Радиально-упорная опора ротора газотурбинного двигателя
GAS-TURBINE ENGINE ROTOR SUPPORT ANGULAR CONTACT

Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД) авиационного и наземного применения, а именно к конструкции радиально-упорной опоры ротора компрессора ГТД.
Известна радиально-упорная опора, расположенная в задней части ротора компрессора ГТД, содержащая размещенный в корпусе радиально-упорный шарикоподшипник, внутреннее кольцо которого установлено на валу, установленный в задней полости ротора компрессора (см. рис. В. 70 на стр. 53 учебника: Сиротин Н.Н. Конструкция и эксплуатация, повреждаемость и работоспособность газотурбинных двигателей. (Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок). - М.: РИА «ИМ-Информ», 2002. - 442 с.).
Данное техническое решение выбрано в качестве прототипа.
Недостатком данного узла соединения является то, что для создания приемлемой осевой силы на шарикоподшипник ротора низкого давления введена разгрузочная (думисная) полость, из которой происходит сброс воздуха в мотогондолу летательного аппарата. Основной недостаток - снижение удельных параметров газотурбинного двигателя, попадание горячего воздуха в мотогондолу, которое приводит к ухудшению незаметности летательного аппарата, наличие лабиринтного уплотнения на роторе.
Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является повышение надежности работы компрессора за счет снижения на его заднюю шарикоподшипниковую опору суммарной осевой нагрузки ротора при работе газотурбинного двигателя, а также улучшение удельных параметров газотурбинного двигателя путем исключения необходимости сброса думисного воздуха из разгрузочной полости для снижения нагрузки на упомянутую опору (как в прототипе), при этом в целом повышается незаметность летательного аппарата.
Указанный технический результат достигается тем, что известная радиально-упорная опора ротора газотурбинного двигателя, содержащая радиально-упорный шарикоподшипник, внутреннее кольцо которого установлено на валу, согласно настоящему изобретению снабжена дополнительным радиально-упорным шарикоподшипником, внутреннее кольцо которого также установлено на валу со стороны компрессора относительно радиально-упорного шарикоподшипника, причем оба внутренних кольца радиально-упорных шарикоподшипников выполнены разъемными и зафиксированы на валу в осевом и окружном направлениях, а между их близлежащими торцами установлено регулировочное кольцо, при этом наружное кольцо дополнительного радиально-упорного шарикоподшипника установлено в обойме, на внутренней поверхности которой со стороны компрессора выполнен бурт, контактирующий по торцам с наружным кольцом дополнительного радиально-упорного шарикоподшипника, кроме того, оба радиально-упорных шарикоподшипника заключены в общем корпусе, причем наружное кольцо радиально-упорного шарикоподшипника зафиксировано относительно последнего в осевом направлении посредством бурта, выполненного со стороны его внутренней поверхности и гайки соответственно, а между близлежащими торцами бурта и наружного кольца дополнительного радиально-упорного шарикоподшипника установлена осевая пружина, при этом общий корпус радиально-упорных шарикоподшипников установлен в корпусе опоры, выполненном разборным, и выполнен с возможностью смещения вдоль продольной оси опоры, ограниченного стенками корпуса опоры, причем между стенкой корпуса опоры и близлежащими торцами общего корпуса радиально-упорных шарикоподшипников и обоймы образована кольцевая полость, в которой по окружности установлены элементы, ограниченные в радиальном направлении общим корпусом радиально-упорных шарикоподшипников и осевым кольцевым выступом соответственно, выполненном на одной из стенок корпуса опоры, поверхность каждого из которых, обращенная к стенке корпуса опоры, выполнена сферической, а на противолежащей поверхности выполнены два выступа, торцы которых контактируют с торцами общего корпуса радиально-упорных шарикоподшипников и обоймы соответственно.
Такое выполнение устройства позволяет перераспределить осевую нагрузку ротора с основного шарикоподшипника на дополнительный шарикоподшипник, а именно, при работе газотурбинного двигателя осевая нагрузка на основной шарикоподшипник задней опоры ротора снижается вдвое за счет перераспределения ее на дополнительный шарикоподшипник, что повышает надежность опоры в целом. При работе газотурбинного двигателя осевая сила ротора оказывает осевое воздействие на шарикоподшипник и через его наружное кольцо - на общий корпус, который воздействует на обойму и, соответственно, на дополнительный шарикоподшипник через элементы, установленные по окружности в кольцевой полости. То есть, оба шарикоподшипника воспримут равномерно распределенную осевую силу. При этом осевая пружина, установленная между наружным кольцом дополнительного шарикоподшипника и торцом бурта, снижает осевую силу, приходящую на оба шарикоподшипника на ее величину усилия сжатия. Также осевая пружина необходима для условий работы, когда осевая сила направлена в сторону турбины. Тогда всю осевую силу воспринимает шарикоподшипник, а дополнительный шарикоподшипник воспринимает силу от осевой пружины, что необходимо для исключения на него негативной нулевой осевой нагрузки. Таким образом, не требуется сбрасывать горячий воздух из разгрузочной полости как в прототипе, вследствие чего повышаются удельные параметры газотурбинного двигателя. Кроме того, отсутствие выброса горячего воздуха из разгрузочной полости в мотогондолу летательного аппарата улучшает специальные характеристики, а именно, незаметность летательного аппарата.
На чертеже представлен продольный разрез радиально-упорной опоры ротора газотурбинного двигателя.
