RU2592154C2 - Газотурбинный двигатель, содержащий средства осевого удерживания вентилятора упомянутого двигателя - Google Patents

Abstract

Газотурбинный двигатель содержит корпус, в котором установлен приводной вал вентилятора, жестко соединенного с приводным барабаном, снабженным лопатками для сжатия потока воздуха в двигателе, а также средства осевого удерживания. Средства осевого удерживания жестко соединены с корпусом и выполнены с возможностью вступления в контакт с приводным барабаном так, чтобы препятствовать осевому перемещению упомянутого барабана в случае разрушения приводного вала. Изобретение позволяет повысить надежность удержания вентилятора в случае разрушения вала привода вентилятора. 10 з.п. ф-лы, 13 ил.

Description

Областью изобретения являются газотурбинные двигатели летательных аппаратов. Изобретение относится, в частности, к системе удерживания вентилятора турбинного двигателя в случае разрушения приводного вала вентилятора.

В чрезвычайной ситуации необходимо защитить двигатель для того, чтобы летательный аппарат смог долететь до ближайшего аэропорта. В случае частичной или полной потери лопатки вентилятора вентилятор выводится из состояния равновесия и начинает вибрировать. Это явление известно специалистам под названием «вывод на орбиту вентилятора». Эти вибрации создают большие напряжения, способные вызвать побочные повреждения. Для обеспечения безопасности и недопущения таких повреждений необходимо учитывать нагрузки при расчете размеров конструкции двигателя и самолета, что делает двигатель более тяжелым по сравнению со стандартным двигателем, который разработан исключительно для того, чтобы выдерживать нагрузки при совершении полетов в штатных условиях. Для ограничения динамических нагрузок вентилятора и для уменьшения веса двигателя из заявки на патент FR 2877046 компании SNECMA известно устройство расцепления, которое позволяет ограничить нагрузки при работе при высоких режимах. На практике для двухвального турбинного двигателя, содержащего вал низкого давления и вал высокого давления, система расцепления установлена для расцепления опор, которые поддерживают вал низкого давления привода вентилятора относительно промежуточного корпуса; причем эти опоры известны специалистам под названием «опора 1» и «опора 2».

После расцепления вентилятора модальное положение двигателя называется «гиперкритичным», причем единственным режимом работы двигателя является режим на малых оборотах. Предпочтительно, динамические нагрузки неподвижно установленных конструкций, таким образом, значительно снижены при режиме работы на высоких оборотах. При режиме работы на высоких оборотах динамические нагрузки в валу остаются большими, и риск разрушения приводного вала низкого давления увеличивается.

Как это показано на фиг.1, двухвальный и двухконтурный двигатель 1 содержит вал низкого давления 2, жестко соединенный с вентилятором 4, и вал высокого давления 3, вращающиеся вокруг оси X двигателя. Далее термины «передний» и «задний» определяются относительно циркуляции газов в двигателе; причем газы перемещаются спереди назад. Аналогичным образом условно в настоящей заявке термины «внутренний» и «внешний» определяются в радиальном направлении относительно оси X двигателя, изображенного на фиг.1. Таким образом, цилиндр, проходящий по оси двигателя, содержит внутреннюю сторону, повернутую к оси двигателя, и внешнюю поверхность, противоположную его внутренней поверхности.

По-прежнему со ссылкой на фиг.1, направление вала низкого давления 2 во время вращения в промежуточном корпусе 5 двигателя 1 обеспечивается посредством опор P1, P2, известных специалистам под названиями, соответственно, «опора 1» и «опора 2». Как это показано на фиг.1, промежуточный корпус 5 содержит внешнюю обечайку 57 и внутреннюю ступицу 58, соединенную конструктивными стойками 59. Вал высокого давления 3 направляется во вращении в промежуточном корпусе 5 двигателя 1 посредством опоры P3, известной специалистам под названием «опора 3». Как это показано на фиг.1, двигатель 1 содержит разделительный корпус 15, также называемый «разделительным клювом», который жестко соединен со ступицей 58 промежуточного корпуса 5, выполненного для направления первичного потока внутри и вторичного потока снаружи. Двигатель 1 содержит, кроме того, компрессор низкого давления, известный специалистам под английским названием «booster», который содержит статорные лопатки 62, жестко соединенные с разделительным корпусом 15, и подвижные лопатки 61, жестко соединенные с приводным барабаном 6, для сжатия первичного потока, циркулирующего в двигателе 1 спереди назад. Устройство расцепления 10 расположено между ступицей 58 промежуточного корпуса 5 и опорами P1, P2 для придания гибкости конструкции двигателя при работе в гиперкритичном режиме, как это разъяснялось ранее.

В случае разрушения вала низкого давления 2 за опорой вала P2 предусмотрено захватывающее устройство 20, известное специалистам под английским названием «catcher», которое позволяет удерживать в осевом направлении переднюю часть вала низкого давления 2, жестко соединенного с вентилятором 4. Это захватывающее устройство 20 содержит, с одной стороны, обечайку 21, проходящую радиально внутрь от ступицы 58 промежуточного корпуса 5, а с другой стороны, кольцевой венец 22, радиально проходящий наружу от вала низкого давления 2. Таким образом, в случае разрушения вала низкого давления 2 сзади опоры P2 часть вала низкого давления 2, расположенная перед зоной разрушения, перемещается вперед, если, конечно, кольцевой венец 22 войдет в контакт с обечайкой 21 для его удерживания в осевом направлении. Другими словами, передняя часть вала низкого давления 2 «подхватывается» захватывающим устройством 20 в случае разрушения вала низкого давления 2.

