ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2003 года по МПК F02C7/06 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного или наземного применения, в том числе полученным путем конверсии авиационных двигателей в наземные.

Известен газотурбинный двигатель с межвальным подшипником, масло на смазку которого подается через пазы в наружном валу [1].

Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность, так как пазы уменьшают прочность вала, являясь концентраторами напряжений.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности является газотурбинный двигатель с межвальным подшипником, на смазку которого масло подается через жиклер, установленный сбоку от подшипника в валу ротора турбины высокого давления [2].

Недостатком такой конструкции является также ее низкая надежность из-за неравномерной смазки подшипника на разных режимах работы двигателя.

Это связано с тем, что ротор турбины высокого давления имеет широкий диапазон изменения своих оборотов при изменении работы двигателя от запуска до максимального режима. Так как струя масла при входе из масляного жиклера имеет окружную скорость, равную окружной скорости ротора, то с изменением оборотов и окружной скорости струя масла под действием центробежной силы движется по разным траекториям в разные точки подшипника, поэтому на различных режимах работы условия смазки и температурное состояние элементов подшипников разные, что снижает надежность подшипника и может вызвать его разрушение.

Техническая задача, которую решает изобретение, заключается в повышении надежности работы двигателя за счет обеспечения стабильности смазки межвального подшипника.

Сущность изобретения заключается в том, что в газотурбинном двигателе, содержащем роторы высокого и низкого давлений с межвальным подшипником между ними и лабиринтом, отделяющим масляную полость подшипника от воздушной, согласно изобретению на валу ротора низкого давления между лабиринтом и внутренним кольцом межвального подшипника установлено жиклерное кольцо с каналами подвода масла для смазки межвального подшипника, а лабиринт и жиклерное кольцо зафиксированы шлицами между собой в окружном направлении, на осевом кольцевом выступе лабиринта выполнены торцовые шлицы, фиксирующие лабиринт в окружном направлении относительно вала ротора низкого давления, причем между валом и лабиринтом под выступом лабиринта установлено регулировочное кольцо осевого положения внутреннего кольца межвального подшипника, при этом L/I= 0,5...2, где L - осевая длина торцовых шлиц лабиринта; I - осевая ширина регулировочного кольца.

Установка жиклерного кольца с каналами подвода масла на валу ротора низкого давления между лабиринтом и внутренним кольцом межвального подшипника позволяет осуществлять стабильную смазку подшипника. Т.к. обороты ротора низкого давления газотурбинного двигателя существенно ниже оборотов ротора высокого давления и изменяются с изменением режима работы двигателя в меньшей степени, то соответственно и изменение траектории движения струи масла из жиклера при изменении режима работы будет существенно меньше.

При работе двигателя лабиринт может задеть за внутреннюю поверхность стяжной втулки, установленной внутри вала компрессора, который приводится во вращение турбиной высокого давления. Такое задевание лабиринта о втулку может привести к провороту лабиринта, жиклерного кольца и внутреннего кольца подшипника относительно вала, следствием чего будут разогрев подшипника, вала и их поломка. Однако конструктивные особенности, заключающиеся в фиксации лабиринта и жиклерного кольца между собой в окружном направлении, а также фиксации лабиринта в окружном направлении относительно вала ротора низкого давления с помощью торцовых шлиц кольцевого выступа лабиринта исключают поворот жиклерного кольца в случае задевания лабиринтом стяжной втулки, установленной на валу ротора высокого давления, что обеспечивает стабильность смазки подшипника.

Кроме того, за счет взаимной температурной деформации валов происходит осевое смещение внутреннего и наружного колец подшипника относительно друг друга, что может привести к поломке подшипника, например, в результате задевания сепаратора подшипника о жиклерное кольцо. Поэтому очень важна взаимная установка этих колец при сборке двигателя, которая осуществляется с помощью регулировочного кольца с осевой шириной I, которое установлено между валом и лабиринтом под выступом лабиринта. При этом торцовые шлицы лабиринта с осевой длиной L не должны выходить из зацепления с валом, что и обеспечивается оптимальным соотношением L/I=0,5...2.

В случае L/I<0,5 возможно исчезновение окружной фиксации лабиринта относительно вала вследствие выхода шлиц из зацепления с валом.

При L/I>2 возможна деформация торцовых шлицевых выступов за счет действия центробежных сил.

Изобретение проиллюстрировано следующим образом.

На фиг.1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя;
на фиг.2 показан элемент I на фиг.1 в увеличенном виде;
на фиг.3 показан элемент II на фиг.2 в увеличенном виде.

Газотурбинный двигатель 1 состоит из компрессора 2, камеры сгорания 3, турбины высокого давления 4 и турбины низкого давления 5, полезная мощность которой снимается с вала 6 со стороны входа в компрессор 2.

