ОПОРА ПОДШИПНИКА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК F02C7/06 

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей авиационного и наземного применений.

Известна опора газотурбинного двигателя, масляная полость которой отделена от воздушных полостей двигателя контактными металлическими кольцами [1].

Недостатками такой конструкции являются нагрев металлических колец в зоне контакта, а также низкая надежность уплотнения при высоких окружных скоростях.

Наиболее близкой к заявляемой является опора подшипника газотурбинного двигателя, масляная полость которого уплотнена от воздушных полостей двигателя с помощью контактного графитового уплотнения совместно с лабиринтным уплотнением [2].

Недостатком данной конструкции является ее низкая надежность при больших ресурсах работы из-за износа графитовых колец.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности работы подшипника при повышенных ресурсах за счет бесконтактного уплотнения масляных полостей опоры подшипника и исключения попадания масла в воздушные полости двигателя.

Решение этой технической задачи заключается в том, что в опоре подшипника газотурбинного двигателя с масляной полостью и лабиринтным воздушным уплотнением согласно изобретению между масляной полостью и лабиринтным воздушным уплотнением в статорном фланце выполнена промежуточная воздушно-масляная полость, отделенная от масляной полости отсечным гребешком с наклонной в сторону масляной полости боковой поверхностью и с радиальным зазором δ относительно наружной цилиндрической поверхности лабиринтной втулки, причем на торцовой поверхности втулки выполнен обращенный в масляную полость кольцевой осевой выступ, в между цилиндрической поверхностью лабиринтной втулки и ее лабиринтом выполнены две канавки с прямоугольным в сечении кольцевым гребешком, промежуточная воздушно-масляная полость и масляная полость сообщаются между собой в нижней части статорного фланца с помощью наклонных каналов, при этом L/δ=20...50, а (D-d)/2=2...20 мм, где
L - осевая длина промежуточной воздушно-масляной полости;
δ - радиальный зазор между цилиндрической поверхностью втулки и отсечным гребешком статорного фланца;
D - диаметр цилиндрической поверхности втулки;
d - наружный диаметр внутреннего кольца подшипника.

При работе двигателя воздушные полости, окружающие масляную полость опоры подшипника, надуты холодным воздухом повышенного давления, который через лабиринтное уплотнение поступает в масляную полость опоры и далее - через центробежный маслоотделитель сбрасывается в атмосферу. Однако на низких и переходных режимах работы двигателя, когда давление надуваемого холодного воздуха низко, масло из масляной полости через зазоры в лабиринтном уплотнении может попасть в воздушные полости двигателя, и далее - в газовоздушный тракт двигателя, что может привести к пожару и поломке двигателя.

Выполнение промежуточной воздушно-масляной полости между масляной полостью и лабиринтным воздушным уплотнением в статорном фланце и соединение ее с масляной полостью в нижней части статорного фланца с помощью наклонных каналов позволяет отделять масло от воздуха на переходных режимах и сливать отделившееся масло обратно в масляную полость, не допуская его попадания в лабиринтное уплотнение.

Наличие отсечного гребешка с наклонной в сторону масляной полости боковой поверхностью и с радиальным зазором δ относительно наружной цилиндрической поверхности лабиринтной втулки дает возможность каплям масла, которые попали в промежуточную воздушно-масляную полость через зазор δ, сбрасываться с цилиндрической поверхности втулки центробежными силами в воздушно-масляную полость и далее сливаются в масляную полость.

Выполнение на торцовой поверхности втулки кольцевого осевого выступа, обращенного в масляную полость, исключает вероятность прямого прострела струи масла через радиальный зазор δ.

Соотношение осевой длины промежуточной воздушно-масляной полости L и величины радиального зазора между цилиндрической поверхностью лабиринтной втулки и отсечным гребешком статорного фланца δ находится в интервале 20... 50. Кроме того, лабиринтная втулка и внутреннее кольцо подшипника образуют радиальный уступ (D-d)/2, равный 2...20 мм.

