Опора роторной машины (варианты)

Группа изобретений относится к газотурбинному двигателестроению и может найти применение в конструкциях опор газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения с керамическим подшипником. Опора роторной машины содержит керамический подшипник качения (1), наружное кольцо (2) которого установлено в металлическом корпусе (3), а внутреннее кольцо (4) на металлическом роторе (5). По первому варианту исполнения, наружная посадочная поверхность (6) кольца (2) и ответная посадочная поверхность (7) корпуса (3) выполнены коническими. Со стороны торца кольцо (2) дополнительно снабжено кольцевым элементом (8) с торцевым фланцем (9), выполненными с кольцом (2) за одно целое, а корпус (3) со стороны торца дополнительно снабжен кольцевым элементом (10) с торцевым фланцем (11), выполненными с корпусом (3) за одно целое, причем фланцы (9, 11) механически соединены друг с другом. По второму варианту исполнения, внутренняя посадочная поверхность (14) кольца (4) и ответная посадочная поверхность (15) ротора (5) выполнены коническими. Со стороны торца кольцо (4) дополнительно снабжено кольцевым элементом (16) с торцевым фланцем (17), выполненными с кольцом (4) за одно целое, а ротор (5) со стороны торца дополнительно снабжен кольцевым элементом (18) с торцевым фланцем (19), выполненными с ротором (5) за одно целое, причем фланцы (17, 19) механически соединены друг с другом. Следует отметить, что возможно выполнение обоих вариантов в одном устройстве. Технический результат: обеспечение работоспособности керамического подшипника в опоре за счет сохранения посадок наружного и внутреннего колец подшипника в корпусе и на валу в широком температурном диапазоне в процессе работы. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Предлагаемая группа изобретений относится к газотурбинному двигателестроению и может найти применение в конструкциях опор газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения с керамическим подшипником.

Известно техническое решение, представляющее собой опору роторной машины, содержащую керамический подшипник качения, наружное кольцо которого установлено в металлическом корпусе, а внутреннее кольцо на металлическом роторе (US 2008/0101735 А1, дата публикации 01.05.2008).

Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Вышеприведенному техническому решению присущи следующие недостатки:

Для сохранения центрирующей посадки наружного керамического кольца подшипника в корпусе металлического статора создается искусственный натяг в холодном состоянии, уменьшение которого происходит в процессе повышения температуры опоры при работе из-за разности коэффициентов термического расширения керамических и металлических материалов. Поэтому монтаж наружного кольца подшипника возможен только при разогретом корпусе статора. Это затрудняет демонтаж подшипника, что негативно сказывается на эксплуатации опоры при переборках и дефектации. Внутреннее кольцо обжимается двумя распорками, которые свинчиваются по резьбе. При этом усилие затяжки должно обеспечивать наличие упругой деформации торцов распорок при обжатии керамического внутреннего кольца подшипника. Это необходимо для удержания внутреннего кольца при повышении температуры, что негативно влияет на резьбовое соединение. Однако такая фиксация внутреннего кольца подшипника не обеспечивает стабильной посадки на валу.

Задачей предлагаемых изобретений является создание опоры роторной машины, в которой устранены вышеизложенные недостатки.

Техническим результатом, достигаемым заявленными изобретениями, является обеспечение работоспособности керамического подшипника в опоре за счет сохранения посадок наружного и внутреннего колец подшипника в корпусе и на валу в широком температурном диапазоне в процессе работы.

Для решения поставленной задачи с достижением заявляемого технического результата в известной опоре роторной машины, содержащей керамический подшипник качения, наружное кольцо которого установлено в металлическом корпусе, а внутреннее кольцо на металлическом роторе, согласно первому варианту исполнения, наружная посадочная поверхность наружного кольца подшипника и ответная посадочная поверхность металлического корпуса выполнены коническими, причем со стороны торца наружное кольцо подшипника дополнительно снабжено кольцевым элементом с торцевым фланцем, выполненными с упомянутым наружным кольцом подшипника за одно целое, при этом со стороны торца металлический корпус дополнительно снабжен кольцевым элементом с торцевым фланцем, выполненными с металлическим корпусом за одно целое, причем торцевые фланцы наружного кольца подшипника и металлического корпуса механически соединены друг с другом.

