Пристрій приводу допоміжних механізмів газотурбінного двигуна

1. Пристрій приводу допоміжних механізмів двовалового газотурбінного двигуна, що містить вал низького тиску (НТ) і вал високого тиску (ВТ), при цьому допоміжні механізми встановлені у коробці приводів, при цьому пристрій містить першу механічну трансмісію між валом ВТ і коробкою, який відрізняється тим, що додатково містить гідравлічну трансмісію між валом НТ і коробкою. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що гідравлічна трансмісія містить гідравлічний варіатор з гідравлічним насосом, з'єднаним другою механічною трансмісією з валом НТ і з'єднаним гідравлічним контуром з гідравлічним приводом, з'єднаним третьою механічною трансмісією з коробкою. 3. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що третя трансмісія і перша трансмісія паралельно з'єднані з коробкою. 4. Пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що друга трансмісія містить редуктор швидкості. C2 2 (11) 1 3 нерухомо з'єднаний з другим валом, виконаним концентрично з першим валом. Обидва ротори вільно механічно обертаються один відносно одного. Вал ВТ безпосередньо сполучається з камерою згоряння. Турбореактивні двигуни, зокрема, двигуни цивільних літаків містять ротор компресора, що приводиться у рух валом НТ і що забезпечує значну частину тяги двигуна. Частина потужності, що виробляється авіаційними газотурбінними двигунами, використовується для приведення у дію допоміжних механізмів самих газотурбінних двигунів і літака, рух якого забезпечується цими двигунами. У наш час у багатоваловому двигуні цю потужність відбирають, частково механічно, на валу ступеня високого тиску для приведення у рух вхідного приймального вала коробки приводів допоміжних механізмів. Цю коробку називають коробкою AGB (від Accessory Gear Box). У турбореактивному двигуні з турбокомпресором цю коробку встановлюють на картері компресора. Як правило, її вхідний вал приводиться у рух трансмісійним валом, встановленим в одній з конструктивних стійок картера і з'єднаним через коробку кутової передачі з шестірнею, нерухомо з'єднаною з валом високого тиску. Різні допоміжні механізми, такі як генератори і гідравлічні масляні насоси або паливні насоси, встановлені на цій коробці приводів і приводяться у дію через систему зубчастих передач. Інша частина відбору являє собою повітря під тиском, що відбирається з компресора високого тиску для забезпечення, зокрема, наддування і кондиціонування кабіни літака або для боротьби з обледенінням. У наш час існує тенденція до збільшення частки відбору механічної потужності внаслідок все зростаючої кількості електричних засобів, які вважаються більш гнучкими у використанні. Ця потреба, що все більше виявляється, в електричному забезпеченні обладнання літака вже не дозволяє, внаслідок умов роботи і характеристик двигуна в основному у режимах малого газу, відбирати потужність тільки на валу ВТ. Такий відбір потужності може привести до помпажу компресора. Засіб збільшення відбору потужності для нових потреб у газотурбінних двигунах відповідно вимагає наявності системи відбору механічної потужності на валах ВТ і НТ двигуна. Однак вали ВТ і НТ обертаються незалежно один від одного з різними швидкостями і мають різні робочі діапазони. Між режимом малого газу і режимом повних обертів співвідношення швидкостей для вала ВТ приблизно дорівнює двом; швидкість обертання змінюється, наприклад, від 10.000 обертів за хвилину до 20.000 обертів за хвилину. Для вала НТ співвідношення швидкостей приблизно дорівнює п'яти; його швидкість коливається, наприклад, від 900 обертів за хвилину у режимі малого газу до 4500 обертів за хвилину у режимі повних обертів. Крім того, допоміжні механізми, встановлені на коробці приводів AGB, 90431 4 мають визначений робочий діапазон, сумісний з робочим діапазоном вала ВТ. Задачею даного винаходу є створення засобу змішаного відбору механічної потужності на валах ВТ і НТ при збереженні для коробки AGB діапазону швидкостей, сумісного з робочим діапазоном допоміжних механізмів, встановлених на цій коробці. Відповідно до даного винаходу пристрій приводу допоміжних механізмів багатовалового, зокрема, двовалового газотурбінного двигуна, що містить вал НТ і вал ВТ, при цьому згадані механізми встановлені на коробці приводів, при