RU2669120C2

RU2669120C2 - Способ технического обслуживания газотурбинного двигателя (варианты) и газотурбинный двигатель

Info

Publication number: RU2669120C2
Application number: RU2014120376A
Authority: RU
Inventors: Брайан П. СИГАЛ; Тодд А. ДЭВИС
Original assignee: Юнайтед Текнолоджис Корпорейшн
Priority date: 2011-10-17
Filing date: 2012-10-15
Publication date: 2018-10-08
Also published as: RU2014120377A; RU2014120376A; RU2012143796A; EP2584154B8; RU2525038C2; EP2584154B1; RU2669115C2; EP3779130A1; EP2584154A2; EP2584154A3

Abstract

Изобретение относится к газотурбинному двигателю и, в частности, к его несущей (опорной) конструкции. Способ технического обслуживания газотурбинного двигателя включает разборку его подшипникового отсека и обеспечение доступа из передней части газотурбинного двигателя к редуктору, находящемуся в подшипниковом отсеке. Газотурбинный двигатель имеет осевой контур, проходящий от передней стороны двигателя назад, в соответствии с направлением осевого потока. Способ технического обслуживания включает обслуживание компонента, находящегося в подшипниковом отсеке. Другой вариант предлагаемого способа включает осуществление доступа из передней части переднего центрального узла к редуктору, приводимому в действие от низкоскоростного вала, и обслуживание компонента, находящегося в подшипниковом отсеке за передним центральным узлом. Изобретение позволяет облегчить быстрое обслуживание газотурбинного двигателя. 3 н. и 23 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Область техники

Изобретение относится к газотурбинному двигателю и, в частности, к его несущей (опорной) конструкции.

Уровень техники

Газотурбинные двигатели обычно содержат один или более роторных валов, которые передают мощность и вращательное движение от турбинной секции к компрессорной и вентиляторной секциям. Роторные валы имеют опоры, установленные в стационарной несущей конструкции, обычно состоящей из модулей в виде индивидуальных секций, которые соединяются посредством болтов, проводимых через соответствующие фланцы. Фланцевые соединения способны выдерживать различные нагрузки, передаваемые через стационарную конструкцию двигателя. При этом важной характеристикой газотурбинных двигателей являются легкость и скорость их обслуживания.

Раскрытие изобретения

Согласно одному из вариантов настоящего изобретения способ технического обслуживания газотурбинного двигателя, который имеет осевой контур, проходящий от передней стороны двигателя назад, в соответствии с направлением осевого потока, включает: разборку подшипникового отсека газотурбинного двигателя и обеспечение доступа из передней части газотурбинного двигателя к редуктору, находящемуся в подшипниковом отсеке, и обслуживание компонента, находящегося в подшипниковом отсеке.

При этом в неограничивающем варианте данного способа технического обслуживания газотурбинного двигателя разборка несущей части может включать отсоединение передней стенки от опоры переднего центрального узла.

Согласно другому варианту может обеспечиваться доступ из передней части двигателя к гибкой опоре, установленной в опоре переднего центрального узла и прикрепленной к редуктору.

Согласно следующему варианту способ может включать отсоединение подшипникового блока от опоры переднего центрального узла.

Еще в одном варианте передняя стенка может отсоединяться от выходного вала, приводимого во вращение через редуктор.

Другой вариант способа по изобретению включает отсоединение передней стенки от выходного вала, приводимого во вращение через редуктор.

Согласно другому неограничивающему варианту любого из рассмотренных способов операция разборки включает удаление редуктора как единого модуля путем его перемещения вперед, с отведением от подшипникового отсека и низкоскоростного вала.

Согласно еще одному неограничивающему варианту любого из рассмотренных способов операция обслуживания компонента включает обслуживание редуктора, подшипникового блока или блока уплотнения.

Способ технического обслуживания газотурбинного двигателя согласно другому аспекту изобретения включает осуществление доступа из передней части переднего центрального узла к редуктору, приводимому в действие от низкоскоростного вала, и обслуживание компонента, находящегося в подшипниковом отсеке за передним центральным узлом.

