Газотурбинный двигатель, встроенный внутрь корпуса редуктора - RU2706855C2

Чертежи

Описание

1. Область техники

Изобретение относится к газотурбинным двигателям для воздушного летательного аппарата, в частности к газотурбинным двигателям, встраиваемым в корпус редуктора, называемый коробкой передачи мощности.

2. Уровень техники

Газотурбинный двигатель содержит выполненный в известном виде газогенератор и турбину, установленную на валу, называемом силовым валом, продолжающимся вдоль направления, называемого продольным направлением. Этот силовой вал выполнен с возможностью механического соединения с корпусом редуктора. В случае, например, вертолета этот корпус редукторапредставляет коробку передачи мощности, соединенную с ротором (роторам) вертолета. Поскольку силовой вал турбины и корпус редуктора являются механически соединенными между собой, то мощность на силовом валу передается в коробку передачи мощности, что обуславливает приведение ротора (роторов) вертолета во вращение.

Силовой вал турбины, со своей стороны, приводится в движение турбиной, которая принимает на себя вырабатываемые газогенератором газы, в которой они расширяются, что позволяет преобразовывать кинетическую энергию воспринятых газов в восстановленную силовым валом механическую энергию.

Турбина может быть турбиной, "свободной" от газогенератора или же турбиной, связанной с газогенератором. По всему данному тексту изобретение описывается применительно к свободной турбине. Однако изобретение равно применимо также к газотурбинному двигателю, содержащему турбину, связанную с газогенератором.

Таким образом, силовой вал содержит два конца, - один конец, называемый силовым концом, который выполнен с возможностью подсоединения к корпусу редуктора, и противоположный конец, называемый свободным концом, который обычно несет на себе лопасти свободной турбины. Этот силовой конец, как правило, сообщается с передней частью газотурбинного двигателя на уровне корпуса редуктора и поэтому называется также термином "передний конец". Это относится, таким образом, к передней установке газотурбинного двигателя на корпус редуктора.

Авторы изобретения стремились разработать газотурбинный двигатель, который мог бы быть легко устанавливаемым на корпус редуктора и снимаемым с последнего, например, для проведения операций технического обслуживания. Изобретатели, в частности, стремились предложить решение, позволяющее подсоединять силовой конец силового вала к корпусу редуктора.

Предшествующий уровень техники описан также в документах FR-A1-2961260, US 4.813.228, US 7.055.303 и FR-A1-2864157.

3. Цели изобретения

Задачей настоящего изобретения является обеспечить, по меньшей мере в одном варианте осуществления газотурбинный двигатель, который мог бы быть легко установлен на корпус редуктора, таком как коробка передачи мощности.

Кроме того, задачей изобретения является обеспечить, по меньшей мере в одном варианте осуществления газотурбинный двигатель, который способствует ограничению осевого размера сборки, составленной газотурбинным двигателем и корпусом, когда этот газотурбинный двигатель смонтирован вместе с корпусом редуктора.

Кроме того, задачей изобретения является обеспечить, по меньшей мере в одном варианте осуществления газотурбинный двигатель, который способствует ограничению массы сборки, образованной газотурбинным двигателем и корпусом, когда этот газотурбинный двигатель смонтирован вместе с корпусом редуктора.

Кроме того, задачей изобретения является обеспечить, по меньшей мере в одном варианте осуществления летательный аппарат, в частности, вертолет, оснащенный по меньшей мере одним газотурбинным двигателем по настоящему изобретению.

4. Сущность изобретения

Для того чтобы добиться этого, изобретение обеспечивает газотурбинный двигатель для вертолета, содержащий корпус, в котором расположены газогенератор и турбина, установленные на валу мощности, продолжающемся вдоль продольного направления, и средства обратимого встраивания упомянутого вала мощности внутрь корпуса редуктора, в котором установлено по меньшей мере одно зубчатое колесо 1-й понижающей ступени, при этом упомянутые средства обратимого встраивания содержат шестерню, имеющую центральное отверстие, согласованное с упомянутым валом мощности таким образом, чтобы упомянутая шестерня могла бы быть насажена на упомянутый вал мощности, кроме того, упомянутая шестерня имеет периферийный участок, согласованный с упомянутым зубчатым колесом 1-й понижающей ступени таким образом, чтобы она могла образовать входную ведущую шестерню корпуса редуктора с упомянутым зубчатым колесом, когда упомянутый вал мощности встроен внутрь упомянутого корпуса редуктора.