Такое захватывающее устройство 20 является достаточным в случае разрушения вала низкого давления 2 сзади опоры P2, однако неэффективным в случае разрушения перед упомянутой опорой P2. Таким образом, статорные лопатки 62 не способны удерживать подвижные лопатки 61 барабана 6 в случае разрушения вала низкого давления 2.

Для исключения, по меньшей мере, некоторых ранее приведенных недостатков изобретение относится к газотурбинному двигателю, содержащему корпус, в котором установлен, по меньшей мере, один приводной вал вентилятора, жестко соединенного с приводным барабаном, снабженным лопатками для сжатия потока воздуха, циркулирующего спереди назад в двигателе; причем двигатель содержит средства осевого удерживания, в состоянии ожидания, жестко соединенные с корпусом и выполненные с возможностью вступления в контакт с приводным барабаном так, чтобы препятствовать осевому перемещению упомянутого барабана в случае разрушения приводного вала.

Благодаря изобретению приводной вал удерживается в осевом направлении, опосредованно, через приводной барабан, жестко соединенный с вентилятором. Средства удерживания позволяют надежно захватить совокупность «барабан - вентилятор - вал низкого давления»; причем зона разрушения приводного вала не имеет значения. Таким образом, даже если вал ломается в непосредственной близости от вентилятора, вентилятор не выталкивается вперед, а удерживается посредством барабана. Таким образом, устраняются недостатки, присущие предшествующему уровню техники.

Предпочтительно, именно форма барабана задействована в осевом удерживании, и отсутствует необходимость в добавлении специальных средств к барабану для осуществления функции удерживания.

Предпочтительно, приводной барабан содержит средства упора, выполненные с возможностью вхождения в контакт со средствами осевого удерживания; причем средства упора образованы задней частью приводного барабана, предпочтительно, его задним концом. Это позволяет, предпочтительно, удерживать барабан рядом с корпусом двигателя; причем габаритные размеры средств удерживания, таким образом, ограничены. Предпочтительно, средства упора радиально проходят внутрь двигателя.

По самой своей природе задний конец барабана утолщен или усилен, чтобы противодействовать центробежной силе, которую испытывает барабан во время вращения. Этот задний конец барабана, таким образом, приспособлен для образования средств упора благодаря своей жесткости и устойчивости к деформациям.

Согласно предпочтительному объекту изобретения, средства осевого удерживания, в состоянии ожидания, проходят внутрь барабана. Предпочтительным образом, средства упора подвергаются воздействию, т.е. активируются для выполнения функции удерживания, исключительно, когда барабан перемещается в осевом направлении. Таким образом, не представляется необходимым предусматривать сложное устройство для перевода средств удерживания в состояние ожидания.

Предпочтительно, приводной барабан содержит радиально выгнутую часть, причем средства осевого удерживания, в состоянии ожидания, расположены против выгнутой части. Крайне предпочтительным образом, форма приводного барабана позволяет поставить в состояние ожидания средства удерживания в нормальных условиях применения; причем средства удерживания расположены в выгнутой части барабана. Форма приводного барабана позволяет, кроме того, активировать средства удерживания при гиперкритичном функционировании; причем средства удерживания вступают в контакт с задним концом барабана. В случае разрушения вала барабан перемещается в осевом направлении. Средства осевого удерживания находятся, таким образом, против задней части барабана и вступают в контакт с последней. Выгнутая форма позволяет, предпочтительно, амортизировать осевой удар.

Согласно аспекту изобретения, средства осевого удерживания содержат, по меньшей мере, один удерживающий палец, продольно выровненный с задней частью приводного барабана так, чтобы препятствовать осевому перемещению упомянутого барабана в случае разрушения приводного вала. Предпочтительно, удерживающий палец радиально проходит наружу от двигателя.

Согласно другому аспекту изобретения, средства осевого удерживания содержат истираемое покрытие, предназначенное для вступления в контакт с приводным барабаном. Предпочтительно, истираемое покрытие располагается на задней поверхности и/или верхней поверхности удерживающего пальца так, чтобы амортизировать осевой и/или радиальный удар.

Предпочтительно, удерживающий палец шарнирно соединен относительно корпуса таким образом, чтобы определять:

- положение установки, в котором удерживающий палец радиально смещен относительно приводного барабана так, чтобы позволить осевое перемещение упомянутого барабана, и;

- рабочее положение, в котором удерживающий палец продольно выровнен с приводным барабаном так, чтобы препятствовать осевому перемещению упомянутого барабана в случае разрушения приводного вала.

Предпочтительным образом, шарнирно соединенный удерживающий палец позволяет разрешать осевое перемещение приводного барабана во время установки, запрещая его при функционировании. Предпочтительно, шарнирно соединенный удерживающий палец установлен поворотным относительно корпуса. Таким образом, радиальные габаритные размеры удерживающего пальца уменьшены в положении установки по сравнению с его рабочим положением.

