ES2568034T3 - Caja de engranajes de accesorios de una turbina de gas que integra medios de desacoplamiento - Google Patents

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ES2568034T3 ES12744030.3T ES12744030T ES2568034T3 ES 2568034 T3 ES2568034 T3 ES 2568034T3 ES 12744030 T ES12744030 T ES 12744030T ES 2568034 T3 ES2568034 T3 ES 2568034T3
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Abstract

Caja de engranajes de accesorios de una turbina de gas que tiene una cara lateral delantera (12), una cara lateral trasera (14) opuesta a la cara lateral delantera y cuyo reborde periférico (16) cierra la caja, y en el interior de la cual están montados al menos un tren de engranajes (18) compuesto de varias ruedas dentadas (20, 22) que engranan entre sí, siendo llevada cada rueda dentada por un árbol central mantenido en el interior de la citada caja en cada una de sus extremidades por un cojinete de rodamientos (30a, 30b; 32a, 32b) y destinado a ser acoplado a un árbol de alimentación (24a, 26a, 28a) para el accionamiento de un accesorio (24, 26, 28), caracterizada por que la misma comprende además, montados entre el citado árbol central y el citado árbol de alimentación del que el mismo asegura el soporte, medios (40, 42, 44, 46, 48) de desacoplamiento del citado accesorio constituidos por un embrague de mordazas (40) cuyos dientes axiales (40b) cooperan con un dentado complementario (20b) del citado árbol central, comprendiendo el citado embrague de mordazas acanaladuras internas (40a) en cooperación con acanaladuras externas correspondientes del citado árbol de alimentación y por que los citados medios de desacoplamiento son mandados por un accionador eléctrico (46) que actúa sobre el desplazamiento de un dedo sumergido (46a) del cual una extremidad coopera con una garganta helicoidal externa (40d) del citado embrague de mordazas.