Газотурбинный двигатель по настоящему изобретению оснащен средствами обратимого встраивания вала мощности внутрь корпуса редуктора. Эти средства обратимого встраивания вала мощности внутрь корпуса редуктора составляют комплект встраивания газотурбинного двигателя в корпус редуктора, то есть, они создают в газотурбинном двигателе, с которым они связаны, функциональную возможность быть непосредственно встроенным внутрь корпуса редуктора, будучи отделенным от него. Таким образом, по всему тексту эти средства встраивания равно называются термином "комплектом встраивания", чтобы определенно показать, что эти средства встраивания образуют при встраивании связь между газотурбинным двигателем и корпусом редуктора. Так что газотурбинный двигатель по настоящему изобретению является напрямую встраиваемым в корпус редуктора, таким образом, что он может быть легко связан с корпусом редуктора, когда это необходимо, и отделен от него, например, для проведения на газотурбинном двигателе операций технического обслуживания. Такой газотурбинный двигатель по настоящему изобретению выполнен с возможностью прямой установки на корпусе редуктора и удержания его этим корпусом редуктора. Встраивание газотурбинного двигателя в корпус редуктора может быть вертикальным, горизонтальным или наклонным. Такая функциональность позволяет экономить массу, важную для общей приводной движительной цепи воздушного судна. В частности, газотурбинный двигатель, оснащенный средствами встраивания, позволяет осуществить перенос подшипников вала мощности и, таким образом, - границу осевой длины газотурбинного двигателя - непосредственно в корпус редуктора, таким образом, эти подшипники удерживают вал мощности только тогда, когда газотурбинный двигатель встроен в корпус редуктора.

Образованный средствами встраивания комплект встраивания содержит шестерню, выполненную с возможностью насадки на вал мощности. Насадка шестерни на вал свободной турбины осуществляется, например, посредством рифленого соединения. В одном варианте осуществления это соединение может быть реализовано посредством гайки, которая крепит шестерню на валу мощности свободной турбины, или которая препятствует любым продольным перемещениям шестерни по валу мощности. Как только шестерня будет насажена на вал мощности и закреплена на нем, сборка образованная газотурбинным двигателем и насаженной шестерней, может быть вставлена в корпус редуктора. Шестерня выполнена таким образом, что, будучи вставлена в корпус редуктора, она может войти в зацепление с зубчатым колесом корпуса редуктора и таким образом образовать ведущую шестерню на входе корпус редуктора.

Благоприятно и согласно изобретению средства обратимого встраивания содержат, кроме того, задний подшипник шестерни и передний подшипник шестерни, каждый из которых предназначен для того, чтобы нести сборку, образованную упомянутой шестерней, насаженной на упомянутый вал мощности, когда упомянутый вал мощности встроен внутрь упомянутого корпуса соответственно, вблизи входа корпуса и вблизи донной части корпуса в продольном направлении напротив упомянутого входа корпуса, при этом каждый из переднего и заднего подшипников дополнительно содержит элементы качения, внутреннее кольцо, предназначенное для прижима к шестерне, и внешнее кольцо, предназначенное для прижима к корпусу редуктора.

В соответствии с этим вариантом осуществления комплект встраивания содержит передний и задний подшипники, предназначенные для того чтобы нести конец вала мощности непосредственно в корпусе редуктора и тем самым обеспечивать его вращение. Другими словами, подшипники вала мощности составляют часть комплекта встраивания и выполнены с возможностью переноса в корпус редуктора. Эти подшипники образованы подшипниками шестерни, являющейся ведущей шестерней 1-ой понижающей ступени редуктора, когда вал мощности встроен внутрь корпус редуктора.

Благоприятно и согласно изобретению упомянутый задний подшипник упомянутой шестерни жестко прикреплен к упомянутому корпусу, упомянутые элементы качения и внутреннее кольцо упомянутого переднего подшипника установлены на валу мощности, а упомянутое внешнее кольцо упомянутого переднего подшипника выполнено с возможностью установки в упомянутый корпус редуктора и крепления в упомянутом корпусе редуктора до встраивания упомянутого вала мощности внутрь упомянутого корпуса редуктора.

В соответствии с этим вариантом осуществления задний подшипник ведущей шестерни прикреплен к корпусу газотурбинного двигателя, а внешнее и внутреннее кольца переднего подшипника, будучи спарены одно с другим, отделены одно от другого: внутреннее кольцо и элементы качения переднего подшипника установлены на валу мощности газотурбинного двигателя, в то время как наружное кольцо переднего подшипника закреплена в корпусе редуктора. Внешнее кольцо, например, может быть установлен в корпус редуктора до перемещения сборки, образованной валом мощности, шестерней, насаженной на вал мощности, задним подшипником, внешним кольцом и элементами качения переднего подшипника, скрепленными с корпусом газотурбинного двигателя. Другими словами, передний подшипник устанавливают только во время встраивания газотурбинного двигателя внутрь корпуса редуктора. Затем следует устанавливать внутреннее кольцо рядом с внешним кольцом, предварительно установленным в корпусе редуктора.