При L/δ<20 ухудшается сепарирование масла и оно через лабиринтное уплотнение может попасть в воздушную полость. При L/δ>50 осевые габариты опоры подшипника увеличиваются, что ухудшает габаритно-массовые характеристики двигателя.

В случае (D-d)/2<2 мм возможен прострел масляной струи через лабиринтное уплотнение в воздушную полость. При (D-d)/2>20 мм будут увеличиваться габариты опоры подшипника, что ухудшит габаритно-массовые характеристики двигателя.

Заявляемая конструкция опоры подшиника при работе газотурбинного двигателя на промежуточных режимах исключает попадание масла в воздушное уплотнение опоры и далее - в воздушные полости двигателя и обеспечивает бесконтактное уплотнение масляных полостей опоры подшипника, что гарантирует надежность работы подшипника при повышенных ресурсах.

Изобретение проиллюстрировано следующими фигурами.

На фиг.1 показан продольный разрез опоры подшипника газотурбинного двигателя заявляемой конструкции.

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

Опора подшипника 1 газотурбинного двигателя состоит из статора 2, на упругих элементах 3, 4 которого с помощью гайки 5 закреплено наружное кольцо 6 подшипника 7. Внутреннее кольцо 8 подшипника 7 с помощью гайки 9 закреплено на валу 10, на котором также установлено регулировочное кольцо 11, лабиринтная втулка 12 и двойной лабиринт 13. Масляная полость 14 опоры 1 отделена от воздушной полости 15 с помощью статорного фланца 16 с теплоизоляцией 17, в котором выполнена промежуточная воздушно-масляная полость 18 длиной L. В нижней части статорного фланца 16 выполнены наклонные каналы 19, соединяющие промежуточную воздушно-масляную полость 18 с масляной полостью 14.

На статорном фланце 16 выполнен отсечной гребешок 20 с радиальным зазором δ относительно наружной цилиндрической поверхности 21 с диаметром D лабиринтной втулки 12. Отсечной гребешок 20 имеет наклонную в сторону масляной полости 14 боковую поверхность 22. Диаметр D втулки 12 больше диаметра d внутреннего кольца 8 подшипника 7, причем (D-d)/2 составляет 2...20 мм.

Между полостями 18 и 15 на внутренней поверхности 23 статорного фланца 16 газоплазменным методом нанесено латунное напыление 24, по которому работает воздушный лабиринт 25 втулки 12, образующий совместно с фланцем 16 воздушное лабиринтное уплотнение 26.

На торцовой поверхности 27 втулки 12, обращенной к внутреннему кольцу 8 подшипника 7, выполнен осевой выступ 28, а между цилиндрической поверхностью 21 и воздушным лабиринтом 25 втулки 12 выполнены две канавки 29 и 30 с прямоугольным в сечении кольцевым гребешком 31 между ними.

Масло на смазку подшипника 7 подается через масляный жиклер 32 струей 33 на наружную поверхность 34 внутреннего кольца 8 подшипника 7. В воздушном лабиринте 25 со стороны масляной полости 14 выполнена кромка 36.

Данное устройство работает следующим образом.

При работе двигателя на основных режимах работы давление охлаждающего воздуха в воздушной полости 15 больше давления в масляной полости 14, охлаждающий воздух через воздушное лабиринтное уплотнение 26 поступает в промежуточную воздушно-масляную полость 18 и далее через радиальный зазор δ и отверстия 19 - в масляную полость 14, откуда через центробежный маслоотделитель (не показан) воздух сбрасывается в атмосферу.

На переходных режимах работы, например, при запуске или при сбросе газа давление воздуха в воздушной полости 15 быстро падает, а масло через масляный жиклер 32 продолжает поступать, т.к. вал 10 продолжает вращаться. При этом струя масла 33 подается на наружную поверхность 34 внутреннего кольца 8 подшипника 7. Из-за малого уровня центробежных сил, когда двигатель работает на низком режиме с низкими оборотами между телами качения 35, масляная пленка или капли масла попадают на торец 27 втулки 12 и далее осевым выступом 28 сбрасываются в масляную полость 14.

