УСТРОЙСТВО ДЛЯ УДЕРЖАНИЯ ПОДШИПНИКА, В ЧАСТНОСТИ, ДЛЯ ВАЛА КОМПРЕССОРА ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2003 года по МПК F16C35/06 F16C35/63 F01D25/16 

Здесь описано устройство для удержания подшипника, предусмотренного, в частности, для того, чтобы обеспечить опору для вала компрессора высокого давления таким образом, чтобы этот вариант выполнения не был ограничивающим вариантом выполнения.

Конструкция турбомашины требует применения сложных устройств ввиду того, что в ней последовательно устанавливают ступень компрессора и турбины высокого давления в ступень компрессора и турбины низкого давления, и ввиду того, что она содержит две концентричные линии валов, каждая из которых соединяет компрессор одной ступени с соответствующей турбиной. Эта сложная конструкция создает большие трудности во время обслуживания машины, когда необходимо ее снять, а затем вновь установить.

Особенно большие трудности возникают при обслуживании компрессора высокого давления. Если обратиться к фигуре 1, на которой изображен авиационный двигатель в продольном разрезе, видно, что ротор 1 введен в центр статора 2 и, обычно, он содержит нагнетатель 3, компрессор низкого давления 4, компрессор высокого давления 5, турбину высокого давления 6 и турбину низкого давления 7, расположенные последовательно в направлении от передней части к задней части. На всех этих элементах установлены подвижные лопатки, которые чередуются с неподвижными лопатками статора 2 и расположены так же, как эти лопатки в кольцевом газоотводящем канале 8. Камера сгорания 9 выполнена на кольцевом газоотводящем канале 8 между компрессором 5 и турбиной высокого давления 6, благодаря этому обеспечивается возможность воспламенять впрыскиваемое топливо перед входом в канал 8 и производить таким образом газообразные продукты сгорания, которые приводят в движение турбины 6 и 7. Кроме того, предусмотрена также линия валов высокого давления 10, соединяющая компрессор высокого давления 5 с турбиной высокого давления 6, и линия валов низкого давления 11, которая расположена в полости 12 предыдущей линии валов 10 и которая соединяет компрессор низкого давления 4 с турбиной низкого давления 7.

Линия валов высокого давления 10 содержит, в частности, конец вала 13 компрессора высокого давления, на который надет подшипник 14, посредством которого он опирается на выступ 15 статора 2. Для более точного анализа обратимся к фигуре 2, на которой видно, что подшипник 14 выполнен в виде шарикоподшипника, внутреннее кольцо 16 которого надето на конец вала 13 и удерживается в этом положении упорным кольцом 17, которое также надето на конец вала 13, начиная от его торцевой поверхности 18, и которое прижимает внутреннее кольцо 16 в направлении к задней части, к противоположному упорному кольцу 19, которое касается буртика 20 конца вала 13. Зажим внутреннего кольца 16 между упорными кольцами 17 и 19 сохраняется с помощью гайки 21, снабженной резьбой 22 на ее внутренней поверхности, которая вводится в резьбу 23 на конце вала 13 рядом с торцевой поверхностью 18. Благодаря этому, навинчивая гайку 21, прижимают последовательно упорное кольцо 17, внутреннее кольцо 16 и противоположное упорное кольцо 19 перед тем, как этот комплекс деталей будет прижат к буртику 20. В этой конструкции дополнительно установлена стопорная деталь 24, которая предназначена для предотвращения ослабления затягивания гайки 21 под воздействием вибраций. Эта стопорная деталь 24 введена в полость 12 и она удерживается на конце вала 13 с помощью венца шлицев 25, которые введены в соответствующие шлицы конца вала 13, и с помощью выгнутых концов 26 гибких лапок 27, которые введены в паз 28 конца вала 13. Первое из этих соединительных средств препятствует вращению стопорной детали 24, а второе препятствует ее перемещению относительно конца вала 13. Кроме гибких лапок 27 предусмотрены дополнительно защелки 29, примыкающие к выгнутым концам 26. Однако стопорная деталь 24 содержит также венец зубьев 30, которые выходят из полости 12 и входят между дополнительными зубьями 31, причем эти зубья расположены также по окружности и установлены на части 32 гайки 21, которая входит внутрь перед торцевой поверхностью 18 конца вала 13, который она закрывает. Для уточнения следует добавить, что зубья 30 расположены перед стопорной деталью 24, гибкие лапки 27 расположены сзади, выгнутые концы 26 и защелки 29 расположены сзади лапок 27.

Для того чтобы снять компрессор высокого давления 5, в состав которого входит конец вала 13, необходимо вынуть его из подшипника 14. Предварительный этап заключается в том, что снимают турбину низкого давления 7 для того, чтобы извлечь, вытягивая в направлении к задней части, вал турбины высокого давления 33, который входит в состав линии валов турбины низкого давления 11 и занимает, в основном, полость 12. После этого вводят вокруг защелок 29 соответствующий инструмент, снабженный захватами, для того, чтобы приложить к ним давление и объединить их вокруг оси машины, сгибая гибкие лапки 27. В результате выгнутые концы 26 выходят из паза 28, после этого можно переместить стопорную деталь 24 назад для того, чтобы извлечь ее шлицы 25 из шлицев конца вала 13 и вывести зубья 30 из зубьев 31.

