Пристрій для сприйняття радіального навантаження від передньої частини вала приводу вентилятора турбореактивного двигуна з подовжньою віссю

1. Пристрій для сприйняття радіального навантаження від передньої частини (1) вала (2) приводу маточини вентилятора (3) турбореактивного двигуна з подовжньою віссю X, причому геометрична вісь (11) вала (2) коаксіальна подовжній осі X, має нерухому кільцеву опору (4), що оточує вал (2), опорний підшипник (5), який розташований між валом (2) і опорою (4) і містить нерухому зовнішню обойму (8) і рухому внутрішню обойму (9), що обертається разом із валом (2), засоби, що реагують на радіальне навантаження і розміщені між обоймами (8, 9) і суміжним елементом вузла, що утворений валом (2) і опорою (4), і що забезпечують можливість радіального зсуву вала (2) відносно опори ( 4), і засоби для повторного центрування геометричної осі (11) вала (2) на подовжній осі Х турбореактивного двигуна після руйнування засобів, що реагують на радіальне навантаження, який відрізняється тим, що засоби, що реагують на радіальне навантаження, містять дві секторні кільцеві полиці або два зубці (14а, 14b), передба C2 2 (19) 1 3 77401 4 літального апарату. У будь-якому випадку такий осі двигуна в ході зниження режиму роботи вентидисбаланс, створений утратою лопатей, викликає лятора від робочої швидкості обертання до швиднадзвичайно високі циклічні навантаження, що кості авторотації. повинні сприйматися несучою конструкцією двигуРівень техніки відображений також [у патентах на, принаймні, у ході зниження режиму роботи США №№5733050 і 6098399]. двигуна до швидкості авторотації вентилятора. Слід зазначити, що у всіх зазначених технічШвидкість авторотації - це швидкість обертання них рішеннях запобіжні елементи розташовані між двигуна в режимі холостого ходу в результаті зовнішньою обоймою підшипника і нерухомою нешвидкості переміщення в атмосфері. сучою конструкцією двигуна. У передній опорний Звичайний спосіб усунення циклічних наванпідшипник вентилятора мастило подається через тажень, що повинні сприйматися несучою конструсопла, жорстко зв'язані з нерухомою несучою кцією двигуна, полягає у від'єднанні вала вентиляконструкцією двигуна. Під час осьового зсуву підтора від опорної конструкції на рівні передньої шипника ці сопла можуть ушкоджуватися, і це спепідшипникової опори вала. Це звичайно здійснюціально передбачено [в патенті США №5733050]. ється шляхом включення між підшипником і несуТаке ушкодження може, у свою чергу, викликати чою конструкцією опори підшипника захисних ушкодження підшипника через відсутність мастила елементів. Ці елементи реагують на радіальне в ході режиму авторотації, якщо цей режим буде навантаження і руйнуються, коли це навантажендуже тривалим. ня, що повинно сприйматися підшипником, переЗадача, на рішення якої спрямований даний вищує попередньо задане значення. винахід, полягає в забезпеченні точного повторноУ результаті вал вентилятора одержує можлиго центрування вала після його від'єднання. вість до деякої міри радіально зміщатися і поверДругою задачею винаходу є зберігання цілістатися навколо подовжньої осі симетрії двигуна, ності мастильних засобів після від'єднання. причому вентилятор починає обертатися навколо Таким чином, винахід стосується пристрою осі обертання, що проходить по суті поблизу його для сприйняття радіального навантаження від нового центру ваги. передньої частини вала приводу вентилятора турПроте при деяких обставинах вібрація від дисбореактивного двигуна з подовжньою віссю X, балансу, що зберігається на швидкості авторотапричому геометрична ось вала в нормальному ції, може бути усе ще дуже значною. Це викликаположенні коаксіальна подовжній осі X. Пристрій ється власною частотою вібрації вентилятора і за винаходом містить нерухому кільцеву опору, що зниженням радіальної жорсткості підшипника опооточує вал, опорний підшипник, що розташований ри. Тому в деяких конструкціях опори вала передміж зазначеним валом і зазначеною опорою і місбачаються засоби для зберігання деякої жорсткостять нерухому зовнішню обойму і рухливу внутріті підшипника, тобто для повернення осі вала в шню обойму, що обертається разом із валом. положення, яке, по суті, співвісно валу двигуна. Пристрій містить також засоби, що реагують на Так, опора, описана [в патентному документі радіальне навантаження, та які розміщені між заЕР 0874137], містить опорний елемент, розташозначеними обоймами і суміжним елементом вузла, ваний між зовнішньою обоймою підшипника й опоутвореного валом і опорою, і призначені для руйрною конструкцією. При нормальній роботі цей нації при виникненні радіального навантаження, опорний елемент фіксується в радіальному нащо перевищує попередньо задане граничне знапрямку захисними елементами, а після руйнації чення з тим, щоб забезпечити можливість радіацих захисних елементів він може сковзати в кільльного зсуву вала в радіальному напрямку щодо цевій порожнині. При цьому зазначений опорний зазначеної опори, і засоби для повторного центруелемент упирається в амортизатор, що прагне вання геометричної осі вала на подовжній осі X повернути його в початкове положення. Кільцева турбореактивного двигуна після руйнації засобів, порожнина виконана у вигляді порожнистого сегщо реагують на радіальне навантаження. мента, обмеженого двома концентричними сфериПристрій за винаходом характеризується тим, чними поверхнями. Тертя між опорним елементом що засоби, що реагують на радіальне навантаі цими поверхнями є причиною неточності при поження, містять дві секторні кільцеві полиці або два вторному центруванні. зубці, передбачені в радіальних зовнішніх зонах [У патенті США №6009701] також описаний внутрішньої обойми що виступають назовні в опорний підшипник вала вентилятора, зовнішня осьовому напрямку. У нормальному положенні обойма якого радіально зафіксована на нерухомій кінці зазначених полиць або зубців утримуються несучій конструкції за допомогою запобіжних елена периферії двох кільцевих колодок, що відстоять ментів з тим, щоб звільняти вал щодо цієї нерухоодна від одної в осьовому напрямку і жорстко зв'ямої несучої конструкції у випадку руйнації запобіжзані з валом для спільного обертання. Внутрішня них елементів. Зовнішня обойма оточена радіальна поверхня внутрішньої обойми відстоїть відкритим кільцем спіральної форми, що може від вала в радіальному напрямку для того, щоб взаємодіяти з конусною поверхнею, жорстко зв'ядопускати биття вала у випадку руйнації зазначезаною з нерухомою несучою конструкцією. У цій них полиць або зубців. Засоби для повторного конусній поверхні є внутрішня спіральна канавка, центрування геометричної осі вала на подовжній що припускає зсув спірального кільця з одного осі турбореактивного двигуна містять два комплекрайнього положення максимального можливого кти кульок, кожний із яких розташований між торбиття вала в інше крайнє положення, у якому ось цевими задньою та передньою сторонами внутрівалу знову стає співвісною валу двигуна. Це повешньої обойми і суміжною з нею колодкою, причому рнення забезпечується обертанням валу навколо кожна кулька спирається на донні частини двох 5 77401 6 гнізд, виконаних навпроти одне одного, одне в Нерухома кільцева опора 4, коаксіальна посуміжній колодці і друге в торцевих суміжних педовжньої осі X, оточує передню частину 1 вала 2, редній і задній сторонах внутрішньої обойми, і а зовнішня обойма 8 закріплена фланцем на кільпружні прокладки, що створюють зусилля, що працевій опорі 4 за допомогою болтів із гайками 10. гне зсунути колодки назустріч одна одній для поУ нормальних умовах роботи геометрична вернення кульок до донних частин гнізд. Таким ось 11 вала 2 збігається з подовжньою віссю X чином, коли сприймальні радіальні навантаження турбореактивного двигуна. нижче попередньо заданого граничного значення, Як ясно видно з Фіг.1, між внутрішньою радіавнутрішня обойма жорстко з'єднана з колодками і льною поверхнею 12 внутрішньої обойми 9 і зовкульки займають положення в донних частинах нішньою поверхнею вала 2 є відстань, або зазор J. гнізд. У тому випадку, коли внаслідок аварії вентиЗовнішня радіальна сторона 13 внутрішньої обойлятора створюється биття від радіальних наванми 9 містить дві кільцеві полиці або два зубці 14а, тажень, які, щонайменше, рівні попередньо зада14b, що виступають в осьовому напрямку від внутному граничному значенню, полиці або зубці рішньої обойми, причому полиця 14а виступає внутрішньої обойми руйнуються. У результаті вал вперед, а полиця 14b - назад щодо турбореактивможе зміщатися відносно геометричної осі турбоного двигуна. реактивного