Description

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DESCRIPCION
Caja de engranajes de accesorios de una turbina de gas que integra medios de desacoplamiento Antecedentes de la invencion
La presente invencion se refiere al ambito general de las turbinas de gas y de modo mas particular concierne a una caja para el accionamiento de accesorios de una turbina de gas.
El ambito de aplicacion de la invencion es el de las turbinas de gas para motores de aviones o de helicopteros, as! como para los grupos auxiliares de potencia (o APU de « Auxiliary Power Unit »).
Los motores de turbina de gas de aviones o de helicopteros comprenden generalmente una caja para el accionamiento de varios accesorios de la turbina o de equipos anejos, tales como especialmente diversas bombas para la produccion de energla hidraulica, la alimentacion de carburante, la lubricacion, de los generadores electricos por ejemplo de tipo IDG (integrated drive generador) y VFG (variable frequency generator) para la produccion de potencia electrica, etc. Dicha caja de engranajes de accesorios es denominada habitualmente AGB de « Accesory GearBox ».
De modo en si conocido, una caja de engranajes de accesorios comprende uno o varios trenes de engranajes que estan compuestos cada uno de varias ruedas dentadas y que son arrastrados en rotacion por un arbol de transmision de potencia, estando este ultimo acoplado a un arbol de la turbina. Cada accesorio esta montado generalmente contra una de las caras laterales de la caja y comprende un arbol de alimentacion que se acopla a una de las ruedas dentadas del tren o de los tres de engranajes. Ademas de esta funcion de soporte de rodamiento, estas caras laterales aseguran tambien una funcion de soporte de rodamiento, de estanqueidad o incluso de lubricacion. Durante el funcionamiento de la turbina, una parte de la potencia mecanica generada es tomada del arbol de la turbina y transmitida a traves del arbol de transmision de potencia y los trenes de engranajes al arbol de alimentacion de los diferentes accesorios montados sobre la caja para accionarlos.
El volumen de las cajas de engranajes de accesorios varla especialmente en funcion del numero y de la naturaleza de los accesorios que haya que alimentar, los cuales son ademas fuentes de un importante voladizo.
Durante la elaboracion de una caja de engranajes de accesorios, es por tanto importante reducir lo mas posible el volumen y la masa global de la caja. En la solicitud FR 09 50617, esta reduccion se hace posible actuando sobre el posicionamiento de los accesorios uno respecto de otro en funcion de su volumen individual. Existe siempre sin embargo una necesidad de reducir todavla mas este volumen y de aumentar de modo general la fiabilidad de una caja de engranajes de este tipo.
Objeto y resumen de la invencion
La presente invencion por tanto tiene por objetivo esencial proponer una caja de engranajes de accesorios de una turbina de gas que permita una reduccion importante de su volumen y un aumento notable de su fiabilidad.
Este objetivo se consigue gracias a una caja de engranajes de accesorios de una turbina de gas de acuerdo con la reivindicacion 1 que tiene una cara lateral delantera, una cara lateral trasera opuesta a la cara lateral delantera y cuyo reborde periferico cierra la caja, y en el interior de la cual estan montados al menos un tren de engranajes compuesto de varias ruedas dentadas que engranan entre si, siendo llevada cada rueda dentada por un arbol central mantenido en cada una de sus extremidades por un cojinete de rodamientos y destinado a ser acoplado a un arbol de alimentacion para el accionamiento de un accesorio, caracterizada por que la misma comprende ademas, montados entre el citado arbol central y el citado arbol de alimentacion, medios de desacoplamiento del citado accesorio constituidos por un embrague de mordazas cuyos dientes axiales cooperan con un dentado complementario del citado arbol central, comprendiendo el citado embrague de mordazas acanaladuras internas en cooperacion con acanaladuras externas correspondientes del citado arbol de alimentacion y por que los citados medios de desacoplamiento son mandados por un accionador electrico que actua sobre el desplazamiento de un dedo sumergido del cual una extremidad coopera con una garganta helicoidal externa del citado embrague de mordazas.
Al integrar la funcion de desacoplamiento de los accesorios en el interior de la caja, se reduce la longitud y la masa suspendida de estos accesorios por tanto su voladizo, se disminuye el volumen general del conjunto caja/accesorios y, ademas, se aumenta la fiabilidad de la funcion de desacoplamiento.
El citado accesorio es preferentemente un IDG o un VFG.
Ventajosamente, el citado arbol de alimentacion esta soportado en el interior del citado arbol central por dos cojinetes y esta previsto un muelle de solicitacion preferentemente un muelle de laminas, que se apoya, por una parte, sobre una ranura interna del citado embrague de mordazas y, por otra, sobre un reborde lateral externo del citado arbol de alimentacion para mantener el embrague de mordazas en posicion de acoplamiento cuando el citado dedo sumergido esta retirado de la citada garganta helicoidal externa.
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Preferentemente, el citado dedo sumergido puede comprender una extremidad que se extiende fuera de la caja para permitir un mando manual del desacoplamiento/acoplamiento del citado accesorio.
Ventajosamente, el mando del citado accionador electrico es efectuado por el piloto o a partir del modulo de mando. Breve descripcion de los dibujos
Otras caracterlsticas y ventajas de la presente invencion se desprenderan de la descripcion hecha en lo que sigue, refiriendose a los dibujos anejos que ilustran un ejemplo de realizacion de la misma desprovisto de cualquier caracter limitativo. En las figuras:
- las figuras 1A y 1B muestran la integracion de un dispositivo de desacoplamiento de VFG en una caja de engranajes de acuerdo con la invencion; y
- la figura 2 es una vista en corte parcial de una caja para el accionamiento de accesorios de acuerdo con la tecnica anterior.
Descripcion detallada de la invencion
La figura 2 representa en corte parcial un ejemplo de una caja de engranajes de accesorios clasica 10 de una turbina de gas de motor de avion. Naturalmente, la invencion se aplica igualmente a las turbinas de gas de motores de helicopteros, as! como a los grupos auxiliares de potencia.
Esta caja que presenta clasicamente una forma de « platano » o de « alubia » sensiblemente paralelepipedica con una cara lateral delantera 12, una cara lateral trasera 14 opuesta a la cara delantera y de la cual un reborde periferico 16 cierra la caja, contiene uno 18 o varios trenes (o cadenas) de engranajes que se extienden paralelamente a estas dos caras laterales. Un arbol de transmision de potencia (no representado en las figuras) toma potencia mecanica de un arbol de la turbina (igualmente no representado) para transmitirla al tren de engranajes 18 ilustrado por las dos primeras ruedas dentadas 20 y 22.