Благоприятно и согласно изобретению упомянутые средства обратимого встраивания содержат подшипниковую камеру, выполненную с возможностью прочного соединения с упомянутым корпусом газотурбинного двигателя, упомянутая камера прочно несет в себе упомянутые передний подшипник и задний подшипник упомянутой передней²⁾ шестерни, при этом упомянутая камера выполнена с возможностью опоры на по меньшей мере два центровочных участка, выполненных в упомянутом корпусе редуктора.

В соответствии с этим вариантом передний и задний подшипники шестерни, являются несомыми подшипниковой камерой. Другими словами, в отличие от предыдущего варианта, посредством подшипниковой камеры передний и задний подшипники прочно соединены с корпусом газотурбинного двигателя одновременно. Кроме того, эта камера выполнена с возможностью взаимодействия с центровочными участками, выполненными в корпусе редуктора.

Благоприятно и в соответствии с этим вариантом эта камера содержит по меньшей мере одну радиальную лыску, в которой выполнено отверстие, поперек которого может продолжаться периферийный участок шестерни, чтобы обеспечить зацепление упомянутой шестерни с упомянутым зубчатым колесом 1-й ступени редуктора⁵⁾.

Выполненное в лыске продолжающееся в радиальном направлении отверстие позволяет обеспечить механическую связь между шестерней комплекта встраивания, образующую ведущую шестерню на входе корпуса редуктора⁵⁾ и зубчатым колесом 1-й понижающей ступени редуктора. Кроме того, эта лыска позволяет исключить воздействие на зубчатое колесо 1-й ступени редуктора во время операции встраивания газотурбинного двигателя внутрь корпуса редуктора и во время операции демонтажа газотурбинного двигателя из корпуса редуктора.

Благоприятно и согласно изобретению корпус редуктора представляет собой коробку передачи мощности. Эта коробка передачи мощности связана с ротор(амии) вертолета. Когда вал мощности турбины и коробка передачи мощности являются механически соединенными, мощность вала мощности передается в коробку передачи мощности, что позволяет приводить во вращение ротор(ы) вертолета.

Изобретение относится также к вертолету, содержащему по крайней мере газотурбинный двигатель по настоящему изобретению.

Изобретение относится также к газотурбинному двигателю и к вертолету, оснащенному газотурбинным двигателем, наделенному комбинацией всех или частью вышеупомянутых или нижеследующих характеристик.

5. Перечень иллюстраций

Другие цели, характеристики и преимущества изобретения прояснятся по ознакомлении с нижеследующим описанием, приведенным лишь в не ограничительных целях, со ссылками на сопроводительные чертежи, на которых:

- фигура 1 представляет собой схематичный вид в сечении газотурбинного двигателя в соответствии с одним вариантом исполнения изобретения;

- фигура 2 представляет собой схематичный вид сбоку газотурбинного двигателя в соответствии с одним вариантом исполнения изобретения;

- фигура 3 представляет собой схематичный частичный вид сбоку газотурбинного двигателя по другому варианту исполнения изобретения;

- фигура 4 представляет собой схематичный вид в сечении детали газотурбинного двигателя по варианту исполнения по фигуре 2;

- фигура 5 представляет собой схематичный вид в сечении детали газотурбинного двигателя по варианту исполнения по фигуре 3;

- фигура 6 представляет собой схематичный вид в перспективе подшипниковой камеры газотурбинного двигателя в соответствии с вариантом исполнения по фигурам 3 и 5;

- фигура 7 представляет собой схематичный вид в перспективе подшипниковой камеры по фигуре 6 в механическом взаимодействии с зубчатым колесом 1-й понижающей ступени корпуса редуктора.

