ОПОРА КОМПРЕССОРА НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ТУРБОМАШИНЫ
SUPPORT OF LOW-PRESSURE COMPRESSOR OF TURBOMACHINE

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции радиально-упорной опоры со стяжным устройством компрессора и турбины ротора низкого давления газотурбинного двигателя.
В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбрана опора компрессора низкого давления турбомашины, содержащая промежуточный вал, в котором установлена цапфа ротора компрессора и соединена с ним в окружном направлении посредством шлицевого соединения, а в осевом направлении посредством стяжной трубы, последовательно установленные на промежуточном валу шариковый подшипник, наружное кольцо которого соединено с его корпусом посредством фланцевого соединения, графитовое уплотнение, корпус которого соединен с корпусом шарикового подшипника, лабиринтное уплотнение, причем упомянутые уплотнения и внутреннее кольцо шарикового подшипника зафиксированы относительно промежуточного вала в осевом направлении посредством упорного торца и гайки, выполненного и установленной по резьбе соответственно на промежуточном валу, маслоподводящий козырек, образующий с наружной поверхностью промежуточного вала кольцевую маслоподводящую полость, диаметрально расположенную ниже посадочного диаметра внутреннего кольца шарикового подшипника и сообщенную с кольцевыми и осевыми маслоподводящими канавками, выполненными на промежуточном валу и подведенными к внутреннему кольцу шарикового подшипника (см. рис. 3.4, стр. 118, «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. - 355 с.; ил.).
Известному техническому решению присущи следующие недостатки. За счет того, что в известной конструкции гайка обжатия внутреннего кольца шарикового подшипника установлена со стороны турбины, упорный торец выполнен со стороны компрессора относительно шарикового подшипника, а фланец наружного кольца шарикового подшипника состыкован с фланцем корпуса опоры со стороны турбины, постановка шарикового подшипника в турбомашину возможна только в составе собранной опоры, включающей корпус, уплотнения и промежуточный вал. Поэтому после монтажа опоры в турбомашину невозможно проконтролировать торцевое биение внутреннего кольца подшипника относительно наружного кольца. Наличие повышенного биения, т.е. потеря соосности, негативно сказывается на работоспособности подшипника с выделением повышенного тепловыделения и последующим разрушением подшипника. Также корпус графитового уплотнения соединен с корпусом шарикового подшипника посредством неразборного соединения. В процессе дефектации графитового уплотнения необходимо полностью разобрать опору. При этом необходимо удерживать ротор турбины в осевом направлении, для этого требуется доступ к опоре турбины. Это усложняет и удорожает дефектацию уплотнений и подшипника, снижает технологичность турбомашины. Наличие маслоподводящих каналов, проходящих по совместной резьбе гайки и промежуточного вала, снижает прочность резьбового соединения за счет дополнительных концентраторов напряжений, что также снижает ресурс опоры в целом. При этом резьба гайки для снижения коэффициента трения при затяжке, как правило, смазывается графитовой смазкой, которая засоряет маслоподводящие каналы и засоряет масло. Так как маслоподводящая полость выполнена на гайке, то ее диаметрально невозможно расположить значительно ниже подшипника, не увеличив радиальные каналы, проходящие по резьбе. Тем самым снижается центробежный эффект подвода масла на подшипник.
Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является повышение работоспособности, надежности и технологичности опоры за счет дополнительного контроля соосности и удобства дефектации подшипника и уплотнений.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной опоре компрессора низкого давления турбомашины, содержащей промежуточный вал, в котором установлена цапфа ротора компрессора и соединена с ним в окружном направлении посредством шлицевого соединения, а в осевом направлении посредством стяжной трубы, последовательно установленные на промежуточном валу шариковый подшипник, наружное кольцо которого соединено с его корпусом посредством фланцевого соединения, графитовое уплотнение, корпус которого соединен с корпусом шарикового подшипника, лабиринтное уплотнение, причем упомянутые уплотнения и внутреннее кольцо шарикового подшипника зафиксированы относительно промежуточного вала в осевом направлении посредством упорного торца и гайки, выполненного и установленной по резьбе соответственно на промежуточном валу, маслоподводящий козырек, образующий с наружной поверхностью промежуточного вала кольцевую маслоподводящую полость, диаметрально расположенную ниже посадочного диаметра внутреннего кольца шарикового подшипника и сообщенную с кольцевыми и осевыми маслоподводящими канавками, выполненными на промежуточном валу и подведенными к внутреннему кольцу шарикового подшипника, согласно настоящему изобретению относительно шарикового подшипника гайка установлена со стороны компрессора, а упорный торец выполнен со стороны турбины зацело с промежуточным валом, при этом в упомянутом фланцевом соединении наружного кольца шарикового подшипника с корпусом шарикового подшипника фланец наружного кольца шарикового подшипника расположен со стороны компрессора относительно фланца корпуса шарикового подшипника, а маслоподводящий козырек выполнен на упорном торце, при этом соединение корпуса графитового уплотнения с корпусом шарикового подшипника выполнено разборным.