двигуна, що є одночасно геометричПередній кінець полиці або зубця 14а утримуною віссю внутрішньої обойми. Кульки окопуються ється в канавці 15а, виконаній на периферії перпо сторонах колодок і розсовують останні, що підшої кільцевої колодки 16а, що жорстко з'єднана з вищує зусилля, утворювані пружними засобами до валом 2 і обертається разом із ним. Передня стоповернення обертової частини в рівноважний стан. рона кільцевої колодки 16а впирається в торцевий Радіальне зусилля зменшується зі зниженням фланець 17 передньої частини 1 вала 2, до якого швидкості обертання, і вал повторно центрується ступиця вентилятора 3 прикріплена болтами з гайкульками при дуже низьких силах тертя. За період, ками 18. коли колодки знаходяться в децентрованому поАналогічним чином задній кінець полиці або ложенні відносно внутрішньої обойми, кульки козубця 14b утримується в канавці 15b, виконаній на тяться по поверхнях протилежних гнізд навколо периферії другої кільцевої колодки 16b, що жорстцентру цих гнізд із дуже низьким зусиллям тертя. ко зв'язана з валом 2 і обертається разом із ним. Таким чином, пристрій за винаходом дозволяє Між задньою стороною другої колодки 16b і кіобмежити повторні ушкодження двигуна і несучої льцевим упором 21 на осі 11, що охоплює вал 2 і конструкції літального апарату під час фази автожорстко зв'язаний із ним, розташовані пружні проротації, що йде за від'єднанням вала. Крім того, кладки 20. Пружні прокладки 20 постійно натисканеобхідно відзначити, що радіальний зсув вала ють на другу колодку 16b у напрямку першої колообмежено контактом між валом і внутрішньою дки 16а, що жорстко зафіксована щодо вала 2. На обоймою опорного підшипника. противагу цьому друга колодка 16b установлена Оптимальним є приклад виконання, у якому на валу 2 із можливістю зсуву в осьовому накожне гніздо має форму тіла обертання навколо прямку. осі, у нормальному положенні рівнобіжної подовжДовжина полиць або зубців 14а і 14b в осьоньої осі X. вому напрямку така, що задню сторону 23а першої Пружні засоби переважно встановлені з упоколодки 16а від торцевої передньої сторони 24а ром у зовнішню торцеву сторону однієї з колодок; внутрішньої обойми 9 і торцеву задню сторону 24b друга колодка зафіксована в осьовому напрямку внутрішньої обойми 9 від передньої сторони 23b відносно вала. другої колодки 16b відповідно відокремлюють кіФіг.1 зображує в подовжньому розтині вид на льцеві простори 22а і 22b. пристрій за винаходом при нормальній роботі, На задній стороні 23а першої колодки 16а і тоФіг.2 зображує в подовжньому розтині вид на рцевій передній стороні 24а внутрішньої обойми 9 пристрій після від'єднання вала, виконана множина гнізд, що мають форму тіла Фіг.3А, 3В і 3С зображують вид трьох приклаобертання навколо осі 30, рівнобіжної подовжньої дів виконання гнізд в розтині в осьовій площині, осі X. Ці гнізда позначені позицією 25 на першій що проходить через центр гнізда, колодці 16а і позицією 26 на внутрішній обоймі 9 на Фіг.4А подана діаграма зсуву вала у функції на Фіг.1. При нормальній роботі вентилятора дані радіального зусилля при використанні конусних гнізда знаходяться навпроти один одного. гнізд по Фіг.3А, У кожній парі гнізд 25, 26 розташована кулька на Фіг.4В подана діаграма зсуву вала у функції 28а. У нормальних умовах роботи пристрою вона радіального зусилля при виконанні гнізд по Фіг.3В. центрована на осі 30, загальній для двох гнізд 25 і На Фіг.1 показана передня частина 1 вала 2 26, і спирається на донні частини цих гнізд. приводу ступиці вентилятора 3 турбореактивного На торцевій задній стороні 24b внутрішньої двигуна з подовжньою віссю X. Вал 2 приводиться обойми 9 і передній стороні 23b другої колодки 16b в обертання турбіною низького тиску, не показатакож виконана множина гнізд 25 і 26, що мають ною на кресленні. ось 30 і утримують кульки 28b, що спираються на Передня частина 1 вала підтримується в радідонні частини цих гнізд. альному напрямку нерухомою кільцевою опорою 4 Діаметр кульок 28а і 28b залежить від довжини несучої конструкції турбореактивного двигуна за полиць або зубців 14а і 14b і розрахований так, допомогою підшипника 5, що містить кульки 6, щоб при нормальних умовах роботи турбореактирозташовані в порожнинах сепаратора 7 між зоввного двигуна кульки 28а і 28b утримувалися у