цьому пристрій містить першу механічну трансмісію між валом ВТ і згаданою коробкою, відрізняється тим, що додатково містить гідравлічну трансмісію між валом ВТ і згаданою коробкою. Термін «коробка» позначає корпус для встановлення допоміжних механізмів, обладнаний механічними засобами приводу цих механізмів від одного або декількох засобів відбору потужності. Завдяки пристрою відповідно до даного винаходу вал НТ може брати участь у приводі механізмів коробки в залежності від режиму роботи двигуна. За рахунок цього скорочується відбір потужності на валу ВТ під час фаз, коли виникає проблема, пов'язана з робочими режимами двигуна. Крім того, гідравлічна трансмісія дозволяє передавати потужність від вала НТ, не задаючи швидкість обертання, доки обертання на коробку механічно передається від вала ВТ через вказану першу механічну трансмісію, при цьому швидкість на вході керується швидкістю вала ВТ. Таким чином, зберігають керування швидкістю коробки, сумісною з роботою допоміжних механізмів, встановлених на цій коробці. Відповідно до першого варіанту виконання, гідравлічна трансмісія містить гідростатичний варіатор з гідравлічним насосом, з'єднаним з валом НТ через другу механічну трансмісію і з'єднаним через гідравлічний контур з гідравлічним приводом, який у свою чергу з'єднаний зі згаданою коробкою через третю механічну трансмісію. Зокрема, перша і третя трансмісії паралельно з'єднані з коробкою. В залежності від використовуваного насоса друга трансмісія містить редуктор швидкості. Цей варіант виконання є переважним, оскільки він забезпечує велику гнучкість реалізації; зокрема, можна розташовувати насос і привід у різних місцях, у випадку необхідності, віддалених одне від одного. Переважно, щоб щонайменше насос або привід мали позитивне переміщення і переважно змінний робочий об'єм. Гідравлічний контур містить гідравлічний акумулятор на виході насоса, що дозволяє здійснювати керування його тиском. Вузол керування пропускною здатністю гідравлічного приводу дозволяє регулювати додаткову потужність, що видається валом НТ. 5 Відповідно до іншого варіанту виконання, третя механічна трансмісія містить диференціальний механізм з епіциклічною передачею. Це рішення дозволяє знизити потужність, що передається гідравлічною трансмісією, і, отже, зменшити розміри цієї частини. Епіциклічна передача містить три ступені: корпус, планетарну шестірню і водило сателітів, для даного варіанту застосування епіциклічна передача містить два вхідних ступеня і один вихідний ступінь, які визначають в залежності від передавального числа вибраної передачі. Вхідний ступінь, виконаний у вигляді планетарної шестірні епіциклічної передачі, з'єднаний за допомогою третьої механічної трансмісії з валом НТ, а вал гідравлічного приводу механічно з'єднаний з іншим вхідним ступенем, - корпусом епіциклічної передачі. Зокрема, вал гідравлічного приводу з'єднаний з входом через редуктор швидкості, а вихідний ступінь, - водило сателітів, - з'єднаний з коробкою. Відповідно до третього варіанту виконання, гідравлічна трансмісія містить гідравлічну муфту, з'єднану, з одного боку, другою механічною трансмісією з валом НТ, з іншого боку, третьою трансмісією зі згаданою коробкою. Керування потужністю, що передається, здійснюють за допомогою засобу керування нагнітанням рідини. Як і у попередніх випадках, винахід дозволяє зберігати керування швидкістю коробки за допомогою вала ВТ, сумісною з роботою агрегатів двигуна і літака. Він дозволяє також передавати потужність на допоміжні механізми від вала НТ і скоротити відбір потужності на валу ВТ під час фази, коли виникають проблеми, пов'язані з режимами роботи двигуна. Винахід дозволяє також обмежити втрати, пов'язані з гідрокінетичною трансмісією, для режимів, що дозволяють здійснювати 100%-ий відбір потужності на валу ВТ. Цей варіант виконання є особливо переважним, оскільки відрізняється простотою реалізації, навіть якщо муфта сама по собі займає більше місця, ніж попереднє гідравлічне технічне рішення. Інші відмітні ознаки і переваги винаходу будуть більш очевидні з наведеного нижче опису варіантів виконання з посиланнями на додані фігури креслень, у числі яких: Фіг. 1 представляє схематичний вигляд першого варіанту виконання. Фіг. 2 - схематичний вигляд другого варіанту виконання. Фіг. 