ОПОРА ВАЛА РОТОРА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ (ВАРИАНТЫ), БРАСЛЕТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ОПОРЫ ВАЛА РОТОРА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ, УЗЕЛ УПЛОТНИТЕЛЬНОГО БРАСЛЕТА ОПОРЫ ВАЛА РОТОРА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ, СЕКЦИЯ КОЛЬЦА БРАСЛЕТНОГО УПЛОТНЕНИЯ ОПОРЫ ВАЛА РОТОРА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ
TURBOJET ENGINE ROTOR SHAFT SUPPORT (VERSIONS), TURBOJET ENGINE ROTOR SHAFT SUPPORT GARTER SEAL, TURBOJET ENGINE ROTOR SHAFT SUPPORT SEALING GARTER ASSEMBLY, TURBOJET ENGINE ROTOR SHAFT SUPPORT GARTER SEAL RING SECTION

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления турбореактивных двигателей.
Известна упругодемпферная опора ротора двигателя, включающая упругий элемент опоры типа «беличье колесо» (С.А. Вьюнов, Ю.И. Гусев, А.В. Карпов и др. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Москва. Машиностроение 1989, стр. 373-377).
Известна опора ротора двигателя, включающая корпус опоры с упругим демпфером типа «беличье колесо» (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. Москва. Наука 2011. стр. 734-736, рис. 15.4, стр. 767).
Известно радиальное секционное уплотнение вала ротора компрессора, включающее корпус уплотнения, графитовые сегменты, браслетную и осевую пружины и разжимное кольцо (С.А. Вьюнов, Ю.И. Гусев, А.В. Карпов и др. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Москва. Машиностроение 1989, стр. 530-535).
Известно радиальное секционное уплотнение вала ротора компрессора, включающее графитовые сегменты, обжимающие вал посредством браслетной пружины. Осевыми пружинами сегменты прижимаются к корпусу уплотнения. От проворота сегменты удерживают стопоры. (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. Москва. Наука 2011. стр. 799-780, рис. 17.17).
К недостаткам известных решений относится недостаточная раскрытость рабочих параметров элементов опоры ротора компрессора, невысокая проработанность адаптации компрессора к работе в летных условиях высокоманевренного самолета.
Задача, решаемая группой изобретений, объединенных единым творческим замыслом, состоит в конструктивной разработке передней опоры вала ротора компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД) с улучшенной системой упругогидравлического демпфирования колебаний вала, повышенным ресурсом двигателя без увеличения габаритов, материалоемкости опоры, трудоемкости монтажа КНД и эксплуатационного обслуживания двигателя.
о.о.м.
о.о.м.
в.у.к.
в.у.к.
б.б.к.
б.б.к.
Поставленная задача решается тем, что опора вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, согласно изобретению, выполнена в качестве передней опоры, снабжена системой упругогидравлического демпфирования и изменения резонансной частоты колебаний вала ротора, содержит роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части, первая из которых включает корпус роликоподшипника, выполненный зацело с кольцевыми элементами, промежуточный из которых снабжен отверстиями для отвода масла, разнесенными по периметру с угловой частотой γ определенной в диапазоне γ=(4,6÷6,6) [ед/рад], а расположенный за ним кольцевой элемент выполнен с Г-образным поперечным профилем и с установленным в нем контактным браслетным уплотнением масляной полости опоры, включающим уплотнительный браслет, подвижно примыкающий к контактной втулке, причем корпус роликоподшипника соединен с корпусом опоры, который охвачен кольцевым элементом внутреннего корпуса входного направляющего аппарата (ВНА) КНД с образованием двух радиально компактных кольцевых полостей, одна из которых снабжена упругим кольцом, которое выполнено тонкостенным разделяющим полость на неодинаковые объемы по разные стороны кольца, в рабочем состоянии компрессора заполненные жидкостью, при этом упругое кольцо снабжено с внешней и внутренней стороны односторонними выступами, взаимно смещенными по окружности через один с угловой частотой γ, определенной в диапазоне γ=(2,2÷4,8) [ед/рад], а вторая из указанных полостей содержит элемент типа «беличье колесо» с функцией изменения резонансной частоты и упругого демпфирования колебаний вала ротора, выполненный в корпусе опоры в виде системы продольных упругих балочек, разделенных прорезями шириной, в (1,1÷2,4) раза превышающей ширину балочек и расположенных с угловой частотой γ, определенной в диапазоне γ=(7,2÷14,4) [ед/рад], причем статорная часть опоры содержит два кольцевых элемента с фланцами, наделенных крышками лабиринтов и прикрепленных к ответному фланцу корпуса опоры, один из указанных элементов замыкает полость «беличьего колеса», другой из указанных элемент разделяет полости суфлирования и наддува воздуха, кроме того, статорная часть опоры включает установленное в корпусе роликоподшипника наружное кольцо последнего, а роторная часть опоры включает цапфу, состоящую из снабженного не менее чем одним уступом полого цилиндрического участка с установленным у фронтального конца цапфы внутренним кольцом роликоподшипника, а на примыкающем к нему участке расположена контактная втулка браслетного уплотнения, упирающаяся в гребешковое кольцо первого лабиринта, которое совместно с ответной крышкой лабиринта разделяет полость суфлирования с полостью наддува воздуха, объем которой ограничен гребешковым кольцом второго лабиринта, установленным на конической диафрагме цапфы, образующей с цилиндрическим участком одно целое и неразъемно соединенной с диском первой ступени вала ротора, при этом внутри цапфы вставлена торцевая втулка с фланцем, разъемно прикрепленным к цапфе с одновременным осевым поджатием внутреннего кольца роликоподшипника, контактной втулки браслетного уплотнения и гребешкового кольца первого лабиринта к уступу цилиндрического участка цапфы.