Согласно неограничивающему варианту любого из рассмотренных способов операция отсоединения включает снятие диска вентилятора с выходного вала, связанного с редуктором. При этом операцию удаления крепежных элементов осуществляют после осуществления операции снятия диска.

Согласно еще одному варианту передняя сторона двигателя обращена к вентилятору.

Еще в одном варианте способа по изобретению операция обеспечения доступа включает удаление редуктора как единого модуля путем его перемещения вперед, с отведением от подшипникового отсека и низкоскоростного вала и с открыванием указанного компонента. В этом варианте операция обслуживания компонента включает обслуживание подшипникового блока или блока уплотнения.

Газотурбинный двигатель согласно еще одному аспекту изобретения содержит редуктор, установленный в заданной зоне вдоль оси двигателя. При этом низкоскоростной вал установлен позади редуктора с возможностью приведения его в действие. Опора переднего центрального узла расположена вокруг оси двигателя, а подшипниковый блок установлен на опоре переднего центрального узла и на низкоскоростном валу. Блок уплотнения установлен позади подшипникового блока, тогда как передняя стенка установлена на опоре переднего центрального узла с возможностью ее отделения от указанной опоры для обеспечения доступа по меньшей мере к редуктору, подшипниковому блоку или блоку уплотнения.

В неограничивающем варианте газотурбинного двигателя положение опоры переднего центрального узла задано относительно продольной оси двигателя.

В следующем неограничивающем варианте блок уплотнения установлен на опоре переднего центрального узла.

Согласно следующему варианту опора переднего центрального узла может быть снабжена фланцем, стыкующимся с фланцем передней стенки.

Еще в одном своем варианте, совместимом с любым предыдущим вариантом, газотурбинный двигатель может содержать крепежные элементы, прикрепляющие фланец передней стенки к фланцу опоры переднего центрального узла, причем эти крепежные элементы могут быть установлены с возможностью доступа к ним из передней части двигателя.

В другом неограничивающем варианте, совместимом с любым из рассмотренных вариантов газотурбинного двигателя, передняя стенка может поддерживать подшипниковый блок, обеспечивающий опору для выходного вала, приводимого во вращение редуктором и выполненного с возможностью приведения во вращение вентилятора.

В следующем неограничивающем варианте редуктор может приводить вентилятор во вращение со скоростью, отличной от скорости низкоскоростного вала.

Еще в одном неограничивающем варианте опора переднего центрального узла и передняя центральная секция образуют единую конструкцию, причем они могут быть соединены одна с другой сварным швом.

Согласно следующему варианту газотурбинный двигатель по изобретению содержит соединительный вал, связанный, своей задней частью, посредством шлицевого соединения, с редуктором, а низкоскоростной вал содержит диск компрессора низкого давления, снабженный шлицем, сопрягаемым с подшипниковым блоком, и блок уплотнения, установленный на диск компрессора низкого давления.

Краткое описание чертежей

Особенности и свойства изобретения станут понятны специалистам из нижеследующего подробного описания неограничивающих вариантов изобретения, которые поясняются прилагаемыми чертежами.

На фиг. 1 схематично, частично в продольном сечении показан газотурбинный двигатель.

На фиг. 2 в продольном сечении, в увеличенном масштабе показан передний центральный узел газотурбинного двигателя по фиг. 1.

На фиг. 3 в продольном сечении, в еще более увеличенном масштабе показан узел зубчатой передачи газотурбинного двигателя.

На фиг. 4 показаны, в перспективном изображении, компоненты переднего центрального узла.

На фиг. 5 в перспективном изображении, в продольном разрезе показана опора переднего центрального узла.

На фиг. 6 опора переднего центрального узла показана на частичном виде, в продольном сечении.

На фиг. 7 опора переднего центрального узла показана в продольном сечении, с пространственным разделением компонентов.

На фиг. 8 схематично иллюстрируется извлечение редуктора из газотурбинного двигателя.