Согласно частному варианту реализации изобретения, средства удерживания содержат: зубчатую кольцевую удерживающую обечайку, радиально проходящую наружу и содержащую удерживающие пальцы, отделенные удерживающими отверстиями; при этом приводной барабан содержит упорную зубчатую кольцевую обечайку, радиально проходящую внутрь и содержащую упорные зубцы, отделенные упорными отверстиями; причем упорные зубцы установлены для вхождения в контакт с удерживающими пальцами так, чтобы препятствовать осевому перемещению упомянутого барабана в случае разрушения приводного вала.

Предпочтительно, установка барабана облегчена за счет приведения во взаимодействие зубцов средств удерживания с зубцами средств упора таким образом, чтобы разрешить осевое перемещение барабана.

Также предпочтительно чтобы, по меньшей мере, один удерживающий палец был наклонен относительно осевой плоскости, проходящей через упомянутый палец. Другими словами, передняя часть пальца имеет угловое смещение относительно его задней части.

Также предпочтительно чтобы, по меньшей мере, один упорный зубец был наклонен относительно осевой плоскости, проходящей через упомянутый зубец. Предпочтительным образом, палец и/или наклонный зубец препятствует осевому перемещению барабана, допуская только поступательное перемещение по косой.

Согласно одному аспекту, по меньшей мере, один удерживающий палец наклонен в том же направлении, что и, по меньшей мере, один наклонный зубец. Ввиду их одного и того же направления удерживающий палец может взаимодействовать с отверстиями зубцов барабана во время установки.

Предпочтительно, приводной вал вентилятора расположен таким образом, чтобы он мог приводиться во вращение во время его функционирования согласно первому направлению вращения; барабан расположен таким образом, чтобы он был установлен в двигателе спереди назад, обеспечивая вращение барабана в том же направлении, что и первое направление вращения рабочего вала. В случае разрушения вала сзади вентилятора барабан перемещается вперед, поворачиваясь в первом направлении вращения, что не допускает взаимодействия удерживающего пальца с отверстиями зубцов барабана. Другими словами, наклон упорного зубца и удерживающего пальца определяется относительно направления вращения вала, чтобы не допустить отсутствия удерживания в случае разрушения вала.

Предпочтительным образом, приводной вал вентилятора выполнен таким образом, чтобы он мог быть приведен во вращение по направлению часовой стрелки, если смотреть сзади.

Изобретение будет лучше понятно благодаря следующему описанию, которое не имеет ограничительного характера, предпочтительных вариантов практической реализации изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

- фиг.1 представляет собой схематичное изображение, в осевом разрезе, двигателя в соответствии с предшествующим уровнем техники (уже прокомментировано);

- фиг.2 представляет собой схематичное изображение, в осевом разрезе, двигателя с вентилятором, содержащего средства осевого удерживания вентилятора, согласно первому варианту практической реализации изобретения;

- фиг.3A представляет собой увеличенный вид фиг.2; изображены плоскости сечения K1-K1 и Q1-Q1;

- фиг.3B представляет собой схематичный вид спереди средств удерживания, согласно первому варианту практической реализации, в плоскостях сечения K1-K1 и Q1-Q1;

- фиг.4 представляет собой схематичное изображение, в осевом разрезе, двигателя с вентилятором, содержащего средства осевого удерживания вентилятора, согласно второму варианту практической реализации изобретения, причем средства удерживания находятся в положении установки;

- фиг.5А представляет собой увеличенный вид фиг.4, причем средства удерживания находятся в положении применения; изображены плоскости сечения K2-K2 и Q2-Q2;

- фиг.5B представляет собой схематичное изображение, вид спереди, средств удерживания, согласно второму варианту практической реализации, в плоскостях сечения K2-K2 и Q2-Q2;

- фиг.6 представляет собой схематичное изображение, в осевом разрезе, двигателя с вентилятором, содержащего средства осевого удерживания вентилятора, согласно третьему варианту практической реализации изобретения;

- фиг.7 представляет собой схематичное изображение (вид спереди) средств удерживания, согласно третьему варианту практической реализации, содержащих наклонные удерживающие пальцы, также изображена осевая плоскость Y-Y;

- фиг.8 схематично изображает вид сверху наклонных удерживающих пальцев, представленных на фиг.7,также изображена осевая плоскость Y-Y;

- фиг.9A изображает первое угловое положение приводного барабана двигателя, вид спереди, относительно наклонных удерживающих пальцев, представленных на фиг.7;

- фиг.9B изображает второе угловое положение приводного барабана относительно наклонных удерживающих пальцев, представленных на фиг.7; и

- фиг.9C изображает третье угловое положение приводного барабана относительно наклонных удерживающих пальцев, представленных на фиг.7.

Как это показано на фиг.2, 4 и 6, двухвальный двигатель 1 содержит вал низкого давления 2, жестко соединенный с вентилятором 4, и вал высокого давления 3, которые приводятся в движение вокруг оси X двигателя 1; причем вал низкого давления 2 направляется во вращении в промежуточном корпусе 5 двигателя 1 посредством опор P1, P2, известных специалистам под наименованиями, соответственно, «опора 1» и «опора 2». Промежуточный корпус 5 содержит внешнюю обечайку 57 и внутреннюю ступицу 58, соединенные при помощи конструктивных стоек 59. Вал высокого давления 3 направляется во вращении в промежуточном корпусе 5 двигателя 1 посредством опоры P3, известной специалистам под наименованием «опора 3». Двигатель представляет собой двухконтурный двигатель. Он содержит разделительный корпус 15, жестко соединенный со ступицей 58 промежуточного корпуса 5, который установлен для направления первичного потока внутри, а вторичного потока снаружи.

