Узел межвальной опоры газотурбинного двигателя

Узел межвальной опоры газотурбинного двигателя (ГТД) относится к авиационному двигателестроению и может быть использован в наиболее напряженных межвальных опорах. Узел содержит валы компрессоров высокого (КВД) и низкого давления (КНД), промежуточный вал, установленный на валу компрессора низкого давления, регулировочный элемент, межвальный радиально-упорный шарикоподшипник, наружное кольцо которого установлено на внутренней поверхности вала компрессора высокого давления, а внутреннее - на наружной поверхности промежуточного вала, размещенный в масляной полости, ограниченной графитовым контактным уплотнением, и радиально-упорный шарикоподшипник, размещенный на валу компрессора высокого давления. Во внутреннем кольце межвального шарикоподшипника выполнены сквозные радиальные пазы, между валами компрессоров высокого и низкого давления образован кольцевой канал, на статоре компрессора высокого давления установлена масляная форсунка, а на наружной поверхности промежуточного вала со стороны кольцевого канала выполнены продольные пазы, соединенные между собой на их выходах кольцевой канавкой, расположенной напротив радиальных пазов внутреннего кольца межвального подшипника. Регулировочный элемент выполнен в виде резьбовой втулки, соединенной резьбой с промежуточным валом и шлицами с наружной поверхностью вала компрессора низкого давления. Изобретение обеспечивает оптимальную подачу масла для смазки и эффективного охлаждения подшипников и предотвращает утечку масла в проточную часть двигателя и таким образом увеличивает ресурс работы опоры. Кроме того, упрощается процесс сборки и разборки роторов КНД и турбины низкого давления. 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям (ГТД) авиационного и наземного применения, а именно к конструкции межвальной опоры, и может использоваться в наиболее напряженных межвальных опорах ГТД.

Известна опора двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащая межвальный радиально-упорный шарикоподшипник, установленный между валами компрессоров низкого и высокого давления, промежуточный вал с установленным на нем внутренним кольцом подшипника, масляную полость для смазки и охлаждения подшипников (Г.С. Скубачевский "Авиационные газотурбинные двигатели". Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1974, стр.71, рис.3.22).

Недостатком такой опоры является то, что промежуточный вал с внутренним кольцом подшипника передает через шлицы крутящий момент от турбины к компрессору и при перекосах в шлицевом соединении негативно влияет на работу подшипника, перекашивая кольца подшипника относительно друг друга. Сложная система подачи масла на подшипники ухудшает их работу. Для регулировки взаимного осевого положения турбины и компрессора имеется регулировочное кольцо, которое устанавливается между внутренним кольцом подшипника и буртом на промежуточном валу.

Для выставления осевого положения компрессора и турбины необходимо иметь набор таких колец. При его замене требуется сложная разборка компрессора.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому решению является газотурбинный двигатель, содержащий валы компрессора высокого и низкого давления, вал турбины низкого давления (ТНД), промежуточный вал, установленный на валу компрессора низкого давления (КНД), регулировочный элемент, межвальный радиально-упорный шарикоподшипник, наружное кольцо которого установлено на внутренней поверхности вала компрессора высокого давления (КВД), а внутреннее - на наружной поверхности промежуточного вала, размещенного в масляной полости, ограниченной контактным уплотнением, и радиально-упорный шарикоподшипник, размещенный на валу КВД (А.Н. Никитин "Технология сборки двигателей летательных аппаратов", Москва, Машиностроение, 1982, стр.213...216).

Недостатком известного устройства является организация подачи масла на межвальный шарикоподшипник через отверстия в валу КВД. Таким образом, подача масла на подшипник производится с его одной стороны в зазор между внутренним кольцом и сепаратором, что приводит к неравномерному охлаждению подшипника. Кроме того, масляная полость отделена от воздушных полостей разрезными металлическими кольцами, которые не обеспечивают длительный ресурс работы опоры из-за их износа по мере увеличения наработки, и через такие уплотнения происходит утечка масла в проточную часть двигателя.

Задачей изобретения является организация оптимальной подачи масла для смазки и охлаждения подшипников межвальной опоры ГТД.