Поскольку наружная цилиндрическая поверхность 21 втулки 12 расположена на большем диаметре, чем наружная поверхность 34 внутреннего кольца 8, то радиальный уступ исключает вероятность прямого "прострела" струи масла 33 через радиальный зазор δ. Те капли масла, которые попали в промежуточную воздушно-масляную полость 18 через кольцевой зазор δ между отсечным гребешком 20 втулки 12, сбрасываются с этой поверхности центробежными силами в полость 18 и далее через наклонные отверстия 19, расположенные в нижней части фланца 16, сливаются в масляную полость 14.

Масляная пленка, двигающаяся по поверхности 21 втулки 12 в направлении к лабиринтному уплотнению 26, доходит до канавки 29 и не может ее преодолеть, т.к. движется против центробежных сил, поэтому сбрасывается с кромки 36 между поверхностью 21 и канавкой 29. Для сброса масляной пленки также служит прямоугольный в сечении маслосбрасывающий кольцевой гребешок 31 и канавка 30.

Качество работы заявляемого устройства тем лучше, чем меньше радиальный зазор δ, через который в полость 18 поступают капли масла, и чем больше длина L полости 18, т.к. в этом случае частицы масла будут дольше находиться в поле центробежных сил.

Источники информации
1. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Москва, "Машиностроение", 1981, стр.66, рис.3.10.

2. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Москва, "Машиностроение", 1981, стр.209, рис.4.55.

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности работы подшипника при повышенных ресурсах за счет бесконтактного уплотнения масляных полостей опоры подшипника и исключения попадания масла в воздушные полости двигателя. Решение этой технической задачи заключается в том, что в опоре подшипника газотурбинного двигателя с масляной полостью и лабиринтным воздушным уплотнением согласно изобретению между масляной полостью и лабиринтным воздушным уплотнением в статорном фланце выполнена промежуточная воздушно-масляная полость, отделенная от масляной полости отсечным гребешком с наклонной в сторону масляной полости боковой поверхностью и с радиальным зазором δ относительно наружной цилиндрической поверхности лабиринтной втулки, причем на торцовой поверхности втулки выполнен обращенный в масляную полость кольцевой осевой выступ, а между цилиндрической поверхностью лабиринтной втулки и ее лабиринтом выполнены две канавки с прямоугольным в сечении кольцевым гребешком, промежуточная воздушно-масляная полость и масляная полость сообщаются между собой в нижней части статорного фланца с помощью наклонных каналов, при этом L/δ=20...50, а (D-d)/2= 2. . . 20 мм, где L - осевая длина промежуточной воздушно-масляной полости; δ - радиальный зазор между цилиндрической поверхностью втулки и отсечным гребешком статорного фланца; D - диаметр цилиндрической поверхности втулки; d - наружный диаметр внутреннего кольца подшипника. 2 ил.

Опора подшипника газотурбинного двигателя, включающая подшипник с масляной полостью и лабиринтным воздушным уплотнением, отличающаяся тем, что между масляной полостью и лабиринтным воздушным уплотнением в статорном фланце выполнена промежуточная воздушно-масляная полость, отделенная от масляной полости отсечным гребешком с наклонной в сторону масляной полости боковой поверхностью и с радиальным зазором δ относительно наружной цилиндрической поверхности лабиринтной втулки, причем на торцовой поверхности втулки выполнен обращенный в масляную полость кольцевой осевой выступ, а между цилиндрической поверхностью лабиринтной втулки и ее лабиринтом выполнены две канавки с прямоугольным в сечении кольцевым гребешком, промежуточная воздушно-масляная полость и масляная полость сообщаются между собой в нижней части статорного фланца с помощью наклонных каналов, при этом L/δ= 20. . . 50, а (D-d)/2= 2. . . 20 мм, где L - осевая длина промежуточной воздушно-масляной полости; δ - радиальный зазор между цилиндрической поверхностью лабиринтной втулки и отсечным гребешком статорного фланца; D - диаметр цилиндрической поверхности втулки; d - наружный диаметр внутреннего кольца подшипника.