Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

полости, расположенной между двумя уплотнениями, организован дренаж 6. Применить вместо лабиринтного уплотнения еще одно торцовое контактное не всегда удается из-за трудностей организации подвода масла к нему.

Вместо пружин поджатие невращающегося контактного уплотнительного кольца торцового контактного уплотнения может быть обеспечено действием магнитного поля, которое создается за счет магнитных свойств антифрикционного материала самого кольца. Пример такого уплотнения показан на Рис. 10.4.2.1_9 а. Применение контактного кольца из материалов с магнитными свойствами значительно упрощает конструкцию торцового контактного уплотнения.

При проектировании торцовых контактных уплотнений необходимо обеспечить:

-высокую точность изготовления и сборки; -минимальные отклонения от неплоскостно-

сти контактирующих поверхностей; -подвод и отвод достаточного количества мас-

ла для охлаждения и смазки трущихся поверхностей деталей;

-высокие антифрикционные свойства поверхностей контактных колец.

10. 5 - Проектирование редукторов

Редукторы широко применяются в различных отраслях машиностроения и их проектированию уделено достаточно внимания в технической литературе, поэтому в данном разделе приведены лишь особенности проектирования редукторов с приводом от ГТД (редукторов ТВД, вертолетных редукторов и редукторов ГТУ).

10.5.1 - Особенности проектирования редукторов ТВД

Передаточное отношение редуктора ТВД определяют, исходя из расчетной частоты вращения воздушного винта и частоты вращения ротора свободной турбины. Расчетная частота вращения винта соответствует его работе с требуемым к.п.д. на определенной высоте при заданной скорости полета и определяется техническими требованиями

êсамолету.

Âзависимости от количества воздушных винтов и передаточного отношения подвергают анализу несколько вариантов кинематических схем редуктора. Выбор схемы редуктора производится по критериям, к которым кроме общетехнических тре-

бований по к.п.д., массе и габаритам, относятся:

-минимальное количество ступеней зубчатых передач;

-удельная масса редуктора (масса редуктора, отнесенная к крутящему моменту на винте), на один-два порядка меньшая, чем в общем машиностроении;

-отстройка от резонансных частот;

-минимальный уровень шума при работе редуктора.

Заданный к.п.д. редуктора достигается уменьшением потерь в зубчатых зацеплениях и подшипниках, а также потерь на размешивание и разбрызгивание масла. Это обеспечивается, в частности, уменьшением количества зубчатых передач (ступеней редукции) и подшипников, быстрым и эффективным удалением масла из картера.

На количество ступеней редукции влияют заданная схема взаимного расположения входного

èвыходного валов, направление вращения винта

èвеличина передаточного отношения. Одноступенчатый редуктор привода винта

ñпростой зубчатой передачей редко применяется в ТВД, т.к. часто в одной ступени невозможно реализовать необходимые передаточные отношения. Кроме того несоосность входного и выходного валов редуктора не всегда согласовывается с компоновкой ТВД. Из-за высоких нагрузок, действующих на подшипники и зубчатые колеса, эти редукторы не могут передавать значительные величины ÌÊÐ без увеличения габаритов и массы.

Âпростых двухступенчатых редукторах возможно обеспечение соосности входного и выходного валов. Однако, такие редукторы, по сравнению

ñпланетарными, имеют увеличенные габариты и удельную массу.

По сравнению с простыми редукторами планетарные и дифференциальные соосные имеют больший к.п.д., меньшие удельную массу и диаметральные размеры (относительно оси вращения винта), позволяют получать более высокие передаточные отношения, поэтому они наиболее распространены. На Рис. 10.2.1.1_1 изображены общий вид и кинематическая схема планетарного редуктора ТВД АИ-20.

При создании редуктора для самолета с соосными винтами важно совместно с разработчиком самолета правильно распределить мощности, передаваемые на передний и задний винты. Возможны три варианта распределения мощности между винтами:

- мощность распределена поровну; - большая часть мощности предается на пере-

äíèé âèíò;

644

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

- большая часть мощности передается на задний винт.

В соответствии с заданным вариантом распределения мощности выбирается кинематическая схема редуктора. Как правило, это планетарный дифференциальный редуктор, часто выполняемый по замкнутой схеме. В замкнутых передачах одно из звеньев дифференциала связано непосредственно с одним из выходных валов, а два других с помощью каких-либо передач с другим выходным валом. При различных направлениях вращения частоты вращения выходных валов редуктора одинаковы. Для равномерного распределения мощности между передним и задним винтами необходимо применять винты изменяемого шага с постановкой на редуктор двух регуляторов частоты вращения. Кинематическая схема редуктора с соосными винтами приведена на Рис. 10.2.1.1_2 .

10.5.2 - Особенности проектирования вертолетных редукторов

К проектированию вертолетных редукторов предъявляются те же требования, что и к редукторам ТВД.