Вал 7 ротора в турбине низкого давления 5 своим передним концом установлен в межвальном подшипнике 9, который в свою очередь установлен между валом 10 компрессора 2 и валом 7 турбины низкого давления 5. Масляная полость 11 подшипника 9 отделена от межвальной воздушной полости 12 с помощью лабиринта 13, установленного на валу 7 турбины 5. Между лабиринтом 13 и внутренним кольцом 14 подшипника 10 установлено на валу 7 жиклерное кольцо 15, причем жиклерное кольцо 15 и лабиринт 13 взаимно зафиксированы в окружном направлении с помощью шлиц 16, а лабиринт 13 зафиксирован в окружном направлении относительно вала 7 с помощью торцовых шлиц 17 длиной L, выполненных на шлицевом осевом выступе 18 лабиринта 13. Регулировочное кольцо 19 осевой ширины I, с помощью которого регулируется осевое положение внутреннего кольца 14 подшипника 9, размещено на валу 7 под осевым выступом 18 лабиринта 13.

Весь пакет деталей, включая внутреннее кольцо 14 подшипника 9, жиклерное кольцо 15, лабиринт 13 и регулировочное кольцо 19 зафиксированы на валу 7 в осевом направлении с помощью гайки 20.

Жиклерное кольцо 15 выполнено с осевым жиклерным каналом 21 на выходе и подводящим наклонным каналом 22. Масло к жиклерному кольцу 15 подводится через трубу 23 в задней опоре 24 турбины низкого давления 5 и далее по трубе 25 внутри вала 7 по радиальному каналу 26 во втулке 27 и радиальному каналу 28 в валу 7 - в полость 29 жиклерного кольца 15.

Наружное кольцо 30 подшипника 9, установленное в валу 10 компрессора 2, в осевом направлении фиксируется через промежуточный элемент 31 с помощью резьбовой стяжной втулки 32, по внутренней поверхности 33 которой работает лабиринт 13.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе двигателя масло по трубам подвода 23, 25 и каналам 26, 28 и 22 поступает в осевой канал 21 жиклерного кольца 15, установленного на валу 7 турбины низкого давления 5. Масло из канала 21 поступает на смазку межвального подшипника 9, обеспечивая его стабильную смазку и охлаждение.

При работе двигателя лабиринт 13, установленный на валу 7, может задеть за внутреннюю поверхность 33 стяжной втулки 32, установленной внутри вала 9 компрессора 2, который приводится во вращение турбиной высокого давления 4. Такое задевание лабиринта 13 о втулку 32 может привести к провороту лабиринта 13, жиклерного кольца 15 и внутреннего кольца 14 подшипника 10 относительно вала 7, что приведет к разогреву подшипника 9 и вала 7. Однако окружная фиксация шлицами лабиринта 13 относительно вала 7 и жиклерного кольца 15 относительно лабиринта 13 предотвращает это.

При взаимной температурной деформации валов 7 и 9 не происходит излишнего осевого смещения внутреннего 14 и наружного 30 колец подшипника 9 относительно друг друга, т.к. осуществляется взаимная осевая установка этих колец при сборке двигателя с помощью регулировочного кольца 19, которое выполняется различной осевой ширины I. Одновременно торцовые шлицы 17 с осевой длиной L лабиринта 13 не должны выходить из зацепления с валом 7, что обеспечивается оптимальным соотношением L/I=0,5...2.

Источники информации
1. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Москва, "Машиностроение", 1981, стр. 207, рис. 4.54.

2. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30. Техническое описание. М., "Машиностроение", 1971, стр. 55, рис.51.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного или наземного применения, в том числе полученным путем конверсии авиационных двигателей в наземные. Техническая задача, которую решает изобретение, заключается в повышении надежности работы двигателя за счет обеспечения стабильности смазки межвального подшипника. Сущность изобретения заключается в том, что в газотурбинном двигателе, содержащем роторы высокого и низкого давлений с межвальным подшипником между ними и лабиринтом, отделяющим масляную полость подшипника от воздушной, согласно изобретению на валу ротора низкого давления между лабиринтом и внутренним кольцом межвального подшипника установлено жиклерное кольцо с каналами подвода масла для смазки межвального подшипника, а лабиринт и жиклерное кольцо зафиксированы шлицами между собой в окружном направлении, на осевом кольцевом выступе лабиринта выполнены торцовые шлицы, фиксирующие лабиринт в окружном направлении относительно вала ротора низкого давления, причем между валом и лабиринтом под выступом лабиринта установлено регулировочное кольцо осевого положения внутреннего кольца межвального подшипника, при этом L/I=0,5...2, где L - осевая длина торцовых шлиц лабиринта; I - осевая ширина регулировочного кольца. 3 ил.

Газотурбинный двигатель, содержащий роторы высокого и низкого давлений с межвальным подшипником между ними и лабиринтом, отделяющим масляную полость подшипника от воздушной, отличающийся тем, что на валу ротора низкого давления между лабиринтом и внутренним кольцом межвального подшипника установлено жиклерное кольцо с каналами подвода масла для смазки межвального подшипника, а лабиринт и жиклерное кольцо зафиксированы шлицами между собой в окружном направлении, на осевом кольцевом выступе лабиринта выполнены торцовые шлицы, фиксирующие лабиринт в окружном направлении относительно вала ротора низкого давления, причем между валом и лабиринтом под выступом лабиринта установлено регулировочное кольцо осевого положения внутреннего кольца межвального подшипника, при этом L/I= 0,5. . . 2, где
L - осевая длина торцовых шлиц лабиринта;
I - осевая ширина регулировочного кольца.