Sistema de engranaje epicíclico con sistema de lubricación mejorado.

Un cojinete de fricción (44) que comprende:

un cuerpo central (57) que se extiende axialmente adaptado para ser soportado en cada extremo exterior;

unprimer pasaje (54) que se extiende en general axialmente a través de una porción del cuerpo central (57); unfiltro (58) dispuesto en comunicación con el primer pasaje (54) y configurado para atrapar residuos de unlíquido lubricante que fluye a través de él; y un segundo pasaje (60) en comunicación de fluido con el primerpasaje (54) y el filtro (58) y una superficie exterior del cuerpo central (57) para permitir el suministro del líquidolubricante filtrado a él;

caracterizado por:

un pasador de alineación (52) que fija el cojinete de fricción (44) con respecto a un soporte (48) y conello alinea angularmente el segundo pasaje en una posición predeterminada con respecto a unengranaje de estrella (38), un engranaje anular (40) y un engranaje solar (42) y con respecto a unacarga de cojinete aplicada para asegurar la distribución adecuada de la película lubricante a lo largo dela superficie exterior del cuerpo central (57) en uso.

Sistema de engranaje epicíclico con sistema de lubricación mejorado.

ANTECEDENTES

La presente invención se refiere a motores de turbinas de gas, y más particularmente, a un sistema de engranaje epicíclico para su uso en motores de turbinas de gas.

Los trenes de engranajes epicíclicos son mecanismos complejos para reducir o incrementar la velocidad de rotación entre dos árboles giratorios o rotores. La compacidad de los trenes de engranajes de sistemas planetarios o de estrella los hace atractivos para su uso en motores de aviones.

Las fuerzas y el torque transferidos a través de un tren de engranajes epicíclico someten a enormes tensiones a los componentes del tren de engranajes, haciéndolos susceptibles a rotura y desgaste. Por ejemplo, los ejes longitudinales de un engranaje solar, un engranaje de estrella y un engranaje anular de un tren de engranajes epicíclico, son idealmente paralelos al eje longitudinal de un árbol externo que gira al engranaje solar. Desafortunadamente, muchos componentes de los trenes de engranajes epicíclicos, en particular un cojinete de fricción interno dentro de cada engranaje de estrella, son difíciles de instalar y alinear eficazmente. Además, puesto que una alineación perfecta es infrecuente debido a numerosos factores (que incluyen desequilibrios en los mecanismos de rotación, imperfecciones de fabricación y flexión transitoria de árboles y marcos de soporte debida a las maniobras del avión) , es necesario tener una cantidad apropiada de lubricación (es decir, un espesor de película adecuado) entre cada cojinete de fricción interno y cada engranaje de estrella. La lubricación adecuada es necesaria porque la mala alineación (tanto paralela como angular) provoca momentos y fuerzas en el cojinete de fricción interno que harán que toque y desgaste el engranaje de estrella en el que está dispuesto. Desafortunadamente, para suministrar una lubricación adecuada entre cada cojinete de fricción y el engranaje de estrella correspondiente, muchos trenes de engranajes epicíclicos de la técnica anterior requieren múltiples piezas que también precisan lubricación y ellas mismas son susceptibles al desgaste.

El documento FR 1357038A describe un tren de engranajes epicíclico que comprende un soporte fijo que lleva husillos sobre los cuales están montados giratorios engranajes de estrella. Los engranajes de estrella están interconectados por cojinetes de fricción. Los husillos son huecos y tienen montados dentro de ellos filtros de bronce porosos. El aceite de lubricación puede pasar a través de los filtros y a través de los agujeros en los husillos para lubricar los engranajes de estrella.

SUMARIO

Según la presente invención un cojinete de fricción incluye un cuerpo central que tiene un primer y un segundo pasajes y un filtro. El cuerpo central se extiende axialmente y está adaptado para ser soportado en cada extremo exterior. El primer pasaje se extiende en general axialmente a través de una porción del cuerpo central. El filtro está dispuesto en el primer pasaje y está configurado para atrapar residuos de un fluido lubricante que pasa a través de él. El segundo pasaje se extiende entre el primer pasaje y una superficie exterior del cuerpo central para permitir el suministro del líquido lubricante al mismo. El cojinete de fricción comprende además un pasador de alineación que fija el cojinete de fricción con respecto a un soporte y alinea así angularmente el segundo pasaje en una posición predeterminada con respecto a un engranaje de estrella, un engranaje anular, un engranaje solar y con respecto a una carga de cojinete aplicada, para asegurar la distribución adecuada de la película lubricante a lo largo de la superficie exterior del cuerpo central en uso.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS

La Fig. 1es una vista lateral en sección transversal esquemática de un motor de turbina de gas con un sistema de engranaje epicíclico; la Fig. 2 es una vista en sección transversal esquemática del sistema de engranaje epicíclico de la Fig. 1; y la Fig. 3 es una vista de diagrama de todo el sistema de engranaje epicíclico tomada a lo largo de la línea 3-3 de la Fig. 2.

DESCRIPCIÓN DETALLADA

La presente solicitud describe un sistema de engranaje epicíclico con un número mínimo de pasajes internos y componentes que permite que una cantidad adecuada de líquido de lubricación alcance los cojinetes de fricción del sistema de engranaje epicíclico en un motor de turbina de gas. La configuración de los pasajes internos permite también la filtración efectiva del lubricante dentro de cada cojinete de fricción inmediatamente adyacente a la superficie de interfaz cojinete/estrella. Adicionalmente, cada cojinete de fricción está provisto de un pasador de alineación que permite una instalación más eficaz del cojinete de fricción con respecto al engranaje de estrella. El pasador de alineación ayuda a asegurar la orientación angular correcta de los pasajes que suministran lubricante, de manera que se consigue un espesor de película adecuado para resistir la carga entre el cojinete de fricción y el engranaje de estrella en una zona de carga.

La Fig. 1 es una vista lateral en sección transversal esquemática de un motor 10 de turbina de gas. El motor 10 de turbina de gas incluye una unidad de baja presión o bobina 12 (que incluye un compresor de baja presión 14 y una turbina de baja presión 16 conectada por un árbol de baja presión 18) , una unidad de alta presión o bobina 20 (que incluye un compresor de alta presión 22 y una turbina de alta presión 24 conectada por un árbol de alta presión 26) , una cámara de combustión 28, una barquilla 30, un ventilador 32, un eje 34 del ventilador y un sistema de engranaje epicíclico 36. El sistema de engranaje epicíclico 36 incluye un engranaje de estrella 38, un engranaje anular 40 y un engranaje solar 42. La construcción general y operación de los motores de turbinas de gas son bien conocidas en la técnica.

Como se muestra en la Fig. 1, la unidad de baja presión 12 está acoplada a un eje 34 de ventilador vía un sistema de engranaje epicíclico 36. El engranaje solar 42 está fijado al eje de baja presión 18 y gira con él. El engranaje solar 42 está montado giratorio en el eje de baja presión 18. El engranaje anular 40 está conectado al eje 34 del ventilador que gira a la misma velocidad que el ventilador 32. El engranaje de estrella 38 está engranado entre el engranaje solar 42 y el engranaje anular 40, de manera que el engranaje de estrella 38 gira cuando gira el engranaje solar 42. El engranaje de estrella 38 está montado giratorio en el soporte de engranaje estacionario (no mostrado) por medio del cojinete de fricción estacionario (no mostrado) . Cuando la unidad de baja presión 12 gira, el sistema de engranaje epicíclico 36 hace que el eje 34 del ventilador gire con una velocidad de rotación menor que la de la unidad de baja presión 12, pero en el sentido opuesto.

En una realización alternativa a la realización mostrada en la Fig. 1, el sistema de engranaje epicíclico 36 puede ser configurado de una forma diferente llamada algunas veces sistema de engranaje planetario. En esta configuración alternativa, el engranaje de estrella o “planeta” 38 está montado giratorio en el soporte de engranaje mediante cojinetes. El engranaje de estrella 38 engrana con el engranaje solar 42. Encallado mecánicamente, el engranaje anular 40 dentado internamente está circunscrito al engranaje de estrella 38 y engrana con él. Los árboles de entrada y salida se extienden desde el engranaje solar 42 y el soporte de engranaje, respectivamente. Durante la operación, el árbol de entrada acciona en rotación el engranaje solar 42, girando al engranaje de estrella 38 en torno a su propio eje, y puesto que el engranaje anular 40 está encallado mecánicamente, hace que el engranaje de estrella 38 orbite en torno al engranaje solar 42 a modo de planeta. El movimiento orbital del engranaje de estrella 38 gira el soporte de engranaje y el árbol de salida en la misma dirección que el árbol de entrada, pero más lentamente.