Осуществление изобретения

На фиг. 1 схематично показан газотурбинный двигатель 20. В представленном варианте он является двухвальным турбовентиляторным двигателем, который содержит вентиляторную секцию 22, секцию 24 компрессора, секцию 26 камеры сгорания и турбинную секцию 28. Альтернативные варианты двигателя могут содержать также, в числе других систем и устройств, форсажную секцию (не изображена). Вентиляторная секция 22 направляет воздух во внешний контур, тогда как секция 24 компрессора нагнетает воздух во внутренний (осевой) контур, чтобы сжать его и подать в секцию 26 камеры сгорания, после чего происходит расширение газа в турбинной секции 28. Хотя в данном варианте газотурбинный двигатель является турбовентиляторным, должно быть понятно, что предлагаемые решения применимы не только в турбовентиляторных двигателях, а могут использоваться и в турбинных двигателях других типов.

Двигатель 20 содержит низкоскоростной вал 30 и высокоскоростной вал 32, установленные в подшипниковых узлах 38 с возможностью вращения относительно стационарной (статической) части 36 двигателя вокруг его центральной продольной оси A.. Низкоскоростной вал 30 выполнен на основе внутреннего вала 40, который связывает вентилятор 42, компрессор 44 низкого давления и турбину 46 низкого давления. Чтобы приводить вентилятор 42 во вращение со скоростью, меньшей скорости низкоскоростного вала 30, внутренний вал 40 связан с вентилятором 42 посредством узла 48 зубчатой передачи. Высокоскоростной вал 32 выполнен на основе наружного вала 50, который связывает компрессор 52 высокого давления и турбину 54 высокого давления. Камера 56 сгорания расположена между компрессором 52 высокого давления и турбиной 54 высокого давления. Внутренний вал 40 и наружный вал 50 являются соосными, причем они вращаются вокруг центральной продольной оси A двигателя, совпадающей с их продольными осями.

Воздух в осевом контуре подвергается сжатию компрессором 44 низкого давления, а затем компрессором 52 высокого давления, смешивается с топливом и сгорает вместе с ним в камере 56 сгорания. Затем продукты горения расширяются в турбине 54 высокого давления и в турбине 46 низкого давления, в результате чего турбины 46, 54 приводят во вращение низкоскоростной вал 30 и высокоскоростной вал 32 соответственно.

Главные валы 40, 50 двигателя поддерживаются в нескольких точках подшипниковыми узлами 38, установленными в стационарной части 36 двигателя. В одном неограничивающем варианте подшипниковой системы подшипниковый узел 38A одного из подшипников (подшипника №2) установлен в секции 24 компрессора.

Как показано на фиг. 2, стационарная часть 36 двигателя вблизи секции 24 компрессора имеет передний центральный узел 60, примыкающий к узлу 38A подшипника №2. Данный узел 60 содержит опору 62. Подшипниковый узел 38A подшипника №2 содержит блок 64 уплотнения, подшипниковый блок 66, гибкую опору 68 и центрирующую пружину 70.

Как показано на фиг. 2 и 3, гибкая опора 68 обеспечивает гибкое (нежесткое) закрепление узла 48 зубчатой передачи, находящегося внутри опоры 62 переднего центрального узла (показанного также на фиг. 4). Гибкая опора 68 реагирует на торсионные нагрузки со стороны узла 48 зубчатой передачи и, в дополнение к обычным функциям опоры, облегчает поглощение вибраций. Центрирующая пружина 70 (также проиллюстрированная на фиг. 4) является, по существу, цилиндрическим конструктивным элементом в форме клетки с множеством продольных стержней, расположенных между концевыми фланцами. Центрирующая пружина 70 упруго позиционирует подшипниковый блок 66 относительно низкоскоростного вала 30. В одном варианте стержни пружины выполнены с двойной конусностью и расположены по окружности для возможности настройки радиальной жесткости пружины, которая может задаваться с учетом многих факторов, включая (не ограничиваясь ими) такие факторы, как нагрузка на подшипник, срок службы подшипника, динамические характеристики ротора и допустимые смещения ротора.

