Уплотнительное устройство, имеющее кожух для прохода соединительной тяги системы управления шагом для лопастей вентилятора турбовинтового двигателя сквозь перегородку
Изобретение относится к уплотнительному устройству для прохода соединительной тяги системы управления шагом лопастей вентилятора турбовинтового двигателя сквозь перегородку. Устройство содержит трубу (60) для крепления к перегородке (58), которая должна быть уплотненной, и кожух (62) в форме усеченного конуса, сквозь который должна проходить соединительная тяга (50а). Кожух способен скользить в осевом направлении внутри трубы, и имеет в своем широком конце уплотнительные средства, взаимодействующие со втулкой и в своем узком конце герметичные средства крепления для крепления к соответствующему концу соединительной тяги. Уплотнительное устройство согласно изобретению позволяет гарантировать эффективное уплотнение масляного кожуха в турбовинтовом двигателе без использования гибкой детали, которая потенциально может привести к проблемам надежности и долговечности. 3 н. и 2 з.п. ф-лы, 8 ил.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Настоящее изобретение относится к общей области управления шагом лопастей вентилятора турбовинтового двигателя.
Предпочтительной областью применения изобретения является область турбовинтовых двигателей самолета, имеющих два воздушных винта.
Турбовинтовой двигатель самолета, имеющий два воздушных винта, содержит турбину с двумя роторами противоположного вращения, каждый приводит в движение набор открытых лопастей вентилятора. В этом типе самолетного двигателя, шаг лопастей вентилятора представляет собой один из параметров, используемых для управления силой тяги двигателя.
Заявка на выдачу патента Франции под № 10/51458, поданная заявителем 1 марта 2010, описывает систему управления шагом лопастей вентилятора такого турбовинтового двигателя. В этом документе, каждая лопасть присоединена для регулировки ее шага к опоре корневой части лопасти, которая прикреплена с возможностью шарнирного поворота на поворотном кольце посредством конического зубчатого зацепления, одно из зубчатых колес зубчатой передачи поддерживается посредством опоры корневой части лопасти, а другое зубчатое колесо несет противовес. Силовой привод, центрированный по оси вращения поворотного кольца и принудительно вращающийся с ротором турбины, является присоединенным к каждому противовесу посредством радиальной соединительной тяги. Посредством приведения в действие силового привода, соединительные тяги воздействуют на противовесы по принципу коленчатого вала и соединительной тяги с тем, чтобы вызывать поворот опор корневых частей лопастей в синхронном порядке.
Такая система управления представляет множество преимуществ. В частности, она является надежной и легкой по весу, поскольку она обладает относительно небольшим числом деталей в сравнении с системами управления предыдущего уровня техники.
Соединительные тяги системы проходят радиально от силового привода к опорам корневых частей лопастей. В результате, некоторым из этих соединительных тяг, в частности, необходимо проходить сквозь масляный кожух, в котором размещаются различные подшипники качения турбовинтового двигателя. Это применимо, в частности, к соединительным тягам системы для управления верхним по потоку набором лопастей.
К сожалению, такие масляные кожухи вращаются во время работы, и в результате масло, которое там присутствует, подвергается воздействию центробежной силы. Следовательно, для того чтобы предотвращать любые наружные утечки масла из масляного кожуха, их необходимо уплотнять в местах, где соединительные тяги системы управления проходят сквозь перегородки масляного кожуха.
ЦЕЛЬ И СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Таким образом, основная цель настоящего изобретения заключается в удовлетворении этой необходимости, путем предложения устройства, которое служит для уплотнения перегородки масляного кожуха, где соединительные тяги системы управления проходят сквозь нее.
Согласно изобретению, эта цель достигается уплотнительным устройством, содержащим трубу для крепления к прегородке, которая должна быть уплотненной, и кожух в форме усеченного конуса, сквозь который должна пройти соединительная тяга, при этом кожух выполнен с возможностью скользить в осевом направлении внутри трубы, и имеет на своем широком конце уплотнительные средства, взаимодействующие с трубой, и на своем узком конце герметичные средства крепления для крепления к соответствующему концу соединительной тяги.
