периферийная часть фланца втулки может содержать цилиндрический выступ, проходящий в осевом направлении в сторону колпака вокруг конца цилиндрической стенки этого колпака. Этот цилиндрический выступ проходит в радиальном направлении снаружи от конца цилиндрической стенки колпака и содержит кольцевые средства радиальной опоры на этот конец.
В качестве варианта реализации, или в качестве дополнительной характеристики, наружная периферийная часть фланца втулки содержит язычки с окружной ориентацией, выступающие в осевом направлении в сторону колпака вокруг конца цилиндрической стенки этого колпака. Эти язычки располагаются в радиальном направлении снаружи от конца цилиндрической стенки колпака и каждый из этих язычков содержит средства радиальной опоры на этот конец.
Эти язычки предпочтительным образом равномерно распределены вокруг продольной оси ротора маслоотделителя. Каждый из этих язычков располагается на одной линии с продольной полосой материала цилиндрической стенки колпака, причем эти полосы материала колпака ограничивают между собой отверстия, предназначенные для выхода масла. Количество этих предпочтительным образом равно количеству упомянутых выше полос материала и равно, например, шести.
Внутренняя периферийная часть радиальной стенки колпака может содержать средства опоры в осевом направлении на наружный кольцевой фланец или на наружные радиальные лапки втулки, причем этот фланец или эти лапки содержат проходящие в осевом направлении отверстия, располагающиеся на одной линии с отверстиями, выполненными в радиальной стенке колпака и предназначенными для прохождения винтов крепления колпака.
Средства осевой опоры колпака позволяют блокировать в осевом направлении этот колпак в одном направлении. Цилиндрическая стенка этого колпака может, кроме того, содержать на своем заднем по потоку конце средства аксиальной опоры на наружную периферийную часть фланца втулки в том же самом направлении. При этом колпак оказывается блокированным в противоположном осевом направлении благодаря упомянутым выше средствам крепления.
Предпочтительным образом средства крепления типа винт-гайка используются в количестве трех единиц, равномерно распределенных вокруг продольной оси ротора. Таким образом, используется относительно небольшое количество упомянутых средств крепления для ограничения их массы.
Упомянутые средства крепления могут содержать гайки, жестко закрепленные в отверстиях упомянутого фланца или упомянутых лапок втулки и взаимодействующие с винтами, вставленными в осевом направлении с наружной стороны камеры в отверстия, выполненные в колпаке.
Радиальная стенка колпака может содержать на своей внутренней периферийной части цилиндрический выступ центрирования колпака на втулке.
Предлагаемое изобретение относится также к газотурбинному двигателю, такому, например, как авиационный турбореактивный или турбовинтовой двигатель, отличающемуся тем, что он содержит по меньшей мере один ротор маслоотделителя описанного выше типа.
Предлагаемое изобретение будет лучше понято, и другие его подробности, характеристики и преимущества будут выявлены более наглядно, в приведенном ниже и не являющимся ограничительным описании, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры чертежа, на которых:
- Фиг.1 представляет собой схематический вид в изометрии спереди и сбоку ротора маслоотделителя газотурбинного двигателя в соответствии с существующим уровнем техники;
- Фиг.2 представляет собой схематический половинный вид в осевом разрезе ротора маслоотделителя, показанного на фиг.1;
- Фиг.3 представляет собой схематический вид в изометрии сзади и сбоку ротора маслоотделителя газотурбинного двигателя в соответствии с предлагаемым изобретением;
- Фиг.4 представляет собой схематический половинный вид в осевом разрезе ротора маслоотделителя, показанного на фиг.3;
- Фиг.5 представляет собой схематический вид в изометрии спереди и сбоку в разборе ротора маслоотделителя, показанного на фиг.3;
- Фиг.6 представляет собой схематический вид в изометрии сзади и сбоку втулки ротора маслоотделителя, показанного на фиг.3.
На фиг. 1 и 2 представлен ротор 10 маслоотделителя для газотурбинного двигателя в соответствии с существующим уровнем техники, этот ротор 10 маслоотделителя в основном содержит трубчатую втулку 12, определяющую внутренний осевой проход 26, который запитывается воздушно-масляной смесью, и кольцевой колпак 14, который устанавливается вокруг упомянутой втулки и который ограничивает, вместе с этой втулкой, кольцевую камеру 16, в которой размещаются средства 18 осаждения масла в результате центрифугирования.
Втулка 12 содержит кольцевой фланец 20, проходящий по существу в радиальном направлении наружу по отношению к продольной оси А втулки, причем эта ось А совпадает с осью вращения ротора 10 маслоотделителя.
Фланец 20 располагается на некотором расстоянии от осевых концов втулки и располагается, например, по существу в середине этой втулки.
Колпак 14 имеет поперечное сечение по существу L-образной формы и содержит радиальную стенку 22, связанную на своей наружной периферийной части с одним осевым концом цилиндрической стенки 24.