Передаточное отношение ГР определяют исходя из оптимальной частоты вращения турбины на выбранном режиме работы ГТД и заданной разработчиками вертолета частоты вращения винта (при двухвинтовой схеме - винтов). Габаритные размеры ГР вдоль оси вращения несущего винта вертолета ограничены. Широко применявшиеся ранее планетарные кинематические схемы ГР в последнее время применяются все реже, т.к. они не дают возможности дальнейшего уменьшения его габаритов и, соответственно, массы.

После того, как появились высокоточные зубообрабатывающие и зубошлифовальные станки, открылась возможность изготовления зубьев зубчатых колес с очень высокой точностью (4 и 5 степени точ- ности [10.8.10]). Благодаря этому удалось значительно снизить динамическую составляющую нагрузок, действующих в зубчатых зацеплениях. Как следствие, в последнее время наибольшее применение получила многоступенчатая кинематическая схема с простыми передачами с разделением (в первых ступенях) крутящего момента по потокам и последующим их замыканием в выходной ступени на зуб- чатом колесе с большим числом зубьев.

Хвостовой и промежуточный редукторы выполняются по одноступенчатой схеме с простой конической передачей. Особенностями их работы, которые необходимо учитывать, являются наличие внешних воздействующих факторов от работы вин-

тов, ГР и СУ, а также применение, как правило, картерной системы смазки.

10.5.3 - Особенности проектирования редукторов ГТУ

Особенностями редукторов ГТУ являются значительные передаваемые мощности (до 100 МВт и более) и высокие окружные скорости

âзубчатых зацеплениях и подшипниках. Обычный для турборедукторов уровень окружных скоростей

âзубчатых зацеплениях составляет 150…200 м/сек. Известны редукторы с окружной скоростью в зуб- чатых зацеплениях 240…250 м/сек.

Наиболее полно процедура оформления заказа на разработку и поставку редукторов, а также предъявляемые к ним требования, представлены

âстандарте [10.8.11] американского нефтяного института. По требованию заказчика в техническое задание могут быть включены и дополнительные требования, такие, например, как включение системы смазки непосредственно в состав редуктора; размещение на нем дополнительных агрегатов; электрооборудования и т.п.

Редукторы ГТУ должны проектироваться и изготовляться в расчете на минимальный срок эксплуатации 20 лет, из них не менее трех лет безотказной работы. (Данный критерий считается рас- четным). Редуктор должен проектироваться

âрасчете на безопасную эксплуатацию вплоть до устанавливаемой максимальной частоты вращения, выше которой он отключается. Вращающиеся элементы редуктора должны обеспечивать его безопасную эксплуатацию при кратковременном повышении частоты вращения до 130% от номинальной. Шум, издаваемый редуктором, не должен превышать установленные нормы. Электрооборудование редуктора должно соответствовать категории помещения, в котором он размещается, и нормативам. Компоновка и размещение редуктора в составе ГТУ должны обеспечивать достаточные проходы и безопасный доступ в процессе эксплуатации и обслуживания. Масляные полости редуктора должны проектироваться из расчета минимального попадания влаги, пыли других посторонних частиц во время эксплуатации и в нерабочие периоды.

Проектирование редуктора ведется из расче- та номинальной заданной мощности с учетом эксплуатационного коэффициента, который используется для ввода поправок в расчеты в зависимости от характеристик привода и приводимого оборудования с учетом различий, связанных с возможными избыточными нагрузками, ударными и (или) постоянными отклонениями ÌÊÐ. В ГТУ приводи-

645

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

мым оборудованием могут быть: компрессоры, генераторы, насосы и др.

Величина эксплуатационного коэффициента в зависимости от типа приводимого оборудования изменяется в пределах от 1,1 до 2,0. (В случае использования в качестве привода вместо ГТД другого двигателя величина и диапазон изменения эксплуатационного коэффициента иные).

При проектировании размеры редуктора определяются с учетом коэффициента питтинговой коррозии зуба. Питтинг – явление выкрашивания частиц с поверхности зубьев зубчатых колес при циклических контактных нагрузках. Коэффициент питтинговой коррозии зуба учитывает такие параметры, как радиус кривизны поверхности контакта зубьев, увеличение срока службы, повышение надежности, воздействие динамических нагрузок, неравномерность распределения нагрузки на боковую поверхность профиля зуба, а также устой- чивость материала зубчатого колеса к воздействию питтинговой коррозии.