Такое крепление наружного керамического кольца подшипника позволяет сохранить требуемую посадку в металлическом корпусе. При увеличении температуры будет образовываться зазор между металлическим корпусом и керамическим наружным кольцом в радиальном направлении, из-за того, что коэффициент термического расширения (КТР) металлического корпуса в несколько раз выше КТР керамического материала. Так как наружное кольцо подшипника торцем механически связано с торцом корпуса через кольцевые элементы, коническая посадочная поверхность наружного кольца подшипника будет смещаться в осевом направлении относительно конической посадочной поверхности корпуса, восстанавливая требуемую величину посадки, т.е. снижая зазор. Интенсивность этого смещения зависит как от радиальных размеров кольца, так и от размера кольцевого элемента.

Предпочтительно соединять торцевые фланцы наружного кольца подшипника и металлического корпуса друг с другом посредством болтового соединения.

Такое механическое соединение наиболее технологично по сборке.

Предпочтительно между фланцами наружного кольца подшипника и металлического корпуса установить регулировочное кольцо.

Регулировочное кольцо необходимо для задания требуемой величины посадки по коническим поверхностям.

Для решения поставленной задачи с достижением заявляемого технического результата в известной опоре роторной машины, содержащей керамический подшипник качения, наружное кольцо которого установлено в металлическом корпусе, а внутреннее кольцо на металлическом роторе, согласно второму варианту исполнения, внутренняя посадочная поверхность внутреннего кольца подшипника и ответная посадочная поверхность металлического ротора выполнены коническими, причем со стороны торца внутреннее кольцо подшипника дополнительно снабжено кольцевым элементом с торцевым фланцем, выполненными с внутренним кольцом подшипника за одно целое, при этом со стороны торца металлический ротор дополнительно снабжен кольцевым элементом с торцевым фланцем, выполненными с металлическим ротором за одно целое, причем фланцы внутреннего кольца подшипника и металлического корпуса механически соединены друг с другом.

Такое крепление внутреннего керамического кольца подшипника позволяет сохранить требуемую посадку на металлическом роторе. При увеличении температуры будет образовываться натяг между металлическим ротором и керамическим внутренним кольцом в радиальном направлении, из-за того, что коэффициент термического расширения (КТР) металлического ротора в несколько раз выше КТР керамического материала. Так как внутреннее кольцо подшипника торцом механически связано с торцом ротора через кольцевые элементы, коническая посадочная поверхность внутреннего кольца подшипника будет смещаться в осевом направлении относительно конической посадочной поверхности ротора, восстанавливая требуемую величину посадки, т.е. снижая натяг. Интенсивность этого смещения зависит как от радиальных размеров кольца, так и от размера кольцевого элемента.

Предпочтительно соединять торцевые фланцы внутреннего кольца подшипника и металлического ротора друг с другом посредством болтового соединения.

Такое механическое соединение наиболее технологично по сборке.

Предпочтительно между фланцами наружного кольца подшипника и металлического ротора установить регулировочное кольцо.

Регулировочное кольцо необходимо для задания требуемой величины посадки по коническим поверхностям.

Следует отметить, что возможно выполнение предложенной опоры роторной машины, совмещающей оба вышеприведенных варианта.

Предложенное техническое решение поясняется графически, где на фигуре 1 представлена опора роторной машины, в которой реализованы оба варианта исполнения.

Опора роторной машины содержит керамический подшипник качения 1, наружное кольцо 2 которого установлено в металлическом корпусе 3, а внутреннее кольцо 4 - на металлическом роторе 5. Наружная посадочная поверхность 6 наружного кольца подшипника и ответная посадочная поверхность 7 металлического корпуса выполнены коническими, причем со стороны торца наружное кольцо подшипника дополнительно снабжено кольцевым элементом 8 с торцевым фланцем 9, выполненными с упомянутым наружным кольцом подшипника за одно целое. При этом со стороны торца металлический корпус дополнительно снабжен кольцевым элементом 10 с торцевым фланцем 11, выполненными с металлическим корпусом за одно целое. Причем торцевые фланцы наружного кольца подшипника и металлического корпуса механически соединены друг с другом посредством болтового соединения 12. Также между фланцами наружного кольца и металлического корпуса установлено регулировочное кольцо 13.