Колпак 14 устанавливается вокруг втулки 12 таким образом, чтобы эта радиальная стенка 22 опиралась своей внутренней периферийной частью на корпус втулки и проходила параллельно фланцу 20 втулки и на некотором расстоянии от него, и чтобы цилиндрическая стенка 24 колпака опиралась в радиальном направлении внутрь на наружную периферийную часть фланца 20.
Колпак 14 ограничивает, вместе с фланцем 20, упомянутую выше кольцевую камеру 16, которая находится в жидкостном сообщении внутренним проходом 26 втулки при помощи радиальных вырезов 28, выполненных в корпусе втулки 12.
Колпак 14 закреплен на втулке 12 при помощи горячей посадки и сварки. Колпак 14 закрепляется путем горячей посадки в положении 30 при помощи внутренней периферийной части своей радиальной стенки 22 на корпусе втулки, и закрепляется на фланце 20 при помощи сварных швов 32, выполненных между свободным концом его радиальной стенки 24 и наружной периферийной частью фланца 20.
Этот ротор 10 маслоотделителя представляет недостатки, описанные выше, в частности, вследствие того, что его колпак 14 устанавливается несъемным образом и что разрывы или трещины могут появляться на сварных швах 32, которые в процессе функционирования подвергаются значительным механическим напряжениям вследствие действия центробежных сил.
Предлагаемое изобретение позволяет устранить эти проблемы благодаря средствам удержания свободного конца цилиндрической стенки колпака, размещенным на фланце втулки, и съемным средствам крепления колпака на втулке, которые не нарушают процесс рекуперации масла.
В примере реализации, представленном на фиг. 3-6, элементы, уже описанные выше со ссылками на фиг. 1 и 2, обозначаются теми же цифровыми позициями, но увеличенными на 100.
Фланец 120 втулки 112 отличается от фланца втулки 12 тем, что он содержит на своей наружной периферийной части цилиндрический выступ 134, ориентированный в направлении колпака 114. Кроме того, язычки 136, имеющие окружную ориентацию, выступают в осевом направлении в сторону колпака 114 от свободного конца выступа 134.
Эти язычки 136 равномерно распределены вокруг оси А вращения ротора 110 и в представленном здесь примере реализации выполнены в количестве шести штук.
Выступ 134 и язычки 136 фланца 120 образуют средства центрирования свободного конца цилиндрической стенки 124 колпака 114 и средства удержания этого свободного конца в радиальном направлении и в наружную сторону.
Выступ 134 и/или язычки 136 содержат средства упора в радиальном направлении внутрь в этот свободный конец цилиндрической стенки 124 колпака 114.
В представленном здесь примере задняя по потоку концевая часть цилиндрической стенки 124 колпака образована кольцом 138, которое связано с противоположной концевой частью стенки 124 при помощи продольных полос 140 материала, которые проходят параллельно между собой и которые равномерно распределены вокруг оси А.
Эти полосы 140 материала ограничивают между собой радиальные отверстия 142, предназначенные для выхода масла, о чем более подробно будет сказано в последующем изложении. Колпак 114 устанавливается на втулку 112 таким образом, чтобы каждый язычок 136 располагался на одной линии с одной полосой 140 материала.
Колпак 114 закрепляется на втулке 112 посредством внутренней периферийной части его радиальной стенки 122. Эта внутренняя периферийная часть радиальной стенки 122 опирается в осевом направлении на лапки 144, которые проходят в радиальном направлении наружу от наружного кольцевого выступа втулки.
Эти лапки 144 располагаются на некотором осевом расстоянии от фланца 120, причем это расстояние по существу соответствует длине или аксиальной протяженности цилиндрической стенки 124 колпака. Сквозные радиальные вырезы 128, предназначенные для прохождения масла под действием центрифугирования, сформированы в стенке корпуса втулки между фланцем 120 и лапками 144.
Радиальная стенка 122 содержит осевые отверстия 146, которые располагаются на одной линии с отверстиями в лапках 144 и предназначены для прохождения съемных средств крепления, которые в рассматриваемом здесь примере представляют собой средства 148 типа винт-гайка.
Количество этих средств 148 равно количеству лапок 144 крепления и, в частности, равно трем в представленном здесь примере. Эти средства 148 равномерно распределяются вокруг оси А для того, чтобы ограничить возникновение разбалансированности в процессе функционирования.
В представленном здесь примере реализации каждое средство 148 содержит винт и гайку, жестко закрепленную в отверстии лапки 144. Эта гайка размещается внутри камеры 116 и располагается в радиальном направлении внутри кольцевого пространства камеры, занятого средствами 118 осаждения масла.
Каждый винт вставляется в осевом направлении в соответствующее отверстие 146 колпака 114, а затем завинчивается в гайку при помощи подходящего в данном случае инструмента, манипуляции с которым производятся снаружи по отношению к камере 116.
Гайка устанавливается таким образом, чтобы не допустить ее смещения по вращательному движению вокруг ее оси в результате взаимодействия формы этой гайки с упомянутым выше наружным цилиндрическим выступом втулки 112.