Далее термины «передний» и «задний» определены относительно циркуляции газов в двигателе, причем газы циркулируют спереди назад. Также, условно, в настоящей заявке термины «внутренний» и «внешний» определены в радиальном направлении относительно оси X двигателя, изображенного на фиг.2, 4 и 6. Таким образом, цилиндр, проходящий относительно оси двигателя, содержит внутреннюю сторону, повернутую к оси двигателя, и внешнюю поверхность, противоположную внутренней поверхности.

Двигатель 1 содержит, кроме того, компрессор низкого давления, известный специалистам под английским названием « booster», который содержит статорные лопатки 62, жестко соединенные с разделительным корпусом 15, и подвижные лопатки 61, жестко соединенные с приводным барабаном 6, для сжатия потока первичного воздуха, циркулирующего в двигателе 1 спереди назад. Приводной барабан 6 жестко соединен с валом низкого давления 2 двигателя 1 для обеспечения приведения в движение подвижных лопаток 61.

Аналогично двигателю согласно предшествующему уровню техники двигатель 1 содержит устройство расцепления 10, расположенное между разделительным корпусом 15, жестко соединенным с промежуточным корпусом 5, и опорами P1, P2 для придания гибкости конструкции двигателя при работе в гиперкритичном режиме, как это было объяснено ранее.

Как это показано на фиг.2, 4 и 6, устройство расцепления 10 содержит первичную часть, размещенную для расцепления первой опоры P1, и вторичную часть для расцепления второй опоры P2. Первичная часть содержит элемент первичной поверхности контакта 12, имеющий цилиндрическую форму, по существу расширяющийся спереди назад и соединенный, с одной стороны, с первой опорой P1, а с другой стороны, с первичной кольцевой обечайкой 11, которая радиально проходит от ступицы 58 промежуточного корпуса 5 внутрь двигателя 1. Первичная кольцевая обечайка 11 соединена с элементом первичной поверхности контакта 12 посредством разделяемого первичного соединения 111, которое выполнено с возможностью разрыва в случае аварии. Вторичная часть содержит, в свою очередь, элемент вторичной поверхности контакта 13, имеющий цилиндрическую форму, по существу расширяющийся спереди назад и соединенный, с одной стороны, со второй опорой P2, а с другой стороны, со ступицей 58 промежуточного корпуса 5. Элемент первичной поверхности контакта 12 соединен со второй опорой P2 посредством вторичного разделяемого соединения 131, которое выполнено с возможностью разрыва в случае аварии. Таким образом, в случае образования исключительных нагрузок элемент первичной поверхности контакта 12 отсоединяется от первичной кольцевой обечайки 11, а элемент вторичной поверхности контакта 13 отсоединяется от второй опоры P2. Таким образом, опоры P1, P2 расцеплены.

Согласно изобретению, двигатель 1 содержит средства осевого удерживания, в состоянии ожидания, жестко соединенные с корпусом 5 двигателя, которые выполнены с возможностью вступления в контакт с приводным барабаном 6 так, чтобы его удерживать в осевом направлении в случае разрушения вала низкого давления 2. Как это показано на фиг.2, 4 и 6, средства удерживания 30, 40, 50 жестко соединены со ступицей 58 промежуточного корпуса 5 для того, чтобы иметь возможность опосредованно, через приводной барабан 6 ухватить приводной вал низкого давления 2.

В отличие от достигнутого уровня техники, согласно которому вал низкого давления 2 захватывается непосредственно захватывающим устройством, жестко соединенным с валом низкого давления 2, средства удерживания 30, 40, 50, согласно изобретению, выполнены с возможностью вступления в контакт с приводным барабаном так, чтобы удерживать его в осевом направлении в случае разрушения приводного вала. Другими словами, осевое удерживание вала низкого давления 2 является опосредованным. Средства удерживания 30, 40, 50 позволяют удерживать вал низкого давления 2 независимо от зоны разрушения. Таким образом, даже если вал низкого давления 2 разрушается в непосредственной близости от вентилятора 4, он удерживается в осевом направлении посредством приводного барабана 6.

Как это показано на фиг.2, 4 и 6, изобретение представлено применительно к приводному барабану 6, проходящему в осевом направлении по оси X двигателя 1 и имеющему в целом цилиндрическую форму. Приводной барабан 6 расширяется спереди назад и содержит передний конец, жестко соединенный с вентилятором 4, и задний конец 63, радиально проходящий внутрь. Другими словами, приводной барабан 6 радиально выгнут в своей срединной части так, чтобы позволить проходить средствам удерживания 30, 40, 50, когда последние находятся в состоянии ожидания. Выгнутая часть позволяет, предпочтительно, амортизировать удар при осевом перемещении, как это будет детально разъяснено в последующем.