Проход соединительной тяги сквозь перегородку уплотняется посредством наличия уплотнительных средств между широким концом кожуха и трубой.
Кроме того, в ходе работы соединительная тяга системы управления подвергается как радиальным перемещениям, так и поперечным перемещениям. Таким образом, форма усеченного конуса кожуха дает возможность ему избежать создания помех для поперечных перемещений соединительной тяги. Кроме того, осевое скольжение кожуха внутри трубы служит компенсацией радиальных движений соединительной тяги.
В результате, уплотнительное устройство согласно изобретению позволяет гарантировать эффективное уплотнение масляного кожуха в турбовинтовом двигателе без использования гибкой детали, которая потенциально может привести к проблемам надежности и долговечности.
Уплотнительное устройство согласно изобретению также служит для разделения функции "уплотнения" от функции "передачи усилия". Функция передачи усилия выполняется соединительной тягой, тогда как функция уплотнения обеспечивается кожухом. Такое разделение позволяет ограничивать взаимные помехи между двумя функциями и, таким образом, делает достижение каждой из них более легким. В частности, уплотнение на широком конце кожуха не подвергается воздействию какой-либо деформации соединительной тяги.
В заключение, уплотнительное устройство служит для ограничения явления изгиба соединительной тяги. Соединительная тяга потенциально может изгибаться в направлении длины, но не в направлении ширины, поскольку кожух ограничивает любое изгибание в этом направлении.
Широкий конец кожуха может иметь прокладку на своей периферии, взаимодействующую с внутренней частью трубы, для того, чтобы обеспечить уплотнение между кожухом и трубой.
Узкий конец кожуха может быть закрытым и прикрепленным с возможностью шарнирного поворота вокруг оси поворота соответствующего конца соединительной тяги для того, чтобы прикрепить кожух к соединительной тяге уплотняющим образом.
Изобретение также предоставляет систему для управления шагом лопастей вентилятора турбовинтового двигателя, имеющего, по меньшей мере, один набор лопастей вентилятора с регулируемым шагом, упомянутый набор, принудительно вращающийся с поворотным кольцом, механически присоединенным к вращающемуся корпусу, каждая лопасть набора присоединена для регулировки ее шага к опоре корневой части лопасти, установленной с возможностью шарнирного поворота на поворотном кольце посредством конического зубчатого зацепления, содержащего первое зубчатое колесо, прикрепленное к опоре корневой части лопасти и центрированное по оси, которая является радиальной относительно поворотного кольца, и второе зубчатое колесо, прикрепленное к поворотному кольцу и центрированное по оси, которое является тангенциальным, относительно упомянутого поворотного кольца, при этом второе зубчатое колесо несет противовес, который является эксцентриковым относительно к его оси вращения, систему, дополнительно включающую в себя силовой привод, центрированный по оси вращения поворотного кольца, принудительно вращающегося с поворотным корпусом, и имеющий свою тягу, присоединенную к каждому противовесу посредством радиальных соединительных тяг и рычагов, при этом система дополнительно содержит для каждой радиальной соединительной тяги уплотнительное устройство, как описано выше.