Указанная задача достигается тем, что в узле межвальной опоры ГТД, содержащем валы компрессоров высокого и низкого давления, вал турбины низкого давления, промежуточный вал, установленный на валу КНД, регулировочный элемент, межвальный радиально-упорный шарикоподшипник, наружное кольцо которого установлено на внутренней поверхности вала КВД, а внутреннее - на наружной поверхности промежуточного вала, размещенный в масляной полости, ограниченной контактным уплотнением, и радиально-упорный шарикоподшипник, размещенный на валу КВД, согласно изобретению во внутреннем кольце межвального подшипника выполнены сквозные радиальные пазы, между валами компрессоров высокого и низкого давления образован кольцевой канал, на статоре КВД напротив входа в этот канал установлена масляная форсунка, а на наружной поверхности промежуточного вала со стороны кольцевого канала выполнены продольные пазы, соединенные между собой на их выходах кольцевой канавкой, расположенной напротив радиальных пазов внутреннего кольца межвального подшипника.

Кроме того, в устройстве может иметь место следующее:

- контактные уплотнения, ограничивающие масляную полость, выполнены графитовыми;

- регулировочный элемент выполнен в виде резьбовой втулки, соединенной резьбой с промежуточным валом и шлицами - с наружной поверхностью вала компрессора низкого давления;

- наружная поверхность вала компрессора низкого давления и внутренняя поверхность вала турбины низкого давления соединены шлицами;

- на наружной поверхности вала компрессора высокого давления выполнены продольные каналы, соединенные между собой на их выходах кольцевой канавкой, расположенной напротив радиальных пазов внутреннего кольца радиально-упорного шарикоподшипника;

- внутренняя поверхность промежуточного вала и наружная поверхность вала компрессора низкого давления соединены шлицами.

Такое выполнение устройства позволяет осуществить подачу масла для смазки и охлаждения межвального подшипника отдельными форсунками по кольцевому каналу между валами КВД и КНД и далее по осевым каналам в промежуточном валу и по радиальным пазам внутреннего кольца подшипника, что способствует его эффективной смазке и равномерному охлаждению. Отделение масляной полости опоры от воздушных контактными графитовыми уплотнениями исключает утечку масла в проточную часть двигателя.

На приведенном чертеже показан продольный разрез узла межвальной опоры ГТД.

Узел содержит вал 1 КНД, вал 2 турбины, вал 3 КВД, промежуточный вал 4, установленный на валу 1 КНД, и межвальный радиально-упорный шарикоподшипник 5, закрепленный гайкой 6, наружное кольцо 7 которого установлено на внутренней поверхности вала 3 КВД, а внутреннее кольцо 8 - на наружной поверхности промежуточного вала 4. Шарикоподшипник 5 размещен в масляной полости 9, ограниченной графитовым контактным уплотнением 10, отделяющим ее от воздушной полости 11. На промежуточном валу 4 за графитовым уплотнением 10 установлено лабиринтное уплотнение 12, закрепленное гайкой 13. Между промежуточным валом 4 и валом 1 КНД установлен регулировочный элемент 14, выполненный в виде резьбовой втулки, соединенной резьбой 15 с внутренней поверхностью промежуточного вала 4 и шлицами 16 - с наружной поверхностью вала 1 КНД. На цапфе 17 вала 3 КВД установлено внутреннее кольцо 18 радиально-упорного шарикоподшипника 19, закрепленное гайкой 20. Подшипник 19 размещен в масляной полости 21, ограниченной графитовым контактным уплотнением 22, отделяющим ее от воздушной полости 23, ограниченной лабиринтным уплотнением 24. Между валами 1 и 3 КНД и КВД образован кольцевой канал 25, напротив входа в который размещена масляная форсунка 26, установленная на статоре КВД (не показан). Во внутреннем кольце 8 межвального шарикоподшипника 5 выполнены сквозные радиальные пазы 27, а во внутреннем кольце 18 шарикоподшипника 19 - сквозные радиальные пазы 28. На наружной поверхности промежуточного вала 4 со стороны кольцевого канала 25 выполнены продольные пазы 29, соединенные между собой на их выходах кольцевой канавкой 30, расположенной напротив радиальных пазов 27 внутреннего кольца 8 межвального подшипника 5. На наружной поверхности вала 3 КВД выполнены продольные пазы 31, соединенные между собой кольцевой канавкой 32, расположенной напротив радиальных пазов 28 внутреннего кольца 18 подшипника 19. На наружной поверхности вала 1 КНД выполнены шлицы 33, контактирующие со шлицами, выполненными на внутренних поверхностях промежуточного вала 4 и вала 2 ТНД.