ц
ц
шт
шт
При этом цилиндрический участок цапфы опоры может быть снабжен с внутренней стороны кольцевой канавкой, образующей совместно с ответной канавкой в стенке шлицевой трубы воздушный коллектор, выполненный сообщающим полость наддува воздуха с воздушной полостью, расположенной в шлицевой трубе, посредством отверстий в цапфе, разнесенных по периметру с угловой частотой γ, определенной в диапазоне γ=(1,11÷1,85) [ед/рад] и отверстий в шлицевой трубе, разнесенных по периметру с угловой частотой γ, определенной в диапазоне γ=(1,59÷1,91) [ед/рад].
Торцевая втулка цапфы опоры может быть сообщена на входе с напорной частью масляной полости и выполнена в виде стакана интегрированного с конической торцевой диафрагмой, обращенной раструбом к воздушной полости и герметично отделяющей масляную полость втулки от осевого участка воздушной полости в шлицевой трубе, причем стакан разделен на две осевых части, входная из которых выполнена с диаметром, превышающим диаметр глубинной части, в которую заведены шлицевая втулка и установленный в ней вал привода маслонасоса передней опоры.
-1
Лента упругого кольца может быть снабжена отверстиями с суммарной площадью поперечного проходного сечения перфорации отверстий в ленте упругого кольца, необходимой и достаточной для рабочего демпфирующего перетока жидкости за период однократного колебательного нажатия вала на внутренний выступ упругого кольца в объеме, составляющем в штатной ситуации работы компрессора не более (1×10) от демпферного объема указанной жидкости в локальной полости между смежными внешними выступами кольца.
Разность между радиусами внешнего и внутреннего выступов упругого кольца, равная радиальной ширине кольцевой полости между ответными поверхностями кольцевого элемента ступицы внутреннего корпуса ВНА и кольцевого участка корпуса опоры, может быть выполнена превышающей в (3,2÷4,6) раза толщину ленты упругого кольца на участках между выступами, а радиальная высота внешнего выступа кольца относительно внешней поверхности ленты кольца на участках между выступами выполнена в (3,7÷5,4) раза больше аналогичной радиальной высоты внутреннего выступа относительно внутренней поверхности ленты кольца.
Опора вала ротора может быть заключена в кольцевом элементе ступицы внутреннего корпуса ВНА, наделенном с внешней стороны силовой конической диафрагмой, которая выполнена за одно целое с указанным элементом корпуса ВНА, обращена раструбом к носовому обтекателю и содержит промежуточный кольцевой элемент с двумя фланцами для крепления маслонасоса опоры и для крепления кожуха, изолирующего масляную полость опоры, а периферийная часть раструба диафрагмы переходящей в силовой обод внутреннего корпуса ВНА, внешняя поверхность которого совмещена с аэродинамическим обводом соответствующего осевого участка внутреннего контура проточной части КНД.
Поставленная задача решается тем, что во второму варианту опора вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, согласно изобретению, выполнена в качестве передней опоры, снабжена системой упругогидравлического демпфирования и изменения резонансной частоты колебаний вала ротора, содержит роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части, статорная часть включает кольцевые элементы, один из них промежуточный, выполненный зацело с корпусом роликоподшипника, снабжен отверстиями для отвода масла, а другой оконечный элемент выполнен с Г-образным поперечным профилем и контактным браслетным уплотнением, масляной полости опоры, включающим уплотнительный браслет, причем корпус опоры охвачен кольцевым элементом внутреннего корпуса входного направляющего аппарата КНД с образованием двух кольцевых полостей, одна из которых снабжена тонкостенным упругим кольцом, разделяющим полость на неравные по обе стороны кольца объемы, заполненные жидкостью, причем упругое кольцо снабжено взаимно смещенными через один с внешней и внутренней стороны выступами, а корпус опоры во второй из указанных полостей снабжен кольцевым участком типа «беличье колесо» с системой продольных балочек и прорезей, ширина которых в (1,1÷2,4) раза превышает ширину упругих балочек, причем статорная часть опоры содержит также два наделенных крышками лабиринтов кольцевых элемента с фланцами, прикрепленными к фланцу корпуса опоры, один из которых замыкает полость с «беличьим колесом», а другой разделяет полости суфлирования и наддува воздуха, кроме того, статорная часть опоры включает установленное в корпусе роликоподшипника наружное кольцо последнего, а роторная часть опоры включает цапфу вала с кольцевым уступом, на цилиндрическом участке которой, начиная от фронтального конца цапфы, последовательно размещены внутреннее кольцо роликоподшипника, контактная втулка браслетного уплотнения и многогребешковое кольцо лабиринта, который совместно с ответной крышкой лабиринта разделяет полость суфлирования и полость наддува воздуха, которая ограничена с противоположной стороны вторым лабиринтом, образованным установленной на конической диафрагме цапфы многогребешковым кольцом совместно с ответной крышкой лабиринта, при этом в цапфу вставлена торцевая втулка с фланцем, разъемно прикрепленная к ней с осевым поджатием внутреннего кольца роликоподшипника, контактной втулки браслетного уплотнения и многогребешкового кольца первого лабиринта к уступу цилиндрического участка цапфы.
