ОПОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F02C7/06 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в том числе и наземного применения.

Известна опора ГТД, в которой для уплотнения масляной полости используются металлические кольца, установленные на роторе и работающие по ответному статорному фланцу [1].

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность, так как металлические кольца могут надежно работать только при низких окружных скоростях.

Наиболее близкой к заявляемой является опора ГТД, в которой для уплотнения масляной полости используются контактные уплотнения в виде графитовых колец [2]
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность и ресурс, так как контактные графитовые кольца в процессе работы изнашиваются, а после их износа масло начинает поступать в газовоздушный тракт двигателя.

Газотурбинные двигатели наземного применения, выполненные из авиационных двигателей путем их конверсии, должны иметь повышенный ресурс, и поэтому опоры таких двигателей выполняются с лабиринтными уплотнениями масляных полостей, причем для исключения вытекания масла лабиринтные уплотнения наддуваются охлаждающим воздухом из-за промежуточной ступени компрессора с большим давлением, чем давление воздуха в масляной полости.

Однако на переходных режимах работы двигателя, например при запуске двигателя или при сбросе газа, давление охлаждающего воздуха из-за промежуточной ступени компрессора резко падает, а масло через жиклеры для смазки подшипника подается в полном объеме, так как ротор двигателя вращается. При этом возможно попадание масла в воздушные полости двигателя, а также в его газовоздушный тракт.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности работы опоры ГТД путем исключения попадания частиц масла в газовоздушный тракт двигателя.

Сущность технического решения заключается в том, что в опоре газотурбинного двигателя с подшипником, закрепленным на корпусе двигателя, и с масляной полостью вокруг подшипника, согласно изобретению в лабиринтном уплотнении, отделяющем масляную полость опоры от воздушной полости двигателя, выполнена промежуточная воздушно-масляная полость, соединенная на входе через щель с масляной полостью и через лабиринтное уплотнение с воздушной полостью, а на выходе через канал в нижней части статорного фланца лабиринтного уплотнения - с масляной полостью, при этом промежуточная воздушно-масляная полость образована Л-образным выступом статорного фланца, конический козырек выступа выполнен под острым углом к оси опоры и образует с первым от подшипника гребешком лабиринта радиальное перекрытие величиной Δ= 0. ...10 мм, причем первый гребешок является зеркальным по отношению к остальным гребешкам лабиринта.

Выполнение промежуточной воздушно-масляной полости в лабиринтном уплотнении, образованной Л-образным выступом статорного кольца, позволяет исключить попадание масла в газовоздушный тракт двигателя на переходных режимах его работы.

Выполнение конического козырька выступа под острым углом к оси опоры и образование с первым от подшипника гребешком лабиринта радиального перекрытия величиной Δ=0...10 мм позволяет исключить "прострел" масляной струи из жиклера через лабиринтное уплотнение на всех режимах работы двигателя, что повышает надежность опоры и двигателя в целом.

Выполнение первого от подшипника гребешка зеркальным по отношению к остальным гребешкам лабиринта предотвращает попадание масла в воздушную полость.

На фиг.1 изображен продольный разрез опоры ГТД.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Опора 1 газотурбинного двигателя состоит из корпуса 2, на котором через упругие элементы 3 и 4 с помощью гайки 5 закреплено наружное кольцо 6 подшипника 7. Внутреннее кольцо 8 подшипника 7 вместе с лабиринтом 9 закреплено на валу 10 с помощью гайки 11. Масло на поверхность 12 кольца 8 подается через жиклер 13, который выполнен за одно целое с упругим элементом 4. Масляная полость 14 отделена от воздушной полости 15 с помощью фланца 16, на цилиндрической части 17 которого для улучшения прирабатываемости гребешков 18 лабиринта 9 по поверхности D выполнено мягкое покрытие 19. Со стороны подшипника 7 на цилиндрической части 17 фланца 16 выполнен Л-образный кольцевой выступ 20, который вместе с лабиринтом 9 образует промежуточную воздушно-масляную полость 21. В нижней части выступа 20 для слива масла выполнен паз 22. Конический козырек 23 выступа 20 выполнен под острым углом к оси опоры ГТД и с перекрытием Δ=0...10 мм в радиальном направлении по отношению к первому гребешку 24 лабиринта 9. Лабиринт 9 лабиринтного уплотнения 25 выполнен с лабиринтными гребешками 18 в виде радиальных кольцевых ребер 26 с плоской поверхностью 27 со стороны воздушной полости 15 и с конической поверхностью 28 со стороны уплотняемой масляной полости 14 для уменьшения площади поверхности 29 на вершине гребешка 18, эффективность воздушного лабиринтного уплотнения 25 при этом максимальна, а износ гребешков минимален. При этом первый от подшипника 7 лабиринтный гребешок 24 лабиринта 9 выполнен зеркальным по отношению к гребешкам 18. По наружному диаметру гребешки 18 и 24 выполнены одинаковыми.