Изобретение также предусматривает турбовинтовой двигатель, имеющий два воздушных винта, включающий в себя турбину, имеющую два противоположно вращающихся корпуса и два набора лопастей вентилятора с регулируемым шагом, принудительно вращающихся с двумя поворотными кольцами, соответственно присоединенных к вращающимся корпусам, шаг лопастей вентилятора, по меньшей мере, одного из наборов управляется системой, как описано выше.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Другие характеристики и преимущества настоящего изобретения следуют из последующего описания, приведенного со ссылкой на прилагаемые чертежи, которые не имеют ограничивающего характера. На фигурах:
Фиг. 1 - схематический вид в продольном разрезе двухвинтового турбовинтового двигателя, имеющего систему управления шагом лопастей воздушного винта, к которой, в частности, применяется изобретение;
Фиг.2 - это увеличенное изображение, Фиг. 1, показывающее
расположение уплотнительного устройства согласно изобретению;
Фиг. 3А и 3B - схемы, показывающие движения системы управления по Фиг. 1 и 2;
Фиг. С 4А по 4С показывают уплотнительное устройство по Фиг. 2 в различных положениях; и
Фиг. 5 показывает более точно уплотненное крепление кожуха уплотнительного устройства согласно изобретению на конце соединительной тяги.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТА ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
Фиг. 1 высоко схематичный вид варианта осуществления самолетного турбовинтового двигателя 10 типа, имеющего два воздушных винта.
Турбовинтовой двигатель 10, в частности, содержит продольную ось 12 и кольцевую гондолу 14, расположенную в осевом направлении вокруг продольной оси. От выше по потоку до ниже по потоку, он содержит также компрессор 16, камеру 18 сгорания и "силовую" турбину 20, приводящую два вращающихся корпуса 22а и 22b во вращение (непосредственно или опосредованно).
Турбовинтовой двигатель 10 также имеет выше по потоку (или спереди) набор 24а и ниже по потоку (или сзади) набор 24b лопастей 26 вентилятора с регулируемым шагом. Более точно, лопасти 26 вентилятора в каждом наборе 24a и 24b установлены на соответствующих поворотных кольцах 28a и 28b в виде кольцевых платформ, центрированных по продольной оси 12 турбовинтового двигателя.
Каждый вращающийся корпус 22a, 22b несет и приводит во вращение одно из соответствующих поворотных колец 28а, 28b, имеющих один из наборов 24a, 24b лопастей вентилятора с регулируемым шагом, установленных на нем.
Турбовинтовой двигатель 10 также имеет систему для управления шагом лопастей вентилятора в наборах 24a и 24b выше по потоку и ниже по потоку. Система управления, описана в заявке на выдачу патента Франции №10/51458, поданной 1 марта 2010 заявителем, и суть этого включена в материалы настоящей заявки посредством ссылки.
Как показано на Фиг. 2, система управления имеет два цилиндрических силовых привода 30а, 30b, приводящих в действие механизмы для изменения шага лопастей вентилятора в наборах выше по потоку и ниже по потоку, эти механизмы выполнены в частности соединительными тягами, которые описаны ниже.
Силовые приводы 30a, 30b являются выровненными по продольной оси 12 с соосными тягами 32а, 32b, и они принудительно вращаются с валом вращающегося корпуса 22b, который приводит набор 24b ниже по потоку во вращение.
Соответствующие тяги 32а, 32b этих двух силовых приводов двигаются в прямолинейном направлении вдоль продольной оси 12, с наружной тягой 32а силового привода 30а, служащего для регулировки шага лопастей вентилятора набора 24a выше по потоку и внутренней тягой силового привода 30b, служащей для регулировки шага лопастей вентилятора набора 24b ниже по потоку.
Подшипник 34 качения установлен между наружной тягой 32а силового привода 30а и механизмом для изменения шага лопастей вентилятора набора выше по потоку для того, чтобы передавать осевые силы с наружной тяги на механизм наряду с оставлением этих двух объектов свободно вращающимися в противоположных направлениях.
Более того, как показано на Фиг. 3А и 3В, каждая лопасть 26 в наборах 24a, 24b присоединена к опоре 36 корневой части лопасти, которая прикреплена с возможностью шарнирного поворота на поворотном кольце 28a, 28b посредством конического зубчатого зацепления 38. Это коническое зубчатое зацепление состоит из первого зубчатого колеса 40, прикрепленного к опоре корневой части лопасти и центрированного по оси 42, которая является радиальной относительно поворотного кольца, и второго зубчатого колеса 44, которое прикреплено к поворотному кольцу и центрировано по оси 46, которая является тангенциальной относительно поворотного кольца.
