ОПОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2010 года по МПК F02C7/06 

Изобретение относится к опорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известна опора газотурбинного двигателя, в которой масляная полость отделена от воздушной полости контактным графитовым уплотнением (патент RU №2191935).

Недостатком известной конструкции является ее низкий ресурс из-за низкого ресурса контактного графитового уплотнения, что является существенным недостатком в случае применения опоры на двигателях гражданской авиации или на двигателях наземного применения, где требуется повышенный ресурс.

Наиболее близкой к заявляемой является опора газотурбинного двигателя, в которой масляная полость опоры отделена от воздушной полости пониженного давления лабиринтным уплотнением, а полость пониженного давления и полость высокого давления соединены через лабиринтные уплотнения с полостью сброса низкого давления (патент RU №2307947).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за поступления вместе с воздухом на повышенных режимах работы газотурбинного двигателя в масляную полость опоры загрязняющих частиц, вызывающих выкрашивание беговой дорожки подшипника и поступление стружки от износа подшипника в масло с дальнейшим выключением двигателя.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности опоры газотурбинного двигателя путем исключения или существенного уменьшения поступления загрязняющих частиц в масляную полость опоры на повышенных режимах работы газотурбинного двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что в опоре газотурбинного двигателя с подшипником и с масляной полостью, отделенной от полости с воздухом пониженного давления лабиринтным уплотнением, а также с полостью сброса воздуха низкого давления, соединенной на входе через лабиринт с полостью высокого давления и с полостью пониженного давления через промежуточное лабиринтное уплотнение, согласно изобретению в воздушной полости промежуточного лабиринтного уплотнения установлена крыльчатка на первом со стороны торца статорного фланца уплотнительном гребешке лабиринта уплотнения, причем крыльчатка выполнена в виде чередующихся между собой радиальных пазов и выступов, а отношение δ₂/δ₁=1,5-3, где δ₂ - радиальный зазор между наружной поверхностью крыльчатки и статорным фланцем, δ₁ - радиальный зазор между первым гребешком и статорным фланцем.

Установка в воздушной полости промежуточного лабиринтного уплотнения крыльчатки на первом со стороны торца статорного фланца уплотнительном гребешке лабиринта уплотнения позволяет сепарировать поступающие на вход в лабиринтное уплотнение загрязняющие частицы и накапливать их в дополнительной воздушной полости с дальнейшим выбросом их в полость сброса при изменении режима работы газотурбинного двигателя.

Выполнение крыльчатки в виде чередующихся радиальных пазов и выступов позволяет обеспечить высокую надежность и технологичность при изготовлении крыльчатки.

При δ₂/δ₁<1,5 - возможно задевание крыльчатки о статорный фланец с дальнейшим ее износом и поломкой.

При δ₂/δ₁>3 - снижается эффективность сепарирования крыльчаткой загрязняющих частиц и снижение надежности опоры газотурбинного двигателя.

На фиг.1 изображен продольный разрез опоры газотурбинного двигателя.

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

На фиг.3 - вид А на фиг.2.

Опора газотурбинного двигателя 1 состоит из статора 2 с масляной полостью 3, в которой расположен подшипник 4. Лабиринтным уплотнением 5, состоящим из фланца 6 и лабиринта 7, масляная полость 3 отделена от воздушной полости 8 пониженного давления. Промежуточным лабиринтным уплотнением 9, состоящим из промежуточного лабиринта 10 и статорного фланца 11, а также лабиринтными уплотнениями 12 и 13 воздушная полость 8 отделена от полости сброса 14 низкого давления. Полость сброса 14 соединена также с воздушной полостью высокого давления 15 через лабиринтное уплотнение 16, состоящее из статорного сотового фланца 17 и двойного лабиринта 18. В промежуточном лабиринтном уплотнении 9 выполнена дополнительная воздушная полость 19, ограниченная по периферии цилиндрической поверхностью 20 двойного лабиринта 18, в полости 19 размещена крыльчатка 21, установленная на первом со стороны торца 22 статорного фланца 11 уплотнительном гребешке 23 промежуточного лабиринта 10 лабиринтного уплотнения 9. Крыльчатка 21 выполнена в виде чередующихся между собой радиальных пазов 24 и выступов 25. При вращении крыльчатки 21 в дополнительной воздушной полости 19 образуется радиальный воздушный вихрь 26, сепарирующий к периферии загрязняющие частицы 27.

