Изобретение относится к области авиационной техники и направлено на усовершенствование коробки приводов агрегатов авиационного двигателя. В коробке установлена электрическая машина, такая как генератор переменного тока, ротор которого вращается в опорном подшипнике, установленном в опорной детали из материала с относительно низким коэффициентом теплового расширения. При этом сама опорная деталь установлена в крышке статора, образующей тепловой мостик между корпусом статора электрической машины и картером коробки приводов агрегатов. Технический результат заключается в улучшении условий работы подшипника и теплопроводность картера коробки. 4 н. и 6 з.п. ф-ли, 2 ил.

Формула изобретения

1. Коробка приводов агрегатов авиационного двигателя, содержащая картер (10) из теплопроводящего материала, на котором установлен статор электрической машины (16), ротор (14) которой вращается в опорном подшипнике (24), установленном в опорной детали из материала с относительно низким коэффициентом теплового расширения, отличающаяся тем, что опорная деталь (40) для опорного подшипника (24) установлена в крышке (42) статора электрической машины, при этом крышка установлена на картере (10) коробки приводов агрегатов и выполнена из теплопроводящего материала, обладающего теплопроводностью, намного превышающей теплопроводность опорной детали (40), и образующего тепловой мостик между статором электрической машины и картером (10) коробки.

2. Коробка по п.1, отличающаяся тем, что опорная деталь (40) подшипника закреплена в отверстии крышки (42) статора и центрирована в соответствующем отверстии картера (10) коробки.

3. Коробка по п.1, отличающаяся тем, что опорная деталь (40) подшипника является кольцевой деталью, содержащей на наружной окружной поверхности цилиндрическую юбку (50), заходящую в отверстия крышки (42) статора и картера (10) коробки, а на внутренней окружной поверхности установлены средства монтажа наружного кольца (30) подшипника (24).

4. Коробка по п.1, отличающаяся тем, что на опорной детали (40) выполнен наружный кольцевой бортик (52), который зажат между крышкой (42) статора и картером (10) коробки.

5. Коробка по п.1, отличающаяся тем, что наружное кольцо (30) подшипника закреплено на опорной детали (40) при помощи болтов.

6. Коробка по п.1, отличающаяся тем, что опорная деталь (40) подшипника выполнена из титана.

7. Коробка по п.1, отличающаяся тем, что крышка (42) статора электрической машины и картер (10) коробки выполнены из алюминия.

8. Опорная деталь подшипника для коробки приводов агрегатов авиационного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена из материала с относительно низким коэффициентом теплового расширения и содержит цилиндрическую юбку (50) для установки в отверстия крышки статора электрической машины и картера (10) коробки приводов агрегатов.

9. Крышка статора для коробки приводов агрегатов авиационного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что выполнена из теплопроводящего материала, например из алюминия, и имеет кольцевую форму, при этом ее внутренняя окружная поверхность образует поверхность центровки опорной детали (40) подшипника, а ее наружная поверхность служит для установки и крепления на картере (10) коробки приводов агрегатов.

10. Авиационный двигатель, отличающийся тем, что содержит коробку приводов агрегатов по п.1.

Описание изобретения к патенту

Настоящее изобретение относится к коробке приводов агрегатов в авиационном двигателе, таком как турбореактивный или турбовинтовой двигатель, при этом коробка содержит металлический картер, на конце которого установлена электрическая машина, в частности генератор переменного тока, содержащий статор с обмотками и ротор с постоянными магнитами, подающий электрический ток на некоторые виды оборудования двигателя.

Ротор электрической машины вращается в опорном подшипнике, как правило, в роликовом подшипнике или в шарикоподшипнике, установленном в кольцевой крышке, закрывающей ротор электрической машины и предназначенной для крепления на картере коробки приводов агрегатов.

Эта электрическая машина характеризуется повышенными скоростями вращения и небольшими нагрузками, которые могут являться причиной динамических напряжений, приводящих к поломкам подшипника.