Число зубьев на первом зубчатом колесе 40 выбирается по существу равным числу, в два раза большему числа зубьев на втором зубчатом колесе 44. Таким образом, вращение второго зубчатого колеса на 90° будет вызывать вращение первого зубчатого колеса примерно на 45°.
В коническом зубчатом зацеплении, каждое второе зубчатое колесо 44 несет противовес 48, смещенный относительно оси вращения 46 колеса. Масса противовеса является предварительно определенной, в частности, в зависимости от характеристик лопастей вентилятора.
Каждый механизм для изменения шага лопастей вентилятора также включает в себя множество соединительных рычагов присоединяющих тягу 32a, 32b соответствующего силового привода 30a, 30b к противовесам 48 соответствующего набора лопастей вентилятора.
Функцией этих соединительных рычагов является преобразование осевого перемещения тяги силового привода в синхронное вращение противовесов соответствующего набора лопастей вентилятора вокруг их соответствующих осей 46 шага.
С этой целью, каждое соединительное плечо содержит, в частности, радиальную соединительную тягу 50a, 50b, проходящую сквозь плечо корпуса 52a, 52b турбовинтового двигателя и имеющую один конец, присоединенный к соответствующему противовесу, и другой конец, присоединенный к одному отводу рычага 54a, 54b, имеющего другой свой отвод, присоединенный к тяге 32а 32b соответствующим силовым приводом.
Каждое соединительное плечо также имеет направляющую соединительную тягу (на фиг. не показано) с одним концом, присоединенным к соединению между двумя отводами рычага и другим своим концом действует в качестве направляющей опоры для радиальной соединительной тяги.
В соединении с силовыми приводами 30а, 30b турбовинтовой двигатель 10 также имеет масляный кожух 56, имеющий скомпонованные в нем различные подшипники качения, которые обеспечивают валы ротора вращающейся опорой (и в частности, подшипник качения 34).
Этот масляный кожух (который подвергается воздействиям центробежной силы вследствие вращения роторов) является центрированным по продольной оси 12 турбовинтового двигателя и установленным радиально на наружной стороне посредством кольцевой перегородки 58 надежно закрепленной на роторе, приводящем в движение набор 24а выше по потоку.
Эта перегородка 58 содержит двойную стенку, и радиальные соединительные тяги 58а механизма для изменения шага лопастей вентилятора набора выше по потоку проходят сквозь нее.
Для того, чтобы избежать какой-либо утечки масла из масляного кожуха 56, необходимо обеспечить уплотнение, где радиальные соединительные тяги 50а проходят сквозь перегородку 58.
Для этих целей, согласно изобретению для каждой радиальной соединительной тяги предусмотрено уплотнительное устройство, которое содержит в частности полую трубу 60 вытянутой или кольцевой формы, проходящую прямо сквозь перегородку 58, то есть, которая должна уплотняться и прикрепляться к ней (например, посредством сварки или винтового соединения, если труба сделана из металла).
Уплотнительное устройство также имеет кожух 62 в форме усеченного конуса, выполненный с возможностью скользить в осевом направлении внутри трубы 60, этот кожух установлен вокруг радиальной соединительной тяги 50а. Более точно, узкий конец кожуха прикреплен к концу радиальной соединительной тяги герметичным образом, то есть, присоединен к рычагу (этот конец также упоминается в качестве корневой части радиальной соединительной тяги).
Переходя от этого узкого конца, форма кожуха расширяется до своего широкого конца, который снабжен средствами для уплотнения с трубой. Например, широкий конец кожуха включает в себя продолговатую или кольцевую прокладку 64 на своей периферии, взаимодействующую с внутренней частью трубы для того, чтобы обеспечить уплотнение между кожухом и втулкой (смотрите Фиг. 4А).
