СОЕДИНИТЕЛЬНЫЙ МОДУЛЬ МЕЖДУ ПРИВОДНЫМ ВАЛОМ ВЕНТИЛЯТОРА ДВИГАТЕЛЯ И ПОДШИПНИКОМ КАЧЕНИЯ

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к области авиационных двигателей с вентилятором (-ами) и, более точно, к средствам, используемым в данных двигателях для реакции на дисбаланс, вызванный потерей лопасти вентилятора. На решение данной проблемы, в частности, направлены документы ЕР 1653051, ЕР 1916431, FR 2752024 и FR 2888621.

Изобретение в особенности применимо для турбореактивных двигателей.

ПРЕДШЕСТВУЮЩИЙ УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

На фиг. 1 можно видеть показанную схематически часть авиационного турбореактивного двигателя 1 известной конструкции по предшествующему уровню техники.

Обычно данный турбореактивный двигатель 1 имеет продольную ось 2, на которой сцентрирован ротор 4 вентилятора, удерживающий лопасти 6 вентилятора, вместе с приводным валом 8, жестко установленным так, что он вращается вместе с ротором 4, также называемым диском вентилятора.

Турбореактивный двигатель 1 также включает в себя корпус/статор 10, образующий неподвижный жесткий корпус, при этом данный корпус показан очень схематично на фиг. 1. Для удерживания и направления вала 8 имеются три подшипника качения, расположенные один за другим на расстоянии друг от друга в направлении оси 2, при этом данные подшипники обозначены соответственно - от переднего до заднего - ссылочными позициями 12а, 12b и 12с.

Наружное кольцо каждого из данных трех подшипников качения прикреплено к корпусу 10 с помощью соединительных средств, обозначенных соответственно 14а, 14b и 14с, при этом каждое из данных соединительных средств принимает форму кронштейна, предназначенного для подшипника и образующего кольцевой конструктивный элемент, соединяющий наружное кольцо непосредственно с корпусом или с внутренней выступающей частью данного корпуса, как в случае переднего подшипника 12а, расположенного ближе всего к ротору 4.

Каждый из самого переднего подшипника 12а и самого заднего подшипника 12с предназначен для передачи радиальных сил, в то время как промежуточный подшипник 12b качения также предназначен для удерживания вала 8 в аксиальном направлении.

Что касается переднего подшипника 12а, то предназначенный для данного подшипника кронштейн 14а соединен с корпусом 10 посредством разрушаемого механического соединения 16а. Данное соединение образовано, например, посредством использования винтов, число, размеры и местоположения которых выбирают так, чтобы обеспечить желательный характер разрушения, который будет разъяснен ниже.

При нормальных параметрах полета, как схематически показано на фиг. 1, предохранительное разрушаемое механическое соединение 16а является достаточно прочным, что позволяет ему выдерживать радиальные силы, передаваемые передним подшипником 12а, который используется для обеспечения вращения вала 8 на продольной оси 2 турбореактивного двигателя.

В случае возникновения экстраординарной проблемы, приводящей к потере одной или нескольких лопастей 6 вентилятора, ротор 4 подвергается воздействию дисбаланса, что приводит к чрезвычайно большим радиальным силам, действующим на конструктивные элементы турбореактивного двигателя и, в частности, на кронштейны 14а, 14b и 14с для подшипников.

Как было упомянуто ранее, разрушаемое механическое соединение 16а предназначено для разрушения, когда кронштейн 14а подвергается воздействию, чрезвычайно больших радиальных сил, величину которых можно определить заранее. Как показано на фиг. 2, почти немедленным следствием данных разрушений является смещение ротора 4 в радиальном направлении. Приводной вал 8, который продолжает удерживаться на оси 2 промежуточным подшипником 12b и задним подшипником 12с, следует за смещением ротора, подвергаясь изгибу. В этой связи соединительный модуль 18, расположенный между валом 8 и промежуточным подшипником 12b, выполнен с возможностью преобразования в шаровое соединение после потери лопасти с последующим разрушением механического предохранителя, как будет разъяснено ниже. Это происходит вместо выраженного изгибания вала, поскольку точка изгиба создается в зоне данного промежуточного подшипника, образующего шаровое соединение, как показано схематически на фиг. 2.

Амплитуда изгиба ограничена многочисленными местами контакта ротора с зонами статора, которые определены заранее на этапе проектирования конфигурации турбомашины. Она также ограничена за счет того, что кронштейн 14а упирается в аксиальном направлении в выступающую часть 20а корпуса, которая вначале обеспечивала опору для предохранительного соединения 16а. Следовательно, данное состояние, показанное на фиг. 2, показывает локализованный контакт 22 между кронштейном 14а и выступающей частью 20а корпуса, при этом последняя принимает вид кольцевой дорожки.