Радиальная стенка 122 колпака дополнительно содержит на своей внутренней периферийной части цилиндрический выступ 150, предназначенный для взаимодействия с наружной цилиндрической поверхностью корпуса втулки 112 таким образом, чтобы обеспечить центрирование этой стенки 122 колпака.
Средства 118 осаждения масла занимают наружную в радиальном направлении кольцевую часть камеры 116. Эти средства содержат, например, кольцевой патрон, разбитый на секторы и выполненный по типу сотовой конструкции. Ячейки этой сотовой конструкции в представленном здесь примере реализации проходят в радиальном направлении по отношению к оси А таким образом, чтобы обеспечить возможность прохождения масла из камеры 116 до отверстий 142, выполненных в цилиндрической стенке 124 колпака, под действием центробежных сил. Каждый сектор этого патрона содержит на своих осевых концах монтажные пальцы 152, вставленные в отверстия 154, выполненные во фланце 120 и в радиальной стенке 122 колпака соответственно.
Ротор 110 маслоотделителя в соответствии с предлагаемым изобретением может быть собран следующим образом: секторы патрона устанавливаются внутри колпака 114 таким образом, чтобы их монтажные пальцы 152 оказались вставленными в отверстия 154 радиальной стенки 122 колпака. Колпак 114 располагается на одной линии в осевом направлении с втулкой 112, причем колпак и втулка смещаются в угловом отношении друг относительно друга таким образом, чтобы отверстия 146 колпака оказались расположенными на одной линии в осевом направлении с отверстиями в лапках 144 втулки. Затем колпак 114 смещается в осевом направлении в сторону втулки до того положения, в котором его радиальная стенка 122 войдет в упор на лапки 144 и свободный конец его цилиндрической стенки войдет в упор на фланец 120, и в котором цилиндрический выступ 134 фланца оказывается в радиальном упоре в направлении внутрь на свободный конец стенки 124 колпака.
В этом положении монтажные пальцы 152 секторов патрона, располагающиеся со стороны, противоположной лапкам, вставляются в соответствующие отверстия 154 фланца 120. После этого винты средств 148 завинчиваются в закрепленные неподвижно гайки для запирания системы.
Этот ротор 110 маслоотделителя специфическим образом, но не исключительно, выполнен с возможностью закрепления на заднем по потоку конце трубки дегазации газотурбинного двигателя типа авиационного турбореактивного или турбовинтового двигателя. В этом случае ротор 110 маслоотделителя функционирует следующим образом: трубка дегазации позволяет транспортировать смесь воздуха с маслом вплоть до ротора маслоотделителя. Под действием центробежных сил капельки масла, содержащиеся в этой смеси, понуждаются к движению в наружном направлении. Смесь воздуха с маслом поступает во внутренний проход 126 ротора маслоотделителя через его передний по потоку конец, который представляет собой конец втулки 112, противоположный колпаку 114 по отношению к фланцу 120 (см. стрелку 156, показанную на фиг.3). После того, как капельки масла достигнут уровня радиальных вырезов 128 втулки, они отводятся в радиальном направлении наружу через эти вырезы в результате действия центробежных сил и поступают в кольцевую камеру 116. Затем эти капельки масла проникают в ячейки секторов патрона сотовой конструкции и осаждаются на стенках этих ячеек. Далее эти капельки масла транспортируются в радиальном направлении наружу под действием центробежных сил (см. стрелку 158, показанную на фиг.4). После того, как капельки масла доходят до наружной периферийной части патрона 118, они выбрасываются в направлении наружу через отверстия 142 в стенке 124 колпака (см. стрелку 160, показанную на фиг.3) и рекуперируются при помощи масляного коллектора данного газотурбинного двигателя. При этом воздух, очищенный от масла, протекает внутри прохода 126 ротора маслоотделителя и выходит из этого прохода через его задний по потоку конец (см. стрелку 162).
,
В описанном выше примере реализации ротор 110 маслоотделителя запитывается смесью воздуха с маслом через один конец внутреннего прохода 126 втулки и капельки масла рекуперируются под действием центрифугирования в камеру 116после чего они проходят в радиальном направлении изнутри наружу через средства 118 осаждения масла и через отверстия 142 колпака 114. Этот ротор маслоотделителя называют ротором радиального типа, в частности, потому, что течение потока масла имеет место в радиальном направлении через средства осаждения масла.
Однако, предлагаемое изобретение не ограничивается ротором маслоотделителя именно этого типа и может также быть применено к ротору маслоотделителя осевого типа, описанному, например, в патентном документе FR-А1-2742804, выданном на имя Заявителя. В роторе маслоотделителя осевого типа масло протекает в камере в осевом направлении через средства осаждения масла. Этот ротор маслоотделителя может быть запитан смесью воздуха с маслом через отверстия, выполненные в радиальной стенке колпака. На выходе из этих средств осаждения масло может быть вытолкнуто в радиальном направлении наружу через отверстия, выполненные в цилиндрической стенке колпака, и очищенный от масла воздух может проходить через выполненные во втулке вырезы и протекать затем через внутренний.