3 - схематичний вигляд третього варіанту виконання. Варіант виконання, показаний на Фіг. 1, стосується двовалового газотурбінного двигуна; на фігурі показані тільки два вали 1 і 3 газотурбінного двигуна, з яких один є валом НТ, а інший - валом ВТ. Як відомо з попередніх технічних рішень, обидва вали є концентричними і вільно механічно обертаються один відносно одного. Під час роботи вони можуть обертатися або в одному і тому ж напрямі, або у протилежних напрямах. Вал НТ встановлений на відповідних опорних підшипниках всередині вала ВТ. У випадку двоконтурного тур 90431 6 бореактивного двигуна він приводить у рух компресор, наприклад, встановлений на передній частині. Кожний з двох валів містить шестірню, відповідно 1а і 3а, для обертання трансмісійних валів. Перший вал 5, що утворює першу механічну трансмісію і містить на одному кінці засіб 5а відбору потужності, наприклад, шестірню, на валу ВТ, розташований радіально по відношенню до осі двигуна, обмеженої двома валами 1 і 3. Через шестірню 5b він передає на своєму іншому кінці обертальний рух на вхідний вал 7а коробки 7 приводів. Докладний опис цієї коробки також опускається, оскільки вона не відноситься до даного винаходу. Вона містить раму, обладнану шестірнями, з'єднаними з одним або декількома валами відбору потужності. Склад елементів, встановлених на коробці, залежить від двигуна, що обслуговується нею. Зокрема, коли двигун є газотурбінним двигуном з турбокомпресором для цивільного літака, коробку кріплять на картері компресора, а трансмісійний вал 5 встановлюють радіально у стійці конструкції картера. Відповідно до винаходу і відповідно до цього першого варіанту виконання, вхідний вал 7а обертається гідравлічним трансмісійним засобом 10, який є гідравлічним варіатором, від вала НТ. Засіб 10 механічно з'єднаний другою механічною трансмісією 10r1, з валом 1. У даному випадку мова може йти про шестірню, що входить у зачеплення з шестірнею, нерухомо з'єднаною з валом 1. Мова може також йти про редуктор швидкості, якщо потрібна його наявність. За допомогою вала 10b засіб 10 механічно з'єднаний з вхідним валом 7а коробки, у цьому випадку через редуктор швидкості, що створює третю механічну трансмісію 10r2. Гідростатична трансмісія містить насос 11, що механічно обертається валом 10а. Редуктор 10r1, дозволяє адаптувати швидкість вхідного вала до швидкості насоса. Переважно мова йде про насос з позитивним переміщенням і зі змінним робочим об'ємом циліндра. Як варіант, такий тип насоса містить площадку з регульованим нахилом. Зміна кута нахилу площадки змінює хід поршнів насоса і його робочий об'єм. Робочий об'єм регулюється вузлом 13 керування. Насос живить гідравлічною рідиною гідравлічний привід 15 зі змінним робочим об'ємом циліндра через трубопровід 17. Гідравлічний акумулятор 19 встановлений паралельно на цьому трубопроводі 17 на виході насоса. Потрібно зазначити, що у цій системі гідравлічний контур не залежить від інших гідравлічних контурів. Керування відбором потужності на валу НТ здійснюють шляхом керування насосом 11 і приводом 15 за допомогою пристрою 13 керування, зокрема, в залежності від швидкостей валів 10а і 10b і від тиску, що забезпечується насосом. Швидкість гідравлічного двигуна залежить від швидкості обертання вала 7а, кінематично Зв'язаного з валом ВТ. Звідси випливає, що, яким би не був режим двигуна, коробка приводить у дію встановлені на ній агрегати і обертає їх зі швидкістю, яка знаходиться у тому ж робочому діапазоні, що і вал ВТ. 7 Під час фази множинного відбору пристрій працює наступним чином. Відповідно до першого варіанту робочий тиск насоса 11 підтримують постійним, наприклад: Р=350бар. Керування приводом 15 здійснюють шляхом зміни його робочого об'єму. Дійсно, потужність, що передається приводом, визначають співвідношенням: Привідна потужність = швидкість приводу х робочий об'єм х Р Оскільки швидкість приводу залежить від швидкості вала ВТ, а тиск підтримують постійним за допомогою насоса, потужність приводу пропорційна об'єму рідини, що проходить через нього, і, отже, робочому об'єму циліндра. Відповідно до другого варіанту, робочий об'єм приводу підтримують максимальним, і у цьому випадку потужність, що передається, пропорційна Р. Керування гідравлічним контуром по тиску здійснюють шляхом зміни робочого