При образовании данного контакта вал 8 подвергается, как известно специалистам в данной области техники, прецессии, при этом во время данного прецессионного движения он продолжает вращаться относительно себя самого, оставаясь изогнутым, и, следовательно, также вращается вокруг продольной оси 2, оставаясь смещенным в угловом направлении от данной оси за исключением зоны двух подшипников 12b, 12с, которые продолжают спорадически направлять и центрировать данный вал 8 на оси 2.

Прецессионное движение вала 8 и его ротора 4 в сочетании с контактом элементов 14а, 20а вызывает перемещение кронштейна 14а относительно выступающей части 20а корпуса. Данное относительное перемещение представляет собой качение, обычно без скольжения, вследствие очень больших усилий контакта.

Конструкция, подобная описанной выше, такова, что она вызывает как можно более быстрое механическое разъединение. Конструкция, например, такова, что между моментом потери лопасти 6 вентилятора и моментом разрушения предохранительного механического соединения 16а проходит период времени, не превышающий порядка одной миллисекунды.

Данная система механического разъединения, несмотря на большой дисбаланс, возникающий в результате потери лопасти, обеспечивает возможность сохранения целостности конструктивных элементов турбореактивного двигателя.

Как было упомянуто выше, соединительный модуль 18 установлен между приводным валом 8 ротора 4 вентилятора и промежуточным подшипником 12b качения. Данный модуль по существу образует шаровое соединение, которое сохраняется в заблокированном состоянии при нормальных условиях полета. Для обеспечения этого модуль включает в себя внутренний кольцевой конструктивный элемент, прикрепленный к приводному валу и имеющий ограждающий элемент, а также наружный кольцевой конструктивный элемент, который зафиксирован относительно внутреннего кольца промежуточного подшипника качения. Кроме того, данный наружный конструктивный элемент ограничивает дорожку, форма которой является комплементарной под отношению к форме ограждающего элемента для образования вместе с ним указанного шарового соединения. Кроме того, наружный конструктивный элемент опирается в радиальном направлении на внутренний конструктивный элемент за счет контакта между сферической дорожкой и дорожкой комплементарной формы, поверхности которых плотно прилегают друг к другу.

Кроме того, для удерживания шарового соединения в заблокированном состоянии имеются предохранительные разрушаемые стержнеобразные элементы между внутренним и наружным конструктивными элементами модуля.

Конструкция вышеуказанного типа раскрыта в US2003210979 А1.

Основной недостаток данного решения состоит в том, что как только шаровое соединение станет разблокированным, его работа может быть нарушена вследствие сил сопротивления, обусловленных плотным прилеганием, которое остается между поверхностями сферических дорожек. Кроме того, регулирование изменения состояния шарового соединения представляет собой тонкую регулировку и требует продолжительных и дорогостоящих операций регулировки.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Следовательно, задача изобретения состоит в том, чтобы предложить, по меньшей мере, частичное решение проблем, упомянутых выше, в сравнении с вариантами осуществления по предшествующему уровню техники.

Для выполнения этого, одним предметом изобретения является соединительный модуль, предназначенный для размещения между приводным валом ротора вентилятора авиационного двигателя и подшипником качения, предназначенным для передачи радиальных и осевых сил, при этом указанный модуль включает в себя, во-первых, внутренний кольцевой конструктивный элемент, предназначенный для прикрепления к указанному приводному валу и имеющий ограждающий элемент, и, во-вторых, наружный кольцевой конструктивный элемент, предназначенный для фиксации относительно внутреннего кольца указанного подшипника качения, при этом данный наружный конструктивный элемент, опирающийся в радиальном направлении на радиальные опорные средства, установленные на внутреннем конструктивном элементе, ограничивает дорожку, форма которой является комплементарной по отношению к форме дорожки указанного ограждающего элемента для образования вместе с ним шарового соединения, удерживаемого в заблокированном состоянии посредством системы блокировки, включающей в себя блокирующее приспособление, установленное на внутреннем конструктивном элементе, при этом данное блокирующее приспособление выступает в радиальном направлении наружу от ограждающего элемента и проходит в указанный наружный конструктивный элемент, и при этом средства, образующие механический предохранитель, образуют соединение между блокирующим приспособлением и ограждающим элементом, так что указанное шаровое соединение разблокируется после разрушения данных средств, образующих предохранитель.

В соответствии с изобретением радиальные опорные средства предусмотрены на указанном блокирующем приспособлении.