Приводной барабан 6 в данном случае содержит средства упора со средствами удерживания 30, 40, 50, которые выполнены с возможностью удерживания вала низкого давления 2 двигателя 1. В этом примере задний конец 63 приводного барабана 6 выполнен с возможностью входить в упор со средствами удерживания 30, 40, 50, однако, само собой разумеется, приводной барабан 6 мог бы содержать другие средства упора, проходящие, например, от выгнутой части приводного барабана 6.

Как это изображено, например, на фиг.1, задний конец 63 приводного барабана 6 толще, чем его выгнутая часть, и он радиально проходит внутрь, чтобы противостоять центробежным силам, которые испытывает барабан во время своего вращения. Задний конец 63 приводного барабана 6 по своей природе обладает достаточной устойчивостью для образования средств упора. Другими словами, выгодно используется форма барабана и его характеристик для образования эффективной системы осевого удерживания, с небольшими габаритными размерами и без внесения изменений в барабан 6.

Предпочтительным образом, средства осевого удерживания 30, 40, 50, в состоянии ожидания, проходят внутрь приводного барабана 6 и находятся против своей выгнутой части. Таким образом, как это показано на фиг.2, 4 и 6, средства удерживания 30, 40, 50 в положении ожидания не мешают вращению барабана 6 низкого давления. Средства удерживания 30, 40, 50 активируются только в случае разрушения вала 2 низкого давления, причем приводной барабан 6 перемещается вперед таким образом, что задний конец 63 вступает в контакт со средствами удерживания 30, 40, 50, как это будет детально разъяснено в последующем.

Согласно аспекту изобретения, средства удерживания 30, 40, 50 содержат истираемое покрытие 31, 41, 51, выполненное с возможностью амортизации как радиального удара в случае потери лопатки вентилятора 4, так и осевого удара в случае разрушения вала низкого давления 2. Предпочтительно, истираемое покрытие 31, 41, 51 наносится на заднюю поверхность и/или верхнюю поверхность упомянутых средств удерживания.

В качестве примера, ниже будут представлены средства удерживания для трех предпочтительных вариантов практической реализации двигателя.

Согласно первому варианту практической реализации, со ссылкой на фиг.2 и 3, приводной барабан 6 содержит задний конец 63, образующий цельный кольцевой венец 63, радиально проходящий внутрь двигателя 1. На фиг.3B изображен приводной барабан 6 со своим устройством расцепления 10 и своими средствами удерживания 30, показанный с передней стороны двигателя. Приводной барабан 6 содержит на своей периферии подвижные лопатки 61, проходящие от своей внешней поверхности радиально наружу, элементы первичной 12 и вторичной 13 поверхности контакта, а также разделяемые соединения 111, 131 его устройства расцепления 10, которые частично изображены на фиг.3B.

Средства удерживания 30, согласно первому варианту практической реализации изобретения, содержат цельную кольцевую обечайку 32, радиально проходящую внутрь от разделительного корпуса 15, и множество удерживающих пальцев 33, радиально проходящих наружу и жестко соединенных с цельной кольцевой обечайкой 32. Как это показано на фиг.3B, четыре удерживающих пальца 33 распределены под углом по цельной кольцевой обечайке 32; причем каждый из них содержит радиальную часть 331 и продольную часть 332 для образования буквы L, в которой задний конец продольной части 332 жестко соединен с цельной кольцевой обечайкой 32 посредством соединения 34, которое в данном случае болтовое, как это изображено на фиг.2. Другими словами, радиальная часть 331 удерживающего пальца 33, радиально проходящая наружу, параллельна цельной кольцевой обечайке 32 и смещена вперед относительно последнего.

Внешняя поверхность продольной части 332 и задняя поверхность радиальной части 331 удерживающего пальца 33 покрыты истираемым покрытием 31 для амортизации как осевого удара, так и радиального удара, как это детально описывалось ранее.

Как это изображено на фиг.2 и 3, внешний конец радиальной части 331 удерживающего пальца 33 является радиально внешним по отношению к заднему концу 63 приводного барабана 6 так, что в случае разрушения вала низкого давления 2 и осевого перемещения вперед приводного барабана 6 задний конец 63 приводного барабана 6 входит в контакт с радиальной частью 331 удерживающих пальцев 33, препятствуя, таким образом, выталкиванию барабана 6 и его вентилятора 4.

Согласно второму варианту практической реализации, со ссылкой на фиг.4 и 5, приводной барабан 6 содержит задний конец 63, образующий цельный кольцевой венец 63, радиально проходящий внутрь двигателя 1. На фиг.5B изображен приводной барабан 6 с его устройством расцепления 10 и его средствами удерживания 40, показанный с передней стороны двигателя. Приводной барабан 6 содержит на своей периферии подвижные лопатки 61, радиально проходящие наружу, элементы первичной 12 и вторичной 13 поверхности контакта, а также разделяемые соединения 111, 131 устройства расцепления 10, частично изображенные на фиг.5B.