Работает устройство следующим образом. При работе газотурбинного двигателя 1 на номинальном режиме перепад давления воздуха в опоре 1 направлен из воздушной полости пониженного давления 8 в полость сброса 14 низкого давления, и поэтому загрязняющие частицы 27, поступающие из воздушной полости высокого давления 15 в полость сброса 14 (например, продукты износа мягкого покрытия проточной части компрессора), не могут проникнуть через промежуточное лабиринтное уплотнение 9 в воздушную полость 8 и далее - в масляную полость 3 опоры 1. Однако на повышенных режимах работы газотурбинного двигателя давление воздуха в полости 15 резко повышается, что приводит к повышению утечек воздуха вместе с загрязняющими частицами 27 из полости 15 в полость сброса 14, к увеличению давления в полости 14 и к появлению обратного перепада на промежуточном лабиринтном уплотнении 9, что могло бы привести к попаданию загрязняющих частиц 27 в полость 8 и далее через лабиринтное уплотнение 5 в масляную полость 3 опоры 1 с дальнейшим выводом из строя подшипника 4. Однако этого не происходит, так как радиальный воздушный вихрь 26, образованный крыльчаткой 21 в дополнительной полости 19, отбрасывает загрязняющие частицы 27 к периферии, где они под воздействием центробежных сил сепарируются на поверхности 20 вращающегося двойного лабиринта 18. При переходе на номинальный режим работы газотурбинного двигателя утечки воздуха из полости высокого давления 15 в полость сброса 14 уменьшаются, давление в полости 14 снижается, и под действием перепада давления загрязняющие частицы 27 через лабиринтные уплотнения 12, 13 постепенно сливаются в полость сброса 14, что предохраняет опору 1 от попадания в ее масляную полость 3 загрязняющих частиц 27 и повышает надежность работы опоры 1.

Опора газотурбинного двигателя состоит из статора с масляной полостью с подшипником. Масляная полость отделена от воздушной полости пониженного давления лабиринтным уплотнением. Полость сброса воздуха низкого давления на входе соединена через лабиринт с полостью высокого давления и с полостью пониженного давления через промежуточное лабиринтное уплотнение. В воздушной полости уплотнения установлена крыльчатка на первом со стороны торца статорного фланца уплотнительном гребешке лабиринта уплотнения. Крыльчатка выполнена в виде чередующихся между собой радиальных пазов и выступов. Отношение радиального зазора δ₂ между наружной поверхностью крыльчатки и статорным фланцем к радиальному зазору δ₁ между первым гребешком и статорным фланцем находится в пределах 1,5-3. 3 ил.

Опора газотурбинного двигателя с подшипником и с масляной полостью, отделенной от полости с воздухом пониженного давления лабиринтным уплотнением, а также с полостью сброса воздуха низкого давления, соединенной на входе через лабиринт с полостью высокого давления и с полостью пониженного давления через промежуточное лабиринтное уплотнение, отличающаяся тем, что в воздушной полости промежуточного лабиринтного уплотнения установлена крыльчатка на первом со стороны торца статорного фланца уплотнительном гребешке лабиринта уплотнения, причем крыльчатка выполнена в виде чередующихся между собой радиальных пазов и выступов, а отношение
δ₂/δ₁=1,5-3,
где δ₂ - радиальный зазор между наружной поверхностью крыльчатки и статорным фланцем;
δ₁ - радиальный зазор между первым гребешком и статорным фланцем.