Следовательно, отличительные признаки изобретения определяются конструкцией радиальных опорных средств, которые прикреплены к блокирующему приспособлению шарового соединения. Следовательно, это отличается от решения по предшествующему уровню техники, описанного выше, в котором радиальные опорные средства были образованы сферическими дорожками в шаровом соединении. В данном случае сферические дорожки больше не выполняют данную функцию, так что предпочтительно то, что больше нет никакого плотного прилегания между ними. Следовательно, когда шаровое соединение разблокируется за счет разрушения средств, образующих механический предохранитель, данное шаровое соединение может функционировать оптимальным образом без отрицательного воздействия на него, вызываемого наличием значительных сил сопротивления.

Кроме того, решение, предложенное в соответствии с настоящим изобретением, обеспечивает возможность улучшенного регулирования изменения состояния шарового соединения.

Изобретение также предпочтительно за счет того, что обеспечивается простота регулирования и возможность легкой адаптации ко всем техническим решениям, связанным с авиационными двигателями с вентилятором(-ами) и, в частности, с турбореактивными двигателями.

Указанное блокирующее приспособление также предпочтительно обеспечивает удерживание внутреннего кольцевого конструктивного элемента в аксиальном направлении относительно наружного кольцевого конструктивного элемента. При разблокировании шарового соединения осевые усилия передаются посредством сферических дорожек, образующих данное шаровое соединение.

Указанное блокирующее приспособление также предпочтительно удерживает внутренний кольцевой конструктивный элемент относительно наружного кольцевого конструктивного элемента в направлении по касательной.

Указанное блокирующее приспособление предпочтительно представляет собой кольцо. В альтернативном варианте оно может представлять собой множество элементов, расположенных по окружности на расстоянии друг от друга, без выхода за пределы объема изобретения. В качестве примера кольцо может быть прерывистым в направлении вдоль окружности.

Кольцо предпочтительно имеет сквозные отверстия, которые расположены по окружности на расстоянии друг от друга. Данные отверстия обеспечивают возможность уменьшения механического сопротивления соединения между кольцом и ограждающим элементом, что способствует образованию зоны механического предохранителя.

Блокирующее приспособление предпочтительно установлено в углублении наружного конструктивного элемента, и указанная система блокировки также включает в себя удерживающие лапки, которые неподвижно прикреплены к данному наружному конструктивному элементу, размещены в указанном углублении и проходят через указанные отверстия, образованные в кольце. Оказывается, данное решение, называемое решением типа кулачковой/зубчатой муфты, представляет особый интерес при удерживании внутреннего конструктивного элемента относительно наружного конструктивного элемента в направлении по касательной.

Указанные радиальные опорные средства предпочтительно принимают вид одной или нескольких цилиндрических направляющих в виде дорожек. Данные цилиндрические направляющие в виде дорожек могут быть непрерывными или прерывистыми/сегментированными в направлении вдоль окружности без выхода за пределы объема изобретения. Они предпочтительно расположены на периферии блокирующего приспособления.

Указанные средства, образующие механический предохранитель, предпочтительно имеют вид суженного участка.

Кроме того, изобретение относится к авиационному двигателю, включающему в себя модуль, подобный описанному выше. Данный двигатель предпочтительно включает в себя три подшипника, расположенные между приводным валом ротора вентилятора и статором двигателя, при этом данные три подшипника расположены на расстоянии друг от друга в аксиальном направлении и включают передний подшипник, взаимодействующий с кронштейном для подшипника, соединенным со статором двигателя посредством предохранительного разрушаемого механического соединения, вместе с промежуточным подшипником качения, установленным на приводном валу ротора вентилятора посредством указанного модуля.

Другие преимущества и признаки изобретения станут очевидными в нижеприведенном неограничивающем подробном описании.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Данное описание будет выполнено со ссылкой на приложенные чертежи, в которых:

- фиг. 1 показывает схематическое продольное сечение части турбореактивного двигателя в соответствии с известной конструкцией по предшествующему уровню техники;

- фиг. 2 показывает вид, аналогичный изображению по фиг. 1, при этом турбореактивный двигатель имеет такую конфигурацию, какую он принимает после механического отсоединения переднего подшипника после потери лопасти вентилятора;

- фиг. 3 показывает более подробно половину сечения соединительного модуля, расположенного между промежуточным подшипником качения и приводным валом ротора вентилятора турбореактивного двигателя, такого как показанный на предыдущих фигурах, при этом модуль принимает вид предпочтительного варианта осуществления изобретения;

- фиг. 4 показывает вид в перспективе внутреннего конструктивного элемента модуля по фиг. 3;

- фиг. 5 показывает выполненный с пространственным разделением элементов вид в перспективе модуля по фиг. 3; и

- фиг. 6а и 6b показывают половины схематических сечений внутреннего конструктивного элемента модуля, показанного на фиг. 3-5, соответственно до и после разрушения средств, образующих механический предохранитель.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

На фиг. 3-5 показан соединительный модуль 18, расположенный между промежуточным подшипником 12b качения и приводным валом 8 ротора вентилятора турбореактивного двигателя показанного на фиг. 1 и 2 типа, при этом модуль 18 имеет форму предпочтительного варианта осуществления изобретения.