в.у.к.
в.у.к.
При этом упругое кольцо может быть снабжено взаимно смещенными через один с внешней и внутренней стороны ленты кольца выступами, с угловой частотой γ, определенной в диапазоне γ=(2,2÷4,8) [ед/рад].
о.о.м.
о.о.м.
Промежуточный кольцевой элемент корпуса роликоподшипника может быть выполнен с отверстиями для отвода масла, разнесенными по периметру с угловой частотой γ определенной в диапазоне γ=(4,6÷6,6) [ед/рад].
б.б.к.
б.б.к.
Балочки «беличьего колеса» могут быть выполнены в корпусе опоры с угловой частотой γ, определенной в диапазоне γ=(7,2÷14,4) [ед/рад].
Поставленная задача в части узла уплотнительного браслета решается тем, что узел уплотнительного браслета масляной полости опоры вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя, согласно изобретению, включает систему защищающих компрессор от протекания смазочной жидкости из масляной полости, взаимно сообщенных между собой и с полостью суфлирования разгрузочных воздушных каналов браслета, содержащего внутреннее уплотнительное, наружное и тыльное кольца, при этом разгрузочные каналы выполнены во фронтальных гранях и внутренних цилиндрических поверхностях внутреннего уплотнительного и тыльного колец браслета с образованием аэродинамической последовательности каналов, причем каналы на фронтальной грани секции тыльного кольца выполнены щелеобразующими с расходящимся с увеличением радиуса раструбом угла створа канала, при этом не менее двух каналов на фронтальной грани секции выполнены сообщенными с осевыми каналами внутренней цилиндрической поверхности секции кольца браслета, кроме того, осевые каналы на внутренней цилиндрической поверхности секции внутреннего кольца выполнены длиной менее толщины секции кольца и объединены на выходе ограниченным по торцам каналом с функцией коллектора, а поверхность фронтальной грани секции внутреннего кольца, обращенная к корпусу роликоподшипника снабжена дуговым коллектором, объединяющим каналы на указанной грани внутреннего кольца, сообщенные с каналами ответной грани секции наружного кольца.
cp.вн.к.
ср.вн.к.
cp.
ср.вн.к.
Поставленная задача в части секции кольца браслета решается тем, что секция кольца браслетного уплотнения опоры вала ротора турбореактивного двигателя, согласно изобретению, выполнена как основной элемент секционированного внутреннего кольца в стационарном браслете браслетного уплотнения масляной полости роликоподшипника передней опоры вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя летательного аппарата, при этом секция выполнена с поперечным сечением, вписанным в условный прямоугольник, а торцы секции расположены в условной радиальной плоскости, проходящей через ось вала ротора, секция выполнена длиной L средней окружности внутреннего кольца радиусом R, составляющей L=(0,20÷0,33)×2πR, причем фронтальная грань секции снабжена разгрузочными воздушными каналами, а тыльная грань секции выполнена гладкой, кроме того, в средней части внешней цилиндрической поверхности выполнена призматическая выемка для ограниченно подвижного в осевом, радиальном и тангенциальном направлениях зацепления с боковыми стенками наиболее широкой части стопорного элемента уплотнительного браслета опоры, а внутренняя цилиндрическая поверхность секции внутреннего кольца снабжена не менее чем четырьмя осевыми каналами, соосными ответным каналам внутренней цилиндрической поверхности примыкающих к ней в браслете со смещением по окружности двух смежных секций тыльного кольца браслета, и выполнены длиной менее толщины секции на совокупную ширину, объединяющего каналы дугового коллектора и расположенной за ним уплотнительной кромки, пролонгированной на часть высоты фронтальной грани секции, при этом поверхность фронтальной грани секции внутреннего кольца, обращенная к корпусу роликоподшипника также снабжена дуговым коллектором, объединяющим каналы указанной грани внутреннего кольца с возможностью сообщения со щелеобразующими каналами, имеющими расходящиеся раструбом створы каналов аналогичных граней ответных секций наружного кольца уплотнительного браслета.
Технический результат группы изобретений, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков передней опоры вала ротора КНД ТРД, заключается в повышении эффективности системы упругогидравлического демпфирования колебаний вала, расширении диапазона рабочих режимов устойчивой работы двигателя с демпфированием колебаний вала ротора без вхождения в резонансные частоты и повышении ресурса двигателя в целом. Это достигают совокупностью разработанных в изобретении конструктивных решений передней опоры, а именно, элемента упругого демпфирования колебаний вала типа «беличье колесо» и установленного в корпусе опоры упругого колеса, работающего в зоне сжатия как упругая криволинейная балка, демпфируя часть энергии колебания разработанной в изобретении лентой кольца, выполненной с выступами с внешней и внутренней стороны ленты и калиброванными отверстиями. При вращении вала конструктивное замедление перетока жидкости из зоны сжатия во внешнем участке ленты кольца в зону разряжения в оппозитном участке полости гасит при этом энергию колебаний, что повышает эффективность упругогидравлического демпфирования колебаний вала в целом, а также за счет уменьшения изнашивания элементов опоры КНД повышает ресурс компрессора в 2 раза и продолжительность межремонтной работы на 18-20%. Разработанная в группе изобретений конструкция браслетного уплотнения масляной полости, окружающей роликоподшипник, обеспечивает улучшенную работу опоры подвергаемого рабочим колебаниям вала ротора за счет более плотного прилегания секционированных элементов браслетного уплотнения к подвижной контактной втулке и снижения возможности проникновения масла в полость суфлирования, а также встречного потока горячих газов и воздуха в масляную полость вследствие улучшенного функционального взаимодействия элементов разработанного браслетного уплотнения в результате найденного в изобретении числа и взаимного расположения колец, частоты секций каждого из колец браслета и совокупного расположения соединительных и коллекторных воздушных каналов на цилиндрических поверхностях и фронтальных гранях секций колец с исключением слипания последних и при повышенной адаптивности прилегания элементов колец уплотнительного браслета к поверхности контактной втулки, что также повышает ресурс компрессора и продолжительность межремонтной работы двигателя.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображена передняя опора вала ротора КНД ТРД, продольный разрез;
на фиг. 2 - фрагмент упругого кольца, вид сбоку;
на фиг. 3 - лента упругого кольца, вид сверху.