В результате, уплотнительное устройство согласно изобретению позволяет гарантировать эффективное уплотнение масляного кожуха 56, то есть, устанавливается радиально на наружной стороне перегородки 58.
Кроме того, в ходе работы, радиальная соединительная тяга 50а системы управления подвергается как радиальным перемещениям (то есть, параллельно своей собственной оси), так и поперечным перемещениям. Как показано на Фиг. 4В, форма усеченного конуса кожуха 62 позволяет избегать создания помех для поперечных перемещений соединительной тяги. Что касается радиальных перемещений соединительной тяги, они поглощаются кожухом, скользящим внутри трубы 60, то есть прикрепленным к перегородке 58 для уплотнения (смотрите Фиг. 4А и 4С).
Должно быть отмечено, что узкий конец кожуха 62 является закрытым и прикрепленным с возможностью шарнирного поворота относительно шарнирной оси 66 корневой части радиальной соединительной тяги 50а. Более точно, как показано на Фиг. 5, корневая часть радиальной соединительной тяги установлена на шаровой шарнир 68, который проходит через ось скобы 70. Этот шаровой шарнир и также корневая часть радиальной соединительной тяги помещены в кожух 62, который в этом конце является закрытым. Таким образом, масло, содержащееся в масляном кожухе не может просочиться через этот узкий конец кожуха.
1. Уплотнительное устройство для прохода соединительной тяги системы управления шагом лопастей вентилятора турбовинтового двигателя сквозь перегородку, содержащее трубу для крепления к перегородке, которая должна быть уплотненной, и кожух в форме усеченного конуса, сквозь который должна пройти соединительная тяга, при этом кожух выполнен с возможностью скользить в осевом направлении внутри трубы и имеет на своем широком конце уплотнительные средства, взаимодействующие с трубой и на своем узком конце, герметичные средства крепления для крепления к соответствующему концу соединительной тяги.
2. Устройство по п. 1, в котором широкий конец кожуха имеет прокладку на своей периферии, взаимодействующую с внутренней частью трубы для того, чтобы обеспечить уплотнение между кожухом и трубой.
3. Устройство по п. 1, в котором узкий конец кожуха является закрытым и установленным с возможностью шарнирного поворота вокруг оси поворота соответствующего конца соединительной тяги для того, чтобы прикрепить кожух к соединительной тяге уплотняющим образом.
4. Система для управления шагом лопастей вентилятора турбовинтового двигателя, имеющего, по меньшей мере, один набор лопастей вентилятора с регулируемым шагом, упомянутый набор, принудительно вращающийся с поворотным кольцом, механически соединенным с вращающимся корпусом, каждая лопасть набора присоединена для регулировки ее шага к опоре корневой части лопасти, прикрепленной с возможностью шарнирного поворота на поворотном кольце посредством конического зубчатого зацепления, содержащего первое зубчатое колесо, прикрепленное к опоре корневой части лопасти и центрированное по оси, которая является радиальной относительно поворотного кольца, и второе зубчатое колесо, прикрепленное к поворотному кольцу и центрированное по оси, которая является тангенциальной, относительно упомянутого поворотного кольца, при этом второе зубчатое колесо несет противовес, который является эксцентриковым относительно к его оси вращения, система, дополнительно включающая в себя силовой привод, центрированный по оси вращения поворотного кольца, принудительно вращающегося с поворотным корпусом, и имеющий свою тягу, присоединенную к каждому противовесу посредством радиальных соединительных тяг и рычагов, система, дополнительно включающая в себя, для каждой радиальной соединительной тяги, уплотнительное устройство по п. 1.
5. Турбовинтовой двигатель, имеющий два воздушных винта, включающий в себя турбину, имеющую два противоположно вращающихся корпуса и два набора лопастей вентилятора с регулируемым шагом, принудительно вращающихся с двумя поворотными кольцами, соответственно присоединенными к вращающимся корпусам, шаг лопастей вентилятора, по меньшей мере, одного из наборов управляется системой по п. 4.
