RU2330170C2

RU2330170C2 - Enhanced dual-flow turbo jet engine

Info

Publication number: RU2330170C2
Application number: RU2006132608/06A
Authority: RU
Inventors: Валерий Алексеевич Кузнецов (RU); Валерий Алексеевич Кузнецов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2006-09-11
Filing date: 2006-09-11
Publication date: 2008-07-27
Also published as: RU2006132608A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: enhanced dual-flow turbo jet engine with the fan driven via a simple aligned reduction gear, the reduction gear idlers running in plain bearings, the said bearing fixed sleeve inner space outlet communicating, via channels, with the slot space between the aforesaid bearing working surfaces, while its inlet communicates with the oil feed jet and, via perforated walls, with the reduction gear air chamber. Note here, that the said inner space and channels are filled with a sponge or open-pore capillary material, or with carbon (synthetic) fibres, or in the case of higher temperatures, with metal compacted basket.

EFFECT: higher engine reliability provided for by feeding lubricant onto the idlers plain bearings in change-over operating conditions.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к двухконтурным газотурбинным двигателям авиационного применения.The invention relates to dual-circuit gas turbine engines for aviation applications.

Известен газотурбинный двигатель сверхвысокой степени двухконтурности с приводом однорядного вентилятора через редуктор, причем промежуточные шестерни в редукторе установлены на подшипниках качения (С.А.Вьюнов. «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей», Москва, «Машиностроение», 1981 г., стр.548, рис.13.3.).A gas turbine engine of an ultrahigh bypass ratio with a single-row fan drive through a reducer is known, and the intermediate gears in the reducer are mounted on rolling bearings (S. A. Vyunov. “Design and Design of Aircraft Gas Turbine Engines”, Moscow, “Mechanical Engineering”, 1981, p. 548, Fig. 13.3.).

Недостатком известной конструкции является низкая надежность редуктора и газотурбинного двигателя в целом из-за низкой несущей способности подшипников качения промежуточных шестерен.A disadvantage of the known design is the low reliability of the gearbox and the gas turbine engine as a whole due to the low bearing capacity of the rolling bearings of the intermediate gears.

Наиболее близким к заявляемому является двухконтурный газотурбинный двигатель с приводом однорядного вентилятора через простой соосный редуктор с установленными на подшипниках скольжения промежуточными шестернями (Патент US №6622473 ВВ F02K 3/12).Closest to the claimed one is a double-circuit gas turbine engine with a single-row fan drive through a simple coaxial gearbox with intermediate gears mounted on sliding bearings (US Patent No. 662,473 BB F02K 3/12).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является низкая надежность редуктора из-за возможности сухого трения в подшипниках скольжения промежуточных шестерен на некоторых переходных режимах, например на режимах высотного запуска, от авторотации и при выбеге роторов выключенного двигателя, так как в обоих случаях ротор вентилятора совместно с редуктором определенное время вращается при неработающем насосе подачи масла, который приводится во вращение от ротора газогенератора двигателя.A disadvantage of the known design adopted as a prototype is the low reliability of the gearbox due to the possibility of dry friction in the sliding bearings of the intermediate gears in some transient modes, for example, in high-speed starting modes, from autorotation and when the rotors of the engine are off, since in both cases the fan rotor together with the gearbox, a certain time is rotated with an idle oil supply pump, which is driven by the rotor of the engine gas generator.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя путем подачи смазки на подшипники скольжения промежуточных шестерен на переходных режимах.The technical problem to be solved by the claimed invention is directed is to increase the reliability of a gas turbine engine by supplying grease to the sliding bearings of the intermediate gears in transient conditions.

Сущность изобретения заключается в том, что в двухконтурном газотурбинном двигателе с приводом вентилятора через простой соосный редуктор и с установленными на подшипниках скольжения промежуточными шестернями редуктора, согласно изобретению внутренняя полость неподвижной втулки подшипника скольжения на выходе каналами соединена с щелевой полостью между рабочими поверхностями подшипника скольжения, на входе - с жиклером подвода масла и через перфорированные стенки - с воздушной полостью редуктора, причем внутренняя полость и каналы заполнены губчатым или капиллярным материалом с открытыми порами. Внутренняя полость и каналы заполнены углеродными (синтетическими) волокнами, а для более высоких температур - металлической прессованной сеткой.The essence of the invention lies in the fact that in a double-circuit gas turbine engine with a fan drive through a simple coaxial gearbox and with intermediate gears of the gearbox mounted on sliding bearings, according to the invention, the internal cavity of the plain sleeve of the plain bearing sleeve at the outlet is connected to the slotted cavity between the working surfaces of the plain bearing, the inlet - with an oil supply nozzle and through perforated walls - with the air cavity of the gearbox, with the internal cavity and channels filled with spongy or capillary material with open pores. The internal cavity and channels are filled with carbon (synthetic) fibers, and for higher temperatures - pressed metal mesh.