на фиг. 4 - контактное браслетное уплотнение вала ротора КНД ТРД, продольный разрез;
на фиг. 5 - фрагмент браслета, соединение стопорным элементом секций внутреннего уплотнительного, наружного и тыльного колец браслетного уплотнения, вид сверху.
Опора вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя летательного аппарата выполнена в качестве передней опоры, снабжена системой упругогидравлического демпфирования и изменения резонансной частоты колебаний вала ротора.
о.о.м.
Опора вала ротора содержит роликоподшипник 1, разделяющий опору на статорную и роторную части. Статорная часть включает корпус 2 роликоподшипника, выполненный зацело с кольцевыми элементами. Промежуточный элемент 3 снабжен отверстиями 4 для оттока масла, разнесенными по периметру с угловой частотой γ определенной в диапазоне
o.o.м.
о.о.м.
γ=N/2π=(4,6÷6,6) [ед/рад],
о.о.м.
где N - общее число отверстий для оттока масла в кольцевом элементе.
Расположенный за промежуточным элементом 3 кольцевой элемент 5 выполнен с Г-образным поперечным профилем. В кольцевой элемент 5 установлено контактное браслетное уплотнение 6 масляной полости 7, которое включает уплотнительный браслет, подвижно примыкающий к контактной втулке 8.
Корпус 2 роликоподшипника соединен с корпусом 9 опоры. Корпус 9 опоры охвачен кольцевым элементом внутреннего корпуса 10 входного направляющего аппарата (ВНА) КНД с образованием двух радиально компактных кольцевых полостей 11 и 12. Кольцевая полость 11 снабжена автономным упругим кольцом 13. Упругое кольцо 13 выполнено тонкостенным, разделяющим полость 11 на неодинаковые по разные стороны кольца 13 объемы, которые в рабочем состоянии компрессора заполнены жидкостью.
в.у.к.
Упругое кольцо 13 снабжено с внешней и внутренней стороны односторонними выступами 14 и 15, взаимно смещенными по окружности через один с угловой частотой γ в диапазоне
в.у.к.
в.
γ=N/2π=(2,2÷4,8) [ед/рад],
в.у.к.
в.
где γ - угловая частота внешних и внутренних выступов упругого кольца, N - общее число выступов с обеих сторон ленты упругого кольца.
б.б.к.
Вторая кольцевая полость 12 содержит элемент типа «беличье колесо» с функцией изменения резонансной частоты и упругого демпфирования колебаний вала ротора, выполненный в корпусе 9 опоры в виде системы продольных упругих балочек 16, разделенных прорезями, выполненных шириной, в (1,1÷2,4) раза превышающей ширину балочек 16, и расположенных с угловой частотой γ, определенной в диапазоне
б.б.к.
б.б.к.
γ=N/2π=(7,2÷14,4) [ед/рад],
б.б.к.
_
где N число упругих балочек в «беличьем колесе», разделенных параллельными прорезями.
Статорная часть опоры содержит два кольцевых элемента 17 и 18, наделенных крышками 19 и 20 лабиринтов 21 и 22. Кольцевые элементы 17 и 18 фланцами прикреплены к ответному фланцу корпуса 9 опоры. Кольцевой элемент 17 замыкает полость «беличьего колеса». Кольцевой элемент 18 разделяет полость 23 суфлирования и полость 24 наддува воздуха. Статорная часть опоры включает также установленное в корпусе 2 роликоподшипника 1 наружное кольцо 25 последнего.
Роторная часть опоры включает цапфу 26, состоящую из снабженного не менее чем одним уступом 27 полого цилиндрического участка 28 и конической диафрагмы 29, неразъемно соединенной с диском первой ступени вала ротора. У фронтального конца цапфы установлено внутреннее кольцо 30 роликоподшипника 1. На примыкающем к нему участке расположена контактная втулка 8 браслетного уплотнения 6, упирающаяся в гребешковое кольцо 31 первого лабиринта 21, которое совместно с ответной крышкой 19 лабиринта разделяет полость 23 суфлирования с полостью 24 наддува воздуха. Объем полости 24 наддува воздуха ограничен гребешковым кольцом 32 второго лабиринта 22, который установлен на конической диафрагме 29 цапфы 25.
Внутри цапфы 26 вставлена торцевая втулка 33 с фланцем 34, разъемно прикрепленным к цапфе 26 с одновременным осевым поджатием внутреннего кольца 30 роликоподшипника 1, контактной втулки 8 браслетного уплотнения 6 и гребешкового кольца 31 первого лабиринта 21 к уступу 27 цилиндрического участка 28 цапфы.