El tren de engranajes as! descrito tiene la funcion de arrastrar en rotacion a un conjunto de accesorios de turbina distintos 24, 26, 28 y que emergen de las caras laterales de la caja 12 y 14, de modo sensiblemente perpendicular a las mismas.
Estos accesorios pueden estar constituidos por generadores electricos para facilitar potencia electrica de los cuales por ejemplo un VFG 24 que integra sus medios de desacoplamiento 25; bombas hidraulicas 26, 28 para facilitar aceite presurizado al motor y/o a sus equipos o aceite de lubricacion a los circuitos de aceite del motor y/o de sus equipos; una bomba de carburante; un alternador de iman permanente para facilitar corriente electrica a equipos del motor; un arrancador para poner en marcha el motor; un desaceitador centrlfugo, etc. Cada accesorio comprende un arbol de alimentacion 24a a 28a que esta montado sobre una rueda dentada del tren de engranajes par ser puesto en marcha, de modo mas preciso una extremidad acanalada del arbol de alimentacion esta introducido en una acanaladura de transmision de par 20a; 22a, 22b del arbol central que soporta la rueda dentada 20, 22. Cada arbol central esta mantenido, en cada una de sus dos extremidades por un cojinete de rodamientos 30a, 30b; 32a, 32b. Como esta ilustrado, dos accesorios 26, 28 montados contra las caras laterales de la caja diferentes pueden tener su arbol de alimentacion acoplado en rotacion a una misma rueda dentada 22. Podra observarse tambien que los cojinetes de rodamientos 30b, 32b de una de las extremidades estan montados sobre un soporte de rodamientos 34 distinto de la cara lateral delantera 14 y fijado al reborde periferico 16 por medios de fijacion 36.
Los accesorios 24 a 28 tienen en general velocidades de rotacion que difieren (con excepcion en este caso de las bombas hidraulicas 26 y 28 que tienen la misma velocidad de rotacion porque estan montadas sobre la misma rueda dentada 22) y volumenes diferentes, los cuales generan voladizos igualmente distintos. Ahora bien, estos voladizos provocan una reparticion desequilibrada de las masas soportadas por la caja.
De acuerdo con la invencion y como esta representado en las figuras 1A y 1B, se propone reducir el voladizo de un accesorio, por ejemplo el VFG 24, integrando directamente en el interior de la caja, los medios de desacoplamiento 25 de este accesorio, que habitualmente forman parte integrante de este accesorio. Para hacer esto, el arbol de alimentacion 24a del generador 24 no esta en cooperacion directa, por intermedio de sus acanaladuras externas, con las acanaladuras internas 20a del arbol central de la rueda dentada 20 sino con las acanaladuras internas 40a de un embrague de mordazas 40 cuyos dientes axiales 40b cooperan con un dentado complementario 20b del arbol central de la rueda dentada 20. El arbol de alimentacion 24a esta soportado en el interior del arbol central de la rueda dentada 20 por dos cojinetes lisos o de rodamientos 42a, 42b. Un muelle de solicitacion 44, por ejemplo de laminas, que se apoya por una parte sobre una ranura interna 40c del embrague de mordazas y por otra sobre un reborde lateral externo 24b del arbol de alimentacion, esta previsto para mantener automaticamente el embrague de mordazas en posicion de acoplamiento.
El desplazamiento del embrague de mordazas 40 es realizado por un accionador electrico 46 que actua sobre el desplazamiento de un dedo sumergido 46a del cual una extremidad coopera con una garganta externa helicoidal 40d del embrague de mordazas 40 (extendiendose la otra extremidad opuesta preferentemente fuera de la caja). El
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mando del accionador es efectuado directamente bajo el control del piloto o a partir de un modulo de mando 48, por ejemplo el GCU (Generator Control Unit). Accesoriamente, como en el ejemplo ilustrado, este accionador asegura tambien el soporte del cojinete de rodamientos 30a.
El funcionamiento de la caja de engranajes de accesorios de acuerdo con la invencion no difiere del de una caja clasica cuando el embrague de mordazas 40 esta embragado (vease la figura 1A), siendo arrastrados en rotacion los accesorios y especialmente el VFG 24, por el tren de engranajes 18 de la caja desde el arbol de la turbina motor a traves el arbol de transmision de potencia como es conocido. Se observara simplemente que al reducir la longitud (voladizo) y la masa suspendida del accesorio, se aligera la masa que haya que soportar por los diferentes organos de transmision de la caja. Solamente cuando se desee desacoplar un accesorio es cuando su funcionamiento defiere. En efecto, en esta configuracion (vease la figura 1B), el desacoplamiento no es efectuado en el propio accesorio, sino directamente a nivel de la caja, actuando entonces el GCU o el piloto (o en el transcurso de un proceso de control automatico) sobre el accionador 46 para desplazar el dedo sumergido 46a hacia la garganta helicoidal del embrague de mordazas 40 que provoca una traslacion de este embrague de mordazas suficiente para perder el contacto de los dientes axiales con el dentado del arbol central de la rueda dentada 20. No siendo arrastrado ya el arbol de alimentacion 24a por la rueda dentada, naturalmente la funcion del accesorio se interrumpira. Se observara que este desacoplamiento no necesita la parada del funcionamiento de este accesorio sino que puede ser efectuado durante su funcionamiento. Para volver a poner en funcionamiento el accesorio, basta con retirar el dedo sumergido 46a de la garganta helicoidal del embargue de mordazas mandando el accionador 46, impulsando entonces esta retirada bajo la accion del muelle de solicitacion 44 al embrague de mordazas hacia el arbol central y permitiendo por tanto el engranamiento de su dentado respectivo.
Se observara que teniendo el dedo sumergido 46a una extremidad que se extiende fuera de la caja, es posible un mando manual del desacoplamiento (empujandole) o del acoplamiento del accesorio (retirandole) actuando simplemente sobre esta extremidad (flecha MP).
Asl, desplazando la funcion de desacoplamiento del accesorio fuera de este accesorio, se limita el impacto de una eventual averla de este accesorio (por ejemplo una rotura de cojinete que arrastra a una carga excentrica) sobre el desacoplamiento cuyas robustez y fiabilidad aumentan entonces. A continuacion, al colocar el desacoplamiento que principalmente es mecanico en una cadena cinematica a su vez mecanica y que funciona a temperatura moderada, se aleja este desacoplamiento de la temperatura de funcionamiento a veces elevada del accesorio. Finalmente, en caso de averla a nivel del desacoplamiento, su mantenimiento se hace mas facil, basta simplemente en efecto retirar la cara lateral de la caja sobre la cual el mismo esta instalado para retirarle y no cambiar el accesorio en su totalidad, como en la tecnica anterior.
Se observara que aunque la descripcion antes citada haya hecho referencia a un accesorio de tipo VFG (habrla podido referirse tambien a un IDG (integrated drive generator), esta claro que tal invencion puede encontrar aplicacion en cualquier accesorio LRU (line replaceable unit) sin necesitar ninguna modificacion del mismo.