Радиально-упорная опора ротора газотурбинного двигателя, содержащая радиально-упорный шарикоподшипник 1, внутреннее кольцо 2 которого установлено на валу 3. Заявленная опора снабжена дополнительным радиально-упорным шарикоподшипником 4, внутреннее кольцо 5 которого также установлено на валу 3 со стороны компрессора относительно радиально-упорного шарикоподшипника 1 (т.е. с левой стороны от последнего). Оба внутренних кольца 2, 5 радиально-упорных шарикоподшипников 1, 4 выполнены разъемными и зафиксированы на валу 3 в осевом и окружном направлениях посредством бурта 6 и гайки 7 соответственно. Упомянутый бурт 6 выполнен на наружной поверхности вала со стороны турбины относительно радиально-упорных шарикоподшипников 1, 4 (т.е. с правой стороны), а гайка 7 установлена на валу 3 со стороны компрессора относительно радиально-упорных шарикоподшипников 1, 4 (т.е. с левой стороны). Между близлежащими торцами внутренних колец 2, 5 радиально-упорных шарикоподшипников 1, 4 установлено регулировочное кольцо 8. Наружное кольцо 9 дополнительного радиально-упорного шарикоподшипника 4 установлено в обойме 10, на внутренней поверхности которой со стороны компрессора выполнен бурт 11, контактирующий по торцам с наружным кольцом 9 дополнительного радиально-упорного шарикоподшипника 4. Оба радиально-упорных шарикоподшипника 1, 4 заключены в общем корпусе 12, причем наружное кольцо 13 радиально-упорного шарикоподшипника 1 зафиксировано относительно общего корпуса 12 радиально-упорных шарикоподшипников 1, 4 в осевом направлении посредством бурта 14, выполненного со стороны его внутренней поверхности и гайки 15, установленной по резьбе на наружном диаметре общего корпуса 12 соответственно. Между близлежащими торцами бурта 14 и наружного кольца 9 дополнительного радиально-упорного шарикоподшипника 4 установлена осевая пружина 16. Общий корпус 12 радиально-упорных шарикоподшипников 1, 4 установлен в корпусе опоры 17. Корпус опоры 17 состоит из двух элементов, соединенных между собой посредством фланцевого соединения 18. Общий корпус 12 выполнен с возможностью смещения вдоль продольной оси опоры, ограниченного с обеих сторон стенками 19 и 20 корпуса опоры 17 соответственно. Между стенкой 19 корпуса опоры 17, расположенной со стороны компрессора относительно дополнительного радиально-упорного шарикоподшипника 4 и близлежащими торцами общего корпуса 12 радиально-упорных шарикоподшипников 1, 4 и обоймы 10, бразована кольцевая полость, в которой по окружности установлены элементы 21, ограниченные в радиальном направлении общим корпусом радиально-упорных шарикоподшипников и осевым кольцевым выступом 22 соответственно, который выполнен на стенке 19 корпуса опоры 17. Поверхность каждого из элементов 21, обращенная к стенке 19 корпуса опоры 17, выполнена выпуклой сферической формы, а на противолежащей поверхности, обращенной в сторону турбины, выполнены два выступа 23, 24, торцы которых контактируют с торцами общего корпуса 12 радиально-упорных шарикоподшипников 1, 4 и обоймы 10 соответственно.
Радиально-упорная опора собирается следующим образом. На вал 3 устанавливается радиально-упорный шарикоподшипник 1, наружное кольцо которого уже установлено в общий корпус 12 и затянуто гайкой 15. Далее устанавливается регулировочное кольцо 8, осевая пружина 16 и дополнительный радиально-упорный шарикоподшипник 4 с обоймой 10. Полученный узел устанавливается в корпусе опоры 17 за счет сборки фланцевого соединения 18 и размещением элементов 21. Далее внутренние кольца радиально-упорных шарикоподшипников 1 и 4 обжимаются до упора в бурт 6 гайкой 7. Регулировочное кольцо необходимо для определения осевого положения дополнительного радиально-упорного шарикоподшипника 4, определения минимального зазора элементов 21 относительно корпуса опоры 17, обоймы 10 и общего корпуса 12.
При работе газотурбинного двигателя осевая сила ротора через вал 3 давит на радиально-упорный шарикоподшипник 1, который через наружное кольцо 15 и общий корпус 12 воздействует на торцы 23 элементов 21, которые поворачиваются относительно сферических поверхностей и торцами 24 элементов 21 воздействуют на обойму 10 и наружное кольцо 9 дополнительного радиально-упорного шарикоподшипника 4. Таким образом, осевая сила равномерно перераспределяется на оба радиально-упорных шарикоподшипника 1,4. При этом осевая пружина 16 дополнительно снижает осевое усилие на радиально-упорные шарикоподшипники 1, 4 на величину ее затяжки. Также осевая пружина 16 необходима для условий работы, когда осевая сила направлена в сторону турбины. Тогда всю осевую силу воспринимает радиально-упорный шарикоподшипник 1, а дополнительный радиально-упорный шарикоподшипник 4 воспринимает силу от осевой пружины 16 для исключения на него негативной нулевой осевой нагрузки.
Таким образом, посредством использования заявленной конструкции компрессора низкого давления газотурбинного двигателя повышаются его надежность и удельные параметры, а также повышается в целом параметр незаметности летательного аппарата.