ц
ц
шт
шт
Цилиндрический участок 28 цапфы 26 опоры снабжен с внутренней стороны кольцевой канавкой, образующей совместно с ответной канавкой в стенке шлицевой трубы 35 воздушный коллектор 36. Воздушный коллектор 36 выполнен сообщающим полость 24 наддува воздуха с воздушной полостью 37, расположенной в шлицевой трубе 35, посредством отверстий 38 в цапфе и отверстий 39 шлицевой трубе. Отверстия 38 в цапфе разнесены по периметру с угловой частотой γ, определенной в диапазоне γ=(1,11÷1,85) [ед/рад]. Отверстия 39 в шлицевой трубе разнесены по периметру с угловой частотой γ, определенной в диапазоне γ=(1,59÷1,91) [ед/рад].
Торцевая втулка 33 цапфы 26 опоры сообщена на входе с напорной частью масляной полости 40 и выполнена в виде стакана 41 интегрированного с конической торцевой диафрагмой 42. Диафрагма 42 обращена раструбом к воздушной полости 37 и герметично отделяет масляную полость 40 втулки 33 от осевого участка воздушной полости 37 в шлицевой трубе 35. Стакан 41 разделен на две осевых части. Входная часть выполнена с диаметром, превышающим диаметр глубинной части. В глубинную часть стакана 41 заведены шлицевая втулка 43 и установленный в ней вал 44 привода маслонасоса передней опоры.
-1
Лента 45 упругого кольца 13 снабжена отверстиями 46 с суммарной площадью поперечного проходного сечения перфорации отверстий в ленте 45 упругого кольца 13, необходимой и достаточной для рабочего демпфирующего перетока жидкости за период однократного колебательного нажатия вала на внутренний выступ 15 упругого кольца 13 в объеме, составляющем в штатной ситуации работы компрессора не более 1×10 от демпферного объема указанной жидкости в локальной полости между смежными внешними выступами 14 упругого кольца 13. Разность между радиусами внешнего и внутреннего выступов 14 и 15 упругого кольца 13, равная радиальной ширине кольцевой полости между ответными поверхностями кольцевого элемента ступицы внутреннего корпуса 10 ВНА и кольцевого участка корпуса 9 опоры, выполнена превышающей в (3,2÷4,6) раза толщину ленты 45 упругого кольца 13 на участках между выступами. Радиальная высота внешнего выступа 14 кольца 13 относительно внешней поверхности ленты 45 кольца на участках между выступами выполнена в (3,7÷5,4) раза больше аналогичной радиальной высоты внутреннего выступа 15 относительно внутренней поверхности ленты 45 кольца.
Опора вала ротора заключена в кольцевом элементе ступицы внутреннего корпуса 9 ВНА, наделенном с внешней стороны силовой конической диафрагмой 47. Диафрагма 47 выполнена за одно целое с указанным элементом корпуса 9 ВНА и обращена раструбом к носовому обтекателю. Диафрагма 47 содержит промежуточный кольцевой элемент 48 с двумя фланцами. Промежуточный фланец 49 выполнен для крепления маслонасоса опоры. Концевой фланец 50 выполнен для крепления кожуха, изолирующего масляную полость 7 опоры. Периферийная часть раструба диафрагмы 47 переходящей в силовой обод внутреннего корпуса 9 ВНА, внешняя поверхность которого совмещена с аэродинамическим обводом соответствующего осевого участка внутреннего контура проточной части КНД.
Контактное браслетное уплотнение выполнено для уплотнения масляной полости передней опоры вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя летательного аппарата с размещением между масляной полостью и полостью суфлирования опоры. Браслетное уплотнение 6 включает контактную втулку 8, размещенную на цилиндрическом участке 28 цапфы 26 вала ротора с подвижным примыканием к контактным поверхностям колец браслета, упруго-подвижно установленного в пролонгированной части корпуса 2 роликоподшипника. Контактная втулка 8 уплотнения состоит из внутреннего и внешнего колец 51 и 52. Внутреннее кольцо 51 имеет фронтальный упорный торец с Г-образным профилем в поперечном сечении и обращенную к цапфе 26 посадочную поверхность. Внешнее кольцо 52 выполнено с внутренним спиральным оребрением и с обращенной к браслету наружной контактной поверхностью.
Браслет выполнен состоящим из трех многосекционных колец. Внутреннее уплотнительное кольцо 53 и радиально охватывающее его наружное кольцо 54 установлены в браслете с фронтальной стороны. Третье кольцо 55 браслета выполнено тыльным и примыкает к первым двум кольцам 53, 54 боковой гранью. Часть граней колец 53, 54, 55 браслета снабжена разгрузочными воздушными каналами 56.
Внешние цилиндрические поверхности наружного кольца 54 и тыльного кольцо 55 браслета снабжены каждая кольцевым пазом 57 в виде секторного участка с поперечным сечением двоякой кривизны глубиной не более половины внешнего диаметра пружины 58, проложенной в пазу и стягивающей секции колец браслета. От осевого смещения браслет упруго зафиксирован упорным и стопорным кольцами 59 и 60, установленными с тыльной стороны последнего. Для этого в каждой секции тыльного кольца 55 выполнено не менее двух разнесенных по длине дуги секции глухих отверстий 61, в которых установлены упирающиеся в упорное кольцо 59 пружины 62 сжатия с осью, ориентированной параллельной оси вала ротора.