6. Подробное описание вариантов осуществления изобретения

На чертежах для лучшей иллюстрации и ясности нет строго соблюдения масштабов и пропорций. По всему подробному описанию, которое приводится со ссылками на эти чертежи, если не указано иное, каждый элемент газотурбинного двигателя описывается так, как он расположен, когда газотурбинный двигатель находится в горизонтальном монтажном положении, встроенный в корпус редуктора. Это расположение, в частности, представлено на фигуре 1. Кроме того, термины "осевой", "продольный", "передний" и "задний" относятся к областям, расположенным вдоль центральной оси Х'Х газотурбинного двигателя. Более конкретно, - по всему тексту и применительно к фигурам 1 и 3, передняя часть газотурбинного двигателя является частью, расположенной в левой стороне чертежа, а задняя часть - в правой стороне. Применительно к фигурам 4 и 5 передняя часть газотурбинного двигателя является нижней частью, а задней является верхняя часть. Термин "радиальный" относится к местоположениям, перпендикулярным этой центральной оси. Наконец, элементы, имеющие на различных чертежах одни и те же ссылочные позиции, представляют собой либо идентичные элементы, либо элементы, имеющие одинаковое назначение.

То, что показано на фигуре 1, газотурбинный двигатель по настоящему изобретению, содержит корпус 5, в котором установлены газогенератор 6 и "свободная" турбина 7. Свободная турбина 7 жестко соединена с валом 8 мощности. В соответствии с показанным на фигурах вариантом осуществления вал 8 мощности, который несет на себе свободную турбину 7 и который тем самым позволяет соединить газотурбинный двигатель с корпусом 10 редуктора, проходит внутри вала газогенератора, таким образом, что силовой конец 9 вала мощности находится со стороны газогенератора. Газогенератор 6 и его эксплуатация хорошо известны специалистам в данной области и здесь подробно не описаны. Изобретение применимо также к газотурбинному двигателю, вал мощности которого не проходит через газогенератор и, поэтому его силовой конец находится на стороне, противоположной от газогенератора. Другими словами, изобретение относится и к передней установке, и к задней установке газотурбинного двигателя относительно корпуса редуктора.

Газотурбинный двигатель по настоящему изобретению, кроме того, содержит средства обратимого встраивания вала 8 мощности внутрь корпуса 10 редуктора, в котором установлено по меньшей мере одно зубчатое колесо 11 1-й понижающей ступени редуктора. Это зубчатое колесо 11 редуктора представлено на фигурах 4 и 5. Оно может быть зубчатым колесом любого типа, содержащим периферийный зубчатый венец, выполненный с возможностью приведения во вращение посредством ведущей шестерни. Корпус 10 редуктора включает в себя, например, и то, что показано на фигурах 4 и 5, - верхнюю часть 10а корпуса и нижнюю часть 10b корпуса, скрепленные между собой с помощью крепления типа винт-гайка.

Средства обратимого встраивания вала 8 мощности внутрь корпуса 10 редуктора составляют комплект встраивания. Этот комплект встраивания состоит из нескольких частей, которые описаны ниже, и которые, будучи собранными друг с другом и (или) прикрепленными к корпусу газотурбинного двигателя либо к корпусу редуктора, позволяют осуществлять встраивание газотурбинного двигателя внутрь корпуса редуктора.

Комплект встраивания включает в себя шестерню 12, имеющую центральное отверстие, по форме и размеру согласующееся с валом 8 мощности и насаженное на него. Например, центральное отверстие шестерни 8¹⁾ выполнено шлицевым шестигранным, соответствующим периметру шестигранного вала мощности. Это позволяет удерживать шестерню 12, будучи насаженной на вал 8 мощности, на этом валу 8 мощности при ее вращении. В соответствии с вариантом осуществления по этим фигурам и в соответствии с тем, что показано на фигурах 3 и 4, комплект встраивания включает в себя, кроме того, гайку 13, установленную на конце вала 8 мощности, чтобы блокировать насаженную на вал 8 мощности шестерню 12 в продольном направлении. Эту шестерню 12 насаживают на вал 8 мощности до перемещения всей сборки, образованной этой шестерней и валом, в корпус 10 редуктора.

Далее, комплект встраивания включает в себя задний подшипник 15 шестерни и передний подшипник 16 шестерни. Задний подшипник 15 шестерни устанавливают после того, как вал 8 мощности будет встроен в корпус 10 редуктора, в непосредственной близости от входа в корпус 10 редуктора. Передний подшипник 16 шестерни устанавливают после того, как вала 8 мощности будет встроен в корпус 10 редуктора, рядом с донной частью 20 корпуса в продольном направлении напротив входа корпуса.

Задний подшипник 15 содержит элементы 22 качения, внутреннее кольцо 23, которое после того, как газотурбинный двигатель будет помещен в корпус редуктора, предназначено для упора в шестерню 12, и внешнее кольцо 24, которое после того, как газотурбинный двигатель будет помещен в корпус редуктора, предназначено для упора в верхнюю крышку 10а корпуса 10 редуктора.

