ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ Российский патент 2004 года по МПК F02C7/06 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям наземного и авиационного применения.

Известен газотурбинный двигатель, в котором опоры выполнены с гидродинамической масляной пленкой без упругих элементов [1].

Недостатком известной конструкции является отсутствие упругих элементов, в результате чего при остановке двигателя ротор проседает на величину зазоров в демпферной опоре, что приводит к снижению КПД двигателя из-за увеличенных зазоров между статором и ротором.

Наиболее близким к заявляемому является газотурбинный двигатель, в котором используется упругодемпферная опора типа "беличье колесо", с размещением упругих элементов с одной из боковых сторон подшипника [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, являются увеличенные осевые габариты масляной опоры для размещения упругих элементов, а также пониженная надежность из-за перекоса наружного кольца подшипника, жестко закрепленного во внутреннем упругом элементе упруго-демпферной опоры. Из-за размещения упругих элементов с одной из боковых сторон от наружного кольца подшипника последнее перемещается в радиальном направлении с некоторым перекосом относительно оси двигателя, что может привести к поломке подшипника и выводу из строя двигателя в целом.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности, в уменьшении габаритов и массы конструкции за счет исключения перекосов наружного кольца подшипника относительно оси двигателя при его работе.

Сущность технического решения заключается в том, что в газотурбинном двигателе с упругодемпферными опорами подшипников качения, согласно изобретению, упругие элементы опор выполнены с каждой из боковых сторон наружного кольца подшипника, причем упругие стержни каждого из упругих элементов с каждой из боковых сторон одинаковы по длине и в поперечном сечении, при этом упругие элементы с одной боковой стороны соединены между собой жестко, а с другой - телескопически в осевом направлении.

Выполнение с каждой из боковых сторон наружного кольца подшипника упругих элементов опор исключает перекос кольца при работе двигателя, так как упругие элементы под действием радиальной нагрузки одинаково деформируются с обеих сторон наружного кольца подшипника.

При выполнении упругих стержней каждого из упругих элементов с каждой из боковых сторон одинаковыми по длине и в поперечном сечении осевая длина этих стержней минимальна, что способствует уменьшению массы опоры и осевых габаритов масляной полости, что, в свою очередь, способствует уменьшению теплоотдачи в масло из-за уменьшения наружной поверхности фланцев, ограничивающих масляную полость.

Телескопическое соединение в осевом направлении между собой упругих элементов с одной из боковых сторон подшипника позволяет исключить дополнительные напряжения при температурных деформациях внутреннего и внешнего упругих элементов.

На фиг.1 изображен газотурбинный двигатель с упругодемпферными опорами.

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

Газотурбинный двигатель 1 состоит из компрессора 2, камеры сгорания 3, турбины высокого давления 4, которая вращает компрессор 2, и силовой турбины низкого давления 5, ротор 6 которой установлен в задней опоре 7 двигателя 1 на упругодемпферной опоре 8. Полезная мощность от турбины низкого давления 5 снимается с помощью вала 9 со стороны входа в компрессор 2. Ротор 6 турбины 5 включает в себя вал 10, на котором с помощью гайки 11 закреплено внутреннее кольцо 12 радиального подшипника 13, наружное кольцо 14 которого с помощью гайки 15 закреплено во внутреннем упругом элементе 16, который в свою очередь, с помощью болтов 17 своим кольцевым радиальным выступом 18 закреплен с задней стороны на радиальном кольцевом выступе 19 внешнего упругого элемента 20. С передней стороны элементы 16 и 20 телескопически, с возможностью взаимного осевого перемещения закреплены между собой по поверхности 21 с помощью кольцевых выступов 22 и 23. Между кольцами 24 и 25 упругих элементов 16 и 20 и выступами 18 и 22, 19 и 23 выполнены упругие стержни (балочки) 26, 27,28 и 29, причем длины стержней 26 и 27, а также 28 и 29 равны между собой. Между собой упругие элементы 16 и 20 установлены с радиальным зазором 30, в который с помощью жиклера 31 подается масло, уплотняемое упругими кольцами 32. Масляная полость 33 упругодемпферной опоры 8 ограничена с передней стороны фланцем 34, а с задней стороны - фланцем 35.

Работает устройство следующим образом. При работе двигателя на ротор 6 турбины низкого давления 5 действуют неуравновешенные и центробежные газовые силы, которые приводят к вибрациям ротора. Снижению общего уровня вибрации ротора 6 и всего двигателя 1 в целом способствует применение упругодемпферной опоры 8 типа "беличье колесо", энергия колебания ротора 6 в которой поглощается за счет выдавливания масляной пленки у радиального зазора 30 между упругими элементами 16 и 20. Так как упругие элементы 16 и 20 выполнены с упругими стержнями 26,27,28 и 29, одинаковыми по длине и в поперечном сечении и расположенными как с передней стороны кольца наружного 14 подшипника 13, так и с задней его стороны, то при радиальном перемещении внутреннего упругого элемента 16 относительно наружного 20 перекос наружного кольца 14 подшипника 13 относительно внутреннего кольца 12 отсутствует.

Таким образом, использование предполагаемого изобретения позволяет исключить перекос наружного кольца подшипника при работе двигателя, а также уменьшить осевую длину масляной полости и опоры в целом, снизить их массу.

Источники информации.

1. С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных ГТД. С.377, рис.7.34. 2. То же, с.374, рис.7.32. - прототип.

В газотурбинном двигателе с упругодемпферными опорами подшипников качения упругие элементы опор выполнены с каждой из боковых сторон наружного кольца подшипника. Упругие стержни каждого из упругих элементов с каждой из боковых сторон одинаковы по длине и в поперечном сечении. При этом упругие элементы с одной боковой стороны соединены между собой жестко, а с другой - телескопически в осевом направлении. Изобретение позволяет повысить надежность, уменьшить габариты и массу конструкции за счет исключения перекосов наружного кольца подшипника относительно оси двигателя при его работе. 2 ил.

Газотурбинный двигатель с упругодемпферными опорами подшипников качения, отличающийся тем, что упругие элементы опор выполнены с каждой из боковых сторон наружного кольца подшипника, причем упругие стержни каждого из упругих элементов с каждой из боковых сторон одинаковы по длине и в поперечном сечении, при этом упругие элементы с одной боковой стороны соединены между собой жестко, а с другой - телескопически в осевом направлении.