Опора роторной машины

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению и может найти применение в опорах роторов двигателей авиационного и наземного применения с керамическими подшипниками. Технический результат заключается в сохранении посадки керамического наружного кольца подшипника относительно статора в металлическом корпусе при повышении температурного состояния опоры. Дополнительным техническим результатом является обеспечение легкости монтажа и демонтажа наружного кольца подшипника. Технический результат достигается тем, что опора роторной машины, содержащая корпус статора и керамический подшипник, наружное кольцо которого установлено в корпусе статора, в отличие от известной, содержит фланец, закрепленный на корпусе статора, и кольцевую втулку, установленную между фланцем и одним из торцов наружного кольца подшипника, один из торцов кольцевой втулки имеет коническую поверхность, контактирующую с ответной конической поверхностью фланца, а наружная поверхность наружного кольца подшипника выполнена конической и контактирующей с ответной конической поверхностью статора, при этом кольцевая втулка выполнена из композиционного материала, а фланец выполнен из материала, коэффициент термического расширения которого больше, чем у материала подшипника. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению и может найти применение в опорах роторов двигателей авиационного и наземного применения с керамическими подшипниками.

Известна опора роторной машины (Патент US 7798724 B2, опубл. 21.09.2010, фиг.1), содержащая корпус статора и керамический подшипник, наружное кольцо которого установлено в корпусе статора.

Основной недостаток известной конструкции состоит в том, что для сохранения центрирующей посадки керамического наружного кольца подшипника в корпусе металлического статора создается искусственный натяг в холодном состоянии, уменьшение которого происходит в процессе повышения температуры опоры при работе из-за разности коэффициентов термического расширения керамических и металлических материалов. Поэтому монтаж наружного кольца подшипника возможен только при разогретом корпусе статора. Это затрудняет демонтаж подшипника, что негативно сказывается на эксплуатации опоры при переборках и дефектации.

Технический результат заключается в сохранении посадки керамического наружного кольца подшипника относительно статора в металлическом корпусе при повышении температурного состояния опоры.

Дополнительным техническим результатом является обеспечение легкости монтажа и демонтажа наружного кольца подшипника.

Технический результат достигается тем, что опора роторной машины, содержащая корпус статора и керамический подшипник, наружное кольцо которого установлено в корпусе статора, в отличие от известной, содержит фланец, закрепленный на корпусе статора, и кольцевую втулку, установленную между фланцем и одним из торцов наружного кольца подшипника, один из торцов кольцевой втулки имеет коническую поверхность, контактирующую с ответной конической поверхностью фланца, а наружная поверхность наружного кольца подшипника выполнена конической и контактирующей с ответной конической поверхностью статора, при этом кольцевая втулка выполнена из композиционного материала, а фланец выполнен из материала, коэффициент термического расширения которого больше, чем у материала подшипника.

Угол наклона конической поверхности торца кольцевой втулки относительно посадочной поверхности статора может составлять 40° - 50°.

Кольцевая втулка может быть изготовлена из материала типа «углерод-углерод».

Фланец может быть изготовлен из материала, коэффициент термического расширения которого в 7 раз больше коэффициента термического расширения материала подшипника.

Для фиксации наружного кольца подшипника в окружном направлении на другом торце наружного кольца подшипника может быть выполнен выступ, который входит в паз, выполненный на статоре.

На фигуре изображена опора роторной машины с керамическим подшипником.

Опора роторной машины содержит корпус статора 1, керамический подшипник 2, наружное кольцо 3 которого установлено в корпусе статора 1, фланец 4, закрепленный на корпусе статора, и кольцевую втулку 5. Наружная поверхность наружного кольца подшипника выполнена конической и контактирующей с ответной конической поверхностью корпуса статора 1. Один из торцов кольцевой втулки имеет коническую поверхность 6, контактирующую с ответной конической поверхностью 7 фланца. Для устранения зазора по наружному кольцу угол наклона конической поверхности торца кольцевой втулки к посадочной поверхности статора составляет 40° - 50°. При угле наклона меньше 40° или больше 50° снижается эффект преобразования радиального термического перемещения фланца в осевое смещение кольцевой втулки и наружного кольца подшипника.

При этом кольцевая втулка может быть изготовлена из композиционного материала, например из материала типа «углерод-углерод».

Фланец изготовлен из материала, коэффициент термического расширения которого, отличается от коэффициента термического расширения керамического материала подшипника. Например, фланец изготовлен из магниевого сплава МЛ10, коэффициент термического расширения которого в 7 раз больше коэффициента термического расширения материала подшипника.

На другом торце наружного кольца подшипника выполнен выступ 8, который входит в ответный паз 9, выполненный в корпусе статора. На другом торце наружного кольца подшипника может быть выполнен паз, в который входит выступ, выполненный на корпусе статора (на чертеже не показан).

Сборка опоры осуществляется следующим образом. В корпус статора 1 по конической поверхности устанавливается наружное кольцо 3 подшипника с учетом попадания выступа 8 в паз 9, тем самым обеспечивается окружная фиксация кольца подшипника. Далее устанавливается кольцевая втулка 5 и фланец 4, который фиксируется в окружном и осевом направлениях.

Предложенная конструкция работает следующим образом.

В процессе повышения температуры между корпусом статора 1 и наружным кольцом 3 образуется зазор. Вследствие более интенсивного радиального расширения фланец 4 по конической поверхности 7 оказывает воздействие на ответную коническую поверхность 6 кольцевой втулки 5. Т.е. радиальное термическое расширение фланца 4 преобразуется в осевое перемещение, смещая кольцевую втулку 5 в сторону наружного кольца подшипника, которая, в свою очередь, смещает наружное кольцо подшипника вправо, тем самым, происходит уменьшение зазора между статором и наружным кольцом подшипника. Это возможно за счет того, что кольцевая втулка выполнена из материала, коэффициент термического расширения которого близок к коэффициенту термического расширения керамического материала, и в несколько раз ниже, чем коэффициент термического расширения материала фланца.

Данное конструктивное решение обеспечивает сохранение посадки и центровки керамического наружного кольца подшипника относительно статора в широком температурном диапазоне работы опоры и обеспечивает легкость монтажа и демонтажа наружного кольца подшипника.

1. Опора роторной машины, содержащая статор и керамический подшипник, наружное кольцо которого установлено в корпусе статора, отличающаяся тем, что дополнительно содержит фланец, закрепленный на корпусе статора, и кольцевую втулку, установленную между фланцем и одним из торцов наружного кольца подшипника, один из торцов кольцевой втулки имеет коническую поверхность, контактирующую с ответной конической поверхностью фланца, а наружная поверхность наружного кольца подшипника выполнена конической и контактирующей с ответной конической поверхностью статора, при этом кольцевая втулка выполнена из композиционного материала, а фланец выполнен из материала, коэффициент термического расширения которого больше, чем у материала подшипника.

2. Опора по п.1, отличающаяся тем, что угол наклона конической поверхности торца кольцевой втулки относительно посадочной поверхности статора составляет 40-50°.

3. Опора по п.1, отличающаяся тем, что кольцевая втулка изготовлена из материала типа «углерод-углерод».

4. Опора по п.1, отличающаяся тем, что фланец изготовлен из материала, коэффициент термического расширения которого в 7 раз больше, чем у материала подшипника.

5. Опора по п.1, отличающаяся тем, что на другом торце наружного кольца подшипника выполнен выступ, который входит в паз, выполненный на статоре.