Средства удерживания 40, согласно этому второму варианту практической реализации изобретения, содержат цельную кольцевую обечайку 42, радиально проходящую внутрь от промежуточного корпуса 5, и множество удерживающих пальцев 43, радиально проходящих наружу, которые соединены с цельной кольцевой обечайкой 42. Например, как это показано на фиг.4 и 5B, шестнадцать удерживающих пальцев 43 равномерно, распределены под углом на цельной кольцевой обечайке 42; причем каждый из них содержит радиальную часть 431 и продольную часть 432 для образования буквы L, в которой задний конец продольной части 432 соединен с цельной кольцевой обечайкой 42 посредством шарнирного соединения 44, в данном случае соединения с осью вращения 44, как это изображено на фиг.4. Радиальная часть 431 удерживающего пальца 43, которая радиально проходит наружу, параллельна цельной кольцевой обечайке 42 и смещена вперед относительно этого последнего.

Шарнирное соединение 44, образуемое между каждым удерживающим пальцем 43 и кольцевой обечайкой 42, позволяет определить положение установки и рабочее положение. Как это показано на фиг.4, изображающей удерживающий палец 43 в положении установки, последний размещен поворотным относительно обечайки 42 вокруг оси, проходящей по касательной к обечайке 42 двигателя так, чтобы он мог проходить или наискось внутрь, как это изображено на фиг.4, или вдоль в рабочем положении.

Благодаря такому шарнирному соединению 44, приводной барабан может быть легко установлен в двигателе после удерживающих пальцев 43, которые опущены в положении установки во время введения барабана 6 спереди. После установки приводного барабана 6 удерживающие пальцы 43 вновь поднимаются в рабочее положение так, чтобы обеспечить осевое удерживание барабана 6 в случае разрушения вала низкого давления 2 аналогично первому варианту практической реализации. Предпочтительным образом, управление положениями удерживающих пальцев 43 осуществляется посредством органов управления 7, таких как угловые приводы, которые проходят в разделительном корпусе 15, как это показано на фиг.4. Предпочтительно, эти органы управления 7 проходят в радиальных стойках 59 двигателя 1 между ступицей 58 промежуточного корпуса 5 и его внешней обечайкой 51. Согласно одному варианту, существует столько удерживающих пальцев 43, сколько радиальных стоек 59.

Внешняя поверхность продольной части 432 и задняя поверхность радиальной части 431 удерживающих пальцев 43 покрыты истираемым покрытием 41 для амортизации как осевого удара, так и радиального удара, как это было детально описано ранее.

В рабочем положении внешний конец радиальной части 431 удерживающего пальца 43 является радиально внешним по отношению к заднему концу 63 приводного барабана 6 так, что в случае разрушения вала низкого давления 2 приводной барабан 6 перемещается в осевом направлении вперед; причем задний конец 63 приводного барабана 6 вступает в контакт с радиальной частью 431 удерживающих пальцев 43, мешая, таким образом, выталкиванию барабана 6 и его вентилятора 4.

Согласно третьему варианту практической реализации, со ссылкой на фиг.6 и 7, приводной барабан 6 содержит задний конец 63, образующий кольцевой венец, радиально проходящий внутрь двигателя 1. Как это показано на фиг.7, средства удерживания 50, согласно данному третьему варианту практической реализации изобретения, содержат кольцевую обечайку 52, радиально проходящую внутрь от разделительного корпуса 15, и множество удерживающих пальцев 53, радиально проходящих наружу, которые соединены с кольцевой обечайкой 52.

Другими словами, средства удерживания 50 содержат цилиндр 532, проходящий продольно, задний конец которого соединен с кольцевой обечайкой 52 посредством болтового соединения 54, а передний конец соединен с кольцевым зубчатым венцом, радиально проходящим наружу от переднего конца продольного цилиндра 532. Этот кольцевой зубчатый венец содержит зубцы, образующие удерживающие пальцы 53, радиально проходящие наружу, которые отделены удерживающими отверстиями 55. Например, как это изображено на фиг.7, шесть удерживающих пальцев 53 распределены под углом на цельной кольцевой обечайке 52; причем каждый из них содержит радиальную часть 531 и продольную часть 532 для образования буквы L, в которой задний конец продольной части 532 соединен с цельной кольцевой обечайкой 52. Радиальная часть 531 удерживающего пальца 53, которая радиально проходит наружу, параллельна цельной кольцевой обечайке 52 и смещена вперед относительного последней.

Как это показано на фиг.6 и 7, внешний конец радиальной части 531 удерживающего пальца 53 является радиально внешним по отношению к заднему концу 63 приводного барабана 6 так, что в случае разрушения вала низкого давления 2 приводной барабан 6 перемещается в осевом направлении назад таким образом, что его задний конец 63 входит в контакт с радиальной частью 531 удерживающих пальцев 53, мешая, таким образом, выталкиванию барабана 6 и вентилятора 4.

Внешняя поверхность продольного цилиндра 532 и задняя поверхность 531 удерживающих пальцев 53 покрыты истираемым покрытием 51 для амортизации как осевого удара, так и радиального удара, как это было детально описано ранее.

Как это, в частности, показано на фиг.8, изображающей вид сверху удерживающих пальцев 53, последние наклонены так, чтобы обеспечить легкую установку приводного барабана 6, позволяя при этом добиться надежного осевого удерживания. Боковая поверхность 56 удерживающего пальца 53 в данном случае наклонена относительно осевой плоскости Y-Y двигателя 1, проходящей через упомянутый палец 53, как это изображено на фиг.7; причем угол, образованный между боковой поверхностью 53 и упомянутой осевой плоскостью Y-Y, называется углом наклона α удерживающих пальцев 53. В этом примере угол наклона α удерживающих пальцев составляет от 10º до 50º.