об'єму насоса. Перевагою рішення, що пропонується, є те, що ця система не передбачає ніякого кінематичного зв'язку між двома валами НТ і ВТ. Крім того, перейшовши на визначений режим, вал ВТ виявляється у робочих умовах, що дозволяють йому передавати всю потужність на коробку. У цьому випадку систему змішаного відбору потужності можна відключити. Для цього система 13 керування подає команду анулювання тиску і витрати на насос і на привід. При цьому у насосі і приводі встановлюється розрідження для зниження втрат і зусиль опору. Точно так само під час запуску, якщо він відбувається за допомогою коробки, потужність передають від стартера безпосередньо на вал ВТ, відключивши гідростатичну трансмісію. Площадки насоса і приводу регулюють таким чином, щоб одержати мінімальний робочий об'єм. Дійсно, запуск відбувається шляхом обертання тільки одного вала ВТ. На Фіг. 2, що відноситься до другого варіанту виконання, показані елементи, які відповідають елементам на Фіг. 1, з доданням 200 до цифрових позицій. На цій фігурі також показані вал 201 НТ і вал 203 ВТ двовалового газотурбінного двигуна, не показаного на кресленні. Вал 203 з'єднаний з коробкою 207 AGB приводів допоміжних механізмів за допомогою першої механічної трансмісії 205, у цьому випадку за допомогою трансмісійного вала, шестірня 205а якого входить у зачеплення з шестірнею 203а вала ВТ, при цьому обидві шестірні утворюють кутову передачу. Відповідно до винаходу, між валом НТ 201 і коробкою 207 виконана гідравлічна трансмісія. Ця трансмісія є частиною гідромеханічної трансмісії, яка буде описана нижче. Як і у попередньому рішенні, гідростатична частина трансмісії містить гідростатичний варіатор 210. Він містить гідравлічний насос 211 і гідравлічний привід 215, з'єднані між собою гідравлічним контуром 217. Обидва агрегати 211 і 215 мають змінний робочий об'єм, що показано стрілками 211' і 215' відповідно. На контурі 217 паралельно встановлений гідравлічний акумулятор, призначений для керування тиском насоса. 90431 8 Вузол 213 керування одержує параметри швидкості кожного з валів 210а і 210b обох агрегатів, тиск контуру, а також задані значення і направляє сигнал керування на зміну робочого об'єму приводу 216 і/або насоса, як і у першому варіанті виконання. Привідний вал 210а насоса 211 з'єднаний другою механічною трансмісією 210r1, з валом НТ. Зокрема, мова йде про редуктор швидкості для приведення у відповідність двох швидкостей. Вал 210Ь, що обертається приводом 215, з'єднаний з коробкою 207 за допомогою третьої механічної трансмісії 220. Ця трансмісія містить диференціал 221 з епіциклічною передачею. Він містить планетарну шестірню 222, сателітні шестірні з водил ом 223 і корпус 224. Планетарна шестірня 222 з'єднана четвертою механічною трансмісією 230 з валом НТ, яка у цьому випадку є трансмісійним валом, що входить у зачеплення з валом 201. Між валом 210Ь гідравлічного приводу 215 і корпусом 224 диференціала 221 третя трансмісія 220 додатково містить редуктор 210г2. Водило 223 сателітів з'єднане з вхідним валом коробки 207. У цьому варіанті монтажу вал НТ передає потужність безпосередньо на вхід, утворений планетарною шестірнею 222 епіциклічної передачі 221, і опосередковано на вхід, утворений корпусом 224, через гідростатичний варіатор. Вихід епіциклічної передачі 221, утворений водилом 223 сателітів, з'єднаний з коробкою AGB. Швидкості на вході і на виході епіциклічної передачі 221 задаються відповідно валом НТ через четверту механічну передачу 230 і коробкою 207, з'єднаною з валом ВТ першою трансмісією 205. Швидкість гідравлічного приводу 215 встановлюється у цьому випадку передавальним співвідношенням епіциклічної передачі. Передавальне співвідношення епіциклічної передачі вибирають таким чином, щоб звести до мінімуму потужність, що проходить через гідростатичну трансмісію, і скоротити втрати на максимальному експлуатаційному режимі. Пристрій працює так само, як і у першому варіанті виконання. Робота під час фази множинного відбору. Відповідно до першого варіанту, робочий тиск насоса 211 підтримують постійним, наприклад: Р=350 бар. Керування приводом 215 здійснюють шляхом зміни його робочого об'єму. Оскільки швидкість приводу задається швидкістю вала ВТ, а тиск підтримують постійним за допомогою насоса, потужність приводу