нішньою обоймою 8 і внутрішньою обоймою 9. своїх гніздах, а полиці або зубці 14а і 14b утриму 7 77401 8 валися в канавках 15а і 15b колодках 16а і 16b. рішньою обоймою 9 і навантаження F залишається Полиці або зубці 14а і 14b дозволяють центруменше Fm, зсув d дорівнює нулю. Це представлевати внутрішню обойму 9 на колодках 16а і 16b. но ділянкою ОА. Як тільки навантаження F стає Товщина полиць 14а і 14b розрахована так, щоб рівним або перевищує Fm, полиці або зубці 14а і вони передавали радіальні навантаження від вала 14b руйнуються, і вал 2 зміщується на відстань d, 2 на внутрішню обойму 9, якщо ці радіальні наванщо звичайно менше розміру зазору J. Якщо зсув таження не перевищують попередньо заданого досягає розміру J, вал 2 спирається на внутрішню граничного значення Fm. Коли радіальні навантаповерхню 12 внутрішньої обойми 9. Початковий ження, передані валом 2, рівні або більше Fm, зсув представлений ділянкою АВ. Після того, як полиці або зубці 14а і 14b руйнуються, і передня радіальне навантаження зменшується внаслідок частина 1 вала 2 одержує можливість радіального зниження швидкості обертання вала 2, відстань d зсуву стосовно подовжньої осі X внутрішньої стає пропорційним навантаженню F, як це ілюстобойми 9. Іншими словами, геометрична ось 11 рується ділянкою В. вала 2 зміщується від подовжньої осі X на відстань На Фіг.3В показано виконане в колодках 16а і d, максимально рівну зазору J між внутрішньою 16b гніздо 25 у формі подвійного конуса. Поки наповерхнею 12 внутрішньої обойми 9 і зовнішньою вантаження F залишається менше Fm, а полиці поверхнею вала 2, як це показано на Фіг.2. Це моабо зубці 14а і 14b жорстко зв'язані з внутрішньою же відбуватися у випадку значного биття через обоймою 9, зсув d дорівнює нулю. Як тільки наванполомку лопаті вентилятора. таження F стає рівним Fm, полиці або зубці 14а і Під час радіального зсуву вала 2 щодо внут14b руйнуються, і геометрична ось 11 вала 2 змірішньої обойми 9 кульки 28а і 28b відходять від щується на відстань d від подовжньої осі X. Цей донних частин своїх гнізд 25 і 26 і котяться без зсув представлений ділянкою АВ на Фіг.4В. При зайвого тертя по стінках цих гнізд. При цьому друцьому кульки 28а і 28b установлюються на зовнішга колодка 16b віддаляється від першої колодки ньому конусі 31b гнізда 25, а після зниження раді16а, викликаючи деформацію пружних проклаального навантаження F кульки наближаються до док 20. внутрішнього конуса 31а. Цей шлях представлеОсьове зусилля, утворюване пружними проний ділянкою ВР на Фіг.4В. Коли кульки 28а і 28b кладками 20, компенсується осьовими складових котяться по стінці внутрішнього конуса 31а, віднозусиль, переданих кульками 28а і 28b на донні шення між зсувом d і радіальним навантаженням F частини гнізд 25 і 26. Зусилля, передані кульками представлено ділянкою 3 на Фіг.4В. 28а і 28b на донні частини гнізд 25 і 26, мають раНа Фіг.3С показано гніздо 25, що має радіус діальну рівнодіючу, спрямовану протилежно радікривизни, що збільшується в міру видалення від альному навантаженню F від вала 2. Це радіальне осі 30. Це дозволяє регулювати жорсткість підшинавантаження є функцією биття і швидкості оберпника 5 після руйнації полиць або зубців 14а і 14b. тання вала. З моменту припинення подачі палива Гніздо 26, що відповідає гнізду 25, переважно до двигуна турбореактивного двигуна швидкість ідентично гнізду 25. обертання вентилятора знижується до швидкості На Фіг.1 і 2 показано сопло 32, у яке подається авторотації, і осьові зусилля, передані пружними мастило по трубопроводу 33, жорстко зв'язаному з прокладками 20, прагнуть повернути кульки 28а і нерухомою несучою конструкцією турбореактивно28b у донні частини гнізд 25 і 26. го двигуна і що служить для змащення підшипника На Фіг.3А показане гніздо 25 конусної форми, 5. За рахунок того, що підшипник залишається виконане в колодках 16а і 16b, а на Фіг.4А показанерухомим у радіальному напрямку щодо нерухона діаграма зсуву d стосовно радіального наванмої несучої конструкції, після від'єднання вала таження F, переданого обертовим валом 2. Поки вентилятора сопла 32 продовжують забезпечувати полиці або зубці 14а і 14b жорстко зв'язані з внутмастило підшипника. 9 Комп’ютерна верстка Т.Чепелева 77401 10 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601