Межроторная опора газотурбинного двигателя



Межроторная опора газотурбинного двигателя
Межроторная опора газотурбинного двигателя
Межроторная опора газотурбинного двигателя

 


Владельцы патента RU 2609887:

Лукин Виктор Александрович (RU)

Изобретение может быть использовано при изготовлении опор с расположением подшипника между двумя вращающимися роторами, в частности в газотурбинных двигателях авиационного и наземного применения. Подшипник опоры установлен между валами роторов низкого и высокого давлений и состоит из наружного кольца, внутреннего кольца, тел качения и сепаратора, центрированного по наружному кольцу. Внутреннее кольцо выполнено с отверстиями для подачи масла в область качения роликов. Ролики выполнены со спиральными канавками, угол подъема которых относительно оси вращения составляет 15-25°. Направление угла подъема выбрано с учетом распределения осевого градиента температур колец подшипника и обеспечивает наиболее оптимальное условие качения роликов путем уменьшения воздействия на них масляных клиньев. Использованная схема смазки и охлаждения подшипника улучшает его температурное состояние и снижает величину гидродинамических нагрузок на его детали. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к газотурбинным двухконтурным двигателям авиационного наземного применения, в частности к опорам с расположением подшипника качения между двумя вращающимися роторами высокого и низкого давления. Опора содержит подшипник, систему подвода и отвода масла для обеспечения смазки и отвода тепла. Являясь узлом энергообмена, опора работает в условиях воздействия переменных величин радиальных нагрузок, температуры и количества смазки. Для нормальной работы роликового подшипника основным условием является отвод избыточного количества охлаждающей жидкости (масла) из канала подшипника. Это связано с тем, что между роликом и кольцами в нагруженной зоне подшипника образуются сжатые масляные прослойки (клинья) с большим удельным давлением жидкости, являющимся следствием сопротивления выдавливания масляной пленки при быстром движении ролика. При рассмотрении эпюр результирующих сил, действующих на ролик со стороны масляных клиньев, заменяя распределительную нагрузку по поверхности контактов некоторыми равнодействующими, получаем пару сил, которые стремятся отжать ролик от колец и повернуть его в направлении, противоположном рабочему вращению. Соотношение таково, что сила, действующая со стороны внешнего кольца, больше силы, действующей со стороны внутреннего кольца на величину центробежной силы ролика. Другой действующей силой на ролик является сила, возникающая из-за кавитации масла, при истечении его из области "клина" с повышенным давлением в полость за роликом с давлением равным давлению масляной полости. Фактически реализуется случай истечения жидкости через щель под уровень жидкости. Сужение вытекающей струи и появление вихрей реализуют полости в масле давление ниже давления насыщенных паров - кавитация.

Задача изобретения - создание конструкции опоры, обеспечивающей наиболее оптимальные условия качения роликов путем уменьшения воздействия на них масляных клиньев и увеличение циркуляции масла в полости подшипника.

Наиболее близким прототипом по конструктивному решению опоры является патент RU №2.265742 C1, F02C 7/06, 10.12.2005. В прототипе (фиг. 1) масло подается через два ряда отверстий внутреннего кольца в рабочую полость подшипника. Центровка сепаратора, обычно из цветного металла, произведена по наружному кольцу подшипника.

К недостаткам такой конструкции относится отсутствие мероприятий по снижению воздействия масляных клиньев на ролики. Центровка по наружному кольцу сепаратора из цветного металла за счет разности температурного расширения приводит к большему износу сепаратора, а недостаток смазки в зоне контакта приводит к увеличению температуры.

Для достижения задачи изобретения по улучшению условий работы подшипника предлагаются следующие конструктивные решения: для уменьшения причин возникновения масляного клина в зоне контакта ролика с кольцом на поверхности ролика выполняются спиральные маслоотводящие канавки. Угол наклона выбирается из условий гарантированного охвата канавками поверхности ролика. Поэтому угол подъема канавок относительно оси вращения лежит в диапазоне 15-25°.

Наклон канавок обеспечивает дополнительный проток масла и благоприятное распределение осевого градиента температур колец подшипника.