Коэффициент питтинговой коррозии Ê и тангенциальная составляющая нагрузки, передаваемая по действительному диаметру делительной окружности Wt (Н) определяются по формулам:

K = [Wt / dFw] [(R + 1) / R], (10.5.3-1)

W	= 1,91·107P	/N d,	(10.5.3-2)
t	g	P

ãäå Fw - эффективная длина зуба в осевой плоскости, мм;

d - диаметр делительной окружности шестерни, мм;

R - число зубьев зубчатого колеса, деленное на число зубьев шестерни;

Pg - номинальная мощность, передаваемая на редуктор, кВт;

NP - частота вращения шестерни, об/мин.

Допустимое значение коэффициента питтинговой коррозии меняется в зависимости от марки материала зубьев колеса и шестерни, от выбранного технологического процесса закалки или хи- мико-термической обработки зубьев, а также эксплуатационного коэффициента.

Кроме общих требований к редукторам ГТУ дополнительно предъявляются следующие требования:

-сохранение во всем диапазоне действующих нагрузок требуемого взаимного расположения вращающихся деталей;

-обеспечение достаточных боковых и окружных зазоров между вращающимися зубчатыми ко-

лесами и стенками и днищем корпуса;

-обеспечение быстрого слива масла при минимальном его вспенивании;

-обеспечение непосредственной визуальной инспекции зубчатых колес по всей ширине венца через технологические люки на корпусах;

-обязательное использование схемы с «плавающим зубом»;

-исключение в конструкции редуктора консольных зубчатых венцов.

Конструкция основных корпусных деталей редуктора (см. Рис. 10.5.3_1), таких, например, как корпус 1 и крышка 2 редуктора, а также корпусов 3 подшипников должна обеспечивать точную центровку при последующих сборочных и монтажных работах.

На крышке редуктора предусмотрено наличие технологического люка 4 для осмотров зубчатых колес при регламентных работах.

На корпусе редуктора должны быть предусмотрены фланцы 5 и 6 крепления к раме ГТУ и подвода масла соответственно, а также кронштейны 7 для установки уровнемеров, которые обеспечивают контроль правильности монтажа редуктора в горизонтальной плоскости. На корпусе и крышке редуктора приварены транспортировочные (такелажные) кронштейны 8.

Для суфлирования внутренней полости редуктора с атмосферой на его крышке установлен статический суфлер 9. Часто вместо суфлера монтируется трубопровод, соединяющий редуктор

ñвоздушной полостью маслобака. Диагностический контроль состояния редуктора при работе осуществляется с помощью установленных на нем датчиков температуры10, вибраций 11 и осевого сдвига 12.

Если требуется редуктор с небольшим передаточным числом и параллельным расположением осей входного и выходного валов, то при противоположном направлении их вращения, как правило, выбирается простая одноступенчатая схема с цилиндрическими зубчатыми колесами. При значи- тельном расстоянии между осями входного и выходного валов или при совпадении их осей, а также при одинаковом направлении их вращения в турборедукторе закладывается многоступенчатая схема с разделением передаваемой мощности на несколько равных потоков. Как уже было сказано выше кинематическая схема с разделением мощности по потокам может быть планетарной или простой многопоточной передачей.

В зависимости от требований к габаритам редуктора выбирают тот или иной тип многопоточ- ной передачи.

646

Глава 10 - Привод агрегатов, редукторы, муфты ГТД

Рисунок 10.5.3_1 - Редуктор ГТУ 1 - корпус; 2 - крышка; 3 - корпус подшипника; 4 - люк технологический; 5 - фланец креп-

ления на раме; 6 - фланец подвода масла; 7 - кронштейн для постановки уровнемера; 8 - кронштейн транспортировочный; 9 - суфлер статический; 10 - датчик температуры; 11 - датчик вибраций: 12 - датчик осевого сдвига

10.6 - Приложение.

Зубчатые передачи ГТД. Общие сведения

Зубчатые передачи одни из наиболее распространенных видов механизмов в машиностроении. Общие задачи проектирования и расчета в области редукторостроения и зубчатых передач подробно изложены в [10.8.12], [10.8.13] и др. Ниже приведены основные сведения по зубчатым передачам и особенности, касающиеся зубчатых передач приводов агрегатов и редукторов ГТД.

Напомним, что зубчатая передача это трехзвенный механизм, в котором два подвижных звена являются зубчатыми колесами, образующими

с неподвижным звеном вращательную или поступательную пару. Зубчатые передачи служат для преобразования (передачи) вращательного движения между параллельными, скрещивающимися и пересекающимися осями вращения пары зубча- тых колес (ЗК).

ЗК с меньшим числом зубьев называется шестерней, с большим – колесом. При равенстве чи- сел зубьев шестерней называется ведущее ЗК, а колесом – ведомое. Любое из колес называется ЗК.

В приводах агрегатов и редукторах ГТД наибольшее применение нашли цилиндрические и кони- ческие зубчатые передачи с эвольвентным зацеплением. Эвольвента – кривая, описываемая какой-либо точкой, лежащей на прямой линии, которая перекатывается по окружности без скольжения.

647