Как это показано на фиг.7 и 8, удерживающие пальцы 53 наклонены в направлении против часовой стрелки, если смотреть спереди, т.е. задняя часть удерживающих пальцев 53 имеет угловое смещение в направлении против часовой стрелки относительно ее передней части. Предпочтительно, направление по часовой стрелке или против часовой стрелки удерживающих пальцев 53 определяется в зависимости от направления вращения вала низкого давления 2 и его приводного барабана 6. Предпочтительно, направление удерживающих пальцев 53 является таким же, что и направление вращения вала низкого давления 2 так, любой недостаток удерживания, как это детально будет описано в последующем. Таким образом, для вала низкого давления 2, вращающегося в направлении против часовой стрелки, если смотреть спереди (или в направлении по часовой стрелке, если смотреть сзади), удерживающие пальцы 53 ориентированы в направлении против часовой стрелки, если смотреть спереди.

Согласно данному третьему варианту практической реализации, задний конец 63 представлен в виде кольцевого зубчатого венца 63, содержащего упорные зубцы 64, радиально проходящие внутрь, которые отделены упорными отверстиями 65, как это показано на фиг.9A-C. В этом примере габаритные размеры упорных зубцов 64 и упорных отверстий 65 разработаны таким образом, чтобы соответствовать удерживающим отверстиям 54 и удерживающим пальцам 53 за счет взаимодополняемости форм.

Как и в случае с удерживающими пальцами 53, упорные зубцы 64 наклонены. Боковая поверхность 66 упорных зубцов 64 в данном случае наклонена относительно оси двигателя 1. Как это показано на фиг.9A-C, упорные зубцы 64 наклонены в направлении против часовой стрелки, если смотреть спереди, т.е. задняя часть упорных зубцов 64 имеет угловое смещение в направлении против часовой стрелки, если смотреть спереди, относительно его передней части. Угол наклона α упорных зубцов 64 и удерживающих пальцев 53 в данном примере идентичен, их соответствующие боковые поверхности 66, 56 параллельны для того, чтобы позволить им взаимодействовать путем перемещения по оси установки, наклонной к оси Х двигателя. Угол, образованный между упомянутой наклонной осью и осью двигателя, соответствует углу наклона α. Таким образом, любое осевое перемещение между приводным барабаном 6 и средствами удерживания 50 запрещено, что обеспечивает надежность осевого удерживания.

В общем, приводной вал 2 в данном случае выполнен с возможностью быть приведенным во вращение в процессе его функционирования в направлении по часовой стрелке, если смотреть сзади. Для установки барабана 6 барабан 6 перемещают в двигателе 1 спереди назад, заставляя его поворачиваться в направлении против часовой стрелки, если смотреть спереди (или в направлении по часовой стрелке, если смотреть сзади), т.е. в том же направлении вращения, что и направление вращения вала в условиях эксплуатации. По завершении установки упорные зубцы 64 размещаются сзади удерживающих пальцев 53.

В случае разрушения вала 2 сзади вентилятора барабан 6 перемещается вперед, продолжая при этом поворачиваться в направлении против часовой стрелки, если смотреть спереди, что не допускает взаимодействия удерживающих пальцев 53 с отверстиями 65 барабана 6.

Другими словами, наклон упорных зубцов 64 и удерживающих пальцев 53 (направление против часовой стрелки, если смотреть спереди) определяется относительно направления вращения вала 2 в процессе функционирования (направление против часовой стрелки, если смотреть спереди) для недопущения каких-либо недостатков удерживания в случае разрушения вала 2.

Если говорить более детально, для установки приводного барабана 6 в двигателе барабан 6 перемещают в осевом направлении из передней части двигателя (спереди назад) таким образом, чтобы упорные зубцы 64 были по существу выровнены с удерживающими отверстиями 55, отделяющими удерживающие пальцы 53. Затем приводной барабан 6 совершает поворот в косом направлении со значением угла наклона α, затем перемещается назад таким образом, чтобы упорные зубцы 64 прошли через удерживающие отверстия 55 для размещения сзади удерживающих пальцев 53 путем скольжения. В связи с этим при перемещении сзади, в косом направлении, приводной барабан 6 легко приводится во вращение в направлении против часовой стрелки, если смотреть спереди. Затем приводной барабан 6 вновь ориентируется в осевом направлении таким образом, чтобы его можно было привести в движение посредством вала низкого давления 2. В заключение удерживающие пальцы 53 оказываются против выгнутой части приводного барабана 6. Согласно одному варианту, ребра заднего конца 63 барабана и/или ребра средств удерживания 50 расходятся в разных направлениях для облегчения скольжения упорных зубцов 64 об удерживающие отверстия 55.

Как показано на фиг.9A, 9B и 9C, в процессе вращения приводного барабана 6 в направлении против часовой стрелки, если смотреть спереди, удерживающие пальцы 53 находятся в состоянии ожидания внутри барабана 6. В случае разрушения вала низкого давления 2 приводной барабан 6 перемещается в осевом направлении вперед, а удерживающие пальцы 53 упираются в упорные зубцы 64.

Согласно положению, изображенному на фиг.9A, удерживающие пальцы 53 выровнены с упорными зубцами 64, что позволяет удерживать в осевом направлении приводной барабан 6, по всей задней поверхности удерживающих пальцев 53.