Каждая секция наружного и тыльного колец 54 и 55 выполнена с возможностью опирания торцами встык на ответные боковые грани стопорных элементов 63 браслета, имеющих конфигурацию боковых стенок со ступенчатым расширением стопорного элемента в направлении ко входу в КНД. Стопорные элемены 63 ограниченно подвижно в осевом и радиальном направлениях установлены на штифтах корпуса 2 роликоподшипника. Каждая секция внутреннего кольца 53 смещена по окружности относительно осевой плоскости стопорного элемента 63 на половину длины дуги секции и выполнена в средней части с призматической выемкой 64, торцевые стенки которой обращены к стопорному элементу 63, и разнесены на расстояние, достаточное для частичного торцевого зацепления за соответствующий высотный участок оппозитных ступенчатых стенок стопорного элемента 63.
н.к.
Секции каждого кольца 53, 54, 55 браслета выполнены равной длины в пределах кольца и отличаются по длине от кольца к кольцу браслета. Секции внутреннего кольца 53 имеют наибольшую длину, а длина L секции наружного кольца 54 выполнена наименьшей из трех указанных колец, и составляет
н.к.
ср.в.к.
c.в.к.
max
с.э.
L=2πR/N-L, [мм]
cp.в.к.
с.в.к.
max
с.э.
где R - средний радиус секции внутреннего кольца, N - число секций во внутреннем кольце браслета, L - максимальная ширина стопорного элемента.
с.б.у.
Каждое кольцо 53, 54, 55 браслета выполнено из локальных секций, собранных с угловой частотой γ, определенной в диапазоне
с.б.у.
c
γ=N/2π=(0,47÷0,79) [ед/рад],
c
где N - число секций в кольце уплотнительного браслета.
Тыльное кольцо 55 выполнено радиальной высотой, соответствующей суммарной радиальной высоте Σh внутреннего и наружного колец 53 и 54 браслета.
Узел уплотнительного браслета масляной полости передней опоры вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя летательного аппарата включает систему взаимно сообщенных между собой и с полостью 23 суфлирования опоры вала ротора разгрузочных воздушных каналов 56 уплотнительного браслета, защищающих компрессор от протекания смазочной жидкости из масляной полости 7 опоры вала ротора.
Каналы 56 выполнены во фронтальных гранях и внутренних цилиндрических поверхностях внутреннего и тыльного колец 53, 55 браслета с образованием аэродинамической последовательности каналов. Каналы 56 на фронтальной грани секции тыльного кольца 55 выполнены щелеобразующими с расходящимся с увеличением радиуса раструбом угла створа канала. Не менее двух каналов на фронтальной грани секции выполнены сообщенными с осевыми каналами 65 внутренней цилиндрической поверхности секции кольца 55 браслета.
Осевые каналы (на чертежах не показано) на внутренней цилиндрической поверхности секции внутреннего кольца 53 выполнены длиной менее толщины секции кольца и объединены на выходе ограниченным по торцам каналом с функцией дугового коллектора (на чертежах не показано). Поверхность фронтальной грани секции внутреннего кольца 53, обращенная к корпусу 2 роликоподшипника также снабжена дуговым коллектором (на чертежах не показано), объединяющим каналы на указанной грани внутреннего кольца 53, сообщенные с каналами ответной грани секции наружного кольца 54.
ср.вн.к.
ср.вн.к.
Секция внутреннего уплотнительного кольца 53 браслетного уплотнения 6 масляной полости 7 роликоподшипника 1 передней опоры вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя летательного аппарата выполнена с поперечным сечением, вписанным в условный прямоугольник. Секции выполнены длиной L средней окружности внутреннего кольца 53 радиусом R, составляющей
ср.
cp.вн.к.
L=(0,20÷0,33)×2πR.
Фронтальная грань секции снабжена разгрузочными воздушными каналами 56. Тыльная грань секции кольца 53 выполнена гладкой. В средней части внешней цилиндрической поверхности выполнена призматическая выемка 64 для ограниченно подвижного в осевом, радиальном и тангенциальном направлениях зацепления с боковыми стенками наиболее широкой части стопорного элемента 63 браслета опоры.
Внутренняя цилиндрическая поверхность секции кольца 53 снабжена не менее чем четырьмя осевыми каналами 66, соосными ответным каналам внутренней цилиндрической поверхности примыкающих к ней в браслете со смещением по окружности двух смежных секций тыльного кольца 55 браслета. Каналы 66 выполнены длиной менее толщины секции на совокупную ширину, объединяющего каналы дугового коллектора и расположенной за ним уплотнительной кромки, пролонгированной на часть высоты фронтальной грани секции кольца 52. Поверхность фронтальной грани секции внутреннего кольца 53, обращенная к корпусу 2 роликоподшипника также снабжена дуговым коллектором, объединяющим каналы указанной грани внутреннего кольца 53 с возможностью сообщения с щелеобразующими каналами, имеющими расходящиеся раструбом створы каналов аналогичных граней ответных секций наружного кольца 54 браслета.
Таким образом, за счет конструктивно проработанного корпуса передней опоры вала ротора с установленным в корпусе упругим кольцом с улучшенной системой демпфирования колебаний вала ротора, а также с установленным в корпусе конструкции типа «беличье колесо», достигают расширения диапазона рабочих режимов устойчивой работы двигателя с демпфированием колебаний вала ротора без вхождения в резонансные частоты, чем обеспечивают повышение ресурса компрессора и двигателя в целом.