После этого создается впечатление, что теперь можно отвинтить гайку 21, используя инструмент, введенный между зубьями 31, однако, в действительности, такая операция является преждевременной, так как вал компрессора низкого давления 34, который также входит в состав линии валов низкого давления, остается на месте и выступает точно перед гайкой 21. В результате осевое пространство, отмеченное позицией I, которое их отделяет, меньше длины, обозначенной позицией J, на которую вводят гайку 21 на конец вала 13. Следовательно, необходимо также снять и компрессор низкого давления и его вал 34 для того, чтобы приступить к снятию компрессора высокого давления 5, что явно не может быть полезным. Кроме того, снятие самого компрессора низкого давления 4 может создавать трудности, и предварительно перед его снятием необходимо также снять другие элементы машины, например коробку передач, которая не изображена на фигурах. Из изложенных фактов следует, что снятие компрессора высокого давления 5 является продолжительной операцией, создающей трудности, выполнение которой невозможно облегчить, увеличивая пространство, что потребовало бы изменить всю конструкцию машины и увеличить ее габаритные размеры.

Следовательно, задачей изобретения является облегчить снятие такого устройства, которое удерживает подшипник и содержит упор, зажимную гайку и стопорную деталь, и уменьшить, при этом, предварительно выполняемые ручные операции для извлечения этих деталей для того, чтобы отделить подшипник от конца вала, который он поддерживает. Преимущества изобретения проявляются при таком расположении линий валов, которое уже было описано, так как теперь нет необходимости выполнять операции для снятия деталей, расположенных перед торцевой поверхностью конца вала, и достаточно использовать доступ с одной стороны устройства, чтобы вынуть конец вала. Для этого предлагается новый вариант выполнения устройства для удержания.

Согласно наиболее общему варианту выполнения изобретения устройство, которое расположено вокруг конца вала, в котором выполнена полость и который ограничен торцевой поверхностью, содержит упорное кольцо подшипника, зажимную гайку кольца и деталь для стопорения гайки, при этом стопорная деталь удерживается в полости конца вала с помощью съемных крепежных средств и соединена с гайкой посредством зубьев, которые вводятся в зацепление друг с другом и расположены по окружности на гайке и на стопорной детали, и оно характеризуется тем, что кольцо содержит внутреннюю часть, которая перекрывает торцевую поверхность конца вала до полости и снабжена резьбой для соединения с резьбой гайки, а гайка установлена в полости и содержит упорную поверхность, которая ориентирована в направлении к торцевой поверхности и вводится напротив упорной поверхности, выступающей на конце вала в полости.

Конструкция этого нового устройства и его преимущества будут пояснены со ссылками на следующие фигуры, в дополнение к уже описанным фигурам 1 и 2, на которых изображены турбомашина и ее часть, на которой установлено обычное удерживающее устройство:
фигура 3 аналогична фигуре 2, но на ней изображено устройство, выполненное согласно изобретению,
фигура 4 изображает перспективный вид новой гайки и ее стопорной детали,
фигура 5 изображает новую стопорную деталь, которая может быть использована вместо предыдущих деталей.

Многие элементы, изображенные на фигурах 1 и 2, можно найти на фигуре 3 и, в частности, элементы, которые обозначены позициями 11, 12, 14, 15, 16, 18, 19, 20, 33 и 34, и поэтому они не будут описаны еще раз. Здесь есть также конец компрессора вала высокого давления и стопорная деталь, но в данном случае эти детали обозначены позициями 113 и 124, так как их форма и пропорции отличаются некоторым образом, если их сравнивать с соответствующими деталями 13 и 24, выполненными согласно известному варианту выполнения, а удерживающее устройство содержит также упорное кольцо 117 и гайку 121, но которые значительно отличаются от вышеописанных соответствующих деталей 17 и 21. Действительно, упорное кольцо 117 расположено за пределами конца вала 113 и имеет часть 40, которая перекрывает торцевую поверхность 18 конца вала 113 и достигает передней части полости 12, как часть 32 гайки 21, и, которая также, как она снабжена резьбой 41 на ее внутренней поверхности. Гайка 121 введена в полость 12, и там можно найти наружную часть 42 и внутреннюю часть 43, расположенные вдоль оси машины, причем обе эти части выполнены цилиндрическими, а наружная часть 42 выполнена более тонкой и отделена от другой части фланцем 44, который служит упорной поверхностью (ориентированной в направлении к передней части) и касается соответствующего упорного фланца 45, выполненного на конце вала 113 в полости 12 недалеко от торцевой поверхности 18. Наружную часть 42 располагают в направлении к передней части таким образом, чтобы она выходила из конца вала 113, ее конец снабжен резьбой 46, которая вводится в резьбу 41 упорного кольца 117, а внутренняя часть 43 имеет на своем заднем конце венец зубьев 31, которые выполнены аналогично, как и описанные зубья, или похожи на них и которые вводят в зацепление с зубьями 30 стопорной детали 124.

