УЗЕЛ ОПОРЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
GAS TURBINE ENGINE SUPPORT ASSEMBLY

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и энергетического машиностроения, преимущественно к системам смазки и охлаждения подшипниковых опор газотурбинных двигателей и может быть использована для увеличения эффективности смазки и охлаждения подшипников, например, высокотемпературных авиационных газотурбинных двигателей, где применение охлаждения масло-воздушной смесью не представляется возможным, вследствие специфичных условий работы, таких как работа, в агрессивной газовой среде или применение в спецтехнике, где не допускается попадание масла в проточную полость.
Известен узел опоры газотурбинного двигателя (патент РФ №172603 МПК F16C 27/00, опубл. 14.07.2017) содержащий корпус, шарикоподшипник с наружным и внутренним кольцами, при этом с обоих торцов шарикоподшипника образованы полости, содержащие смазку, в одной из полостей расположено графитовое кольцо, которое с одной торцевой стороны сопряжено при помощи осевой пружины и направляющего штифта с крышкой, размещенной в корпусе опоры, а с другой стороны упирается в выступ втулки, установленной на валу. Недостатками известной конструкции является то, что невозможно подобрать требуемую скорость износа графитового кольца, вследствие нестабильности шероховатости. При этом, надежность подвода смазки резко снижается в течение требуемого ресурса. Продукты износа из зоны трения не удаляются.
Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретения, является обеспечение надежной работы опоры газотурбинного двигателя и, следовательно, всего двигателя, работающего в специфичных условиях в течение длительного времени, путем обеспечения стабильных условий смазки и охлаждения подшипника, за счет создания и циркуляции пылевого графитового облака по изолированной траектории вокруг подшипника.
Дополнительным техническим решением является дросселирование потока графитовой пылевой смеси на входе в подшипник.
Технический результат достигается тем, что в узле опоры газотурбинного двигателя, содержащем корпус, шарикоподшипник с наружным и внутренним кольцами, установленный на полом валу ротора, в стенках которого выполнены отверстия, при этом торцевые поверхности внутреннего кольца сопряжены с втулками, также установленные на полом валу ротора, а с обоих торцов шарикоподшипника, при помощи крышки и стенок корпуса, образованы входная и выходная полости, содержащие графитовую смазку, в отличие от известного в стенке крышки выполнены специальные отверстия для восполнения графитом воздушно - графитовой смеси и продувки полостей, в стенках корпуса шарикоподшипника выполнены пазы для прохождения охлаждающего воздуха, во входной полости на входе в подшипник расположена диафрагма, содержащая элемент организации, дросселирования и охлаждения пылевого графитового облака, а в выходной полости на выходе из подшипника расположен элемент для создания и циркуляции пылевого графитового облака и охлаждения воздуха на входе в подшипник, при этом во входной полости между втулкой и корпусом и в выходной полости между втулкой и крышкой установлены с зазорами комбинированные уплотнения для стравливания излишков воздуха. Элемент для создания и циркуляции пылевого графитового облака и охлаждения воздуха на входе в подшипник выполнен в виде импеллера с профилированными лопатками. Элемент организации, охлаждения и дросселирования пылевого графитового облака выполнен в виде отверстий.
Заявленное решение поясняется чертежами, на которых изображено:
фиг. 1 - конструкция узла опоры вала ГТД в разрезе;
фиг. 2 - конструкция узла опоры вала ГТД в разрезе с указанием направления циркуляции пылевого графитового облака вокруг подшипника;
фиг. 3 - вид А;
фиг. 4 - вид Б;
фиг. 5 - конструкция узла опоры вала ГТД в разрезе с указанием направления охлаждающего потока воздуха, направленного на охлаждение внутреннего кольца подшипника;
фиг. 6 - конструкция узла опоры вала ГТД в разрезе с указанием направления охлаждающего потока воздуха, направленного на охлаждение внешнего кольца подшипника.