Центровку сепаратора производить не по наружному, а внутреннему кольцу подшипника. В этом случае по два дополнительных ряда отверстий подается масло в зону контакта, что снижает трение и износ контактирующих поверхностей, а дополнительно для теплосъема в зоне контакта обеспечивается гарантированное течение масла за счет маслоотводящих канавок на внутренней поверхности контакта сепаратора с углом подъема относительно оси вращения также 15-25°. В данном случае угол наклона выбран из условий технологичности их выполнения.

Предлагаемая конструкция подшипника для межвальной опоры представлена на фиг. 2.

Подшипник состоит из наружного 1, внутреннего 2 кольца и сепаратора 3. Внутреннее кольцо имеет два ряда отверстий для подачи основного масла в область качения роликов и два ряда дополнительных отверстий для подачи масла в осевой зазор между внутренним кольцом и сепаратором.

Внутренняя контактная поверхность сепаратора с внутренним кольцом подшипника имеет также спиральные канавки с углом подъема относительно оси вращения 15-25°, что обеспечит принудительный расход масла через осевой зазор в контактной зоне.

При работе двигателя масло из отверстий 4 под действием центробежных сил подается в область качения роликов. Дополнительно масло также под действием центробежных сил через отверстия 5 подается в осевой зазор между внутренним кольцом и сепаратором. Слив масла из полости подшипника производится через специально предназначенные для этого каналы в роторе низкого давления.

1. Опора двухвального газотурбинного двигателя, содержащая подшипник, установленный между валами роторов низкого и высокого давлений и состоящий из наружного кольца, внутреннего кольца, тел качения и сепаратора, центрированного по наружному кольцу, при этом внутреннее кольцо выполнено с отверстиями для подачи масла в область качения роликов, отличающаяся тем, что ролики выполнены со спиральными канавками, угол подъема которых относительно оси вращения составляет 15-25°, а направление угла подъема выбрано из условия распределения осевого градиента температур колец подшипника, при этом внутреннее кольцо имеет дополнительные маслоподводящие отверстия для подачи масла в область осевого зазора.

2. Опора по п. 1, отличающаяся тем, что дополнительные маслоподводящие отверстия во внутреннем кольце подшипника выполнены в два ряда.

3. Опора по п. 1, отличающаяся тем, что внутренняя поверхность сепаратора в области центровки с внутренним кольцом подшипника имеет маслоотводящие канавки с углом подъема 15-25°.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергетике. Опора двухвального газотурбинного двигателя, содержащая роликоподшипник, установленный между валами роторов низкого и высокого давлений, масляную подводящую полость под внутренним кольцом, маслоподводящие отверстия, выполненные во внутреннем кольце подшипника, сепаратор, центрированный по наружному кольцу, причём на беговых дорожках внутреннего и наружного колец выполнены одна или несколько радиальных маслоотводящих канавок произвольного профиля.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а именно к маслосистемам, их агрегатам наддува полостей и устройствам суфлирования масла. Двухроторный газотурбинный двигатель снабжен системой последовательно сообщенных друг с другом посредством дополнительных воздуховодов предмасляных полостей компрессора низкого давления и предмасляной полости компрессора высокого давления, одновременно сообщенных с предмасляной полостью турбины, эжектором, содержащим эжектируемую полость, эжектирующую полость и камеру смешения, предмасляная полость турбины сообщена, с одной стороны, через воздуховод с клапаном суфлирования, а с другой стороны, с входом эжектируемой полости эжектора, выход которой сообщен с входом камеры смешения, при этом эжектирующая полость своим входом сообщена с источником питания, а выходом с входом камеры смешения, выход камеры смешения сообщен с входной полостью форсажной камеры.