Чтобы избежать этого нежелательного явления или, по меньшей мере, ослабить его влияние, используют крышку, выполненную из титана, который имеет низкий коэффициент теплового расширения, что позволяет ограничить дифференциальные тепловые расширения между наружным кольцом подшипника и частью крышки, в которой установлено это кольцо.

За счет этого избегают появления в подшипнике большого люфта, который увеличивает биение ротора и приводит к быстрому износу и разрушению подшипника.

Во время работы электрической машины большое количество тепла распространяется в обмотку статора, и его необходимо удалять за счет теплопроводности через картер коробки, который, например, выполнен из алюминия и, следовательно, является хорошим проводником тепла.

Вместе с тем, крышка статора электрической машины препятствует удалению тепла, так как титан обладает низкой теплопроводностью (его коэффициент теплопроводности примерно в двадцать раз ниже, чем у алюминия). Это приводит к аккумуляции тепла и к значительному повышению температуры в электрической машине и может стать причиной коксования масла, находящегося в машине, и перегрева статора, который теряет при этом свои механические свойства.

Технической задачей настоящего изобретения является, в частности, устранение указанных недостатков.

Поставленная задача согласно настоящему изобретению решена путем создания коробки приводов агрегатов авиационного двигателя, содержащей картер из теплопроводящего материала, на котором установлен статор электрической машины, ротор которой вращается в опорном подшипнике, установленном в опорной детали из материала с относительно низким коэффициентом теплового расширения, которая характеризуется тем, что опорная деталь для опорного подшипника установлена в крышке статора электрической машины, при этом крышку устанавливают на картере коробки и выполняют из теплопроводящего материала, обладающего теплопроводностью, намного превышающей теплопроводность опорной детали, и образующего тепловой мостик между статором электрической машины и картером коробки.

Таким образом, изобретение позволяет сохранить преимущества средств, использовавшихся в известных технических решениях, и одновременно устранить их недостатки. Выполнение опорной детали подшипника из материала с низким коэффициентом теплового расширения позволяет избежать дифференциальных расширений между опорным подшипником и опорной деталью и, следовательно, уменьшить биение и разрушение подшипника. Установка этой опорной детали на крышке статора из теплопроводящего материала, которую крепят на картере коробки, позволяет за счет теплопроводности достичь удаления тепла, распространяющегося в статоре электрической машины.

Согласно другому отличительному признаку настоящего изобретения, опорная деталь подшипника закреплена в отверстии крышки статора и центрирована в соответствующем отверстии картера коробки.

Предпочтительно опорную деталь подшипника крепят запрессовкой в отверстии крышки статора.

В варианте выполнения изобретения опорная деталь подшипника является кольцевой деталью, содержащей на наружной окружной поверхности цилиндрическую юбку, заходящую в отверстия крышки статора и картера коробки, а на внутренней поверхности размещены средства монтажа наружного кольца подшипника ротора электрической машины.

Предпочтительно на опорной детали выполнен наружный кольцевой бортик, который зажат между крышкой статора и картером коробки для крепления опорной детали.

В частном варианте выполнения изобретения опорная деталь выполнена из титана, тогда как крышка статора электрической машины и картер коробки приводов агрегатов выполнен из алюминия.

Объектом настоящего изобретения является также опорная деталь подшипника для описанной выше коробки приводов агрегатов авиационного двигателя, характеризующаяся тем, что она выполнена из материала с относительно низким коэффициентом теплового расширения и содержит цилиндрическую юбку для установки в отверстия крышки статора электрической машины и картера коробки приводов агрегатов.

Объектом изобретения является также крышка статора для описанной выше коробки приводов агрегатов авиационного двигателя, характеризующаяся тем, что выполнена из теплопроводящего материала, например, из алюминия, и имеет кольцевую форму, при этом ее внутренняя окружность образует поверхность центровки опорной детали подшипника, а ее наружная часть образует средство установки и крепления на картере коробки приводов агрегатов.

Объектом изобретения является также авиационный двигатель, оборудованный описанной выше коробкой приводов агрегатов.

Настоящее изобретение и его другие отличительные признаки, детали и преимущества будут более очевидны из нижеследующего описания, представленного в качестве примера выполнения, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых

Фиг.1 изображает осевой разрез электрической машины, установленной на коробке приводов агрегатов из предшествующего уровня техники.