в.у.к.
в.у.к.
в.у.к.
Причем технический результат оптимального демпфирования колебаний вала ротора в рабочем диапазоне режимов вращения вала обеспечивают совокупностью найденных в изобретении параметров упругого кольца 13 - угловой частоты, геометрических параметров и взаимного смещения односторонних выступов 14, 15 с двух сторон ленты 45 по периметру кольца 13, диаметрами и совокупной площадью поперечного сечения переточных отверстий 46 на участке кольца между смежными выступами, а также частотами колебаний вала в рабочих режимах вращения ротора, а именно, угловой частотой общего числа выступов γ, принимаемой в указанном диапазоне (2,2÷4,8) [ед/рад]. При угловой частоте γ>4,8 [ед/рад] происходит неоправданное повышение жесткости кольца 13 между выступами 14, 15, сверхтребуемого для конструктивного замедления демпфирующего перетока жидкости через отверстия 46 в ленте 45 кольца, возрастает нетребуемая процессом демпфирования материало- и трудоемкость изготовления кольца 13. При выходе угловой частоты в область значений γ<2,2 [ед/рад] рассогласованно с процессом требуемого упругогидравлического демпфирования снижается роль упругости ленты 45.
б.б.к..
б.б.к.
Кроме того, технический результат выведения критических резонансных частот колебаний вала ротора ниже диапазона рабочих режимов вращения, согласно изобретению, достигается при угловой частоте и геометрических параметрах упругих балочек 16 и прорезей между ними, принимаемых в диапазоне значений (7,2÷14,4) [ед/рад] с одновременным соблюдением условия, при котором ширина прорезей в (1,1÷2,4) раза превышает ширину упругих балочек 16. При соблюдении принятых в изобретении геометрических параметров элементов «беличьего колеса» и соотношения параметров ширины величин «балочка/прорезь» достигают оптимальное сочетание требуемой общей жесткости опоры и функционального назначения элемента упругого демпфирования колебаний вала с необходимым выводом критических резонансных частот ниже рабочего диапазона допустимых колебаний вала ротора. При выходе за пределы найденных в изобретении соотношений значений частоты балочек 16 и прорезей γ<7,2 [ед/рад] и γ>14,4 [ед/рад] недопустимо снижается эффективность влияния конструкции «беличьего колеса» на жесткость опоры и на допустимые напряжения по запасам прочности при прогибе опоры, и как следствие, не обеспечивает достижение требуемого результата упругого демпфирования колебаний вала.
Пример реализации изобретения.
При монтаже передней опоры вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя устанавливают на цилиндрический участок 28 цапфы 26 роликоподшипник 1 передней опоры ротора и элементы контактного и бесконтактного уплотнений данной опоры.
Цапфу 26 выполняют с переменным диаметром, ступенчато уменьшающимся через уступ 27 от ступицы диска первой ступени к фронтальному концу цапфы. Цапфа 26 выполнена ступенчатой для обеспечения ее равнопрочности по длине и для обеспечения установки контактной втулки 8 браслетного уплотнения 6 и гребешкового кольца 31 первого лабиринта 21 бесконтактного уплотнения, а также внутреннего кольца 30 роликоподшипника 1, исключающих взаимное повреждение посадочных поверхностей указанных элементов. На коническую диафрагму 29 цапфы 26 устанавливают гребешковое кольцо 32 второго лабиринта 22. Гребешковое кольцо 31 лабиринта 21 совместно с ответной крышкой 19 лабиринта разделяет полость 23 суфлирования с полостью 24 наддува воздуха. Объем полости 24 наддува воздуха ограничен в сочетании с крышкой 20 лабиринта гребешковым кольцом 32 второго лабиринта 22. Для подвода воздуха в межлабиринтное пространство в цапфе 26 выполняют группу отверстий 38. Двухярусность гребешков колец 31, 32 лабиринтов 21, 22 обеспечивает исключение прямого прососа воздуха или масляно-воздушной смеси через лабиринты, что увеличивает его эффективность как бесконтактного уплотнения. Внутри цапфы 26 вставляют торцевую втулку 33 с фланцем 34, разъемно прикрепленным к цапфе 26 с одновременным осевым поджатием внутреннего кольца 30 роликоподшипника 1, контактной втулки 8 браслетного уплотнения 6 и гребешкового кольца 31 первого лабиринта 21 к уступу 27 цилиндрического участка 28 цапфы.
На следующий в сторону уменьшения диаметра цапфы 23 участок устанавливают контактную втулку 29. Контактную втулку 29 охлаждают маслом, подаваемым по выполненным в цапфе 23 отверстиям 83. Отверстия 83 наклонными для уменьшения осевого размера цапфы 23 и обеспечения уплотнений внутреннего диаметра цапфы, исключающие попадание масла из масляной полости 48 в воздушную полость 50.
Корпус 2 роликоподшипника выполняют зацело с кольцевыми элементами 3 и 5. Промежуточный элемент 3 снабжают отверстиями 4 для оттока масла. Расположенный за промежуточным элементом 3 кольцевой элемент 5 выполнен с Г-образным поперечным профилем. В кольцевой элемент 5 устанавливают контактное браслетное уплотнение 6 масляной полости 7, которое включает уплотнительный браслет, подвижно примыкающий к контактной втулке 8.