Совершенно очевидно, что снятие компрессора высокого давления может быть осуществлено значительно быстрее, так как достаточно только извлечь турбину низкого давления 7 и ее вал 33, затем стопорную деталь 124, захватывая ее гибкими лапками 27 для того, чтобы отвинтить гайку 121, которая также будет извлечена через заднюю часть машины. Что касается компрессора высокого давления 5 и его конца вала 113, то в этом случае их можно вынуть, перемещая назад, оставляя упорное кольцо 117 на месте в состоянии, прижатом к подшипнику 14. При установке операции выполняются в обратной последовательности.

Измененные гайка 121 и стопорная деталь 124 изображены отдельно на фигуре 4.

Нет необходимости ограничиваться применением стопорных деталей, аналогичных известной детали 24. В качестве примера варианта выполнения стопорной детали мы приводим на фигуре 5 вариант выполнения детали, обозначенный позицией 224. Этот вариант отличается от предыдущих вариантов выполнения тем, что вместо гибких лапок 27, которые были расположены вдоль оси, использованы гибкие лапки 47, которые выполнены в виде дуги окружности и которые расположены последовательно по окружности. В данном случае также достаточно нажать на свободный конец этих лапок 47 для того, чтобы вывести выгнутый конец 26, которым они снабжены, из паза 28 конца вала 13 или 113. Кроме того, здесь изображены защелки 29, идентичные защелкам детали 24 и которые, впрочем, можно было бы добавить к деталям 124. Мостики 48 осевого расширения соединяют лапки 47 напротив выгнутых концов 26 с остальной частью стопорной детали 224.

Изобретение относится к устройствам для удержания подшипника и может быть использовано в составе компрессора высокого давления турбомашины авиационного двигателя. Устройство для удержания подшипника, охватывающего конец вала, в котором выполнена полость и который ограничен торцевой поверхностью, содержит упорное кольцо подшипника, зажимную гайку и стопорную деталь гайки, причем стопорная деталь удерживается в полости конца вала с помощью съемных средств крепления и соединена с гайкой с помощью зубьев, введенных в зацепление и расположенных по окружности на гайке, и на стопорной детали. Кольцо содержит внутреннюю часть, которая закрывает торцевую поверхность конца вала до полости и снабжена резьбой для ввинчивания в резьбу гайки, а гайка установлена в полости и содержит упорную поверхность, которая введена до упора в упорную поверхность, которая выступает на конце вала в полость. Технический результат: облегчение обслуживания турбомашины авиационного двигателя. 6 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Устройство для удержания подшипника (14), охватывающего конец вала (113), в котором выполнена полость (12) и который ограничен торцевой поверхностью (18), содержит упорное кольцо (117) подшипника (14), зажимную гайку (121) кольца (117) и стопорную деталь (124) гайки, причем стопорная деталь удерживается в полости (12) конца вала с помощью съемных средств крепления (25, 26) и соединена с гайкой с помощью зубьев (30, 31), введенных в зацепление и расположенных по окружности на гайке (121), и на стопорной детали (124), отличающееся тем, что кольцо (117) содержит внутреннюю часть (40), которая закрывает торцевую поверхность (18) конца вала (113) до полости (12) и снабжена резьбой (41) для ввинчивания в резьбу (46) гайки (121), а гайка (121) установлена в полости и содержит упорную поверхность (44), которая ориентирована в направлении к торцевой поверхности (18) и введена до упора в упорную поверхность (45), которая выступает на конце вала (113) в полость (12). 2. Устройство для удержания подшипника по п. 1, отличающееся тем, что гайка состоит из тонкой наружной части (42) и из толстой внутренней части (43), которые отделены фланцем (44), образующим упорную поверхность, причем наружная часть снабжена резьбой (46), а внутренняя часть снабжена венцом зубьев (31). 3. Устройство для удержания подшипника по п. 1 или 2, отличающееся тем, что средства крепления содержат гибкие лапки (27, 47) с выгнутым концом (26) на стопорной детали, причем упомянутые лапки расположены напротив венца зубьев (30), и паз (28), предназначенный для размещения выгнутых концов и выполненный в полости (12). 4. Устройство для удержания подшипника по п. 3, отличающееся тем, что оно содержит защелки (29) для захвата инструмента, расположенные на гибких лапках рядом с выгнутыми концами. 5. Устройство для удержания подшипника по п. 3, отличающееся тем, что гибкие лапки расположены в осевом направлении. 6. Устройство для удержания подшипника по п. 3, отличающееся тем, что гибкие лапки выполнены в виде дуг и расположены последовательно на одной окружности. 7. Устройство для удержания подшипника по любому из предыдущих пунктов, отличающееся тем, что при использовании на турбомашине конец вала (113) жестко соединен с компрессором высокого давления (5), а его торцевая поверхность (18) ориентирована в направлении к компрессору низкого давления (4), причем подшипник (14) обеспечивает опору для конца вала (113) с помощью картера (2).