ОПОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
GAS TURBINE ENGINE BEARING

Изобретение относится к опорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.
Известна опора газотурбинного двигателя, включающая подшипник качения, масляная полость которого отделена от воздушной полости металлическими контактными кольцами (С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, «Машиностроение», 1981, стр.204, рис.4.51, г).
Недостатком такой конструкции является низкая ее надежность, из-за повышенной температуры металлических контактных колец при высоких окружных скоростях вращения подшипника.
Наиболее близкой по конструкции является упруго-демпферная опора газотурбинного двигателя, содержащая упругий элемент с установленным в нем наружным кольцом подшипника и жиклерным фланцем, а также установленное на валу контактное графитовое уплотнение (Патент РФ №2191935, F16C 27/00, F02С 7/00, F02С 7/28).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность при повышенном ресурсе газотурбинного двигателя, например, при конверсии авиационного газотурбинного двигателя в двигатель наземного применения из-за износа контактного графитового уплотнения и из-за недостаточного расхода масла, поступающего на смазку подшипника, которое расходуется в основном на охлаждение упорного кольца графитового уплотнения.
Технической задачей, решаемой изобретением, является повышение надежности опоры газотурбинного двигателя путем исключения износа уплотнительных элементов опоры газотурбинного двигателя и увеличения расхода масла на охлаждение и смазку подшипника газотурбинного двигателя.
Сущность изобретения заключается в том, что в опоре газотурбинного двигателя, содержащей упругий элемент с установленным в нем наружным кольцом подшипника, жиклерный фланец с жиклерным каналом подачи масла в масляную полость подшипника, согласно изобретению жиклерный фланец выполнен с радиальной стенкой, плавно переходящей в конический козырек, образующий промежуточную полость сброса масла, с возможностью подачи масла из жиклерного канала вдоль радиальной стенки, конический козырек размещен между сепаратором и внутренним кольцом подшипника с минимальным зазором относительно внутреннего кольца подшипника, при этом масляная полость отделена от воздушной полости ступенчатым лабиринтным уплотнением, а промежуточная полость через каналы связана с масляной полостью подшипника, причем D/d=1-1,2, где D - наружный диаметр лабиринтного гребешка, ближнего к опоре подшипника; d - диаметр внешней беговой дорожки подшипника.
Выполнение жиклерного канала с возможностью подачи масла вдоль радиальной стенки, плавно переходящей в конический козырек, позволяет обеспечить прилипание к стенке струи выходящего из канала жиклера масла, что исключает дробление и унос струи масла частицами барботирующего масла при работе опоры, повышая надежность системы смазки подшипника.
Размещение конического козырька между сепаратором и внутренним кольцом подшипника с минимальным зазором относительно внутреннего кольца подшипника позволяет обеспечить протекание прилипшей к радиальной стенке струи масла далее по коническому козырьку с подачей масла на внутреннее кольцо подшипника в непосредственной близости от беговой дорожки ролика, что способствует снижению температуры внутреннего кольца подшипника и повышению надежности опоры газотурбинного двигателя.
Выполнение на стыке радиальной и цилиндрической стенок фланца промежуточной полости сброса масла, отделенной от масляной полости подшипника направленным в сторону подшипника козырьком, позволяет исключить выброс масла в воздушные полости опоры на переходных режимах работы с обратными (т.е. из масляной полости в воздушную) перепадами давления, что повышает надежность газотурбинного двигателя.
Отделение масляной полости опоры от воздушной полости ступенчатым лабиринтным уплотнением позволяет исключить износ элементов уплотнения в процессе длительной эксплуатации, а также исключить «прострел» горячего воздуха воздушных полостей опоры в масляную полость через радиальные зазоры между фланцем и гребешками лабиринтного уплотнения.