Также внутренняя посадочная поверхность 14 внутреннего кольца подшипника и ответная посадочная поверхность 15 металлического ротора выполнены коническими, причем со стороны торца внутреннее кольцо подшипника дополнительно снабжено кольцевым элементом 16 с торцевым фланцем 17, выполненными с внутренним кольцом подшипника за одно целое. При этом со стороны торца металлический ротор дополнительно снабжен кольцевым элементом 18 с торцевым фланцем 19, выполненными с металлическим ротором за одно целое, причем фланцы внутреннего кольца подшипника и металлического корпуса механически соединены друг с другом посредством болтового соединения 20. Также между фланцами внутреннего кольца подшипника и металлического ротора установлено регулировочное кольцо 21.

При увеличении температуры образуется зазор между металлическим корпусом 3 и керамическим наружным кольцом 2 в радиальном направлении по коническим поверхностям 6 и 7, из-за того, что коэффициент термического расширения (КТР) металлического корпуса в несколько раз выше КТР керамического материала. Так как наружное кольцо подшипника торцом 9 механически связано с торцом 11 корпуса через кольцевые элементы 8 и 10, коническая посадочная поверхность наружного кольца подшипника будет смещаться в осевом направлении относительно конической посадочной поверхности корпуса, восстанавливая требуемую величину посадки, т.е. снижая зазор.

При увеличении температуры будет образовываться натяг между металлическим ротором 5 и керамическим внутренним кольцом 4 в радиальном направлении, из-за того, что коэффициент термического расширения (КТР) металлического ротора в несколько раз выше КТР керамического материала. Так как внутреннее кольцо подшипника торцом 17 механически связано с торцом 19 ротора через кольцевые элементы 16 и 18, коническая посадочная поверхность 14 внутреннего кольца подшипника будет смещаться в осевом направлении относительно конической посадочной поверхности 15 ротора, восстанавливая требуемую величину посадки, т.е. снижая натяг.

В связи с вышеизложенным, специалисту на основании уровня техники должно быть очевидно, что каждым из предложенных вариантов исполнения заявленного устройства достигается указанный технический результат, при этом, возможно выполнение обоих вариантов в одном устройстве.

1. Опора роторной машины, содержащая керамический подшипник качения, наружное кольцо которого установлено в металлическом корпусе, а внутреннее кольцо на металлическом роторе, отличающаяся тем, что наружная посадочная поверхность наружного кольца подшипника и ответная посадочная поверхность металлического корпуса выполнены коническими, причем со стороны торца наружное кольцо подшипника дополнительно снабжено кольцевым элементом с торцевым фланцем, выполненными с упомянутым наружным кольцом подшипника за одно целое, при этом со стороны торца металлический корпус дополнительно снабжен кольцевым элементом с торцевым фланцем, выполненными с металлическим корпусом за одно целое, причем торцевые фланцы наружного кольца подшипника и металлического корпуса механически соединены друг с другом.

2. Опора роторной машины по п.1, отличающаяся тем, что торцевые фланцы наружного кольца подшипника и металлического корпуса соединены друг с другом посредством болтового соединения.

3. Опора роторной машины по п.1 или 2, отличающаяся тем, что между фланцами наружного кольца подшипника и металлического корпуса установлено регулировочное кольцо.

4. Опора роторной машины, содержащая керамический подшипник качения, наружное кольцо которого установлено в металлическом корпусе, а внутреннее кольцо на металлическом роторе, отличающаяся тем, что внутренняя посадочная поверхность внутреннего кольца подшипника и ответная посадочная поверхность металлического ротора выполнены коническими, причем со стороны торца внутреннее кольцо подшипника дополнительно снабжено кольцевым элементом с торцевым фланцем, выполненными с внутренним кольцом подшипника за одно целое, при этом со стороны торца металлический ротор дополнительно снабжен кольцевым элементом с торцевым фланцем, выполненными с металлическим ротором за одно целое, причем фланцы внутреннего кольца подшипника и металлического корпуса механически соединены друг с другом.

5. Опора роторной машины по п.4, отличающаяся тем, что торцевые фланцы внутреннего кольца подшипника и металлического ротора соединены друг с другом посредством болтового соединения.

6. Опора роторной машины по п.4 или 5, отличающаяся тем, что между фланцами внутреннего кольца подшипника и металлического ротора установлено регулировочное кольцо.