РАДИАЛЬНАЯ МЕЖВАЛЬНАЯ ОПОРА РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ
RADIAL INTER-SHAFT TURBOMACHINE ROTOR SUPPORT

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к опорам между роторами высокого и низкого давлений.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбрана радиальная межвальная опора ротора турбомашины, содержащая однорядный роликовый подшипник, наружное кольцо которого установлено в валу шестерни центральной конической передачи, а внутреннее кольцо - на валу турбины (см. рис. 6.13., «Технология эксплуатации, диагностики и ремонта газотурбинных двигателей: Учеб. пособие. / Ю.С. Елисеев, В.В. Крымов, К.А. Малиновский, В.Г. Попов. - М.: Высш. шк.; 2002. - 355 с.; ил.).
Основным недостатком такого технического решения является дефект проскальзывания межвального подшипника из-за его малой радиальной нагрузки. В известной опоре дефект проскальзывания устраняется радиальным смещением узла центральной конической передачи в радиальном направлении, изначально ломая ось вращения и создавая тем самым дополнительную радиальную нагрузку. Это исключает взаимозаменяемость узлов (снижается модульность турбомашины). Излом оси негативно сказывается на шлицевых соединениях рессоры с возможным износом и снижением работоспособности. При этом люфт в шлицевых соединениях может парировать радиальное смещение ЦКП и не нагрузить подшипник на малых частотах вращения, приводя тем самым к дефекту проскальзывания. Применение очень маленьких радиальных люфтов или даже натягов вместо люфтов в роликоподшипнике может ликвидировать дефект проскальзывания, но при таком способе трудно гарантировать значительную долговечность подшипника из-за износа поверхностей качения при обязательных перекосах его колец во время работы. Сочетание двух способов: смещение задней опоры КНД и уменьшение радиального люфта подшипника может привести к поломке его сепаратора. Также при условиях, когда температура внутреннего кольца будет выше температуры наружного кольца, произойдет выборка радиального люфта и разрушение подшипника.
Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является обеспечение работоспособности опоры за счет исключения дефекта проскальзывания роликов относительно колец подшипника, возникающего из-за малой радиальной нагрузки и наличия в подшипнике радиального зазора в работе, и обеспечение его работы при выборке радиального люфта в подшипнике.
Указанный технический результат достигается тем, что радиальная межвальная опора ротора турбомашины содержит двухрядный роликовый подшипник, включающий наружное кольцо, внутренняя рабочая поверхность которого выполнена цилиндрической относительно продольной оси опоры, установленное в валу шестерни центральной конической передачи, два внутренних кольца, установленные на валу турбины, наружные рабочие поверхности которых выполнены коническими относительно продольной оси опоры, причем основания конусов большего диаметра направлены в противолежащие стороны, дистанционное кольцо, установленное между внутренними кольцами, два сепаратора, контактирующие друг с другом по торцам и зафиксированные относительно друг друга от проворота, в которых соответственно установлены два ряда конических роликов, причем основания меньшего диаметра конических роликов из разных рядов направлены в противолежащие стороны, при этом в месте стыка торцов сепараторов со стороны их внутреннего диаметра выполнена клинообразная кольцевая канавка, в которой установлено разрезное кольцо, выполненное в поперечном разрезе в виде треугольника, основание которого является его внутренней поверхностью, причем между разрезным кольцом и дистанционным кольцом образован радиальный зазор.
Такое выполнение устройства позволяет во время работы турбомашины выбрать радиальный люфт в подшипнике и обеспечить полный контакт всех роликов с наружным и внутренними кольцами независимо от вектора приложения радиальной нагрузки, исключая при этом проскальзывание роликов относительно колец подшипника. При этом нет необходимости смещать узел центральной конической передачи и ломать ось вращения. Повышается модульность турбомашины и увеличивается надежность работы шлицевых соединений. Также, при выборке радиального люфта в подшипнике при неблагоприятных температурных условиях подшипник не заклинивает, т.к. у роликов есть возможность смещения друг к другу в пределах обжатия разрезного кольца.
Сущность настоящего изобретения поясняется чертежами.
На фиг. 1 изображен продольный разрез заявленной радиальной межвальной опоры ротора турбомашины.
На фиг. 2 изображен вид А.
На фиг. 3 изображен вид В без деталей позиций 2 и 3.
Радиальная межвальная опора ротора турбомашины содержит двухрядный роликовый подшипник 1, включающий наружное кольцо 2, внутренняя рабочая поверхность которого выполнена цилиндрической относительно продольной оси опоры (т.е. упомянутая поверхность параллельна продольной оси опоры), установленное в валу шестерни центральной конической передачи 3, два внутренних кольца 4, 5, установленные на валу турбины 6, наружные рабочие поверхности которых выполнены коническими относительно продольной оси опоры (т.е. каждая из рабочих поверхностей расположена под острым углом к продольной оси опоры), причем основания конусов большего диаметра направлены в противолежащие стороны, дистанционное кольцо 7, установленное между внутренними кольцами 4, 5, два сепаратора 8, 9, контактирующие друг с другом по торцам и зафиксированные относительно друг друга от проворота, например, посредством соединения выступ-паз (см. фиг. 3), в которых соответственно установлены два ряда конических роликов 10,11, причем основания меньшего диаметра конических роликов из разных рядов направлены в противолежащие стороны, при этом в месте стыка торцов сепараторов 8, 9 со стороны их внутреннего диаметра выполнена клинообразная кольцевая канавка, в которой установлено разрезное кольцо 12, выполненное в поперечном разрезе в виде треугольника, основание которого является его внутренней поверхностью, причем между разрезным кольцом 12 и дистанционным кольцом 7 образован радиальный зазор.
При отсутствии вращения радиальный люфт в двухрядном роликовом подшипнике 1 выбран за счет незначительной сжимающей деформации разрезного кольца 12, которое воздействует на конические ролики 10 и 11 в осевом направлении через сепараторы 8 и 9, при этом усилие деформации разрезного кольца 12 настраивается дистанционным кольцом 7. Во время работы опоры усилие поджатия конических роликов 10 и 11 для исключения образования радиального зазора увеличивается за счет центробежных сил от разрезного кольца 12, компенсируя температурные расширения и возрастающие радиальные нагрузки. Это исключает проскальзывание конических роликов 10 и 11 относительно наружного и внутренних колец подшипника 2, 4 и 5, т.е. все ролики участвуют в контакте независимо от вектора приложения радиальной нагрузки, это повышает надежность работы опоры в целом. Такое техническое решение можно реализовать во всех межвальных опорах, а также в опорах недогруженных радиальной нагрузкой. Это расширяет область применения данного технического решения в конструкциях турбомашин.