Передний подшипник 16 содержит элементы 25 качения, внутреннее кольцо 26, которое после того, как газотурбинный двигатель будет помещен в корпус редуктора, предназначено для упора в шестерню 12, и внешнее кольцо 27, которое после того, как газотурбинный двигатель будет помещен в корпус редуктора, предназначено для упора в нижнюю часть 10b корпуса 10 редуктора.

В соответствии с вариантом осуществления по фигурам 2 и 4 задний подшипник 15 жестко соединен с корпусом 5 газотурбинного двигателя, а элементы 25 качения и внутреннее кольцо 26 переднего подшипника 16 установлены на валу 8 мощности. Внешнее кольцо 27 переднего подшипника 16 жестко соединено с нижней частью 10b корпуса 10 редуктора. Это внешнее кольцо 27 переднего подшипника 16 установлено в корпусе 10 редуктора и жестко соединено с ним до опускания вала 8 мощности, на котором насажена шестерня 12, и на котором установлены внутреннее кольцо 26 и элементы 25 качения переднего подшипника 16. Диаметр внешнего кольца 27 выбран таким образом, чтобы оно могло пройти в расточку верхней крышки 10а корпуса редуктора. Ширина внешнего кольца 27 выбрана таким образом, чтобы оно могло пройти между нижней поверхностью зубчатого колеса 11 1-й понижающей ступени редуктора и нижней поверхностью нижней частью 10b корпуса 10 редуктора, чтобы его можно было разместить в нижней части 10b корпуса 10 редуктора. В соответствии с другим вариантом осуществления внешнее кольцо 27 могло бы установлено внутри корпуса редуктора через нижнюю часть корпуса, т. е. через нижнюю часть 10b корпуса 10 редуктора. Таким образом, газотурбинный двигатель в соответствии с этим вариантом исполнения позволяет осуществлять его встраивание в корпус редуктора. Удержание вала 8 мощности достигается посредством установки передних и задних подшипников, описанных в связи с фигурами 2 и 4.

В соответствии с другим вариантом осуществления и, как это описано в связи с фигурами 3 и 5, средства установки вала 8 мощности в корпус редуктора содержат подшипниковую камеру 30. Эта камера жестко связана с корпусом 5 газотурбинного двигателя, например, посредством пары 51 типа винт-гайка. Подшипниковая камера 30 прочно удерживает передний подшипник 16 и задний подшипник 15 шестерни 12. Кроме того, камера 30 имеет периферийную область, соответствующую участкам 53a, 53b точного центрирования, выполненным, соответственно, в верхней части 10а корпуса и в нижней части 10b корпуса редуктора. Таким образом, по завершении жесткой установки в корпусе 5 газотурбинного двигателя сборка, образованная валом 8 мощности и камерой 30, может быть встроена в корпус редуктора, а камера при этом опирается на участки 53a, 53b центрирования. Таким образом вал 8 мощности удерживается в корпусе редуктора.

Камера 30 дополнительно включает в себя радиальную лыску 56, в которой выполнено отверстие 57, разрешая проход шестерни 12 и его зацепление с колесом 11 1-ой понижающей ступени редуктора. Эта связь между шестерней 12 и колесом 11 через отверстие 57 камеры 30 схематично представлена на фигуре 7. На фигуре 7 видна только нижняя часть шестерни 12. Зубчатая часть шестерни 12, соответствующая сцепленному колесу 11 продолжается внутри подшипниковой камеры 30.

На фигурах 4 и 5 сборка, образованная валом 8 мощности, насаженной на вал 8 мощности шестерней 12 и элементами подшипников, связанными с валом или с корпусом (камера 30 в варианте осуществления по фигуре 5, задний подшипник 15, элемент качения и внутреннее кольцо переднего подшипника для варианта осуществления по фигуре 4) и вставленная в корпус 10 редуктора для обеспечения встраивания, схематично ограничена пунктирной линией 60.

Реферат

Изобретение относится к газотурбинному двигателю для вертолета, содержащему корпус, в котором расположены газогенератор и турбина, установленные на валу мощности. Имеются средства обратимого встраивания вала мощности внутрь корпуса редуктора, в котором установлено по меньшей мере одно зубчатое колесо 1-й понижающей ступени редуктора. При этом средства обратимого встраивания содержат шестерню, имеющую центральное отверстие для того, чтобы шестерня могла бы быть закреплена на валу мощности. Также шестерня имеет периферийный участок, согласованный с зубчатым колесом таким образом, чтобы она могла образовать входную ведущую шестерню корпуса редуктора с упомянутым зубчатым колесом, когда упомянутый вал мощности встроен внутрь упомянутого корпуса редуктора. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

Формула