Соединение внутренней полости неподвижной втулки подшипника скольжения на выходе каналами с щелевой полостью между рабочими поверхностями подшипника скольжения позволяет обеспечить поступление масла из внутренней полости втулки в щелевую полость подшипника скольжения и таким образом исключить в нем сухое трение при работе двигателя на переходных режимах.The connection of the inner cavity of the stationary sleeve of the sliding bearing at the outlet with channels with a slot cavity between the working surfaces of the sliding bearing allows oil to flow from the inner cavity of the sleeve into the slot cavity of the sliding bearing and thus eliminates dry friction in it when the engine is operating in transient conditions.

Соединение внутренней полости втулки на входе с жиклером подвода масла позволяет подавать масло во внутреннюю полость втулки при работе двигателя.The connection of the inner cavity of the sleeve at the inlet with the oil supply nozzle allows you to feed oil into the inner cavity of the sleeve when the engine is running.

Соединение внутренней полости втулки на входе через перфорированные стенки с воздушной полостью редуктора позволяет наполнять внутреннюю полость маслом за счет барботажа последнего при работе редуктора, что обеспечивает накопление масла даже в случае засорения жиклера.The connection of the inner cavity of the sleeve at the inlet through the perforated walls with the air cavity of the gearbox allows the internal cavity to be filled with oil due to bubbling of the latter during gear operation, which ensures the accumulation of oil even in the event of clogging of the nozzle.

Заполнение внутренней полости втулки и каналов губчатым или капиллярным материалом позволяет накапливать и удерживать масло за счет капиллярных сил во внутренней полости втулки и расходовать его при работе двигателя и редуктора на переходных режимах при неработающем насосе подачи масла.Filling the inner cavity of the sleeve and channels with sponge or capillary material allows you to accumulate and hold oil due to capillary forces in the inner cavity of the sleeve and to spend it when the engine and gearbox are in transient conditions when the oil supply pump is not working.

Губчатый материал должен быть выполнен с открытыми порами для перетекания масла из внутренней полости в щелевую полость между рабочими поверхностями подшипника скольжения.The spongy material should be made with open pores for the flow of oil from the inner cavity into the slot cavity between the working surfaces of the sliding bearing.

На фиг.1 изображен продольный разрез двухконтурного газотурбинного двигателя сверхвысокой степени двухконтурности.Figure 1 shows a longitudinal section of a dual-circuit gas turbine engine of an ultrahigh bypass ratio.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.Figure 2 - element I in figure 1 in an enlarged view.

Двухконтурный газотурбинный двигатель 1 сверхвысокой степени двухконтурности состоит из однорядного вентилятора 2, простого соосного редуктора 3 с внутренним зацеплением, компрессора низкого давления 4, разделительного корпуса 5 с коробкой приводов 6, компрессора высокого давления 7, камеры сгорания 8, турбины высокого давления 9 и турбины низкого давления 10, которая валом 11 соединена с редуктором 3 на его входе. На выходе редуктор 3 валом 12 соединен с рабочим колесом 13 вентилятора 2. Ротор 14 газогенератора 15 через коробку приводов 6 приводит во вращение топливный насос 16, маслонасос подачи масла 17 и маслонасос откачки масла 18. Простой соосный редуктор 3 с внутренним зацеплением состоит из ведущей шестерни 19, соединенной с валом 11 турбины низкого давления 10 и промежуточных шестерен 20, находящихся в зацеплении с ведущей шестерней 19 и ведомой шестерней внутреннего зацепления 21, установленной на валу 12 рабочего колеса 13 вентилятора 2. Каждая из промежуточных шестерен 20 установлена на полой неподвижной втулке 22, закрепленной в корпусе 23 редуктора 2. Внутренняя поверхность 24 промежуточной шестерни 20 и внешняя поверхность 25 втулки 22 образуют между собой подшипник скольжения 26 со щелевой кольцевой полостью 27 между рабочими поверхностями 24 и 25. Внутренняя полость 28 втулки 22 на входе соединена жиклером 29 с каналом подвода масла 30 и через перфорированные боковые стенки 31 и 32 с воздушной полостью 33 редуктора 3, а на выходе каналами 34 - со щелевой полостью 27 подшипника скольжения 26. Внутренняя полость 28 и каналы 34 заполнены губчатым или капиллярным материалом 35 с открытыми порами. В качестве заполнителя могут быть использованы углеродные (синтетические) волокна, а для более высоких температур - металлическая прессованная сетка.A double-circuit gas turbine engine 1 of an ultrahigh bypass ratio consists of a single-row fan 2, a simple coaxial gearbox 3 with internal gearing, a low-pressure compressor 4, a separation case 5 with a gearbox 6, a high-pressure compressor 7, a combustion chamber 8, a high-pressure turbine 9 and a low-turbine pressure 10, which is connected by a shaft 11 to a reducer 3 at its inlet. At the output, the gear unit 3 is connected by a shaft 12 to the impeller 13 of the fan 2. Through the gearbox 6, the rotor 14 of the gas generator 15 drives the fuel pump 16, the oil supply pump 17 and the oil pump 18. A simple coaxial gearbox 3 with internal gearing consists of a pinion gear 19 connected to the shaft 11 of the low pressure turbine 10 and the intermediate gears 20 engaged with the pinion gear 19 and the driven gear of the internal gear 21 mounted on the shaft 12 of the impeller 13 of the fan 2. Each of the intermediate gears 20 mounted on a hollow stationary sleeve 22, mounted in the housing 23 of the gearbox 2. The inner surface 24 of the intermediate gear 20 and the outer surface 25 of the sleeve 22 form a sliding bearing 26 with a slotted annular cavity 27 between the working surfaces 24 and 25. The inner cavity 28 sleeves 22 at the inlet are connected by a nozzle 29 to the oil supply channel 30 and through perforated side walls 31 and 32 with the air cavity 33 of the gearbox 3, and at the outlet by channels 34, with the slotted cavity 27 of the sliding bearing 26. The inner strip s 28 and channels 34 are filled with a spongy material or a capillary 35 with open pores. As a filler, carbon (synthetic) fibers can be used, and for higher temperatures a pressed metal mesh.