Изобретение относится к авиационным двухконтурным турбореактивным двигателям (ТРДД). Предложена передняя опора ротора вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащая ступицу, корпус подшипника, два упругих элемента, соединенных параллельно так, что их жесткости суммируются, роликовый подшипник, смазываемый барботажем, цапфу, фигурную втулку, закрепленную на цапфе и фиксирующую фланцем внутреннее кольцо подшипника и вращающиеся детали сегментного контактного уплотнения, сегментное контактное уплотнение, состоящее из втулки с резьбой, закрепленной на цапфе, кольца, по резьбе соединенного с этой втулкой, трех графитовых уплотнительных колец, составленных из отдельных сегментов, прижатых к контактирующему с ними кольцу двумя пружинами так, что между торцами сегментов этих колец остается зазор 0,05÷0,1 мм, два из которых без зазора вставлены друг в друга, а третье кольцо установлено встык к этим двум кольцам, причем стыки сегментов этих колец в окружном направлении разнесены друг от друга, лабиринтное уплотнение предмасляной полости опоры, состоящее из лабиринтного кольца и статорного элемента, трубу, расположенную внутри цапфы и образующую воздушную полость в ней, и в фигурной втулке и цапфе выполнены отверстия, через которые подводится масло для охлаждения кольца, контактирующего с графитовыми уплотнительными кольцами, и в трубе, цапфе и лабиринтном кольце выполнены отверстия, через которые подается воздух для наддува предмасляной полости опоры, отличающаяся тем, что корпус подшипника выполнен за одно целое с обоими упругими элементами, выполненными в виде упругих колец с равномерно чередующимися наружными и внутренними выступами, натяг между наружным кольцом подшипника и внутренними выступами упругих колец равен 0÷h/2 мм, где h - высота выступов упругих колец, равная h=0,15÷0,3 мм, в расточки, выполненные в наружном кольце подшипника с обеих его сторон, запрессованы две втулки с полированными торцами, выполненные из стали или бронзы БрС30, и торцы зазора между ступицей и наружным кольцом подшипника, в котором размещены упругие кольца, уплотнены металлическими уплотнительными кольцами, которые прижаты ответными полированными торцами к полированным торцам этих втулок резиновыми уплотнительными кольцами, расположенными в кольцевых канавках в бурте корпуса подшипника и корпусе сегментного контактного уплотнения, и на каждом металлическом уплотнительном кольце выполнен выступ, который входит соответственно в ответный паз, выполненный в бурте корпуса подшипника или корпуса сегментного контактного уплотнения с зазором по периметру паза, меньшим смещения металлического уплотнительного кольца, при котором возникают взаимные проскальзывания металлического и резинового уплотнительных колец, и равным 0÷0,05 мм, а на торцах наружного кольца подшипника выполнены выступы, входящие в ответные пазы в металлических уплотнительных кольцах с зазором по периметру паза, равным или немного большим допустимого смещения цапфы в ступице, с зазором 0,15÷0,3 мм, и радиальный зазор между металлическими уплотнительными кольцами и корпусом подшипника меньше смещения металлического уплотнительного кольца, при котором возникают взаимные проскальзывания металлического и резинового уплотнительных колец, меньше 0,1 мм, и радиальное расстояние от наружной окружности, ограничивающей зону контакта резинового уплотнительного кольца с металлическим уплотнительным кольцом, до наружной цилиндрической поверхности металлического уплотнительного кольца таково, что гидравлическое давление, действующее на каждое металлическое уплотнительное кольцо со стороны уплотнительного резинового кольца, уравновешивает в случае раскрытия стыка между металлическим уплотнительным кольцом и наружным кольцом подшипника гидравлическое давление, действующее на металлическое уплотнительное кольцо со стороны наружного кольца подшипника, а внутренний диаметр резьбы втулки, закрепленной на цапфе, равен или больше наружного диаметра внутреннего кольца подшипника, а само резьбовое соединение уплотнено резиновым уплотнительным кольцом, размещенным в кольцевых расточках втулки и кольца, и между кольцом и лабиринтным кольцом установлено разрезное упругое кольцо, в свободном состоянии сцентрированное по пояску лабиринтного кольца, цилиндрические поверхности двух графитовых колец, вставленных друг в друга, по которым они контактируют, выполнены с эксцентриситетом по отношению к цилиндрической поверхности внутреннего кольца этой пары, по которой оно контактирует с кольцом, навернутым на втулку, и в качестве пружин, прижимающих сегменты графитовых уплотнительных колец к контактирующему с ними кольцу, применены два кольцевых многослойных гофрированных пакета, набранных «гофр в гофр» из шлифованных стальных нагартованных лент или лент, изготовленных из закаленной нержавеющей стали, причем стыки концов лент равномерно распределены по вершинам гофров, каждый пакет гофрированных лент с радиальным натягом по вершинам гофров, созданным одинаковым одновременным сжатием всех гофров пакета в радиальных направлениях, вставлен в кольцевой зазор между корпусом сегментного контактного уплотнения и тем графитовым уплотнительным кольцом, на которое он опирается, до упора друг в друга и в стенку этого корпуса так, что его вершины располагаются в ответных полукруглых сегментных выемках, выполненных в контактирующих с пакетами деталях, и сегментное контактное уплотнение со стороны предмасляной полости опоры закрыто крышкой и уплотнено резиновыми уплотнительными кольцами, расположенными в кольцевых канавках крышки, и крышка и корпус сегментного уплотнения изготовлены из стали одинаковой марки или бронзы БрС30, причем кольцевой зазор между корпусом сегментного уплотнения и крышкой также меньше 0,1 мм, и в крышке выполнен несквозной паз, в который с суммарным зазором по боковым сторонам паза, меньшим 0,1 мм, входит упор, герметично частью с конической трубной резьбой закрепленный в корпусе сегментного уплотнения и законтренный упругим кольцом, и крышка упругими силами, созданными упругим разрезным кольцом, размещенным в кольцевой канавке корпуса сегментного уплотнения, и давлением воздуха, поступающего в предмасляную полость опоры через отверстия в трубе, цапфе и лабиринтном кольце, прижата полированным торцом к ответным полированным торцам графитных уплотнительных колец, а в бурте корпуса подшипника выполнено дроссельное отверстие, сообщающееся с зазором по периметру паза, выполненного в металлическом уплотнительном кольце.