Опора 62 переднего центрального узла включает переднюю центральную секцию 72 и подшипниковую секцию 74, коаксиальные продольной оси. Между этими секциями находится промежуточная секция 76 в форме усеченного конуса (см. фиг. 5). Передняя центральная секция 72 по меньшей мере частично определяет осевой контур в компрессоре 44 низкого давления. Более конкретно, эта секция 72 образует кольцевой канал для осевого потока, в котором находятся направляющие лопатки 72A, 72B переднего центрального узла. Подшипниковая секция 74 смещена радиально внутрь относительно передней центральной секции 72. В подшипниковой секции 74 находятся подшипниковый блок 66 и блок 64 уплотнения относительно низкоскоростного вала 30. Промежуточная секция 76 в форме усеченного конуса соединяет переднюю центральную секцию 72 и подшипниковую секцию 74 с образованием единой конструкции для восприятия нагрузки от подшипникового блока 66 до наружной периферии стационарной части 36 двигателя, по существу, не имеющей изломов или выступов, типичных для обычных фланцевых соединений. Эту промежуточную секцию можно выполнить со сварным швом W (см. фиг. 5) или, альтернативно, цельной, так что вся опора 62 переднего центрального узла будет цельным компонентом.

Выполнение промежуточной секции 76, как цельной детали в форме усеченного конуса, облегчает получение конструкции с малым весом и уменьшенным количеством деталей при улучшенной способности настройки ее общей жесткости и обеспечении соответствия динамическим требованиям со стороны ротора. Данная конструкция позволяет, кроме того, интегрировать такие функции, как подача масла и воздуха в подшипниковый отсек, окружающий подшипниковый блок 66.

Как показано на фиг. 6, опора 62 переднего центрального узла снабжена монтажными средствами для приема гибкой опоры 68. В одном неограничивающем варианте эти средства, имеющиеся на опоре 62 переднего центрального узла, включают шлиц 78 и обращенный внутрь крепежный выступ 80 на передней центральной секции 72. У гибкой опоры 68 имеются также соответствующий наружный выступ 82 и обращенный радиально наружу крепежный фланец 84. Гибкая опора 68 вводится в опору 62 переднего центрального узла в зоне шлицевого соединения 86, образованного шлицем 78 и выступом 82, и фиксируется в этом положении так, что крепежный фланец 84 упирается в крепежный выступ 80. В крепежный фланец 84 и в крепежный выступ 80 вводятся крепежные элементы 88, например болты, чтобы закрепить гибкую опору 68 на опоре 62 переднего центрального узла.

Как показано на фиг. 7, крепежные элементы 88 ориентированы своими головками вперед, чтобы обеспечить доступ к ним с передней стороны переднего центрального узла 60, противоположной по отношению к подшипниковому блоку 66 подшипникового узла 38A. Благодаря такому расположению крепежные элементы 88 легко удаляются для получения доступа к редуктору 90 узла 48 зубчатой передачи.

К передней части опоры 62 переднего центрального узла позади вентилятора 42 прикреплена передняя стенка 102 таким образом, чтобы обеспечить доступ к узлу 48 зубчатой передачи со стороны передней части двигателя 20. У передней стенки 102 имеется фланец 103, прикрепляемый к фланцу 61 опоры 62 переднего центрального узла посредством крепежных элементов 105, которые в одном неограничивающем варианте являются болтами. Передняя стенка 102 и опора 62 переднего центрального узла ограничивают подшипниковый отсек 100 (показанный также на фиг. 2), который связан с подшипниковым блоком 66. Передняя стенка 102 является съемной, что позволяет получить доступ к модулю редуктора 90. Возможность доступа к редуктору 90 может облегчить быстрое обслуживание двигателя в полете.

Должно быть понятно, что передняя стенка 102 может быть связана с различными опорными конструкциями 104 (схематично показанными и на фиг. 2) и уплотнениями 106 (схематично показанными и на фиг. 2), чтобы ограничить зону, доступную для масла, и обеспечить возможность вращения выходного вала 108. Выходной вал 108, связанный с узлом 48 зубчатой передачи, приводит во вращение вентилятор 42. Лопасти 42 В вентилятора отходят от диска 110 вентилятора, закрепленного на выходном валу 108 для совместного вращения с ним. Должно быть понятно, что опорные конструкции 104 и уплотнения 106 в рассматриваемом неограничивающем варианте могут быть извлечены заодно с передней стенкой 102 после того, как будет снят диск 110 вентилятора.