пропорційна об'єму рідини, що проходить через нього і, отже, робочому об'єму циліндра. Відповідно до другого варіанту, робочий об'єм циліндра приводу підтримують максимальним, і у цьому випадку потужність, що передається, пропорційна ДР. Керування гідравлічним контуром по тиску здійснюють шляхом зміни робочого об'єму насоса. Перейшовши на визначений режим, вал ВТ виявляється у робочих умовах, що дозволяють йому передавати всю потужність на коробку. У цьому випадку систему змішаного відбору 9 потужності можна відключити. Для цього система 213 керування подає команду анулювання тиску і витрати на насос і на привід. При цьому у насосі і приводі встановлюється розрідження для зниження втрат і зусиль опору. Точно так само під час запуску, якщо він відбувається за допомогою коробки, потужність передають від стартера безпосередньо на вал ВТ, відключивши гідростатичну трансмісію. Площадки насоса і приводу регулюють таким чином, щоб одержати мінімальний робочий об'єм. Дійсно, запуск відбувається шляхом обертання тільки одного вала ВТ. На Фіг. 3, що відноситься до третього варіанту виконання, показані елементи, які відповідають Фіг. 1, з доданням 300 до цифрових позицій. На фігурі показані перший і другий вали 301 і 303 відповідно. Цими валами є відповідно вали НТ і ВТ двовалового газотурбінного двигуна, не показаного на кресленні. Ці два вали обладнані відповідними шестірнями 301а і 303а для відбору потужності. Перша шестірня дозволяє здійснювати відбір потужності за допомогою вхідного вала 310а трансмісійного пристрою 310, який у цьому випадку є гідрокінетичним. Друга шестірня 303а дозволяє здійснювати відбір потужності за допомогою шестірні 305а трансмісійного вала 305, який утворює перший трансмісійний засіб. Між шестірнею 301а і вхідним валом 310а передбачена друга механічна трансмісія 310гі, виконана у вигляді редуктора швидкості. Як і у попередніх випадках, коробка 307 приводів, винесена по відношенню до приводу, приводиться у дію цими двома засобами. Перший засіб 310 містить вал 310b, що обертає вал 307а через редуктор 310r2 швидкості, що утворює третю механічну трансмісію. Вал 307а також приводиться в обертання валом 305 через відповідну шестірню 305b. Гідрокінетична трансмісія сама по собі відома; вона містить гідравлічну муфту 311, яка називається також гідравлічним перетворювачем 90431 10 моменту, з'єднану з системою 312 керування шляхом часткового нагнітання. Система 312 містить насос нагнітання і відкачки, керований вузлом 313 керування. Як відомо, гідравлічна муфта містить перший ротор, що обладнаний лопатками і утворює насос, встановлений навпроти другого ротора, що утворює турбіну. Коли ротор приводиться в обертання, лопатки нагнітають гідравлічну рідину на лопатки другого ротора, що утворює турбіну, і приводять його у рух. Змінюючи кількість рідини між двома роторами, змінюють також потужність, що передається від одного ротора до іншого, відповідно до того, як швидкість другого ротора задається швидкістю редуктора 310r2. Як і у першому варіанті, перевагою цієї системи є те, що у ній не використовують ніякого кінематичного зв'язку між валами НТ і ВТ. Передавальні числа обох редукторів вибирають таким чином, щоб створити позитивне зміщення швидкості між насосом і турбіною гідрокінетичної трансмісії у діапазоні роботи обох валів газотурбінного двигуна. Швидкість обертання турбіни системи задається швидкістю обертання коробки, яка сама кінетично зв'язана з валом ВТ. При цьому коробка приводить в обертання агрегати зі швидкістю того ж робочого діапазону, що і діапазон вала ВТ. Потужність, що передається трансмісією 310, пропорційна до швидкості обертання насоса і витрати рідини. Ця витрата рідини регулюється системою, що здійснює часткове заповнення трансмісії 310 і керується в залежності від швидкостей валів НТ і ВТ. Ця система керування дозволяє здійснювати необхідний відбір потужності на валу НТ. Перейшовши на визначений режим, вал ВТ виявляється у робочих умовах, що дозволяють йому передавати всю потужність на коробку. У цьому випадку систему відбору потужності можна відключити. Для цього видаляють рідину з системи 310 і створюють у ній розрядження для зниження втрат і зусиль опору. 11 Комп’ютерна верстка Д. Шеверун 90431 Підписне 12 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