Такое выполнение устройства позволяет на установленной опоре в турбомашине проверить торцевое биение внутреннего кольца подшипника относительно наружного кольца при отсутствии ротора компрессора, уплотнений и с технологической фиксацией подшипника на промежуточном валу. Это стало возможно благодаря дополнительному фланцевому соединению корпуса графитового уплотнения с корпусом опоры. Это предохраняет от возможных ошибок по обеспечению соосности и обеспечивает прогнозируемую работоспособность подшипника в процессе эксплуатации. Также при дефектации уплотнений и подшипника не требуется демонтаж корпуса опоры с промежуточным валом, удерживающим ротор турбины, достаточно обеспечить его фиксирование с помощью промежуточного вала со стороны компрессора, при этом не нарушается осевое выставление ротора турбины.
Кроме того, маслоподводящая полость сообщена с кольцевыми и осевыми маслоподводящими канавками посредством отверстий в промежуточном валу, выполненных под наклоном к продольной оси опоры.
При этом маслоподводящие каналы не проходят по резьбовому соединению гайки с промежуточным валом (как в прототипе), в следствие этого повышается прочность резьбового соединения. Твердая смазка, нанесенная на резьбу гайки, не загрязняет масла. Выполненные под наклоном к продольной оси опоры отверстия позволяют расположить маслоподводящию полость на меньшем диаметре, чем в прототипе, при этом эффективность подвода масла на подшипник возрастет за счет увеличения центробежной силы масла.
Сущность настоящего изобретения поясняется чертежом, на котором изображен продольный разрез заявленной опоры компрессора низкого давления турбомашины.
Опора компрессора низкого давления турбомашины содержит промежуточный вал 1, в котором установлена цапфа ротора компрессора 2 и соединена с ним в окружном направлении посредством шлицевого соединения 3, а в осевом направлении посредством стяжной трубы 4, последовательно установленные на промежуточном валу 1 шариковый подшипник 5, наружное кольцо 6 которого соединено с его корпусом 7 посредством фланцевого соединения, графитовое уплотнение 8, корпус 9 которого соединен с корпусом 7 шарикового подшипника 5, лабиринтное уплотнение 10, причем упомянутые уплотнения 8, 10 и внутреннее кольцо 11 шарикового подшипника 5 зафиксированы относительно промежуточного вала 1 в осевом направлении посредством упорного торца 12 и гайки 13, выполненного и установленной по резьбе соответственно на промежуточном валу 1, маслоподводящий козырек 14, образующий с наружной поверхностью промежуточного вала 1 кольцевую маслоподводящую полость 15, диаметрально расположенную ниже посадочного диаметра внутреннего кольца 11 шарикового подшипника 5 и сообщенную с кольцевыми и осевыми маслоподводящими канавками 16, 17, выполненными на промежуточном валу 1 и подведенными к внутреннему кольцу 11 шарикового подшипника 5, при этом относительно шарикового подшипника 5 гайка 13 установлена со стороны компрессора, а упорный торец 12 выполнен со стороны турбины зацело с промежуточным валом 1, при этом в упомянутом фланцевом соединении наружного кольца 6 шарикового подшипника 5 с корпусом 7 шарикового подшипника 5 фланец наружного кольца 6 шарикового подшипника 5 расположен со стороны компрессора относительно фланца корпуса 7 шарикового подшипника 5, а маслоподводящий козырек 14 выполнен на упорном торце 12, при этом соединение корпуса 9 графитового уплотнения 8 с корпусом 7 шарикового подшипника 5 выполнено разборным, например, посредством фланцевого соединения, где фланец 18 корпуса 9 графитового уплотнения 8 относительно фланца 19 корпуса 7 шарикового подшипника 5 выполнен со стороны компрессора.
При этом маслоподводящая полость 15 сообщена с кольцевыми и осевыми маслоподводящими канавками 16, 17 посредством отверстий 20 в промежуточном валу 1, выполненных под наклоном к продольной оси опоры.
Работа заявленной опоры ротора турбомашины осуществляется следующим образом.
Крутящий момент от ротора турбины передается на ротор компрессора 2 через промежуточный вал 1 и шлицевое соединение 3. При этом ротор компрессора 2 зафиксирован в осевом направлении посредством стяжной трубы 4. Суммарная осевая нагрузка от роторов передается через шариковый подшипник 5 на корпус 7. Осевая фиксация шарикового подшипника 5 относительно промежуточного вала 1 обеспечивается гайкой 13 и упорным торцом 12 через детали уплотнений 10 и 8.
При дефектации уплотнений и подшипника при отсутствующем роторе компрессора 2 достаточно снять гайку 13, лабиринтное уплотнение 10 и корпус 9 графитового уплотнения 8. При этом возможен осмотр шарикового подшипника 5, его замена без демонтажа корпуса 7, либо проверка торцевого биения внутреннего кольца 11 шарикового подшипника 5 относительно наружного кольца 6 при сборке турбомашины. Все это повышает надежность, работоспособность и технологичность опоры и турбомашины в целом.