Изобретение относится к гидравлическому подшипнику для стационарной газовой турбины, содержащему масляную ванну, в которой предусмотрен сток для гидравлического масла, при этом сток содержит расположенное в масляной ванне сточное отверстие и примыкающий к сточному отверстию сточный трубопровод, при этом предусмотрены средства, которые в стекающем гидравлическом масле вызывают в сточном трубопроводе кольцевой поток с центральным воздушным столбом.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и, в частности, к малоразмерным газотурбинным двигателям с системой смазки и охлаждения подшипников.

Изобретение относится к области машиностроения и касается элементов систем газотурбинных двигателей и может быть использовано в качестве суфлера-сепаратора, воздухоотделителя в маслосистемах авиационных газотурбинных двигателей (ГТД), а также в других устройствах для отделения жидкости от газожидкостной смеси.

Изобретение относится к энергетике. Предложена опора турбины высокого давления, содержащая корпус подшипника с силовыми спицами, закрепленными на корпусе турбины, наружное кольцо подшипника, установленное в корпусе между упорным буртом и гайкой, и роликоподшипник, взаимодействующий с ротором турбины.

Изобретение относится к системе охлаждения газотурбинного двигателя с помощью охлаждающего воздуха. Двухроторный газотурбинный двигатель, содержащий полость наддува опоры компрессора низкого давления, полость наддува опоры компрессора высокого давления и полость наддува опоры турбины, сообщенные через' подвижные уплотнения с газовоздушным трактом двигателя и с полостями маслосистемы, предмасляные полости, сообщенные с одноименными полостями наддува и полостями маслосистемы через подвижные уплотнения и форсажную камеру, согласно изобретению содержит систему последовательно сообщенных друг с другом посредством воздуховодов предмасляную полость компрессора низкого давления и предмасляную полость компрессора высокого давления, одновременно сообщенных с предмасляной полостью турбины, эжектор, содержащий эжектируемую и эжектирующую полости и камеру смешения, при этом эжектируемая полость своим входом сообщена с предмасляной полостью турбины, а выходом - с входом камеры смешения, эжектирующая полость своим входом сообщена с источником питания, а выходом - с входом камеры смешения, причем выход камеры смешения сообщен с входной полостью форсажной камеры.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и касается предохранительного клапана двойного действия, используемого в системе суфлирования масляных полостей подшипниковых опор ротора авиационного газотурбинного двигателя для поддержания заданных режимов давления воздуха в масляных полостях.

Изобретение относится к области пленок демпфирующих жидкостей направляющего подшипника вала турбомашины и, более конкретно, относится к регулированию толщины такой пленки демпфирующей жидкости.
Наверх