Работает устройство следующим образом. При работе двигателя на стационарном режиме охлаждающий воздух повышенного давления протекает в полости 15, охлаждая фланец 16, и при этом частично перетекает в масляную полость 14, чему препятствует лабиринтное уплотнение 25 с лабиринтными гребешками 18. Струя масла 30 из жиклера 13, смазывая беговую дорожку (поверхность 12) внутреннего кольца 8 подшипника 7, разбивается на отдельные капли 31 и отбрасывается в масляную полость 14 с помощью конического козырька 23 и далее идет на слив (не показано).

Однако некоторые частицы масла, особенно на переходных режимах, когда противодавление охлаждающего воздуха в полости 15 мало, поступают в щель 32, попадают на плоскую поверхность 27 зеркального гребешка 24 и центробежными силами сбрасываются в кольцевую масляно-воздушную полость 21, откуда через паз 22 в нижней части Л-образного выступа 20 сливаются в масляную полость 14.

Таким образом, предотвращается попадание масла 31 в воздушную полость 15 и далее - в газовоздушные полости двигателя (не показано). Так как лабиринтные гребешки 24 и 18 выполнены одного наружного диаметра, то в случае взаимной осевой сдвижки ротора и статора (например, при сбросе газа) гребешок 24 не врежется во фланец лабиринта 17, а будет работать как обычный гребешок 18. Надежности работы данного устройства также способствует радиальное перекрытие конического козырька 23 и гребешка 24 на величину Δ=0...10 мм, исключающее "прострел" струи масла. При Δ<0 возможен "прострел" масла 31 в воздушную полость 15. При Δ>10 растет диаметр D лабиринтного уплотнения 25 и возрастают утечки охлаждающего воздуха из полости 15 в масляную полость 14.

Источники информации
1. C. A. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных ГТД. М.: Машиностроение, 1989, с. 204, рис. 4.51.

2. С.А. Вьюнов, там же, с. 209, рис. 4.55 - прототип.

Опора предназначена для газотурбинных двигателей (ГТД), в том числе наземного применения, и позволяет повысить надежность работы опоры ГТД путем исключения попадания частиц масла в газотурбинный тракт двигателя. Опора выполнена с подшипником, закрепленным на корпусе двигателя, и с масляной полостью вокруг подшипника. В лабиринтном уплотнении, отделяющем масляную полость опоры от воздушной полости двигателя, выполнена промежуточная воздушно-масляная полость, соединенная на входе через щель с масляной полостью и через лабиринтное уплотнение с воздушной полостью, а на выходе через канал в нижней части статорного фланца лабиринтного уплотнения - с масляной полостью, при этом промежуточная воздушно-масляная полость образована Л-образным выступом статорного фланца, конический козырек выступа выполнен под острым углом к оси опоры и образует с первым от подшипника гребешком лабиринта радиальное перекрытие величиной Δ=0-10 мм, причем первый гребешок является зеркальным по отношению к остальным гребешкам лабиринта. Такое выполнение опоры позволит повысить надежность работы опоры ГТД путем исключения попадания частиц масла в газовоздушный тракт двигателя. 2 ил.

Опора газотурбинного двигателя с подшипником, закрепленным на корпусе двигателя, и с масляной полостью вокруг подшипника, отличающаяся тем, что в лабиринтном уплотнении, отделяющем масляную полость опоры от воздушной полости двигателя, выполнена промежуточная воздушно-масляная полость, соединенная на входе через щель с масляной полостью и через лабиринтное уплотнение с воздушной полостью, а на выходе через канал в нижней части статорного фланца лабиринтного уплотнения - с масляной полостью, при этом промежуточная воздушно-масляная полость образована Л-образным выступом статорного фланца, конический козырек выступа выполнен под острым углом к оси опоры и образует с первым от подшипника гребешком лабиринта радиальное перекрытие величиной Δ= 0-10 мм, причем первый гребешок является зеркальным по отношению к остальным гребешкам лабиринта.