La Fig. 2 es una vista en sección transversal del sistema de engranaje epicíclico 36 tomada a través de un solo engranaje de estrella 38. El sistema de engranaje epicíclico 36, sin embargo, incluye múltiples engranajes de estrella dispuestos circunferencialmente en torno al engranaje solar 42. Además del engranaje de estrella 38, el engranaje anular 40, y el engranaje solar 42, el sistema de engranaje epicíclico 36 incluye un subconjunto de cojinetes de fricción 44, un colector de lubricante 46, un soporte 48, tapas finales 50 y 51, un pasador de alineación 51 y un perno 55. Además de las tapas finales 50 y 51, el subconjunto... [Seguir leyendo]

1. Un cojinete de fricción (44) que comprende:

un cuerpo central (57) que se extiende axialmente adaptado para ser soportado en cada extremo exterior; un primer pasaje (54) que se extiende en general axialmente a través de una porción del cuerpo central (57) ; un filtro (58) dispuesto en comunicación con el primer pasaje (54) y configurado para atrapar residuos de un líquido lubricante que fluye a través de él; y un segundo pasaje (60) en comunicación de fluido con el primer pasaje (54) y el filtro (58) y una superficie exterior del cuerpo central (57) para permitir el suministro del líquido lubricante filtrado a él;

caracterizado por:

un pasador de alineación (52) que fija el cojinete de fricción (44) con respecto a un soporte (48) y con ello alinea angularmente el segundo pasaje en una posición predeterminada con respecto a un engranaje de estrella (38) , un engranaje anular (40) y un engranaje solar (42) y con respecto a una carga de cojinete aplicada para asegurar la distribución adecuada de la película lubricante a lo largo de la superficie exterior del cuerpo central (57) en uso.

2. El cojinete de fricción (44) de la reivindicación 1, en el que el filtro (58) está construido de malla de alambre y está calificado para atrapar residuos mayores de aproximadamente 45 micras (0, 0018 pulgadas) de diámetro.

3. El cojinete de fricción (44) de la reivindicación 1 ó 2, en el que la superficie exterior tiene una cavidad de lubricación (62) en comunicación con el segundo pasaje (60) , extendiéndose la cavidad (62) en un arco a lo largo de 300 de la superficie exterior.

4. El cojinete de fricción (44) de la reivindicación 1, 2 ó 3, que comprende además una tapa final (50, 51) que está soldada al cuerpo central (57) para su soporte.

5. Un conjunto de engranaje epicíclico (36) , que comprende:

un conjunto que tiene un engranaje anular (40) , un engranaje solar (42) y una pluralidad de engranajes de estrella (38) engranados entre el engranaje anular (40) y el engranaje solar (42) ; un soporte (48) dispuesto adyacente al engranaje solar (42) giratorio y los engranajes de estrella (38) ; un cojinete de fricción (44) según cualquier reivindicación precedente dispuesto dentro de cada engranaje estrella (38) y conectado al soporte (48) .

6. Conjunto según la reivindicación 5, que comprende además una tapa final (50, 51) que está conectada al soporte y soldada al cojinete de fricción, extendiéndose el pasador de alineación (52) a través de la tapa final (50, 51) y dentro del soporte (48) para alinear angularmente el segundo pasaje (60) en la posición predeterminada con respecto al engranaje de estrella (38) , el engranaje anular (40) y el engranaje solar (42) y para alinear angularmente el segundo pasaje (60) con respecto a la carga de cojinete aplicada que resulta de la interacción del engranaje de estrella (38) , el engranaje anular (40) y el engranaje solar (42) .

7. Conjunto según la reivindicación 6, en el que el segundo pasaje (60) está alineado angularmente con respecto a una zona pico de carga de cojinete (L) que se produce debido al torque y a las cargas aplicadas al cojinete de fricción (44) y al engranaje de estrella (38) como resultado del engranaje giratorio del engranaje de estrella (38) con el engranaje solar (42) y el engranaje anular (40) , la alineación del pasaje (60) que aseguran la distribución adecuada de la película lubricante a lo largo de la superficie exterior del cojinete de fricción (44) en una zona pico de carga de cojinete en uso.