Техническая задача будет решена лишь в том случае, если соотношение наружного диаметра D лабиринтного гребешка лабиринтного уплотнения, ближнего к опоре подшипника, к диаметру d внешней беговой дорожки подшипника составляет 1-1,2. При D/d<1 будет затруднена сборка опоры газотурбинного двигателя, а при D/d>1,2 возможен «прострел» струи масла в воздушную полость на переходных режимах работы газотурбинного двигателя.
Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.
На фиг.1 показан продольный разрез опоры газотурбинного двигателя. На фиг.2 представлен элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.
Опора газотурбинного двигателя 1 состоит из упругого элемента 2, установленного в масляной полости 3, на которой гайкой 4 закреплены жиклерный фланец 5 и наружное кольцо 6 подшипника 7.
Жиклерный фланец 5 выполнен с радиальной стенкой 8, в которой выполнен жиклерный канал 9 подачи масла, и со ступенчатой цилиндрической стенкой 10, по внутренним поверхностям 11 и 12 которой работают уплотнительные гребешки 13 и 14, образующие лабиринтные уплотнения 15 и 16, отделяющие воздушную полость высокого давления 17 от воздушной полости низкого давления 18, которая в свою очередь уплотнением 15 отделена от масляной полости 3 подшипника 7. D - наружный диаметр лабиринтного гребешка 13, ближнего к опоре 1 подшипника 7.
Жиклерный канал 9 выполнен вдоль поверхности 19 радиальной стенки 8, на стыке которой с цилиндрической стенкой 10 выполнена промежуточная полость сброса масла 20, соединенная каналами 21 с масляной полостью 3.
Со стороны подшипника 7 полость сброса масла 20 отделена от масляной полости 3 коническим козырьком 22. Поверхность 19 радиальной стенки 8 плавно переходит в коническую поверхность 23 козырька 22, а обращенная к оси вращения подшипника 7 опоры 1 поверхность 24 козырька 22 расположена между сепаратором 25 и внутренним кольцом 26 подшипника 7 с минимальным зазором Δ относительно внутреннего кольца 26 подшипника 7, а следовательно внешней беговой дорожки 27 подшипника 7, по которой перемещается ролик 28. При этом d - диаметр внешней беговой дорожки 27 подшипника 7.
Внутреннее кольцо 26 подшипника 7 установлено на валу 29, на котором со стороны фланца 5 закреплен диск 30 газотурбинного двигателя. Часть масла на смазку и охлаждение подшипника 7 поступает также из жиклера 31, расположенного с обратной по отношению к фланцу 5 стороны от подшипника 7.
Работает данное устройство следующим образом.
При работе газотурбинного двигателя 1 на основных режимах горячий воздух из полости низкого давления 18, протекая через ступенчатое лабиринтное уплотнение 15, стремится разогреть внутреннее кольцо 26 подшипника 7, что может привести к появлению существенного градиента температуры по длине кольца 26, заклиниванию и выкрашиванию роликов 28. Однако этого не происходит, так как горячий воздух через полость сброса масла 20 и каналы 21 поступает в масляную полость 3, откуда по системе суфлирования (не показано) сбрасывается из газотурбинного двигателя.
Тепловой поток от разогретого до высокой температуры диска 30 по валу 29 также поступает во внутреннее кольцо 26 подшипника 7, что также может привести к упругой деформации кольца 26 и выкрашиванию роликов 28 и беговой дорожки 27. Однако этого не происходит, так как масло из жиклера 9 по радиальной поверхности 19 и конической поверхности 23 козырька 22 поступает на внешнюю беговую дорожку 27 подшипника 7, смазывая его и снижая температуру кольца 26 со стороны диска 30, что приводит к уменьшению градиента температуры по длине кольца 26 и повышает надежность опоры 1 газотурбинного двигателя.
На переходных режимах работы при появлении обратных перепадов давления из масляной полости 3 в воздушную полость низкого давления 18, частицы масла с внешней поверхности кольца 26 сепарируются через полость сброса масла 20 и каналы 21 в масляную полость 3, что исключает поступление масла в воздушные полости 18 и 17 опоры 1.