Согласно положению, изображенному на фиг.9B, удерживающие пальцы 53 имеют угловое смещение относительно упорных зубцов 64, что позволяет удерживать в осевом направлении приводной барабан 6 на части задней поверхности удерживающих пальцев 53, что является достаточным для препятствования его выталкиванию.

Согласно положению, изображенному на фиг.9C, удерживающие пальцы 53 выровнены по углу с упорными отверстиями 65; причем наклон удерживающих пальцев 53 позволяет удерживать в осевом направлении приводной барабан 6. Кроме того, поскольку приводной барабан 6 стремится вращаться в том же направлении, что и его вал низкого давления 2 при работе в гиперкритичном режиме, барабан 6 естественно приводится в движение в направлении по часовой стрелке, что противодействует взаимодействию упорных зубцов 64 с удерживающими пальцами 53. Тем самым создается препятствие выталкиванию приводного барабана 6 сзади удерживающих пальцев 53, причем при любом угловом положении.

В данном примере удерживающие пальцы 53 барабана 6 являются равноудаленными, аналогичная ситуация существует и с упорными зубцами 64. Согласно одному варианту, удерживающие пальцы барабана, а также упорные зубцы являются асимметричными, что позволяет ограничить вибрацию, связанную с ударами при работе в гиперкритичном режиме. Действительно, при одинаковом расстоянии между удерживающими пальцами барабана образуется вибрация, частота которой пропорциональна количеству пальцев. В случае разного расстояния удар возникает лишь при каждом обороте, причем вибрация, связанная с ударами, уменьшена.

Описание изобретения приведено в вариантах практической реализации с 4, 6 и 16 удерживающими пальцами, но само собой разумеется, что количество пальцев могло бы быть различным.

Claims (11)

1. Газотурбинный двигатель, содержащий корпус (5, 15), в котором установлен, по меньшей мере, один приводной вал (2) вентилятора (4), жестко соединенного с приводным барабаном (6), снабженным лопатками (61) для сжатия потока воздуха, циркулирующего в двигателе спереди назад, отличающийся тем, что он содержит средства осевого удерживания (30; 40; 50), в состоянии ожидания, жестко соединенные с корпусом (5, 15) и выполненные с возможностью вступления в контакт с приводным барабаном (6) так, чтобы препятствовать осевому перемещению упомянутого барабана (6) в случае разрушения приводного вала (2).

2. Двигатель по п. 1, в котором приводной барабан (6) содержит средства упора, выполненные с возможностью вхождения в контакт со средствами осевого удерживания (30; 40; 50), причем средства упора образованы задней частью приводного барабана (6).

3. Двигатель по п. 2, в котором приводной барабан (6) содержит средства упора, выполненные с возможностью вхождения в контакт со средствами осевого удерживания (30; 40; 50), причем средства упора образованы задним концом (63) задней части приводного барабана (6).

4. Двигатель по одному из пп. 2 или 3, в котором средства упора радиально проходят внутрь двигателя.

5. Двигатель по п. 1, в котором средства осевого удерживания (30; 40; 50), в состоянии ожидания, проходят внутрь приводного барабана (6).

6. Двигатель по п. 5, в котором приводной барабан (6) содержит радиально выгнутую часть, причем средства осевого удерживания (30; 40; 50), в состоянии ожидания, расположены против выгнутой части.

7. Двигатель по п. 1, в котором средства осевого удерживания (30; 40; 50) содержат, по меньшей мере, один удерживающий палец (33; 43; 53), продольно выровненный с задней частью приводного барабана (6) так, чтобы препятствовать осевому перемещению упомянутого барабана (6) в случае разрушения приводного вала (2).

8. Двигатель по п. 1, в котором средства осевого удерживания (30; 40; 50) содержат истираемое покрытие (31; 41; 51), которое предназначено для вхождения в контакт с приводным барабаном (6).

9. Двигатель по п. 7, в котором удерживающий палец (43) шарнирно соединен относительно корпуса (5) таким образом, чтобы определять:
- положение установки, в котором удерживающий палец (43) радиально смещен относительно приводного барабана (6) для того, чтобы позволить осевое перемещение упомянутого барабана (6), и
- рабочее положение, в котором удерживающий палец (43) продольно выровнен с приводным барабаном (6) так, чтобы препятствовать осевому перемещению упомянутого барабана (6) в случае разрушения приводного вала (2).

10. Двигатель по п. 7, в котором средства удерживания (50) содержат зубчатую кольцевую удерживающую обечайку, радиально проходящую наружу и содержащую удерживающие пальцы (53), отделенные удерживающими отверстиями (55); причем приводной барабан (6) содержит упорную зубчатую кольцевую обечайку, радиально проходящую внутрь и содержащую упорные зубцы (64), отделенные упорными отверстиями (65); причем упорные зубцы (64) установлены для вхождения в контакт с удерживающими пальцами (53) так, чтобы препятствовать осевому перемещению упомянутого барабана (6) в случае разрушения приводного вала (2).

11. Двигатель по п. 10, в котором, по меньшей мере, один удерживающий палец (53) наклонен относительно осевой плоскости, проходящей через упомянутый палец (53).

Images