Редуктор 90 приводится в действие низкоскоростным валом 30 (фиг. 1) через соединительный вал 112, который передает вращательный момент редуктору 90 через подшипниковый блок 66. Наличие этого вала способствует также разделению по вибрациям и другим кратковременным процессам. У соединительного вала 112 имеются передняя часть 114 и задняя часть 116, которая отходит от подшипникового блока 66. На передней части 114 соединительного вала выполнен выступ 118, который сопрягается со шлицем 120, выполненным на задней части 116 соединительного вала. Посредством выступа 122, имеющегося на задней части 116 соединительного вала, этот вал соединен с низкоскоростным валом 30. В данном варианте это соединение осуществляется сопряжением указанного выступа с соответствующим шлицем 124, выполненном на диске 126 компрессора 44 низкого давления.

Чтобы снять редуктор 90, отсоединяют диск 110 вентилятора от выходного вала 108. Затем удаляют крепежные элементы 105, отсоединяя переднюю стенку 102 от опоры 62 переднего центрального узла. После этого удаляют крепежные элементы 88 с передней стороны двигателя 20 и выдвигают узел 48 зубчатой передачи из опоры 62 переднего центрального узла вперед, так что выступ 118 выходит из шлица 120, а наружный выступ 82 из внутреннего шлица 78. В результате узел 48 зубчатой передачи может быть извлечен из двигателя 20, как единый модуль (это схематично проиллюстрировано на фиг. 8). Должно быть понятно, что для извлечения узла 48 зубчатой передачи из двигателя 20 может оказаться необходимой и разборка каких-то других компонентов, однако, такая разборка относительно проста и не требует рассмотрения в контексте изобретения. Должно быть также понятно, что после описанных операций можно легко удалить с передней стороны двигателя и другие компоненты, такие как подшипниковый блок 66 и блок 64 уплотнения.

Описанный порядок снятия редуктора 90 (в составе узла зубчатой передачи) с передней стороны двигателя 20 дает значительную экономию времени и затрат. Узел 48 зубчатой передачи извлекается из двигателя 20, как единый модуль, так что его дальнейшая разборка не требуется. Кроме того, хотя узел 48 зубчатой передачи должен быть извлечен из двигателя, чтобы получить доступ к подшипниковому блоку 66 и к блоку 64 уплотнения, его удаления не требуется, если нужно получить доступ собственно к осевому каналу двигателя.

Должно быть понятно, что идентичные или сходные элементы имеют одни и те же обозначения на всех чертежах. Должно быть также понятно, что, хотя в описанном варианте представлено определенное взаимное расположение компонентов, в рамках изобретения возможны и другие их расположения.

Хотя был проиллюстрирован, описан и отражен в формуле изобретения определенный порядок операций, должно быть понятно, что, если не оговорено обратное, данные операции могут выполняться, без выхода за границы изобретения, в любом порядке, как раздельно, так и в комбинации с другими операциями.

Хотя были описаны и представлены на чертежах конкретные компоненты, варианты изобретения не ограничиваются этими компонентами и их комбинациями. Возможны и другие комбинации этих компонентов или перенос признаков от одних компонентов к другим.

Соответственно, приведенное описание имеет иллюстративный, а не ограничительный характер. Специалисту в соответствующей области будет очевидно, что в описанные неограничивающие примеры могут быть внесены различные модификации и вариации, не выходящие за пределы изобретения, определяемые прилагаемой формулой. С учетом возможных вариантов осуществления изобретения, его истинный объем может быть определен только в результате анализа прилагаемой формулы.

Claims

1. Способ технического обслуживания газотурбинного двигателя, который имеет осевой контур, проходящий от передней стороны двигателя назад, в соответствии с направлением осевого потока, при этом способ включает:

разборку подшипникового отсека газотурбинного двигателя и

обеспечение доступа из передней части газотурбинного двигателя к редуктору, находящемуся в подшипниковом отсеке, и

обслуживание компонента, находящегося в подшипниковом отсеке.

2. Способ по п. 1, в котором разборка подшипникового отсека включает отсоединение передней стенки от опоры переднего центрального узла.

3. Способ по п. 2, который дополнительно включает осуществление доступа из передней части к гибкой опоре, установленной в опоре переднего центрального узла и прикрепленной к редуктору.

4. Способ по п. 2, который дополнительно включает отсоединение подшипникового блока от опоры переднего центрального узла.

