Опора ротора высокого давления газотурбинного двигателя
Владельцы патента RU 2729561:
Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") (RU)
Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения, в частности к опорам роторов компрессоров и турбин. Опора ротора высокого давления газотурбинного двигателя, включающая радиально-упорный подшипник, содержащий наружное и внутреннее кольца с гладкими беговыми дорожками, маслоподводящую и отводящую системы, при этом в каждой возможной контактной области шариков и беговых дорожек под осевой нагрузкой на последних выполнена по меньшей мере одна радиальная маслопроводящая канавка. Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы опоры ротора высокого давления за счет уменьшения влияния параметров масляного клина на шарики ее подшипника и, как следствие, уменьшение температурного градиента и уменьшение возможности проявления проскальзывания. 2 ил.
Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения, в частности опорам роторов компрессоров и турбин.
Наиболее близким аналогом предлагаемого технического решения является известная опора ротора высокого давления ПС-90А (А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий, Газотурбинные двигатели, ОАО «Авиадвигатель», Пермь, 2007, с. 197 - 199, рис. 4.4.7.1_5). Шарикоподшипниковая опора предназначена для передачи радиального и осевого усилия с ротора высокого давления на корпусные детали. В состав опоры входит радиально - упорный шарикоподшипник с разъемным внутренним кольцом, наружное кольцо, сепаратор. Подача масла осуществляется через форсунки.
Однако при работе известного подшипника в контактных областях шариков с беговыми дорожками колец будут возникать масляные клинья и наблюдаться проскальзывание шариков при качении, что вызывает повышение рабочей температуры и шумность при работе. При этом допустимая температура достигается только за счет количества охлаждающего масла. Это отрицательно сказывается на работе подшипника и опоры ротора высокого давления в целом.
Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение надежности работы опоры ротора высокого давления за счет уменьшения влияния параметров масляного клина на шарики подшипника и, как следствие, уменьшение температурного градиента и уменьшение возможности проявления проскальзывания.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной опоре ротора высокого давления газотурбинного двигателя, включающей радиально - упорный подшипник, содержащий наружное и внутреннее кольца с гладкими беговыми дорожками, маслоподводящую и отводящую системы, согласно предложению в каждой возможной контактной области шариков и беговых дорожек под осевой нагрузкой на последних выполнена по меньшей мере одна радиальная маслопроводящая канавка.
Опоры ротора высокого давления содержат подшипник, систему подвода и отвода масла для обеспечения смазки и отвода тепла. Являясь узлом энергообмена, опора работает в условиях воздействия радиальных и осевых нагрузок, температуры и количества смазки. Для шариковых подшипников в связи с действием осевых сил происходит смещение колец друг относительно друга, что увеличивает площадь контактной области шариков с беговыми дорожками колец, где возникает сжатие масляной прослойки с образованием масляных «клиньев» с большим удельным давлением. Результирующая сила, действующая на шарики со стороны масляных клиньев, стремится отжать шарики от поверхности качения и повернуть их в направлении противоположном рабочему вращению. Соотношение сил таково, что сила, действующая со стороны внешнего кольца, больше на величину центробежной силы шариков. Возникающее «скольжение» шариков вызывает износ элементов подшипника, повышение рабочей температуры и шумность.
Снабжение всех возможных контактных областей шариков и беговых дорожек наружного и внутреннего колец радиальными маслопроводящими канавками позволяет обеспечить свободное перетекание масла из полости перед шариками в полость за ними, что способствует уменьшению или исчезновению масляных клиньев перед шариками.
Количество радиальных маслопроводящих канавок выбирают исходя из величины контактной области и размера подшипника.
Профиль радиальных маслопроводящих канавок выбирают исходя из прочностных характеристик наружного и внутреннего колец. Площадь проходного сечения канавки выбирают из расчета обеспечения расхода масла в объеме 5- 10% объема масляного клина.
На фиг. 1 представлен разрез подшипника опоры ротора высокого давления в статическом состоянии.
На фиг. 2 представлен разрез подшипника опоры ротора высокого давления при воздействии на него осевой нагрузки.
1 - наружное кольцо подшипника;
2 - внутреннее кольцо подшипника;
3 - шарики;
4 - радиальная маслопроводящая канавка;
5 - контактная область.
Подшипник опоры ротора высокого давления состоит из наружного кольца 1 и внутреннего кольца 2 с гладкими беговыми дорожками и заключенных внутри колец 1, 2 шариков 3. На беговых дорожках наружного кольца 1 и внутреннего кольца 2 выполнены маслопроводящие радиальные канавки 4. Радиальные маслопроводящие канавки 4 размещены в возможных контактных областях 5 шариков 3 и беговых дорожек наружного кольца 1 и внутреннего кольца 2, возникающих при воздействии на подшипник осевой силы.
В процессе работы подшипника при воздействии осевой силы наружное кольцо 1 и внутреннее кольцо 2 смещаются относительно друг друга и шарики 3 контактируют с беговыми дорожками наружного кольца 1 и внутреннего кольца 2 уже не в точке, как это происходит в статическом состоянии, а в появляющихся противоположно расположенных относительно шариков 3 контактных областях 5. При изменении направления приложения осевой силы на подшипник расположение контактных областей 5 будет иным, поэтому радиальные маслопроводящие канавки 4 размещают во всех возможных контактных областях 5, образующихся при осевой нагрузке подшипника. В контактных областях 5 перед катящимися шариками 3 образуется масляный клин, который отрицательно влияет на качение. Радиальные маслопроводящие канавки 4, размещенные в контактных областях 5, позволяют маслу перетекать из области перед шариками 3 в области за ними, предотвращая значительное повышение давления в подшипнике.
Опора ротора высокого давления газотурбинного двигателя, включающая радиально-упорный подшипник, содержащий наружное и внутреннее кольца с гладкими беговыми дорожками, маслоподводящую и отводящую системы, отличающаяся тем, что в каждой возможной контактной области шариков и беговых дорожек под осевой нагрузкой на последних выполнена по меньшей мере одна радиальная маслопроводящая канавка.