Фиг. 3-5 показывают модуль 18 в состоянии, какое он имеет при нормальных условиях полета, то есть в то время, когда вентилятор не потерял лопасть. Во-первых, он имеет внутренний кольцевой конструктивный элемент 26, прикрепленный к приводному валу 8, который проходит через отверстие 31, предназначенное для этого. Данное прикрепление обеспечено посредством использования стопорной гайки 28, которая прижимает конструктивный элемент 26 в аксиальном направлении к противоположному буртику 30, образованному на валу 8. Для выполнения этого гайка 28 также расположена вокруг данного вала 8, при этом данный вал предпочтительно имеет полую конструкцию.

На своей периферии наружный конструктивный элемент 28 имеет ограждающий элемент 32, также называемый сферической направляющей в виде дорожки. Действительно, его форма в целом представляет собой форму сферы, усеченной посредством двух параллельных плоскостей, которые находятся на одинаковом расстоянии от центра данной сферы и ортогональны к оси 2. Ограждающий элемент 32 предназначен для образования шарового соединения, которое удерживается заблокированным при обычных условиях полета, как описано ниже.

Внутренний конструктивный элемент 26 также имеет блокирующее приспособление 34, выступающее в радиальном направлении наружу от ограждающего элемента 32, который оно разделяет посредством этого на две части, симметричные относительно плоскости, ортогональной к оси 2, проходящей через центр сферы. Данное блокирующее приспособление 34 принимает форму кольца, сцентрированного относительно центра сферы, при этом данное кольцо с осью 2 имеет сквозные отверстия 36, расположенные в радиальном направлении снаружи относительно ограждающего элемента 32, и при этом они расположены по окружности на расстоянии друг от друга. Следовательно, соединение между кольцом 34 и ограждающим элементом 32 образовано посредством основания 37 стержнеобразных элементов 38, расположенных по окружности на расстоянии друг от друга, которые ограничивают отверстия 36 между ними. Основания 37 предназначены для образования совместно средств, образующих механический предохранитель между кольцом 34 и ограждающим элементом 32. Для выполнения этого данные основания 37 могут иметь суженное сечение относительно среднего сечения стержнеобразных элементов 38, при этом указанное суженное сечение получают, например, посредством двух операций 40 механической обработки поверхностей, сцентрированных относительно оси 2, при этом данные операции выполняются с обеих сторон данных оснований 37. Следует отметить, что данные операции 4 0 механической обработки обеспечивают образование кольцевых полостей, в которых может удерживаться/скапливаться смазочный материал для обеспечения удовлетворительной работы шарового соединения, когда последнее становится активным/работающим.

На периферии кольца 34 установлены радиальные опорные средства, предназначенные для обеспечения опоры для наружного конструктивного элемента модуля, которые будут описаны ниже. Данные радиальные опорные средства в данном случае принимают форму двух цилиндрических направляющих 42, сцентрированных относительно оси 2. Данные две дорожки 42 расположены на расстоянии друг от друга в аксиальном направлении и расположены так, что обе цилиндрические поверхности с круглым сечением, которое они ограничивают, образуют часть того же самого виртуального цилиндра. Число и форма данных дорожек 42 могут быть адаптированы к встречающимся ограничениям и требованиям, без выхода за пределы объема изобретения.

Как упомянуто выше, модуль 18 также включает в себя наружный кольцевой конструктивный элемент 46, который зафиксирован относительно внутреннего кольца промежуточного подшипника 12b качения. Данный конструктивный элемент 46 может быть установлен на внутреннем кольце подшипника или изготовлен так, что он будет образовывать один компонент вместе с данным кольцом.

