Передняя опора турбины низкого давления двухвального газотурбинного двигателя

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения, а именно к размещению опор для вращающихся с большой частотой вращения роторов турбомашин, а также для смазки и охлаждения подшипников и самих опор, и может использоваться в наиболее напряженных опорах. Опора содержит роликоподшипник, внутреннее кольцо, выполненное с бортами, закреплено на валу ротора низкого давления, при этом наружное кольцо установлено в узле центральной конической передачи на статоре. На внутреннем диаметре вала турбины низкого давления образована полость, которая соединена двумя рядами маслоподводящих отверстий с кольцевыми канавками на наружном диаметре вала турбины низкого давления и которая в свою очередь соединена со сквозными маслоподводящими отверстиями во внутреннем кольце подшипника под углом 40...50° к продольной оси. Задача изобретения - обеспечить работоспособность передней опоры турбины низкого давления и создать оптимальную подачу масла для смазки и охлаждения подшипника. 1 ил.

 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения, а именно к размещению опор для вращающихся с большой частотой вращения роторов турбомашин, а также для смазки и охлаждения подшипников и самих опор, и может использоваться в наиболее напряженных опорах.

Известен газотурбинный двигатель с межвальным подшипником, масло на смазку которого подается под маслоуловительные козырьки, через прорези в маслоуловительном кольце и далее через отверстия наружного кольца подшипника (1).

Недостатком такой конструкции является затрудненная подача масла, обусловленная центростремительным его протоком, что приводит к повышенному расходу масла, к барботажу и повышенному тепловыделению в масляной полости.

Известен газотурбинный двухконтурный двигатель с межвальным подшипником, установленным между роторами низкого и высокого давлений, наружное кольцо с бортами - на роторе высокого давления, внутреннее кольцо - на роторе низкого давления. На валу ротора низкого давления имеется маслоподводящее отверстие и вращающаяся форсунка для подачи масла с одной стороны подшипника (2).

К недостаткам такой опоры следует отнести неравномерную подачу масла только с одной стороны подшипника и затрудненное охлаждение всего подшипника из-за отклонения струи масла из вращающегося форсуночного отверстия в радиальном направлении от действия центробежных сил. Струя масла из вращающегося форсуночного отверстия уже при частоте вращения ротора 500...900 об/мин на выходе отклоняется почти на 90° от направления оси жиклера и только часть может попасть на наружное кольцо и сепаратор. При дальнейшем повышении частоты вращения ротора происходит отрыв масла и его полное распыление. Такая подача масла в подшипник из вращающейся форсунки является причиной недостаточного охлаждения подшипника, приводит к повышению градиента температур между кольцами, к выборке радиального зазора и заклиниванию. К таким дефектам приводит и подача масла на подшипник с одной стороны, так как при такой подаче происходит неравномерное охлаждение подшипника в осевом направлении.

Борты на наружном кольце препятствуют сбросу масла и продуктов износа, которые оказывают дополнительное гидравлическое сопротивление на комплект роликов и сепаратор и тем самым ведут к проскальзыванию роликов относительно наружного кольца и к дальнейшему разрушению подшипника.

Известен узел межвальной опоры газотурбинного двигателя с подшипником, установленным между роторами низкого и высокого давлений, внутреннее кольцо с бортами установлено через промежуточную втулку на валу ротора низкого давления, гладкое наружное кольцо - на роторе высокого давления. Подача масла осуществляется через маслоподводящие каналы в роторе низкого давления, через проточки и отверстия на втулке и далее по радиальным каналам под крылышки сепаратора (3).

К недостаткам такой опоры следует отнести расположение колец подшипника на вращающихся роторах, что приводит к проскальзыванию тел качения и нарушению работы подшипника, впрыск масла под крылышки приводит к неустойчивой работе сепаратора из-за неравномерной подачи масла с двух сторон, обусловленной проходными сечениями каналов. Часть масла, отражаясь от крылышек, не используется для смазки и охлаждения подшипника. Внутреннее кольцо подшипника установлено на валу ротора низкого давления через промежуточную втулку и затянуто гайкой через пакет деталей, что вызывает дополнительные биения, затяжка наружного кольца через пакет деталей также вызывает дополнительные биения. Указанные факторы в целом ухудшают работу подшипника.

Наиболее близка по конструкции к заявленному решению передняя опора турбины низкого давления двухвального газотурбинного двигателя, содержащая роликоподшипник, одно кольцо которого со стороны роликов снабжено боковыми бортами, при этом внутреннее кольцо закреплено на валу ротора низкого давления, а наружное кольцо установлено в узле центральной конической передачи (4).

К недостаткам такой опоры следует отнести расположение колец подшипника на вращающихся роторах, что приводит к проскальзыванию тел качения и нарушению работы подшипника, затрудненную и одностороннюю подачу масла на смазку и охлаждение подшипника, которая приводит к осевым градиентам температур на кольцах. Негативное влияние на работу межвального подшипника оказывает люфт шарикоподшипника вала центральной конической передачи и передаваемые динамические возмущения от шестерни центральной конической передачи. Борта на наружном кольце препятствуют сбросу масла и продуктов износа, которые также приводят к проскальзыванию тел качения и к дальнейшему разрушению подшипника. При монтаже возможен контакт тел качения с деталями на валу, что приводит к их повреждению.

