ПЕРЕДНЯЯ ОПОРА РОТОРА ТУРБИНЫ НИЗКОГО ДАВЛЕНИЯ ДВУХВАЛЬНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2013 года по МПК F02C7/06 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения, а именно к размещению опор для вращающихся с большой частотой вращения роторов турбомашин, и может использоваться в наиболее напряженных опорах.

Известен газотурбинный двигатель, содержащий роликоподшипник, внутреннее кольцо которого закреплено на валу ротора низкого давления, а наружное кольцо установлено в узле центральной конической передачи на внутренней поверхности конической шестерни (см. рис.6.13, авторы: Ю.С.Елисеев и др. «Технология эксплуатации, диагностики и ремонта газотурбинных двигателей», Москва, «Высшая школа», 2002. Приложение №1 на 2-х листах прилагается).

К недостаткам такой опоры следует отнести расположение колец подшипника на вращающихся роторах, что приводит к проскальзыванию тел качения и нарушению работы подшипника, с последующим его разрушением. Дефект проскальзывания происходит из-за небольших радиальных нагрузок, приходящих на такие опоры.

Задача изобретения - обеспечить работоспособность передней опоры ротора низкого давления, заменив радиальный роликовый подшипник радиально-упорным шариковым подшипником и принудительно загрузив его осевой нагрузкой.

Технический результат, достигаемый при использовании данного решения, заключается в исключении дефекта проскальзывания при работе двигателя.

Указанный технический результат достигается тем, что передняя опора ротора турбины низкого давления двухвального газотурбинного двигателя, содержащая подшипник, внутреннее кольцо которого установлено на валу ротора низкого давления, а наружное кольцо в узле конической передачи на внутренней поверхности конической шестерни, контактирующей с рессорой посредством шлицевого соединения, при этом рессора контактирует с цапфой ротора высокого давления посредством шлицевого соединения, при этом подшипник выполнен радиально-упорным, шлицы и ответные шлицы одного из упомянутых шлицевых соединений выполнены винтовыми в виде многозаходной резьбы, витки которой направлены в противоположную сторону от направления вращения ротора высокого давления с возможностью осевого смещения рессоры для создания осевого усилия на наружное кольцо подшипника при работе двигателя после прохождения режима его запуска, кроме того, дополнительно содержит средство фиксации, ограничивающее осевое смещение рессоры в направлении от подшипника.

Новым является то, что подшипник выполнен радиально-упорным, шлицы и ответные шлицы одного из упомянутых шлицевых соединений выполнены винтовыми в виде многозаходной резьбы, витки которой направлены в противоположную сторону от направления вращения ротора высокого давления с возможностью осевого смещения рессоры для создания осевого усилия на наружное кольцо подшипника при работе двигателя после прохождения режима его запуска, кроме того, дополнительно содержит средство фиксации, ограничивающее осевое смещение рессоры в направлении от подшипника.

При этом средство фиксации выполнено в виде бурта, расположенного на рессоре со стороны ротора высокого давления с возможностью упора в торцевую поверхность его цапфы.

Замена радиального роликового подшипника радиально-упорным шариковым подшипником и загрузка его осевой нагрузкой позволяет отказаться от радиального смещения опор для создания дополнительной радиальной нагрузки. Это способствует взаимозаменяемости элементов двигателя, появляется дополнительная модульность.

Для исключения дефекта проскальзывания в подшипнике наружное кольцо дополнительно подгружается осевой силой, приходящей от рессоры, которая смещается в осевом направлении из-за шлицевого соединения, которое выполнено в виде многозаходной резьбы. Условие для выбора угла наклона шлиц определяется исходя из того, что угол трения шлиц должен быть меньше по величине угла наклона шлиц, поскольку при осевом перемещении рессоры относительно цапфы не должно происходить заклинки резьбы, т.е. рессора должна свинчиваться с цапфы. Осевое усилие рессоры зависит от угла наклона шлиц и от момента сопротивления кручению, который меняется в зависимости от оборотов ротора высокого давления. Положительным эффектом такого решения является то, что усилие нагружения возрастает с увеличением частоты вращения ротора.

На фиг.1 показан продольный разрез опоры.

На фиг.2 показано угловое расположение сечения А-А шлицевого соединения относительно оси вращения.

На фиг.3 показано сечение шлицевого соединения.

Передняя опора ротора турбины низкого давления двухвального газотурбинного двигателя содержит радиально-упорный подшипник 1, внутреннее кольцо 2 которого установлено на валу 3 ротора низкого давления, а наружное кольцо 4 в узле конической передачи на внутренней поверхности 5 конической шестерни 6, которая контактирует с рессорой 7 посредством шлицевого соединения 8. При этом рессора контактирует с цапфой 9 ротора высокого давления посредством шлицевого соединения 10. Рессора содержит средство фиксации, которое выполнено в виде бурта 11, с возможностью его упора в торцевую поверхность 12 цапфы 9.

В процессе работы двигателя крутящий момент ротора высокого давления, направленный в противоположную сторону относительно витков многозаходной резьбы, производит осевое смещение рессоры 7 относительно цапфы 9 вала высокого давления (т.е. рессора свинчивается с цапфы), причем чем больше момент, тем больше осевое усилие, приходящее на подшипник. Поэтому подшипник 1 всегда подгружен осевой силой. Это исключает дефект проскальзывания.

На режиме запуска двигателя, когда при помощи рессоры 7 раскучивается ротор высокого давления. Рессора будет ввинчиваться по шлицам, передавая крутящий момент. Поэтому на рессоре предусмотрен бурт 11, который на этом режиме упирается в торец 12 цапфы. Также этот бурт необходим как ограничитель при перемещении двигателя в нерабочем состоянии.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения, а именно к размещению опор для вращающихся с большой частотой вращения роторов турбомашин, и может использоваться в наиболее напряженных опорах. Технический результат, достигаемый при использовании данного решения, заключается в исключении дефекта проскальзывания при работе двигателя. Указанный технический результат достигается тем, что подшипник выполнен радиально-упорным, шлицы и ответные шлицы одного из шлицевых соединений выполнены винтовыми в виде многозаходной резьбы, витки которой направлены в противоположную сторону от направления вращения ротора высокого давления с возможностью осевого смещения рессоры для создания осевого усилия на наружное кольцо подшипника при работе двигателя после прохождения режима его запуска, кроме того, дополнительно содержит средство фиксации, ограничивающее осевое смещение рессоры в направлении от подшипника. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Передняя опора ротора турбины низкого давления двухвального газотурбинного двигателя, содержащая подшипник, внутреннее кольцо которого установлено на валу ротора низкого давления, а наружное кольцо в узле конической передачи на внутренней поверхности конической шестерни, контактирующей с рессорой посредством шлицевого соединения, при этом рессора контактирует с цапфой ротора высокого давления посредством шлицевого соединения, отличающаяся тем, что подшипник выполнен радиально-упорным, шлицы и ответные шлицы одного из упомянутых шлицевых соединений выполнены винтовыми в виде многозаходной резьбы, витки которой направлены в противоположенную сторону от направления вращения ротора высокого давления с возможностью осевого смещения рессоры для создания осевого усилия на наружное кольцо подшипника при работе двигателя после прохождения режима его запуска, кроме того, дополнительно содержит средство фиксации, ограничивающее осевое смещение рессоры в направлении от подшипника.

2. Передняя опора по п.1, отличающаяся тем, что средство фиксации выполнено в виде бурта, расположенного на рессоре со стороны ротора высокого давления с возможностью упора в торцевую поверхность его цапфы.