ОПОРА РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ
TURBOMACHINE ROTOR SUPPORT

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции опор роторов турбомашин, содержащих радиально-упорные подшипники.
Известна опора ротора компрессора высокого давления, содержащая радиально-упорный шариковый подшипник, наружное кольцо которого установлено в корпусе, который в свою очередь механически соединен со статором, цапфу ротора (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).
Известная опора имеет относительно короткий срок службы за счет повышенной износостойкости подшипника.
Также в известной опоре подшипник располагается на большем диаметре, т.к. его внутреннее кольцо прессуется на цапфе ротора. При этом увеличивается масса роторной части опоры. Тела качения располагаются на большем диаметре, вследствие чего - повышенная центробежная нагрузка от тел качения на наружное кольцо подшипника, большее тепловыделение. Внутренние полукольца подшипника монтируются на цапфу ротора с натягом. Это приводит к надирам посадочных поверхностей при сборке и разборке опоры.
Для подвода масла на цапфе ротора известной опоры выполнено множество канавок. Их наличие снижает прочность цапфы, так как они выполнены вдоль оси ротора. Поэтому для повышения прочности и снижения концентраторов напряжений в известной опоре масса цапфы переразмерена с целью сохранения требований надежности. Подача масла осуществляется под козырек гайки и далее к подшипнику, поэтому часть резьбы изрезана канавками, что отрицательно может сказаться на надежности пакета деталей, установленных на цапфе.
Известная опора имеет дополнительные боковые форсунки для подвода масла под сепаратор, т.к. подача масла под козырек гайки неравномерно охлаждает внутреннее кольцо подшипника. Форсунки усложняют конструкцию опоры и снижают надежность при их возможном засорении.
Задачей заявленного изобретения является создание опоры ротора турбомашины, в которой устранены описанные выше недостатки.
Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной опоры ротора турбомашины, является повышение долговечности подшипника и, как следствие, увеличение срока службы опоры в целом, а также уменьшение ее габаритов и массы, снижение расхода масла, что благоприятно скажется на удельных параметрах турбомашины и повысит надежность ее работы.
Указанный технический результат достигается тем, что в опоре ротора турбомашины, содержащей радиально-упорный шариковый подшипник, наружное кольцо которого установлено в корпусе, который в свою очередь механически соединен со статором, цапфу ротора, согласно настоящему изобретению, внутреннее кольцо радиально-упорного шарикового подшипника выполнено зацело с цапфой ротора и в нем выполнены маслоподводящие каналы к шарикам и сепаратору радиально-упорного шарикового подшипника, при этом наружное кольцо радиально-упорного шарикового подшипника выполнено разъемным, кроме того, в разъемном наружном кольце радиально-упорного шарикового подшипника между торцевыми поверхностями полуколец образованы каналы, сообщенные с маслоотводящими канавками, расположенными в корпусе радиально-упорного шарикового подшипника.
Наличие в разъемном наружном кольце радиально-упорного шарикового подшипника между торцевыми поверхностями полуколец каналов, сообщенных с маслоотводящими канавками, расположенными в корпусе радиально-упорного шарикового подшипника, позволяет эффективно отводить горячее масло от подшипника. Масло покидает наружное кольцо подшипника, не образуя при этом несливаемый остаток в углублении дорожки качения. Также через эти канавки вымываются продукты износа и посторонние элементы. Тем самым повышается долговечность подшипника и, как следствие, увеличивается срок службы опоры.
Выполнение зацело внутреннего кольца подшипника с цапфой ротора уменьшает габариты и массу заявленной опоры, повышается точность позиционирования ротора относительно статора, т.к. исчезают дополнительные биения внутреннего кольца относительно ротора, что приводит повышению долговечности подшипника. Подача масла в кольцевую полость под подшипник приводит к выравниванию осевого температурного градиента внутреннего кольца подшипника, а следовательно, снижает перекосы колец подшипника.
Наличие маслопроводящих каналов к сепаратору и шарикам во внутреннем кольце подшипника позволяет более эффективно снимать тепловые потоки от подшипника и ротора. Поэтому опоре потребуется меньшее количество масла, что снижает его расход при работе.
В частном случае реализации заявленной опоры ротора турбомашины торцевые поверхности полуколец выполнены коническими относительно продольной оси ротора, что позволяет однозначно сцентрировать два наружных полукольца относительно друг друга. Это необходимо, т.к. наружное кольцо подшипника, как правило, монтируется в корпусе подшипника с небольшим зазором. При этом повышается технологичность опоры, упрощается сборка, не требуются операции по нагреву и охлаждению элементов опоры при сборке.
На фиг.1 представлен продольный разрез заявленной опоры ротора турбомашины.
На фиг.2 представлен продольный разрез заявленной опоры ротора турбомашины, в которой торцевые поверхности полуколец радиально-упорного шарикового подшипника выполнены коническими относительно продольной оси ротора.
Опора ротора турбомашины содержит радиально-упорный шариковый подшипник 1, наружное кольцо 2 которого установлено в корпусе 3, который в свою очередь механически соединен со статором 4, цапфу ротора 5, при этом внутреннее кольцо 6 радиально-упорного шарикового подшипника 1 выполнено зацело с цапфой ротора 5 и в нем выполнены маслоподводящие каналы 7 к шарикам и сепаратору 8 радиально-упорного шарикового подшипника 1, а наружное кольцо 2 радиально-упорного шарикового подшипника 1 выполнено разъемным из двух полуколец, между торцевыми поверхностями 9 которых образованы каналы, сообщенные с маслоотводящими канавками 10, расположенными в корпусе 3 радиально-упорного шарикового подшипника 1.
Торцевые поверхности 9 полуколец выполнены коническими (фиг.2) относительно продольной оси ротора.
В процессе сборки выставляют цапфу ротора 5 относительно статора 4, включающего корпус 3 подшипника 1 с правым наружным полукольцом. При этом корпус 3 подшипника 1 и статор 4 пока не стянуты болтовым соединением. После этого корпус 3 подшипника 1 с правым полукольцом сдвигается максимально в сторону ротора 5. Сепаратор 8 с телами качения монтируется во внутреннем кольце 6 подшипника 1, выполненном зацело с цапфой ротора 5. После этого корпус 3 подшипника 1 смещается влево и стягивается болтами со статором 4. Далее устанавливается левое полукольцо и полученный пакет деталей наружного кольца 2 подшипника 1 обжимается гайкой и контрится.
В процессе работы опоры радиальная и осевая нагрузка передается от ротора 5 на статор 4 через подшипник 1. Масло подается под внутреннее кольцо подшипника 6 и равномерно через маслопроводящие каналы 7 на тела качения и под сепаратор 8. Эвакуация масла дополнительно осуществляется через маслоотводящие канавки 10 корпуса 3 подшипника 1.