Корпус 2 роликоподшипника соединен с корпусом 9 опоры. Корпус 9 опоры охвачен кольцевым элементом внутреннего корпуса 10 ВНА КНД с образованием двух радиально компактных кольцевых полостей 11 и 12. В кольцевую полость 11 устанавливают упругое кольцо 13. Упругое кольцо 13 выполнено тонкостенным, разделяющим полость 11 на неодинаковые по разные стороны кольца 13 объемы, которые в рабочем состоянии компрессора заполнены жидкостью типа авиационного моторного масла.
Упругое кольцо 13 выполняют из стали в виде бесконечной ленты 45. Упругое кольцо 13 снабжают выполненными по периметру ленты кольца односторонними выступами 14, 15 с внешней и внутренней стороны кольца 13, взаимно смещенными по окружности через один с угловой частотой 3,2 [ед/рад]. Выступы 14 с внешней стороны ленты 45 кольца выполняют радиальной высотой превышения над внешней поверхностью ленты, составляющей 1,05 мм. Превышение внутреннего выступа 15 над внутренней поверхностью ленты 45 кольца составляет 0,21 мм. Ленту 45 кольца снабжают перфорацией в виде групп отверстий 46 диаметром 0,7 мм в количестве 4 штук на каждый участок между двумя смежными выступами.
Кольцевая полость 9 содержит элемент упругого демпфирования колебаний вала ротора, выполненный непосредственно в теле корпуса 6 опоры вала ротора в виде кольцевой конструкции типа «беличье колесо», включающей систему продольно ориентированных разделенных прорезями упругих балочек 16 в количестве 68 балочек.
Монтаж браслетного уплотнения 6 начинают со сборки уплотнительных колец 53, 54, 55, которую производят на монтажной оправке. Последовательно укладывают вокруг оправки четыре секции внутреннего уплотнительного кольца 53. В выемках каждой секции внутреннего кольца 53 устанавливают стопорные элементы 63. Затем со смещением по окружности на половину длины секции устанавливают между стопорными элементами 63 секции наружного кольца 54 и стягивают два предварительно собранных кольца 53, 54 пружиной 58. После чего поверх собранных колец 53, 54 укладывают между стопорными элементами 63 секции тыльного кольца 55, ориентируя глухие отверстия 61 под осевые пружины 62 в тыльную сторону относительно направления полета. После чего стягивают предварительно собранное тыльное кольцо 55 второй пружиной 58. Собранную заготовку уплотнительного браслета снимают с оправки и переносят в кольцевой элемент 5 корпус 2 роликоподшипника, устанавливая его пазами стопорных элементов 63 на штифты установленного вертикально корпуса 2 роликоподшипника. Устанавливают в глухие отверстия 61 секций тыльного кольца 55 осевые пружины 62 и поджимают свободные концы пружин 62 упорным кольцом 59. Затем фиксируют собранный браслет в корпусе 2 роликоподшипника стопорным кольцом 60 и производят надвижку корпуса 2 роликоподшипника со смонтированным с нем уплотнительным браслетом на контактную втулку 8.
Работает передняя опора вала ротора ТРД следующим образом.
Возникающие при вращении вала колебания ротора КНД демпфирует упругогидравлическая система опоры, включающая упругое кольцо 13, заключенное в кольцевой полости 11, заполненной под давлением моторным маслом. При динамическом радиальном колебательном надавливании вала на упругое кольцо 13, работающее в зоне сжатия как упругая криволинейная балка на двух опорах часть энергии колебания демпфируется за счет упругого сопротивления ленты 45 кольца 13 происходит гасящий энергию колебания конструктивно замедленный переток жидкости из зоны сжатия в зону разряжения через калиброванные отверстия 46, чем также гасится энергия колебания вала. При переносе нажатия вала на другие участки кольца 13 процесс демпфирования колебаний повторяется, а в предшествующей зоне происходит конструктивно замедленный перфорацией ленты кольца возвратный переток жидкости, также создающий дополнительное демпфирование колебаний вала.
В другой кольцевой полости 12 корпуса опоры, содержащей систему упругих балочек 16, в процессе вращения вала и динамической смены режимов вращения происходит изменение критических частот колебаний вала и через систему балочек 16 происходит вывод критических частот ниже предела диапазона рабочих режимов работы вала, чем достигается повышение безопасной работы компрессора и двигателя в процессе эксплуатации ТРД ЛА.
Контактное браслетное уплотнение работает следующим образом. При включенном двигателе в масляной полости 7, окружающей роликоподшипник, устанавливается рабочее давление смазочной жидкости, подвижно замыкаемой уплотняющей кромкой внутреннего уплотнительного кольца 53 браслета. С другой стороны в полость 23 суфлирования нагнетают из полости наддува воздуха избыточное давление с положительным рабочим перепадом относительно давления с масляной полости 7. При этом воздух из полости 23 суфлирования, заходя сверху и снизу браслетного уплотнения 6 заполняет систему воздушных разгрузочных каналов 56 между боковыми гранями и внутренними кольцевыми поверхностями секций колец 53, 54, 55 браслета, предотвращая их слипание и обеспечивая высокие эксплуатационные качества браслетного уплотнения.
Таким образом, за счет конструктивно проработанного корпуса передней опоры вала ротора обеспечивают повышение ресурса компрессора и двигателя в целом.