Фиг.2 — осевой разрез электрической машины на коробке приводов агрегатов в соответствии с настоящим изобретением.

Алюминиевый картер 10 коробки приводов агрегатов известного авиационного двигателя, например, такого как турбореактивный двигатель, показан на фиг.1. Коробка содержит вращающийся вал 12, который выходит наружу картера 10 и на котором установлен ротор 14 электрической машины, такой как генератор 16 переменного тока, предназначенный для питания электрической энергией некоторых компонентов, например, вычислительного устройства.

Генератор 16 переменного тока содержит статор 18 с обмоткой, установленный в корпусе 20 из теплопроводящего материала, например, из алюминия, внутри которого вращается ротор 14, оборудованный постоянными магнитами 22.

Вал 12 вращается в опорном подшипнике, таком как роликовый или шариковый подшипник 24, установленный в центральном отверстии крышки 26 кольцевой формы, которая закрывает корпус 20 статора генератора переменного тока и содержит цилиндрическую юбку 28, вставленную в соответствующее отверстие картера 10 коробки приводов агрегатов.

Крышка 26 выполнена из титана, выбранного благодаря его легкости и низкому коэффициенту теплового расширения. Благодаря этой характеристике крышки дифференциальные тепловые расширения между крышкой 26 и наружным кольцом 30 подшипника, установленного в центральном отверстии крышки, являются слабыми или почти ничтожными, поэтому во время работы подшипник 24 сохраняет хорошую центровку и вращение в центральном отверстии крышки 26.

Вместе с тем коэффициент теплового расширения титана является относительно низким по сравнению с алюминием, поэтому крышка 26 препятствует передаче в картер 10 коробки приводов агрегатов тепла, генерируемого в статоре 18 генератора переменного тока во время работы.

Это может привести к коксованию масла, содержащегося в статоре, и к значительному нагреву последнего, что уже было упомянуто выше.

Настоящее изобретение позволяет просто и эффективно избежать этого недостатка. Согласно изобретению крышка 26 статора генератора переменного тока состоит из двух деталей: опорной детали 40 для подшипника 24 и кольцевой детали 42, на которой установлена опорная деталь 40 и которая одновременно служит крышкой для корпуса статора и является элементом теплового соединения с картером 10 коробки приводов агрегатов.

Как показано на фиг.2, наружное кольцо 30 подшипника 24 установлено в центральном отверстии опорной детали 40 и содержит наружный кольцевой бортик 44, прижатый к опорной детали 40 через прокладку 46 и закрепленный на этой детали при помощи болтов 48.

На своей наружной окружной поверхности опорная деталь 40 содержит цилиндрическую юбку 50, при помощи которой осуществляется ее центрирование в отверстии картера 10 коробки приводов агрегатов и закрепление запрессовкой в центральном отверстии кольцевой детали 42.

Деталь 42 содержит нижнюю сторону, прижатую к кольцевой части картера 10 коробки приводов агрегатов, и противоположную ей сторону, опирающуюся на конец корпуса 20 статора генератора 16 переменного тока, при этом деталь 42 крепят на этом корпусе при помощи винтов так же, как и крышку 26 крепят на корпусе 20 на фиг.1.

Тороидальные уплотнительные прокладки установлены между юбкой 50 опорной детали 40 и краем отверстия картера 10, в котором установлена юбка, т.е. между юбкой и краем отверстия кольцевой детали 42. Кроме того, юбка 50 имеет наружный кольцевой бортик 52, который зажат между картером 10 коробки приводов агрегатов и кольцевой деталью 42.

Опорная деталь 40 выполнена из материала с относительно низким коэффициентом теплового расширения, например, из титана, чтобы максимально уменьшить дифференциальные тепловые расширения между деталью и наружным кольцом 30 подшипника.

Кольцевая деталь 42 выполнена из теплопроводящего материала, например, из алюминия, обладающего теплопроводностью, намного превышающей теплопроводность опорной детали 40, и она выполняет роль теплового мостика между корпусом 20 статора генератора переменного тока и картером 10 коробки приводов агрегатов, причем корпус статора и картер коробки выполнены из алюминия.

