ОПОРА РОТОРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
HIGH-PRESSURE ROTOR SUPPORT OF GAS TURBINE ENGINE

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.