Межроторная опора газотурбинного двигателя
GAS TURBINE ENGINE INTER-ROTOR SUPPORT

Изобретение относится к газотурбинным двухконтурным двигателям, имеющим два независимо вращающихся ротора низкого и высокого давления. Направление вращения роторов может совпадать или быть противоположным. В конструкции одной из опор может использоваться роликоподшипник, установленный между валами роторов низкого и высокого давления. Опора содержит роликоподшипник, масляную подводящую полость, расположенную под внутренним кольцом, специальные отверстия во внутреннем кольце для подачи масла в область качения роликов.
Являясь узлом энергообмена, опора работает в условиях воздействия радиальных нагрузок, высоких температур и перепадов давления из-за воздействия «масляных клиньев» возникающих при качении роликов.
При качении между роликом и кольцом в нагруженной зоне образуется сжатие масляной прослойки (клина) с большим удельным давлением. Эпюра результирующей силы клина стремится отжать ролик от поверхности и повернуть его в направлении, противоположном вращению. При небольших или околонулевых радиальных нагрузках имеет место проскальзывание роликов, а следовательно, выделение тепла[1].
Работа роликоподшипника в частично затопленном состоянии также способствует повышенному тепловыделению из-за внутреннего трения в слоях масла и увеличению температуры узла опоры в целом.
При определенных условиях гидродинамические процессы, протекающие в «масляных клиньях», могут способствовать появлению кавитационных форм, отрицательно влияющих на износ поверхностей качения на роликах и беговых дорожках колец.
Задача изобретения - создание конструкции опоры с МРП, обеспечивающей наиболее оптимальные условия качения путем уменьшения воздействия на них масляных клиньев и кавитации.
Наиболее близким прототипом по конструктивному решению опоры с МРП является патент [3]. В прототипе (фиг. 1) масло подается непосредственно в зону контакта ролика с внутренним кольцом подшипника по специальным отверстиям из масляной полости, находящейся под внутренним кольцом.
К недостаткам такой конструкции относится отсутствие мероприятий по снижению воздействия масляных клиньев на ролики и отсутствие мероприятий отвода тепла из места скольжения (центровки) сепаратора по наружному кольцу. Сепаратор рассматриваемых подшипников центрируется - скользит рабочей поверхностью только по наружному кольцу, которое обеспечивает его расчетное центральное положение. Разность коэффициентов температурного расширения создает повышенное давление в месте контакта с выделением тепла.
Для достижения задачи изобретения предлагается в конструкции межроторной опоры на беговых дорожках колец подшипника выполнять одну или несколько кольцевых маслоотводящих канавок. Форма и количество канавок определяется способом их изготовления и габаритными размерами подшипника. Предлагаемые маслоотводящие канавки способны полностью или частично противостоять появлению интенсивных «масляных клиньев» и тем самым обеспечить качение роликов без проскальзывания. Это вызовет уменьшение рабочей температуры деталей подшипника, что приведет к снижению потребных расходов масла.
Предлагаемая конструкция подшипника межроторной опоры представлена на рисунке фиг. 2.
Подшипник состоит из наружного 1 и внутреннего 2 колец и сепаратора 3, центрированного по наружному кольцу. Внутреннее кольцо имеет два ряда отверстий для подачи основного масла в область качения роликов.
Беговые дорожки внутреннего и наружного колец имеют радиальные кольцевые маслоотводящие канавки 4 и 5. Профиль канавки выбирается произвольным, в зависимости от технологических возможностей изготовления и имеет второстепенное значение, а решающим фактором является площадь проходного сечения канавки. Количество (одна или несколько) и размеры канавки выбираются из расчета обеспечения расхода в объеме 5-10% масла через «масляный клин». Для большинства подшипников положительный эффект наступает при наличии одной канавки.
Использование предлагаемого изобретения позволяет увеличить назначенный ресурс роликоподшипника на величину 7-9%.
Источники информации
1. Демидович В.М. Исследование теплового режима подшипников ГТД. «Машиностроение», 1978.
2. Коровченский М.В. Теоретические основы работы подшипников скольжения. «Машиностроение», 1959 г.
3. Патент RU №2265742 C1, F02C 7/06.
4. Влияние неисправностей подшипников качения. Материалы из библиотеки Московского центра Брюль и Кьер.