ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ
GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к двухконтурным газотурбинным двигателям высокой и сверхвысокой степени двухконтурности авиационного применения.
Известен газотурбинный двигатель, вентилятор которого установлен на переднем шариковом радиально-упорном подшипнике и на заднем роликовом подшипнике (Патент США №6520742, F02K 3/06, 2003 г.).
Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность и повышенный вес, так как передний радиально-упорный шариковый подшипник вентилятора воспринимает значительные радиальные и осевые усилия от ротора вентилятора, что снижает ресурс этого подшипника.
Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель высокой степени двухконтурности, в котором вал вентилятора соединен с валом турбины низкого давления и установлен на переднем шариковом радиально-упорном подшипнике и на заднем радиальном роликовом подшипнике (Патент США №6883303, F01C 7/20, 2005 г.).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за возможности обрыва вала вентилятора в случае поломки шарикового радиально-упорного шарикоподшипника с последующей раскруткой ротора турбины низкого давления и обрывом ее лопаток под действием центробежных сил.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и в снижении веса газотурбинного двигателя путем повышения несущей способности шарикового радиально-упорного подшипника и исключения обрыва вала вентилятора в случае поломки указанного шарикоподшипника.
Сущность изобретения заключается в том, что в газотурбинном двигателе с вентилятором, вал которого установлен на роликовом радиальном подшипнике и радиально-упорном шарикоподшипнике, соединен с валом турбины низкого давления, согласно изобретению, роликовый радиальный подшипник выполнен передним, шарикоподшипник выполнен крупногабаритным и задним и установлен на Т-образном в поперечном сечении фланце, выполненном за одно целое с валом вентилятора, причем ось симметрии тел качения указанного шарикоподшипника расположена над радиальной частью фланца, гайка крепления внутреннего кольца шарикоподшипника размещена со стороны турбины низкого давления, а под последними витками резьбы гайки с внутренней стороны горизонтальной части фланца выполнено кольцевое, направленное к оси двигателя ребро, при этом на внешней поверхности горизонтальной части над радиальной частью фланца выполнена кольцевая канавка подвода масла в шарикоподшипник.
Выполнение роликового радиального подшипника передним и установка шарикоподшипника на Т-образном в поперечном сечении фланце, выполненном за одно целое с валом, позволяет без существенного увеличения веса вала вентилятора установить крупногабаритный шарикоподшипник с увеличенной несущей способностью. Установка такого шарикоподшипника задним существенно уменьшает радиальные нагрузки на него от рабочего колеса вентилятора, что позволяет увеличивать осевые нагрузки на шарикоподшипник и повысить его надежность.
Размещение оси симметрии тел качения шарикоподшипника над радиальной частью фланца исключает взаимные перекосы внутреннего и наружного колец подшипника при его радиальной нагрузке, что также повышает надежность подшипника.
Для двухконтурных двигателей высокой и сверхвысокой степени двухконтурности из-за пониженной степени сжатия воздуха в вентиляторе осевая сила ротора турбины низкого давления превышает осевую силу ротора вентилятора, и поэтому размещение гайки крепления внутреннего кольца шарикоподшипника со стороны турбины низкого давления разгружает гайку от действия осевой силы, что повышает ее надежность.
Выполнение под последними витками резьбы гайки с внутренней стороны горизонтальной части фланца, направленного к оси двигателя кольцевого ребра, усиливает резьбовое соединение «гайка-фланец» и позволяет организовать с внутренней стороны фланца кольцевую полость, в которой под действием центробежных сил скапливается и равномерно распределяется масло, идущее затем на смазку шарикоподшипника.
Кольцевая канавка, выполненная на внешней поверхности горизонтальной части фланца, служит для равномерного подвода масла в подшипник вне зависимости от углового положения внутреннего кольца шарикоподшипника, а размещение канавки над радиальной частью фланца не приводит к ослаблению канавкой горизонтальной части фланца, что также повышает надежность конструкции.
На фиг.1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя; на фиг.2 представлен элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.
Газотурбинный двигатель 1 состоит из вентилятора 2 с подпорными ступенями 3, газогенератора 4 и турбины низкого давления 5, ротор 6 которой валом 7 соединен с валом 8 ротора вентилятора 9.
Вал 8 вентилятора 2 установлен на переднем радиальном роликовом подшипнике 10 и на заднем радиально-упорном шарикоподшипнике 11, который размещен на Т-образном в поперечном сечении выносном фланце 12 и зафиксированном в осевом направлении установленной со стороны турбины низкого давления 5 гайкой 13 крепления внутреннего кольца шарикоподшипника 11.
Т-образный фланец 12 выполнен за одно целое с валом 8 вентилятора 2, состоит из горизонтальной 14 и радиальной 15 частей. Радиальная часть 15 фланца 12 размещена под осью симметрии 16 тел качения 17 шарикоподшипника 11.
С внутренней стороны горизонтальной части 14 фланца 12, под последними 18 витками резьбы гайки 13 выполнено кольцевое, направленное к оси газотурбинного двигателя 1 ребро 19, образующее совместно с радиальной частью 15 фланца 12 полость 20 для равномерного распределения в окружном направлении масла 21, поступающего из масляного жиклера 22.
На внешней поверхности 23 горизонтальной части 14 фланца 12, над его радиальной частью 15 выполнена кольцевая канавка 24 подвода масла 21 в шарикоподшипник 11, обеспечивающая поступление масла в шарикоподшипник 11 не зависимо от углового положения внутреннего кольца 25 шарикоподшипника 11.
Работает данное устройство следующим образом.
При работе газотурбинного двигателя 1 повышенное осевое усилие от ротора 6 турбины низкого давления 5 не может быть полностью парировано ротором вентилятора 9. Разница этих усилий воспринимается радиально-упорным шарикоподшипником 11 повышенной несущей способности.
В случае разрушения шарикоподшипника 11 повреждениям подвергается горизонтальная часть 14 Т-образного фланца 12, а тепловой поток от трения разрушающихся элементов конструкции в вал вентилятора 8 снижается из-за теплового сопротивления радиальной части 15 фланца 12, что способствует сохранению целостности вала вентилятора 8 и повышает надежность газотурбинного двигателя 1.