Наружный конструктивный элемент 46, который окружает внутренний конструктивный элемент 26, предпочтительно образован посредством первой части 46а и второй части 46b, установленной на первой, например посредством привинчивания. Обе части 46а, 46b совместно ограничивают дорожку 48, имеющую форму, комплементарную по отношению к форме ограждающего элемента 32, относительно которого она выровнена. Дорожки 32, 48 совместно образуют шаровое соединение 50, удерживаемое в заблокированном состоянии посредством кольца 34 внутреннего конструктивного элемента. Действительно, данное кольцо 34 проходит в углубление 52 наружного конструктивного элемента 46, в котором данное кольцо удерживается относительно оси в двух направлениях. Для выполнения этого, углубление 52, которое простирается от дорожки 48, от которой оно начинается, и которое простирается в радиальном направлении наружу внутри конструктивного элемента 46, имеет два противоположных аксиальных опорных элемента 56, к которым поджимается кольцо 34. Данные два противоположных опорных элемента 56, расположенные соответственно на двух частях 46а, 46b, простираются кольцеобразно вокруг оси 2 и взаимодействуют более определенным образом со стержнеобразными элементами 38 кольца 34. Данное затягивание, в частности, приводит к удерживанию внутреннего конструктивного элемента 26 в аксиальном направлении относительно наружного конструктивного элемента 46.

Таким образом, модуль 18 включает в себя систему для блокировки шарового соединения, которая включает в себя кольцеобразное приспособление 34 и углубление 52, в которое входит данное кольцо. Образование системы блокировки завершается посредством системы типа зубчатой/кулачковой муфты, обеспечивающей возможность удерживания внутреннего конструктивного элемента 26 в направлении по касательной относительно наружного конструктивного элемента 46 в обоих направлениях. Для выполнения этого первая часть 46а наружного конструктивного элемента 46 включает в себя удерживающие лапки 58, каждая из которых простирается приблизительно в аксиальном направлении и которые расположены по окружности на расстоянии друг от друга. Данные лапки 58, которые простираются от части 46а, расположенной по ходу за частью 46b, размещены в углублении 52 и проходят через отверстия 36, образованные в кольце, проходя против потока. Действительно, это приводит к тому, что конструктивные элементы 26, 46 будут заблокированы в направлении вдоль окружности вследствие взаимодействия между стержнеобразными элементами 38 и лапками 56, которые расположены попеременно в данном одном и том же направлении.

Следовательно, в этом состоянии шаровое соединение 50 удерживается надлежащим образом в заблокированном состоянии, которое предотвращает его перемещение между сферическими дорожками 32, 48, между которыми имеется небольшой радиальный зазор. Данный зазор совместим с температурными условиями окружающей среды, воздействию которых подвергается шаровое соединение в наиболее критичном случае разрушения при работе турбомашины. Действительно, опора для наружного конструктивного элемента 46 в радиальном направлении обеспечивается не посредством двух сферических дорожек 32, 48, а посредством радиальной опоры, образуемой дном углубления 52 на обеих цилиндрических направляющих/дорожках 42 кольца 34.

В случае возникновения экстраординарной проблемы, приводящей к потере одной или нескольких лопастей вентилятора, модуль подвергается воздействию очень больших осевых и радиальных сил, которые приводят к разрушению средств, образующих механический предохранитель, образованных основаниями 37 стержнеобразных элементов 38. Шаровое соединение, удерживаемое вначале в заблокированном состоянии, затем разблокируется, как показано посредством последовательности схематических фигур 6а и 6b. Приспособления, обеспечивающие удерживание в аксиальном направлении и в направлении по касательной и «образуемые» кольцом 34, затем становятся недействующими вследствие отсутствия механической связи между данным кольцом 34 и сферической дорожкой 32. После данного разрушения исходный небольшой радиальный зазор между сферическими дорожками может «закрываться», что приводит к тому, что они будут функционировать подобно шаровому шарниру, скользя друг по другу, под углами, которые можно регулировать. Кроме того, можно наблюдать один или несколько контактов между стержнеобразными элементами 38 и сферической дорожкой 32 во время перемещений разблокированного шарового соединения, но они остаются ничтожно малыми по сравнению с контактами между поверхностями двух сферических дорожек. В альтернативном варианте отсутствие контакта между стержнеобразными элементами 38 и ограждающим элементом может быть задано на стадии проектирования посредством обеспечения возможности создания надлежащим образом зазора рядом с зоной разрушения, при этом данный зазор простирается с некоторой протяженностью в угловом направлении, равной смещению шарового соединения, которое также задано. Величина данного зазора представляет собой компромисс между максимальной величиной углового смещения вала и полезным сферическим расстоянием, который специалисты в данной области техники сочтут представляющим интерес для удовлетворительного функционирования шарового соединения.

Само собой разумеется, покрытия и/или кольца могут быть предусмотрены на сферических дорожках для облегчения скольжения и/или смазки.

Само собой разумеется, специалистами в данной области техники могут быть выполнены различные модификации изобретения, описанного выше только в качестве неограничивающих примеров.