Работает устройство следующим образом. При высотном запуске двигателя 1 от авторотации маслонасос подачи масла 17 начинает подавать масло в редуктор 3 не сразу, а после достижения определенных оборотов вращения ротора 14 газогенератора 15, что могло бы привести к поломке редуктора 3 из-за сухого трения в подшипниках скольжения 26 при вращении промежуточных шестерен 20 от авторотирующего рабочего колеса 13 вентилятора 2. Однако этого не происходит, так как при вращении промежуточных шестерен масло из внутренней полости 28 втулки 22 за счет капиллярных сил поступает в капиллярную щелевую кольцевую полость 27 подшипника скольжения 26, снижая таким образом коэффициент трения в подшипнике 26 и предотвращая сухое трение в этом подшипнике, что повышает надежность двигателя 1. При работе двигателя 1 на взлетном и крейсерском режимах происходит накопление масла во внутренней полости 28 втулки 22 как за счет поступления масла через жиклер 29, так и за счет впитывания барботируемого в воздушной полости 33 масла через перфорированные стенки 31 и 32. При выключении двигателя 1 имеющее значительный момент инерции колесо 13 вентилятора 2 совместно с редуктором 3 вращается значительно более длительное время по сравнению с ротором 14 газогенератора 15, что также могло бы привести к повреждению рабочих поверхностей 24 и 25 подшипника скольжения 26 из-за сухого трения с дальнейшей поломкой редуктора 3. Однако этого не происходит, так как за счет капиллярных сил и в этом случае масло поступает из полости 28 втулки 22 в капиллярную щелевую полость 27 подшипника скольжения 26, предотвращая таким образом сухое трение в подшипнике 26, что также повышает надежность двигателя.The device operates as follows. When starting the engine 1 from a high-altitude start, the oil pump 17 does not start to feed oil to the gearbox 3 immediately, but after reaching a certain rotation speed of the rotor 14 of the gas generator 15, which could lead to damage to the gearbox 3 due to dry friction in the sliding bearings 26 during rotation the intermediate gears 20 from the autorotating impeller 13 of the fan 2. However, this does not happen, since when the intermediate gears rotate, oil from the inner cavity 28 of the sleeve 22 due to capillary forces enters the capillary slot the annular cavity 27 of the sliding bearing 26, thereby reducing the friction coefficient in the bearing 26 and preventing dry friction in this bearing, which increases the reliability of the engine 1. When the engine 1 is in take-off and cruising modes, oil accumulates in the inner cavity 28 of the sleeve 22 as due to oil intake through the nozzle 29, and due to the absorption of oil sparged in the air cavity 33 through the perforated walls 31 and 32. When the engine 1 is turned off, the fan wheel 13 having a significant moment of inertia is 2 It means that the gearbox 3 rotates much longer than the rotor 14 of the gas generator 15, which could also lead to damage to the working surfaces 24 and 25 of the sliding bearing 26 due to dry friction with further damage to the gearbox 3. However, this does not happen, since due to capillary forces, in this case, the oil enters from the cavity 28 of the sleeve 22 into the capillary slot cavity 27 of the sliding bearing 26, thereby preventing dry friction in the bearing 26, which also increases the reliability of the engine.

Claims

1. Dual-circuit gas turbine engine of an ultrahigh bypass ratio with a fan drive through a simple coaxial gearbox and with intermediate gears of the gearbox mounted on sliding bearings, characterized in that the internal cavity of the plain sleeve of the sliding bearing at the output is connected by channels with a slot cavity between the working surfaces of the sliding bearing, and inlet - with an oil supply nozzle and through perforated walls - with the air cavity of the gearbox, with the internal cavity and channels filled with spongy or capillary material with open pores.

2. The double-circuit gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the internal cavity and channels are filled with carbon (synthetic) fibers, and for higher temperatures - pressed metal mesh.