Узел опоры газотурбинного двигателя (фиг. 1) содержит корпус 1, шарикоподшипник 2 с наружным 3 и внутренним 4 кольцами, установленный на полом валу 5 ротора, в стенках которого выполнены отверстия 6, необходимые для обеспечения охлаждения его внутреннего кольца 4. Торцевые поверхности внутреннего кольца сопряжены с втулками 7 и 8, также установленные на полом валу 5 ротора, а с обоих торцов шарикоподшипника, при помощи крышки 9 и стенок корпуса, образованы входная 10 и выходная 11 полости, содержащие графитовую смазку. В выходной полости 11 расположен импеллер 12, который необходим для обеспечения циркуляции пылевого графитового облака и создания зоны локального разряжения воздуха перед подшипником 2. Во входной полости 10 расположена диафрагма 13 с выполненными отверстиями 14 и 15, необходимые для организации, охлаждения и дросселирования пылевого графитового облака. В полостях 10 и 11 установлены уплотнения вращающего вала комбинированного типа, включающее в себя импеллерные уплотнения 16 и 17, препятствующие расходованию графитового порошка в подшипниковой опоре, и маслосгонную резьбу 18. Для эффективной работы данной схемы, импеллерные уплотнения 16 и 17 должны быть идентичны. В корпусе подшипника 1 выполнены пазы 19, для прохождения графитовой смеси над верхним кольцом 3 подшипника. К корпусу 1 присоединена крышка 9 с коллектором трубопроводов 20 для прохода охлаждающего воздуха над верхним кольцом подшипника 3 и над пазами 19. В крышке подшипника 9 располагаются два отверстия с присоединенными трубопроводами 21, необходимые для восполнения в ходе работы и полной замены графитового порошка, а также для продувки полостей.
Узел опоры газотурбинного двигателя работает следующим образом.
Перед началом работы в полость 11 за подшипником 2 через отверстия 21 в стенке крышки 9 подается графитовый порошок. Далее, при увеличении частоты вращения вала 5 начинает вращаться импеллер 12, который создает в полости 11 пылевое графитовое облако, а также уплотнения импеллерного типа 16 и 17, которые удерживают графитовое облако во внутренней замкнутой полости вокруг подшипника 2. При работе, пылевое графитовое облако через пазы 19 в корпусе 1 подшипника 2 попадает через профилируемые отверстия 15 в диафрагме 13 в полость 10 на входе в подшипник 2. Далее, графитовая смесь проходит через дросселирующие отверстия 14 в диафрагме 13, где поток воздушно-графитовой смеси достигает максимального снижения температуры за счет специально подобранного диаметра дросселирующих отверстий, поступает в подшипник 2 и обратно в полость 11, тем самым создается непрерывная циркуляции пылевого графитового облака, при помощи которого, происходит смазка, удаление продуктов износа и эффективное охлаждение подшипника 2 опоры газотурбинного двигателя, работающего в специфических условиях, где применение масляной системы охлаждения невозможно. Количество графита, подаваемого в полость 11 за подшипником 2 рассчитывается из условий эксплуатации двигателя. Перед началом последующего цикла, полости 10 и 11 продуваются через специальные отверстия 12, выполненные в стенке 9, после чего восполняют запас графита через те же отверстия 21. При необходимости, восполнение графитовой массы и продувка возможны и в работе газотурбинного двигателя.
В результате, при работе газотурбинного двигателя в узел опоры осуществляется непрерывный подвод, непосредственно в зону трения, графитового порошка и охлаждение потока воздуха, проходящего через подшипник. На выходе из подшипника установлен импеллер, который обеспечивает циркуляцию пылевого графитового облака и создает разряжение воздуха в зоне установки подшипника. На корпусе подшипника выполнены пазы для прохождения графитовой смеси над верхним кольцом подшипника. В диафрагме выполнены дроссельные отверстия для организации дросселирования и охлаждения потока воздушно-графитовой пыли на входе в подшипник. Восполнение графитового порошка и продувка полостей при замене графитового порошка осуществляется через коллектор трубопроводов. Уплотнение вращающего вала комбинированного типа, включающее в себя импеллерные уплотнения, которые препятствует расходованию графитового порошка в подшипниковой опоре, выполняя роль пылезащитного устройства.
Таким образом, предложенная конструкция узла опоры газотурбинного двигателя обеспечивает возможность эффективной смазки и охлаждения подшипника опоры газотурбинного двигателя, позволяет уменьшить тепловыделения в рабочих зонах подшипника, что снижает теплонапряженность опоры газотурбинного двигателя в результате равномерного задросселированного подвода пылевого графитового облака к подшипнику и циркуляции пылевого графитового облака по замкнутому контуру без потерь. Изобретение обеспечивает многорежимность работы узла опоры ротора двигателя в условиях высоких температур окружающих деталей в специфичных условиях, где применение масляной смазки не предоставляется возможным.