Таким образом, тепловая энергия, которая выделяется в статоре во время работы генератора переменного тока, удаляется через кольцевую деталь 42 и картер 10 коробки приводов агрегатов и не накапливается внутри статора.

Разумеется, что опорную деталь 40 подшипника можно выполнять из материала с низким коэффициентом теплового расширения, отличного от титана, а кольцевую деталь 42 можно выполнять из теплопроводящего материала, отличного от алюминия, при этом используемые материалы предпочтительно должны быть легкими.

КОРОБКА ПРИВОДОВ

Коробка приводов двигателя (рис. 5.4) состоит из корпуса, который спереди закрыт крышкой, и системы зубчатых колес, обеспечивающих привод агрегатов, устанавливаемых на корпусе коробки.

Корпус и крышка коробки изготовлены из магниевого сплава и для увеличения жесткости имеют ребра.

Коробка приводов расположена в передней части двигателя и крепится десятью шпильками к верхнему фланцу корпуса первой опоры роторов двигателя. Все зубчатые колеса коробки приводов, изготовленные из стали, работают на подшипниках качения, смонтированных в стальных втулках, запрессованных в гнезда.

На коробке приводов установлены следующие агрегаты: стартер-генератор ГС-18МО, топливный насос-регулятор НР-40ВА (НР-40ВГ), командный агрегат КА-40, гидронасос ПН-40Р, датчик Д-2 частоты вращения ротора компрессора, верхний масляный агрегат с фильтром. Расположение фланцев на корпусе и крышке коробки для крепления агрегатов показано на рис. 5.5.

Рис. 5.4. Коробка приводов (вид спереди справа)

Рис. 5.5. Коробка приводов:

а — вид спереди; б — вид сзади; 1 — привод датчика Д-2 частоты вращения ротора компрессора; 2 — канал входа масла в нагнетающий насос; 3 — привод гидронасоса ПН-40Р; 4 — корпус коробки приводов; 5 — крышка коробки приводов; 6 — штуцер суфлирования полости трансмиссии свободной турбины; 7 — штуцер замера давления в коробке приводов; 8 — привод командного агрегата КА-40; 9 — штуцер суфлирования в атмосферу; 10 — крышка привода ручной прокрутки; 11 — привод стартера-генератора ГС-18МО; 12 — жиклер подачи масла в коробку приводов; 13 — привод верхнего масляного агрегата; 14 — пробка сливная; 15 — крышка свободного привода; 16 — канал подачи масла в центральный привод; 17 — привод топливного насоса-регулятора НР-40ВА (НР-40ВГ)

Датчик частоты вращения ротора компрессора и масляный агрегат крепятся непосредственно к орпусу коробки шпильками, а остальные агрегаты крепятся хомутами через переходники. В корпус оробки установлено три штуцера 6,7,9, жиклер 12 и сливная пробка 14.

Внутри коробки приводов выполнен суфлер центробежного типа для отделения воздуха от масла.

Суфлер состоит из стакана 6 (см. рис. 5.7) с маслосгонной резьбой прямоугольного профиля и рыльчатки 7, выполненной за одно целое с валиком 11, имеющим зубчатый венец.

Полости А и Б суфлера разделены перегородкой с уплотнением из чугунных уплотнительных колец месте входа валика суфлера в перегородку.

Полость А соединена с полостью коробки приводов, и через нее поступает на крыльчатку суфлера воздух с масляной эмульсией. При вращении крыльчатки масло сепарируется (отделяется) от воздуха, центробежными силами отбрасывается к стенке стакана и по маслосгонной резьбе между стаканом и крыльчаткой стекает в полость коробки. Очищенный воздух оступает по отверстиям в валике суфлера внутрь валика и выходит в полость Б, которая соединена с атмосферой.

Вращение к приводам коробки передается от конического зубчатого колеса 7 (рис. 5.6), которое через рессору приводится во вращение от центрального привода двигателя (см. пособие по теме 2).