Задача изобретения - обеспечить работоспособность передней опоры турбины низкого давления, создать оптимальную подачу масла для его смазки и охлаждения подшипника. При этом мы переносим подшипник из вращающегося узла центральной конической передачи.

Указанная задача достигается тем, что передняя опора турбины низкого давления двухвального газотурбинного двигателя, содержащая роликоподшипник, одно кольцо которого со стороны роликов снабжено боковыми бортами, при этом внутреннее кольцо закреплено на валу ротора низкого давления, а наружное кольцо установлено в узле центральной конической передачи, и установка наружного кольца подшипника в узле центральной конической передачи выполнена на его статоре, внутреннее кольцо снабжено бортами, на внутреннем диаметре вала турбины низкого давления образована полость, соединенная двумя рядами маслоподводящих отверстий с кольцевыми канавками на наружном диаметре вала турбины низкого давления, которые в свою очередь соединены со сквозными маслоподводящими отверстиями во внутреннем кольце подшипника, выполненными под углом 40...50° к продольной оси.

Новым является то, что установка наружного кольца подшипника в узле центральной конической передачи выполнена на его статоре, внутреннее кольцо снабжено бортами, на внутреннем диаметре вала турбины низкого давления образована полость, соединенная двумя рядами маслоподводящих отверстий с кольцевьми канавками на наружном диаметре вала турбины низкого давления, которые в свою очередь соединены со сквозными маслоподводящими отверстиями во внутреннем кольце подшипника, выполненными под углом 40...50° к продольной оси.

Конструкция межвальной опоры, предложенной в данном изобретении, позволяет центрировать сепаратор подшипника по чистой и точно обработанной поверхности беговой дорожки наружного кольца, равномерно с двух сторон подавать масло на беговую дорожку.

Установив наружное кольцо подшипника в узле центральной конической передачи на его статоре, мы устранили влияние люфта шарикоподшипника вала шестерни центральной конической передачи и влияние динамического возмущения от ее работы.

Выполнение бортов на внутреннем кольце подшипника обеспечит улучшение условий смазки и циркуляции масла, уменьшает барботаж масла в масляной полости, поскольку масло в масляную полость подается одной форсункой, а также снижает температурный режим подшипника.

При монтаже отсутствует контакт тел качения с деталями на валу, что устраняет вероятность их повреждения.

Закрепление наружного кольца в статоре компрессора предотвращает изменение направления вращения тел качения во время переходных режимов работы двигателя, что предотвращает дефект «проскальзывания».

Полость на внутреннем диаметре вала турбины низкого давления с кольцевыми канавками на наружном диаметре вала турбины решает задачу равномерного подвода масла и устраняет осевой градиент температур внутреннего кольца подшипника.

Сквозные маслоподводящие отверстия во внутреннем кольце подшипника под углом 40...50° дает возможность подавать масло к телам качения, не нарушая посадочной поверхности внутреннего кольца подшипника.

Новая схема подачи масла позволяет улучшить смазку и охлаждение подшипника.

На чертеже показан продольный разрез опоры.

Передняя опора турбины низкого давления двухвального газотурбинного двигателя содержит роликоподшипник 1, внутреннее кольцо 2 которого со стороны роликов снабжено бортами 3; внутреннее кольцо 2 закреплено на валу 4 ротора низкого давления, наружное кольцо 5 установлено в узле 6 центральной конической передачи на статоре 7; внутреннее кольцо 2 с бортами 3 установлено на валу 4 турбины низкого давления, на внутреннем диаметре его образована полость 8, которая двумя рядами маслоподводящих отверстий 9 соединена с кольцевыми канавками 10, которые выполнены на наружном диаметре вала 4 турбины низкого давления; кольцевые канавки 10 соединены со сквозными маслоподводящими отверстиями 11 во внутреннем кольце 2 подшипника 1.

При работе двигателя масло из форсунки 12 поступает в полость 8 на внутреннем диаметре вала 4. Из полости 8 под действием центробежных сил масло поступает по отверстиям 9 в канавки 10 и отверстия 11 во внутреннем кольце 2 на охлаждение и смазку подшипника 1.

Источники информации

1. С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1989, стр.207, рис.4.54.

2. Патент РФ №2211345, кл. F02C 7/06.

3. Патент РФ №2038513, кл. F04D 29/04.

4. В.Г.Нестеренко, А.М.Любатуров. Атлас схемно-конструктивных решений узлов ВРД. Издание МАИ, 1991 г., стр.28, рис.15г. - прототип.

Передняя опора турбины низкого давления двухвального газотурбинного двигателя, содержащая роликоподшипник, одно кольцо которого со стороны роликов снабжено боковыми бортами, при этом внутреннее кольцо закреплено на валу ротора низкого давления, а наружное кольцо установлено в узле центральной конической передачи, отличающаяся тем, что установка наружного кольца подшипника в узле центральной конической передачи выполнена на его статоре, внутреннее кольцо снабжено бортами, на внутреннем диаметре вала турбины низкого давления образована полость, соединенная двумя рядами маслоподводящих отверстий с кольцевыми канавками на наружном диаметре вала турбины низкого давления, которые, в свою очередь, соединены со сквозными маслоподводящими отверстиями во внутреннем кольце подшипника, выполненными под углом 40...50° к продольной оси.