Сборка узла осуществляется следующим образом.

На промежуточном валу 4 устанавливают межвальное графитовое уплотнение 10 и лабиринтное уплотнение 12 и затягивают гайкой 13. Затем устанавливается межвальный шарикоподшипник 5 и затягивается гайкой 6. Полученный узел заводится в осевом направлении в цапфу 17 вала 3 КВД, устанавливается контактная втулка 34, совмещенная с крышкой 35 лабиринтного уплотнения 12, и фиксируется гайкой 36. Вал 2 ТНД соединяется шлицами 33 с валом 1 КНД, стягивается шлицевой втулкой 37 и контрится втулкой 38. Осевое положение вала 1 КНД и вала 2 ТНД определяется регулировочным элементом 14, в который упирается вал 2 ТНД.

При работе двигателя масло из форсунки 26 подается в кольцевой канал 25 и поступает в кольцевые полости 39 и 40 гаек 20 и 6, затем под действием центробежных сил проходит по продольным пазам 31 и 29 и поступает в радиальные пазы 27 и 28 во внутренних кольцах 8 и 18 подшипников 5 и 19.

Изобретение позволяет организовать оптимальную подачу масла для смазки и эффективного охлаждения подшипников межвальной опоры ГТД, а также исключить утечку масла в проточную часть двигателя, что приводит к увеличению ресурса работы опоры и двигателя в целом. Введение регулировочного элемента в виде резьбовой втулки позволяет значительно упростить сборку и разборку роторов КНД и ТНД. При этом посадка промежуточного вала выполняется с натягом, что улучшает работу межвальной опоры.

1. Узел межвальной опоры газотурбинного двигателя, содержащий валы компрессоров высокого и низкого давления, вал турбины низкого давления, промежуточный вал, установленный на валу компрессора низкого давления, регулировочный элемент, межвальный радиально-упорный шарикоподшипник, наружное кольцо которого установлено на внутренней поверхности вала компрессора высокого давления, а внутреннее - на наружной поверхности промежуточного вала, размещенный в масляной полости, ограниченной контактным уплотнением, и радиально-упорный шарикоподшипник, размещенный на валу компрессора высокого давления, отличающийся тем, что во внутреннем кольце межвального шарикоподшипника выполнены сквозные радиальные пазы, между валами компрессоров высокого и низкого давления образован кольцевой канал, на статоре компрессора высокого давления установлена масляная форсунка, а на наружной поверхности промежуточного вала со стороны кольцевого канала выполнены продольные пазы, соединенные между собой на их выходах кольцевой канавкой, расположенной напротив радиальных пазов внутреннего кольца межвального подшипника.

2. Узел межвальной опоры газотурбинного двигателя по п.1, отличающийся тем, что контактное уплотнение выполнено графитовым.

3. Узел межвальной опоры газотурбинного двигателя по п.1, отличающийся тем, что регулировочный элемент выполнен в виде резьбовой втулки, соединенной резьбой с промежуточным валом и шлицами с наружной поверхностью вала компрессора низкого давления.

4. Узел межвальной опоры газотурбинного двигателя по п.1, отличающийся тем, что наружная поверхность вала компрессора низкого давления и внутренняя поверхность вала турбины низкого давления соединены шлицами.

5. Узел межвальной опоры газотурбинного двигателя по п.1, отличающийся тем, что на наружной поверхности вала компрессора высокого давления выполнены продольные пазы, соединенные между собой на их выходах кольцевой канавкой, расположенной напротив радиальных пазов внутреннего кольца радиально-упорного шарикоподшипника.

6. Узел межвальной опоры газотурбинного двигателя по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность промежуточного вала и наружная поверхность вала компрессора низкого давления соединены шлицами.