Claims (8)

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    20
    25
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    REIVINDICACIONES
    1. Caja de engranajes de accesorios de una turbina de gas que tiene una cara lateral delantera (12), una cara lateral trasera (14) opuesta a la cara lateral delantera y cuyo reborde periferico (16) cierra la caja, y en el interior de la cual estan montados al menos un tren de engranajes (18) compuesto de varias ruedas dentadas (20, 22) que engranan entre si, siendo llevada cada rueda dentada por un arbol central mantenido en el interior de la citada caja en cada una de sus extremidades por un cojinete de rodamientos (30a, 30b; 32a, 32b) y destinado a ser acoplado a un arbol de alimentacion (24a, 26a, 28a) para el accionamiento de un accesorio (24, 26, 28), caracterizada por que la misma comprende ademas, montados entre el citado arbol central y el citado arbol de alimentacion del que el mismo asegura el soporte, medios (40, 42, 44, 46, 48) de desacoplamiento del citado accesorio constituidos por un embrague de mordazas (40) cuyos dientes axiales (40b) cooperan con un dentado complementario (20b) del citado arbol central, comprendiendo el citado embrague de mordazas acanaladuras internas (40a) en cooperacion con acanaladuras externas correspondientes del citado arbol de alimentacion y por que los citados medios de desacoplamiento son mandados por un accionador electrico (46) que actua sobre el desplazamiento de un dedo sumergido (46a) del cual una extremidad coopera con una garganta helicoidal externa (40d) del citado embrague de mordazas.
  2. 2. Caja de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que el citado accesorio es un IDG o un VFG.
  3. 3. Caja de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que el citado arbol de alimentacion esta soportado en el
    interior del citado arbol central por dos cojinetes (42a, 42b).
  4. 4. Caja de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que la misma comprende ademas un muelle de
    solicitacion (44) que se apoya, por una parte, sobre una ranura interna (40c) del citado embrague de mordazas y, por otra, sobre un reborde lateral externo (24b) del citado arbol de alimentacion para mantener el embrague de
    mordazas en posicion de acoplamiento cuando el citado dedo sumergido esta retirado de la citada garganta
    helicoidal externa.
  5. 5. Caja de acuerdo con la reivindicacion 4, caracterizada por que el citado muelle de solicitacion es un muelle de laminas.
  6. 6. Caja de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que el citado dedo sumergido comprende una extremidad que se extiende fuera de la caja para permitir un mando manual del desacoplamiento/acoplamiento del citado accesorio.
  7. 7. Caja de acuerdo con la reivindicacion 1, caracterizada por que el mando del citado accionador electrico es efectuado por el piloto o a partir de un modulo de mando (48).
  8. 8. Caja de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que el citado arbol central esta mantenido en cada una de sus dos extremidades por un cojinete de rodamientos (30a, 30b; 32a, 32b).
ES12744030.3T 2011-07-04 2012-07-02 Caja de engranajes de accesorios de una turbina de gas que integra medios de desacoplamiento Active ES2568034T3 (es)

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