5. Способ по п. 2, который дополнительно включает отсоединение передней стенки от выходного вала, приводимого во вращение через редуктор.

6. Способ по п. 1, в котором указанная операция разборки включает удаление редуктора как единого модуля путем его перемещения вперед, с отведением от подшипникового отсека и низкоскоростного вала.

7. Способ по п. 6, в котором операция обслуживания компонента включает обслуживание редуктора, подшипникового блока или блока уплотнения.

8. Способ технического обслуживания газотурбинного двигателя, включающий осуществление доступа из передней части переднего центрального узла к редуктору, приводимому в действие от низкоскоростного вала, и

обслуживание компонента, находящегося в подшипниковом отсеке за передним центральным узлом.

9. Способ по п. 8, который дополнительно включает отсоединение вентилятора, механически связанного с редуктором.

10. Способ по п. 9, который дополнительно включает удаление крепежных элементов, находящихся в передней части переднего центрального узла, для отсоединения передней стенки от опоры переднего центрального узла.

11. Способ по п. 10, в котором операция отсоединения включает снятие диска вентилятора с выходного вала, связанного с редуктором, причем операцию удаления крепежных элементов осуществляют после осуществления операции снятия диска.

12. Способ по п. 8, обеспечивающий возможность технического обслуживания газотурбинного двигателя, передняя сторона которого обращена к вентилятору.

13. Способ по п. 8, в котором операция обеспечения доступа включает удаление редуктора как единого модуля путем его перемещения вперед, с отведением от подшипникового отсека и низкоскоростного вала и с открыванием указанного компонента, а операция обслуживания компонента включает обслуживание подшипникового блока или блока уплотнения.

14. Газотурбинный двигатель, содержащий:

редуктор, установленный в заданной зоне вдоль оси двигателя;

низкоскоростной вал, установленный позади редуктора с возможностью приведения его в действие;

опору переднего центрального узла, расположенную вокруг оси двигателя, и

подшипниковый блок, установленный на опоре переднего центрального узла и на низкоскоростном валу;

блок уплотнения, установленный позади подшипникового блока, и

переднюю стенку, установленную на опоре переднего центрального узла с возможностью ее отделения от указанной опоры для обеспечения доступа по меньшей мере к редуктору, подшипниковому блоку или блоку уплотнения.

15. Двигатель по п. 14, в котором положение опоры переднего центрального узла задано относительно продольной оси двигателя.

16. Двигатель по п. 14, в котором блок уплотнения установлен на опоре переднего центрального узла.

17. Двигатель по п. 14, в котором опора переднего центрального узла снабжена фланцем, стыкующимся с фланцем передней стенки.

18. Двигатель по п. 17, который дополнительно содержит крепежные элементы, прикрепляющие фланец передней стенки к фланцу опоры переднего центрального узла.

19. Двигатель по п. 18, в котором крепежные элементы установлены с возможностью доступа к ним из передней части двигателя.

20. Двигатель по п. 14, в котором передняя стенка поддерживает подшипниковый блок, обеспечивающий опору для выходного вала, приводимого во вращение редуктором и выполненного с возможностью приведения во вращение вентилятора.

21. Двигатель по п. 14, в котором редуктор приводит вентилятор во вращение со скоростью, отличной от скорости низкоскоростного вала.

22. Двигатель по п. 14, в котором опора переднего центрального узла выполнена как единый компонент с передней центральной секцией, содержащей направляющую лопатку, находящуюся в кольцевом канале для осевого потока, и по меньшей мере частично формирующей осевой контур двигателя.

23. Двигатель по п. 22, в котором опора переднего центрального узла и передняя центральная секция образуют единую конструкцию.

24. Двигатель по п. 22, в котором опора переднего центрального узла и передняя центральная секция соединены сварным швом.

25. Двигатель по п. 14, который содержит соединительный вал, связанный, своей задней частью, посредством шлицевого соединения, с редуктором.

26. Двигатель по п. 25, в котором низкоскоростной вал содержит диск компрессора низкого давления, снабженный шлицем, сопрягаемым с подшипниковым блоком, и блок уплотнения, установленный на диск компрессора низкого давления.