Ротор турбомашины
Владельцы патента RU 2563955:
Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" (RU)
Изобретение относится к роторам турбомашин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения, а именно к конструкции опор роторов турбомашин. Ротор турбомашины содержит керамический подшипник, две установленные на валу втулки, распорное кольцо, установленное между втулками и контактирующее с ними по торцам, а также выполненный на валу бурт. Распорное кольцо выполнено из материала с коэффициентом теплового расширения, большим, чем у материала втулок, а бурт контактирует по торцу с одной из втулок. Втулки с распорным кольцом зафиксированы в осевом направлении посредством установленной на валу гайки, причем между гайкой или буртом и близлежащей втулкой установлена пружина. Внутреннее кольцо керамического подшипника установлено на втулках с зазором относительно распорного кольца. Контактирующие поверхности втулок и внутреннего кольца керамического подшипника выполнены коническими относительно продольной оси вала. Изобретение позволяет упростить монтаж и демонтаж внутреннего керамического кольца подшипника с сохранением необходимой посадки его на стальной вал, а также повысить надежность ротора турбомашины. 1 ил.
Изобретение относится к роторам турбомашин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения, а именно к конструкции опор роторов турбомашин.
Известен ротор турбомашины, содержащий керамический подшипник, внутреннее кольцо которого зажато между двумя втулками, жестко установленными на валу. Между внутренней монтажной поверхностью внутреннего кольца подшипника и валом образован зазор. Торцевые поверхности внутреннего кольца контактируют с торцевыми поверхностями двух втулок, установленных на валу. Каждая из втулок включает в себя кольцевой элемент, внутренняя поверхность которых с натягом в области упругих деформаций установлена на наружной поверхности внутреннего кольца подшипника. Для исключения образований трещин при значительных упругих деформациях предусмотрены канавки. Распорки могут быть выполнены из пружинистой стали (см. патент US 5197808, фиг. 2, опубл. 30.03.1993).
Вышеописанное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
В известной конструкции при повышении температуры, вследствие разницы коэффициентов линейного расширения коэффициентов теплового расширения (КТР) материалов происходит снижение монтажного натяга между втулками и внутренним кольцом, что обеспечивает сохранение центровки подшипника, однако при значительных температурных деформациях пружинистых свойств материала втулок может оказаться недостаточным и может образоваться зазор, что приведет к нарушению центровки подшипника на рабочих режимах. Возможно увеличить предварительный натяг, но это может привести к растрескиванию втулок, либо не хватит пружинистых свойств материала. Также недостатком является ограничение осевого перемещения гладкого внутреннего кольца относительно наружного кольца, наложенное наличием втулок. Наличие большого натяга втулок и внутреннего кольца затрудняет разборку подшипника с целью осмотра дорожек и тел качения при дефектации.
Задачей заявленного изобретения является создание ротора турбомашины, в котором устранены описанные выше недостатки.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной конструкции, является упрощение монтажа/демонтажа внутреннего керамического кольца подшипника на ротор/с ротора с сохранением необходимой посадки внутреннего керамического кольца на стальной вал, а также повышение надежности ротора турбомашины в целом.
Указанный технический результат достигается тем, что ротор турбомашины, содержащий керамический подшипник и две втулки, установленные на валу, согласно настоящему изобретению снабжен распорным кольцом, выполненным из материала с коэффициентом теплового расширения, большим, чем у материала втулок, установленным на валу между втулками и контактирующим с ними по торцам, а также буртом, выполненным на валу и контактирующим по торцам с одной из втулок, при этом втулки с распорным кольцом зафиксированы в осевом направлении посредством установленной на валу гайки, причем между гайкой или буртом и близлежащей втулкой установлена пружина, при этом внутреннее кольцо керамического подшипника установлено на втулках с зазором относительно распорного кольца, причем контактирующие поверхности втулок и внутреннего кольца керамического подшипника выполнены коническими относительно продольной оси вала.
При таком конструктивном выполнении при повышении температуры за счет разницы КТР материалов диаметр стальных втулок становится больше, чем диаметр керамического кольца подшипника. Однако наличие распорного (например, медного) кольца между втулками раздвигает их на величину, необходимую для сохранения требуемой посадки по коническим поверхностям внутреннего кольца подшипника и втулок, при этом сжимая тарельчатую пружину. При снижении температуры элементы принимают исходные размеры, а тарельчатая пружина возвращает втулки и распорное кольцо в первоначальное положение. Это упрощает монтаж/демонтаж подшипника и его дефектацию, исключаются температурные деформации на внутреннее кольцо подшипника, повышая тем самым надежность заявленной конструкции в целом.
На чертеже представлен продольный разрез заявленного ротора турбомашины.
Ротор турбомашины, содержащий керамический подшипник 1 и две втулки 2, 3, установленные на валу 4, а также распорное кольцо 5, выполненное из материала с коэффициентом теплового расширения, большим, чем у материала втулок 2, 3, установленное на валу 4 между втулками 2, 3 и контактирующее с ними по торцам, а также бурт 6, выполненный на валу 4 и контактирующий по торцам с втулкой 3, при этом пакет деталей из втулок 2, 3 с распорным кольцом 5 зафиксирован в осевом направлении посредством установленной на валу 4 гайки 7, причем между гайкой 7 и близлежащей втулкой 2 установлена пружина 8, при этом внутреннее кольцо 9 керамического подшипника 1 установлено на втулках 2 и 3 с зазором 10 относительно распорного кольца 5, причем контактирующие поверхности втулок 2, 3 и внутреннего кольца 9 керамического подшипника 1 выполнены коническими относительно продольной оси вала 4.
Заявленное устройство собирается следующим образом. На вал 4 устанавливается до упора в бурт 6 втулка 3, далее распорное кольцо 5 и внутреннее кольцо 9 подшипника. Потом устанавливается втулка 2 и пружина 8. Полученный пакет деталей обжимается на требуемую величину затяжки гайкой 7, сжимая при этом пружину 8.
В процессе работы с увеличением частоты вращения и повышения температуры происходит расширение вала 4 и втулок 2 и 3 в диаметральном направлении более интенсивно, чем внутреннего кольца 9 керамического подшипника 1. При этом распорное кольцо 5 с большим КТР, чем у вала 4, смещает втулку 2, сжимая пружину 8. Конические поверхности при этом обеспечивают сохранение требуемой посадки внутреннего кольца 9 керамического подшипника 1, повышая тем самым надежность работы заявленной конструкции в целом.
Ротор турбомашины, содержащий керамический подшипник и две втулки, установленные на валу, отличающийся тем, что он снабжен распорным кольцом, выполненным из материала с коэффициентом теплового расширения, большим, чем у материала втулок, установленным на валу между втулками и контактирующим с ними по торцам, а также буртом, выполненным на валу и контактирующим по торцу с одной из втулок, при этом втулки с распорным кольцом зафиксированы в осевом направлении посредством установленной на валу гайки, причем между гайкой или буртом и близлежащей втулкой установлена пружина, при этом внутреннее кольцо керамического подшипника установлено на втулках с зазором относительно распорного кольца, причем контактирующие поверхности втулок и внутреннего кольца керамического подшипника выполнены коническими относительно продольной оси вала.