От зубчатого колеса 7 через зубчатые колеса 6 и 5 и зубчатое колесо 12 (рис. 5.7) приводится во вращение валик 11 крыльчатки суфлера.

Рис. 5.6. Коробка приводов (разрезы в плоскостях, указанных на рис. 5.5):

а — привод ручной прокрутки; б — привод стартера- генератора; в — привод датчика Д-2

частоты вращения; г — свободный привод; д — привод агрегата НР-40ВА (НР-40ВГ);

е — привод агрегата КА-40 1 — втулка; 2 — фланец; 3 — зубчатое колесо ручной прокрутки; 4 — пружина;5 — цилиндрическое зубчатое колесо; 6 и 7 — конические зубчатые колеса; 8 — зубчатое колесо валика запасного привода и привода датчика Д-2 частоты вращения;

9 — валик привода агрегата НР-40ВА (НР-40ВГ) и КА-40

С зубчатого венца валика 11 крыльчатки суфлера через зубчатое колесо 10, зубчатый венец валика 9 и промежуточное зубчатое колесо 8 вращение передается на зубчатый венец валика 9 (см. рис.5.6) приводов насоса-регулятора НР-40ВА (НР-40ВГ) и командного агрегата КА-40.

С зубчатого колеса 5 через зубчатое колесо 13 (см. рис. 5.7), малый зубчатый венец валика 3 и зубчатое колесо 2 приводится во вращение валик 1 приводов гидронасоса ПН-40Р и верхнего масляного агрегата.

С зубчатого венца валика 1 через зубчатое колесо 8 (см. рис. 5.6) приводится во вращение валик привода датчика Д-2 частоты вращения ротора компрессора. Второй конец этого валика является запасным приводом. С обоих концов валик уплотнен резиновыми сальниками.

С большого зубчатого венца валика 3 (рис. 5.7) вращение передается на зубчатый венец валика 4 привода стартера-генератора ГС-18МО. Валик привода стартера-генератора уплотнен торцовым уплотнением, смонтированным в переходнике 5.

При запуске двигателя крутящий момент стартера-генератора, работающего в стартерном режиме, через зубчатый венец валика 4, большой зубчатый венец валика 3, зубчатое колесо 13, конические зубчатые колеса 6 и 7 (см. рис. 5.6) и вертикальную рессору передается на центральный привод двигателя и далее на ротор компрессора.

В верхней части коробки приводов смонтирован привод ручной прокрутки. Зубчатое колесо 3 (см. рис. 5.6) ручной прокрутки, сцентрированное во фланце 2 и втулке 1, выведено из зацепления с зубчатым колесом 6 пружиной 4. При прокрутке двигателя в шлицы ступицы зубчатого колеса 3 вставляют валик ручной прокрутки и при нажиме сверху на торец валика зубчатые колеса 3 и 6 входят в зацепление.

Полость коробки приводов отделена от полости центрального привода чугунными уплотнительными кольцами. Места соединения всех переходников с коробкой приводов уплотнены прокладками и резиновыми кольцами.

Конические зубчатые колеса, зубчатые колеса привода генератора и подшипники коробки приводов смазываются маслом, поступающим под давлением через один общий жиклер. Остальные зубчатые колеса смазываются разбрызгивающимся маслом.

Масло из коробки приводов откачивается шестеренчатым маслонасосом, смонтированным в верхнем масляном агрегате. В корпусе коробки приводов имеется высверленный канал подачи масла от масляного агрегата на смазку подшипников и зубчатых колес центрального привода двигателя.

Рис. 5.7. Коробка приводов (разрез в горизонтальной плоскости):

1 — валик с зубчатым венцом; 2, 10 и 13 — зубчатые колеса; 3 — валик с зубчатыми венцами;

4 — валик привода стартера-генератора; 5 — переходник; 6 — стакан с маслосгонной резьбой; 7 — крыльчатка; 8 — зубчатое колесо промежуточное; 9 — валик промежуточный; 11 — валик крыльчатки; 12 — зубчатое колесо привода крыльчатки

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет