КОРЕННАЯ ШЕЙКА ПОДШИПНИКА И УЗЕЛ КОРЕННОЙ ШЕЙКИ И УПЛОТНИТЕЛЬНОЙ ВТУЛКИ Российский патент 2013 года по МПК F02C7/06 F16C35/00 

Настоящее изобретение относится к области газотурбинных двигателей и, в частности, к операциям монтажа вала двигателя.

Двухкамерный турбореактивный двигатель с передним вентилятором, содержит, например, одну камеру низкого давления, называемую камерой ВР, и камеру высокого давления, называемую камерой НР.

В настоящей конвенционной заявке термины «передний» и «задний» определяют направление относительно циркуляции воздуха в турбореактивном двигателе. Так, двухкамерный турбореактивный двигатель с передним вентилятором классически содержит расположенные с входа на выход вентилятор, ступень компрессора ВР, ступень компрессора НР, камеру сгорания, ступень турбины НР и ступень турбины ВР.

В настоящей конвенционной заявке термины «внутренний» и «внешний» определяют радиальное направление относительно оси двигателя. Так, цилиндр, расположенный по оси двигателя, содержит внутреннюю поверхность, направленную к оси двигателя, и внешнюю поверхность, оппозитную внутренней поверхности.

Вал камеры ВР вращается в подшипниках, удерживаемых жесткой структурой двигателя, тогда как вал камеры НР вращается в подшипниках, удерживаемых камерой ВР, при этом валы двух камер установлены концентрически.

Диск турбины НР жестко соединен с коренной шейкой при монтаже подшипника, обеспечивающего вращение вала НР относительно вала ВР, известного под названием подшипник «4», в двигателе с двойным корпусом и передним вентилятором.

Вал ВР размещен в цилиндрической втулке, которая соединена с коренной шейкой. В процессе монтажа втулки в двигателе, необходимо блокировать положение втулки относительно коренной шейки как аксиально, так и тангенциально.

Для этого, как видно на фиг.1, коренная шейка 1 содержит аксиальную цилиндрическую часть 13, на которой выполнены кулачки. Кулачки выполнены в форме кольцевой радиальной зубчатой ленты 20, содержащей выступающие зубцы 21, чередующиеся с промежутками 22. Таким образом, промежуток является зазором между двумя последовательно расположенными зубцами.

Так как зубцы кулачков 21 коренной шейки 1 ориентированы внутрь, то есть к оси двигателя, обозначим кулачки коренной шейки как внутренние кулачки.

Внутренние кулачки коренной шейки образованы таким образом, чтобы соответствовать кулачкам, называемым внешними кулачками, выполненными на кольцевом венце втулки, при этом зубцы внешних кулачков ориентированы наружу.

Аксиальное выравнивание зубцов внутренних и внешних кулачков позволяет аксиально блокировать втулку относительно коренной шейки, при этом входная поверхность зубцов внешних кулачков втулки аксиально упирается в выходную поверхность зубцов внутренних кулачков коренной шейки. Втулка тангенциально блокирована аксиально выступающими зубцами, ориентированными к входу, выполненными на лабиринтном кольце подшипника, которое установлено на выходе втулки. Аксиально выступающие зубцы введены между зубцами внутренних и внешних кулачков, предотвращающими, таким образом, вращение втулки относительно коренной шейки по оси двигателя. Стопорная гайка аксиально завинчена в холодном состоянии на выходном конце коренной шейки для обеспечения аксиальной и тангенциальной блокировки коренной шейки.

Аксиальное стягивание, возникающее при воздействии стопорной гайки на втулку, приводит к сильным аксиальным напряжениям внутренних кулачков коренной шейки. Острые кромки и радиусы малых размеров зубцов кулачков приводят к износу в коренной шейке вблизи упомянутых кромок. Накопление напряжений различной природы во входной части коренной шейки приводит к охрупчиванию коренной шейки.

Коренная шейка содержит, кроме того, смазочные каналы, через которые подается масло, находящееся снаружи коренной шейки, в смазочный картер, в котором омывается подшипник, удерживаемый коренной шейкой. Эти внутренние смазочные каналы выполнены продольными в коренной шейке по способу EDM (Электроэрозионная обработка). Такой способ имеет много недостатков. Он вызывает, прежде всего, внутреннее механическое ослабление обрабатываемой зоны. Термически обрабатываемая зона теряет свои механические свойства, потенциально вызывая риск разрушения. С другой стороны, внутренние каналы, выполненные с помощью EDM, трудно контролировать вследствие их размера и расположения внутри детали. После их формирования они могут иметь внутренние трещины, способные привести к охрупчиванию коренной шейки.

Наконец, внутренние смазочные каналы открываются в масляный картер через радиальные отверстия для отвода масла. Острые кромки отверстий вызывают механические ослабления в коренной шейке.

Таким образом, коренная шейка является местом аккумулирования механических износов, которые способны ослабить коренную шейку при ее работе.

Для исключения этих недостатков Заявитель предлагает коренную шейку подшипника внутреннего вала газотурбинного двигателя, содержащую средство для удержания уплотнительной втулки, охватывающей упомянутый вал, при этом средство для удержания содержит:

- сплошной радиальный кольцевой фланец, выполненный со стороны входа на аксиальной цилиндрической части коренной шейки, при этом упомянутый сплошной фланец предназначен для аксиального упорного взаимодействия с радиальным кольцевым фланцем уплотняющей втулки, и

- средства тангенциального блокирования, выполненные на выходе аксиальной цилиндрической части коренной шейки, предназначенные для тангенциального блокирования уплотнительной втулки относительно коренной шейки.

Под сплошным фланцем понимают непрерывный фланец, радиальный размер которого, по существу, постоянен на коренной шейке.

Тангенциальные и аксиальные напряжения разнесены в пространстве на коренной шейке, при этом тангенциальные напряжения локализованы на выходе, в то время как аксиальные напряжения локализованы на входе. Это позволяет, предпочтительно, ограничить износы, вызываемые каждым типом напряжения.

Предпочтительно, тангенциальные блокирующие средства выполнены на выходном конце аксиальной цилиндрической части коренной шейки.

Предпочтительно также, что средства тангенциального блокирования выполнены в виде радиального зубчатого блокирующего венца на внутренней поверхности коренной шейки, при этом упомянутый блокирующий венец содержит радиальные зубцы, ориентированные внутрь попеременно с промежутками. Промежутки зубчатой ленты образуют средства установки, позволяющие предпочтительно тангенциально блокировать втулку относительно коренной шейки.

Всегда предпочтительно, чтобы места крепления были выполнены в промежутках упомянутого венца для зубчатого кольцевого радиального блокирования коренной шейки.

В соответствии с другой характеристикой изобретения коренная шейка содержит каналы для смазки подшипника, выполненные в виде продольных канавок, выполненных на внутренней поверхности коренной шейки.

Смазочные каналы являются, с одной стороны, видимыми, что позволяет осуществить их визуальный контроль и определить неисправности, и, с другой стороны, доступны для инструментов дробеструйной обработки, позволяющей ограничить механический износ при обработке.

Предпочтительно, на внутренней поверхности коренной шейки на входном конце смазочных каналов выполнены радиальные смазочные рассверленные отверстия. Так как каналы являются видимыми, можно дробеструйно обработать смазочные отверстия для уменьшения механических напряжений, вызываемых их острыми кромками.

Изобретение относится также к газотурбинному двигателю, содержащему коренную шейку по изобретению.

Изобретение относится также к узлу коренной шейки, представленной выше, и уплотнительной втулки, содержащей радиальный кольцевой фланец, при этом узел содержит:

- смазочное кольцо, находящееся в поверхностном контакте с внутренней поверхностью коренной шейки, которая находится в аксиальном упоре с входной стороны с кольцевым радиальным фланцем для аксиального упора на коренную шейку.

Смазочное кольцо позволяет, предпочтительно, перекрывать смазочные каналы коренной шейки и управлять отводом смазочного масла от подшипника.

Предпочтительно, смазочное кольцо содержит кольцевую канавку для сбора масла, в которой выполнены радиальные отверстия, при этом канавка, предпочтительно, позволяет осуществить жидкостную связь смазочных каналов с внешней втулкой подшипника.

Предпочтительно также, что смазочное кольцо содержит цилиндрические опорные поверхности для амортизации вибраций двигателя при работе.

Всегда предпочтительно, что узел содержит уплотнительный диск цилиндрической формы, аксиально вставленный в уплотнительную втулку на ее выходе, при этом уплотнительный диск содержит радиальный венец, содержащий по окружности аксиальные зубцы, выступающие в сторону передней части, которые входят в отверстия, образованные в кольцевом радиальном фланце уплотнительной втулки.

Предпочтительно аксиальные зубцы, направленные в сторону входа, аксиально упираются в сплошной фланец коренной шейки.

Предпочтительно, уплотнительный диск установлен внутри смазочного кольца.

Уплотнительный диск позволяет, предпочтительно, блокировать смазочное масло перед радиальным кольцевым венцом.

Всегда предпочтительно, что узел содержит внешнюю втулку подшипника цилиндрической формы, аксиально вставленную в уплотнительный диск сзади последнего, при этом внешняя втулка содержит выступающие в сторону передней части аксиальные зубцы, вставленные между аксиальными зубцами, направленными в сторону задней части, выполненными на радиальном кольцевом венце уплотнительного диска.

Всегда предпочтительно, что внешняя втулка подшипника установлена внутри смазочного кольца, обеспечивая, таким образом, ее смазку при работе.

В соответствии с другим, не представленным вариантом осуществления изобретения, смазочное кольцо встроено во внешнюю втулку подшипника.

Предпочтительно, узел содержит стопорное кольцо внешней втулки подшипника, цилиндрической формы, аксиально размещенное во внешней втулке подшипника на выходе последнего, установленном внутри коренной шейки подшипника для обеспечения блокировки аксиального положения внешней втулки подшипника.

Предпочтительно также, что стопорное кольцо содержит с входной стороны внутренние радиальные стопорные зубцы, аксиально блокирующие внешнюю втулку подшипника, а с выходной стороны - внешние радиальные стопорные зубцы, блокирующие аксиально смазочное кольцо.

Стопорное кольцо позволяет блокировать аксиальное положение внешней втулки, а также смазочного кольца.

Всегда предпочтительно, чтобы посадочные места для стопорения, предназначенные для размещения противовращательных стержней для блокирования тангенциального положения внешней втулки подшипника, были выполнены на поперечной выходной плоскости стопорного кольца.

Предпочтительно, узел содержит блокирующее кольцо цилиндрической формы, аксиально размещенное во внешней втулке подшипника с его выходной стороны, при этом блокирующее кольцо содержит аксиальные блокирующие зубцы, ориентированные к входной стороне, предназначенные для блокирования тангенциального положения внешней втулки относительно стопорного кольца.

Предпочтительно также, что внешняя втулка подшипника содержит на выходной стороне аксиальные зацепляющие зубцы, выступающие к выходной стороне, при этом каждый зубец аксиального блокирования блокирующего кольца размещен между радиально внутренним блокирующим зубцом блокирующего кольца аксиального зацепления, выступающим в сторону выхода внешней втулки.

Предпочтительно, узел содержит аксиальную стопорную гайку, аксиально упирающуюся в выходную поверхность блокирующего кольца.

Изобретение относится также к газотурбинному двигателю, содержащему узел по изобретению.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг.1 представляет в аксонометрии вид в разрезе коренной шейки подшипника в соответствии с известным уровнем техники;

- фиг.2 представляет в аксонометрии частичный вид в разрезе коренной шейки подшипника по изобретению;

- фиг.3 представляет другой частичный вид в аксонометрии коренной шейки подшипника по фиг.2;

- фиг.4 представляет в аксонометрии герметизирующую втулку по изобретению;

- фиг.5 представляет частичный вид в аксонометрии смазочного кольца;

- фиг.6 представляет в аксонометрии вид монтажа смазочного кольца по фиг.5 на коренной шейке по фиг.3;

- фиг.7 представляет в аксонометрии другой вид снизу при монтаже смазочного кольца по фиг.5 на коренной шейке по фиг.3;

- фиг.8 представляет вид в аксонометрии уплотнительного диска по изобретению;

- фиг.9 представляет вид в аксонометрии внешней втулки подшипника по изобретению;

- фиг.10 представляет вид в аксонометрии с выхода на вход стопорного кольца по изобретению;

- фиг.11 представляет вид в аксонометрии с входа на выход стопорного кольца по фиг.10;

- фиг.12 представляет вид в аксонометрии блокирующего кольца по изобретению;

- фиг.13 представляет вид в аксонометрии стопорной гайки по изобретению;

- фиг.14 представляет вид в аксонометрии уплотнительной втулки, установленной со смазочным кольцом, при этом коренная шейка и смазывающее кольцо изображены в вырезе;

- фиг.15 представляет вид, подобный фиг.14;

- фиг.16 представляет вид в аксонометрии уплотнительного диска, смонтированного с уплотнительной втулкой, смазочным кольцом и коренной шейкой по фиг.15;

- фиг.17 представляет вид в аксонометрии внешней втулки подшипника, смонтированной с уплотнительным диском, уплотнительной втулкой, смазочным кольцом и коренной шейкой по фиг.16;

- фиг.18 представляет вид в аксонометрии стопорного кольца, смонтированного с внешней втулкой подшипника, уплотнительного диска, уплотнительной втулки, смазочного кольца и коренной шейки по фиг.17;

- фиг.19 представляет вид в поперечном разрезе с выхода на вход элементов по фиг.18;

- фиг.20 изображает вид в поперечном разрезе с выхода на вход элементов фиг.19 после поворота внешней втулки;

- фиг.21 представляет вид в аксонометрии блокирующего кольца, смонтированного со стопорным кольцом, внешней втулки подшипника, уплотнительного диска, уплотнительной втулки, смазывающего кольца и коренной шейки по фиг.18;

- фиг.22 представляет вид в аксонометрии стопорной гайки, смонтированной с блокирующим кольцом, стопорным кольцом, внешней втулкой подшипника, уплотнительным диском, уплотнительной втулкой, смазочным кольцом и коренной шейкой по фиг.21;

- фиг.23 представляет вид в поперечном разрезе с выхода на вход элементов по фиг.22;

- фиг.24 представляет вид в аксонометрии узла элементов по фиг.23; и

- фиг.25 представляет вид сбоку фиг.24 с частью выреза.

Описание

Турбореактивный двигатель с передним вентилятором и двойной камерой содержит камеру низкого давления, называемую камерой ВР, и камеру высокого давления, называемую камерой НР.

Вал камеры ВР вращается по оси двигателя в подшипниках, удерживаемых неподвижной конструкцией двигателя, а вал камеры НР вращается в подшипниках, установленных в камере ВР, при этом валы обеих камер являются концентрическими.

Диск турбины НР жестко соединен с коренной шейкой для установки подшипника, обеспечивающего вращение вала НР относительно вала ВР, и посредством которого вал НР удерживается валом ВР. Вал ВР помещен в цилиндрическую уплотнительную втулку 200, соединенную с коренной шейкой 100, как изображено на фиг.25. Подшипник содержит внутреннюю втулку, соединенную с валом ВР, и внешнюю втулку 500, соединенную с коренной шейкой 100.

Также на фиг.25 для удержания внешней втулки 500 изображены коренная шейка 100 с входа на выход, уплотнительная втулка 200, уплотнительный диск 400 или лабиринтные кольцо 400 подшипника, внешняя втулка 500 подшипника со смазывающим кольцом 300, стопорное кольцо 600 подшипника, блокирующее кольцо 700 и стягивающая гайка 800. Узел этих элементов аксиально и тангенциально блокирован коренной шейкой 100.

Различные элементы узла будут далее описаны по отдельности.

Коренная шейка 100

В соответствии с фиг.2 и 3 коренная шейка 100 выполнена в виде тела вращения, по существу, расширяющегося к входу и размещенного по оси двигателя. Коренная шейка 100 содержит с входа на выход радиальную фиксирующую кольцевую часть (не представленную на чертеже), предназначенную для крепления к фланцу диска турбины НР, часть 120 в форме усеченного конуса и продольную цилиндрическую часть 130.

Часть 120 в форме усеченного конуса коренной шейки 100 содержит радиально выступающую по окружности часть 125 для механического усиления, ориентированную к оси двигателя и предназначенную для переноса массы коренной шейки 100 ближе к оси двигателя. Часть 120 в форме усеченного конуса содержит, кроме того, внутренний фланец 127 в форме усеченного конуса, предназначенный для опоры на уплотнительную втулку 200, в которой проходит вал ВР двигателя, и формирования воздушного коллектора. Круглые вентиляционные отверстия 128 выполнены в части 120 в форме усеченного конуса коренной шейки 100 для обеспечения прохода охлаждающего воздуха для охлаждения диска турбины НР, установленного на выходе коренной шейки 100.

Продольная цилиндрическая часть 130 коренной шейки 100 ближе к выходу коренной шейки 100 содержит на своем входном конце радиальный сплошной кольцевой фланец 132, называемый в дальнейшем сплошным фланцем 132. Под сплошным фланцем подразумевают непрерывный фланец, радиальный размер которого, по существу, является постоянным относительно окружности коренной шейки 100. Сплошной фланец 132, выполненный на внутренней поверхности коренной шейки 100, ориентирован внутрь. Сплошной фланец 132 не содержит промежутков и, следовательно, механически не ослаблен. Сплошной фланец 132 предназначен для аксиального удержания уплотнительной втулки 200 при обеспечении ее тангенциального перемещения. Другими словами, втулка 200 свободно вращается вокруг оси двигателя.

В соответствии с фиг.2 и 3 цилиндрическая продольная часть 130 коренной шейки 100 содержит на своем выходном конце средства тангенциального блокирования, выполненные в виде кольцевого радиального блокирующего зубчатого венца 135, содержащего радиально внутренние зубцы 134, разделенные промежутками 131. В определенных промежутках 131 выполнены стопорные посадочные места 136 для размещения противовращательных стержней. Радиальные зубцы 134 блокирующего венца 135 ориентированы внутрь. Блокирующий венец 135 предназначен для обеспечения установки втулки 200 относительно коренной шейки 100, то есть ее тангенциального блокирования. Установка втулки 200, в данном случае, является косвенной, так как выполняется посредством элементов, установленных между блокирующим венцом 135 и втулкой 200.

Сплошной фланец 132 и блокирующий венец 135 образуют средства удержания втулки 200 с коренной шейкой 100.

Аксиальное блокирование, выполненное с помощью сплошного фланца 132 на входе, и тангенциальное блокирование, выполненное с помощью блокирующего венца на выходе, предпочтительно, разнесены в пространстве на коренной шейке 100. Механические напряжения, вызываемые этими блокировками, таким образом, лучше распределены на коренной шейке 100. Коренная шейка 100 менее подвержена повреждениям по сравнению с коренной шейкой из известного уровня техники. Сплошной фланец 132 позволяет равномерно распределить аксиальные усилия без создания точек ослабления.

Продольная цилиндрическая часть 130 коренной шейки 100 содержит, кроме того, радиальный кольцевой фланец 133 для аксиального упора, выполненный на выходе сплошного фланца 132, предназначенного для обеспечения аксиального упора для смазочного кольца 300. Радиальный кольцевой фланец 133 для аксиального упора будет ниже обозначен фланцем 133 смазочного кольца.

В этом примере в соответствии с фиг.3 фланец 133 смазочного кольца выполнен заодно со сплошным фланцем 132 коренной шейки 100. Отсюда следует, что фланцы 132, 133 могли бы также быть выполнены независимо.

Фланец 133 смазочного кольца и сплошной фланец 132 представляют собой, в общем, радиальный кольцевой венец с радиальной кольцевой частью, сдвинутой вперед. Другими словами, фланец 133 смазочного кольца и сплошной фланец 132 выполнены в форме двух лестничных ступеней, поверхности которых, обращенные к выходу, предназначены для образования аксиальных упоров втулки 200 и смазочного кольца 300.

В соответствии с фиг.3 коренная шейка 100 содержит смазочные каналы 110 подшипника, выполненные в виде продольных прорезей во внутренней поверхности коренной шейки 100. Радиальные смазочные просверленные отверстия 111 выполнены на внутренней поверхности коренной шейки 100 в крайней входной части смазочных каналов 110. Так как смазочные каналы 110 видны, их можно визуально контролировать для определения дефектов обработки и, следовательно, их исправления. Кроме того, смазочные каналы 110 и радиальные смазочные просверленные отверстия 111, в данном случае, подвергнуты дробеструйной обработке для упрочнения их механических характеристик и уменьшения напряжений, связанных с их изготовлением.

Уплотнительная втулка 200

В соответствии с фиг.4 уплотнительная втулка 200 выполнена в виде кольцевого цилиндра, аксиально вытянутого снаружи вала ВР двигателя и внутри коренной шейки 100. Уплотнительная втулка 200 позволяет, кроме всего прочего, защитить вал ВР от повышенных температур.

Уплотнительная втулка 200 содержит на выходе цилиндрическую часть 210 для циркуляции воздуха, в которой по окружности выполнены радиальные кольцевые отверстия 211. Уплотнительная втулка 200 содержит, кроме того, на выходном конце радиальный кольцевой зубчатый фланец 220 для обеспечения аксиального упора в сплошной фланец 132 коренной шейки 100. Радиальный кольцевой зубчатый фланец 220 содержит радиальные зубцы 221 для аксиального упора, разделенные установочными промежутками 222, при этом радиальные зубцы 221 ориентированы наружу.

Смазочное кольцо 300

В соответствии с фиг.5 смазочное кольцо 300 предназначено для размещения внутри коренной шейки 100 в контакте с внутренней поверхностью коренной шейки 100. Смазочное кольцо 300 выполнено в виде аксиального кольцевого цилиндра, содержащего на внешней поверхности радиальные опорные площадки 320, ориентированные наружу и предназначенные для уменьшения вибраций двигателя при работе.

Смазочное кольцо 300 перекрывает смазочные каналы 110, образованные на внутренней поверхности коренной шейки 100, и смазочное масло, таким образом, предпочтительно, направляется между коренной шейкой 100 и смазочным кольцом 300 по смазочным каналам 110 коренной шейки 100.

Смазочное кольцо 300 содержит вблизи своего входного края внешнюю кольцевую канавку 330 для сбора масла, выполненную на его внешней поверхности, и внутреннюю кольцевую канавку 340 для сбора масла, выполненную на его внутренней поверхности, при этом внутренняя 340 и внешняя 330 канавки радиально выровнены. Радиальные отверстия 335 выполнены в канавках 330, 340 для обеспечения жидкостной связи смазочного масла, циркулирующего в смазочных каналах 110 коренной шейки 100, с подшипником, установленным внутри смазочного кольца 300. Радиальные отверстия 335 являются в этом примере равномерно распределенными в кольцевой канавке 330, 340 смазочного кольца 300.

Когда смазочное кольцо 300 смонтировано с коренной шейкой 100, как изображено на фиг.6 и 7, входной край смазочного кольца 300 аксиально опирается на фланец 133 смазочного кольца коренной шейки 100. Монтаж смазочного кольца 300 выполнен аксиально с задней части двигателя, то есть от выхода к входу. Смазочное кольцо 300 позволяет осуществлять отвод смазочного масла от подшипника к смазочным каналам 110 коренной шейки 100.

Уплотнительный диск 400

В соответствии с фиг.8 уплотнительный диск 400 или лабиринтное кольцо 400 подшипника выполнено в форме аксиального кольцевого цилиндра 410, содержащего на выходе по окружности радиальный венец 420, ориентированный наружу. Уплотнительный диск 400, установленный на выходе уплотнительной втулки 200, выполнен таким образом, чтобы аксиально вставляться в уплотнительную втулку 200 внутри смазочного кольца 300.

Радиальный кольцевой венец 420 уплотнительного диска 400 содержит аксиальные зубцы 415, направленные к входу, выполненные на входной поверхности венца 420, и предназначенные для взаимодействия с промежутками 222 в радиальном кольцевом венце 220 уплотнительной втулки 200. Другими словами, каждый выступающий к входу аксиальный зубец 415 уплотнительной втулки 400 размещается между двумя радиальными зубцами 221 кольцевого радиального венца 220 втулки 200.

Выступающие к входу аксиальные зубцы 415 уплотнительного диска 400 выполнены, в данном случае уступами, относительно внешнего радиального края кольцевого радиального венца 420 уплотнительного диска 400. Другими словами, упомянутые зубцы 415 не выполнены в продолжение внешней поверхности радиального кольцевого венца 420 уплотнительного диска 400, а радиально смещены внутрь.

Подобным образом радиальный кольцевой венец 420 уплотнительного диска 400 содержит направленные к выходу аксиальные зубцы 425, выполненные на выходной поверхности венца 420, предназначенные для взаимодействия с внешней втулкой подшипника 500, установленной на выходной части упомянутого уплотнительного диска 400.

Направленные к выходу аксиальные зубцы 425 уплотнительного диска 400 образуют, в данном случае, уступ по отношению к внешнему радиальному краю кольцевого радиального венца 420 уплотнительного диска 400. Другими словами, упомянутые зубцы не выполнены в продолжение радиальной поверхности радиального кольцевого венца 420 уплотнительного диска 400, а радиально смещены внутрь.

Внешняя втулка 500 подшипника

В соответствии с фиг.9 внешняя втулка 500 подшипника, установленная на выходе уплотнительного диска 400, выполнена в форме аксиального кольцевого цилиндра, предназначенного для аксиального размещения в уплотнительном диске 400 с задней части двигателя, при этом внешняя втулка 500 монтируется внутри смазочного кольца 300.

Подшипник, удерживающий вал НР, содержит цилиндры, размещенные между внешней втулкой 500, вращающейся вместе с коренной шейкой, и внутренней втулкой (не представленной на чертеже), вращающейся вместе с валом ВР двигателя.

Внешняя втулка 500 подшипника содержит зубцы 510 входного аксиального зацепления, направленные в сторону входа и выполненные на входной стороне внешнего кольца 500 и предназначенные для зацепления между аксиальными зубцами 425, направленными к выходу и выполненными на кольцевом радиальном венце 420 уплотнительного диска 400.

Входные аксиальные зацепляющие зубцы 510 внешней втулки 500 образуют в данном случае уступ относительно внешней поверхности цилиндра, который имеет форму внешней втулки 500. Другими словами, упомянутые входные аксиальные зацепляющие зубцы 510 не выполнены в продолжение внешней поверхности цилиндра, но смещены радиально внутрь. В этом примере входные аксиальные зацепляющие зубцы 510 имеют радиальную толщину, меньшую радиальной толщины цилиндра, который имеет форму внешней втулки 500.

Внешняя втулка 500 подшипника содержит, кроме того, выходные аксиальные зацепляющие зубцы 520, выступающие к выходной части, выполненные на выходной поверхности внешней втулки 500 и предназначенные для взаимодействия со стопорным кольцом 600, установленным со стороны выходной части упомянутой внешней втулки 500. Выходные зацепляющие зубцы 520, выступающие в сторону выхода, выполнены в данном случае в продолжение внешней поверхности цилиндра.

Стопорное кольцо 600 внешней втулки 500 подшипника

В соответствии с фиг.10 и 11 стопорное кольцо 600 внешней втулки 500 подшипника выполнено в виде аксиального кольцевого цилиндра, смонтированного внутри коренной шейки 100 подшипника и предназначено для блокирования аксиального положения внешней втулки 500 подшипника. Стопорное кольцо 600 устанавливается с задней стороны двигателя, на выходе внешней втулки 500 подшипника и смазочного кольца 300. Стопорное кольцо 600 содержит на входе внутренние радиальные стопорные зубцы 610, предназначенные для аксиального блокирования внешней втулки подшипника 500 и на выходе - наружные радиальные стопорные зубцы 620, предназначенные для аксиального блокирования смазочного кольца 300.

Стопорные посадочные места 622, предназначенные для размещения противовращательных стержней, фиксирующих тангенциальное и аксиальное положения внешней втулки 500 подшипника, выполнены в выходной поверхности стопорного кольца 600 между внешними радиальными блокирующими зубцами 620. В этом примере стопорное посадочное место 622 выполнено через каждые два блокирующих зубца 620 по окружности коренной шейки, как изображено на фиг.10.

Цилиндрическая кольцевая опора 630 выполнена на внешней поверхности стопорного кольца 600, при этом цилиндрическая опора 630 предназначена для обеспечения контакта с внутренней поверхностью коренной шейки 100.

Блокирующее кольцо 700

В соответствии с фиг.12 блокирующее кольцо 700, установленное за стопорным кольцом 600, предназначено для аксиальной установки сзади во внешнюю втулку 500 подшипника и содержит блокирующие аксиальные зубцы 710, ориентированные вперед и предназначенные для блокировки тангенциального положения внешней втулки 500 подшипника относительно стопорного кольца 600. Аксиальные блокирующие зубцы 710, в данном случае, выполнены на равном расстоянии один от другого.

Каждый зубец 710 аксиального блокирования блокирующего кольца 700 входит между одним блокирующим аксиально внутренним зубцом 610 стопорного кольца 600 и одним выступающим в сторону выхода аксиальным зацепляющим зубцом 520 внешней втулки 500. Установка блокирующего кольца 700 будет детально описано ниже.

Стопорная гайка 800

В соответствии с фиг.13 аксиальная стопорная гайка 800 выполнена в виде аксиального кольцевого цилиндра, установленного внутри коренной шейки 100 подшипника на выходе блокирующего кольца 700. Стопорная гайка 800 аксиально монтируется с задней части двигателя.

Аксиальная стопорная гайка 800 содержит на выходном конце радиальный кольцевой зубчатый венец 820, содержащий внешние радиальные зубцы 821, разделенные промежутками 823. Посадочные стопорные места 822, в данном случае, выполнены, как изображено на фиг.13, в определенных промежутках 823 для размещения противовращательных стержней, позволяющих установить различные элементы.

После отдельного описания каждого из элементов далее будет описан последовательный монтаж каждого из элементов со стороны задней части двигателя.

На первом этапе, в соответствии с фиг.6, со стороны задней части двигателя аксиально вводится внутрь коренной шейки 100 смазочное кольцо 300. Внешняя поверхность смазочного кольца 300 находится в контакте с внутренней поверхностью коренной шейки 100. Входная часть смазочного кольца 300 находится в аксиальном упоре с фланцем 133 смазочного кольца.

После установки смазочного фланца 300 сплошной фланец 132 радиально проходит внутрь коренной шейки 100 для образования кольцевого аксиального упора постоянной толщины.

На втором этапе, в соответствии с фиг.14 и 15, с задней части двигателя внутрь коренной шейки 100 аксиально вводится уплотнительная втулка 200, при этом радиально внешние зубцы 221 уплотнительной втулки 200, направленные в сторону входа, аксиально упираются своими передними поперечными поверхностями в радиальный кольцевой фланец 132 коренной шейки по ее поперечной выходной поверхности.

Уплотнительная втулка 200 не может больше перемещаться вперед относительно коренной шейки 100 (аксиальное блокирование), но может свободно вращаться вокруг оси двигателя (тангенциальное свободное вращение).

На третьем этапе, в соответствии с фиг.16, внутрь коренной шейки 100 с задней части двигателя аксиально вводится внутрь смазочного кольца 300 уплотнительный диск 400. Каждый аксиально выступающий в сторону входа зубец 415 уплотнительного диска 400 входит между двумя радиальными зубцами 221 радиального кольцевого венца втулки 200 для аксиального упора в сплошной фланец 132 коренной шейки 100.

Аксиальный размер выступающих в сторону входа аксиальных зубцов 415 уплотнительного диска 400, по существу равен размеру радиальных зубцов 221 радиального кольцевого венца 200 для их взаимного зацепления. Более того, размер по периметру окружности аксиально выступающих в сторону входа зубцов 415 уплотнительного диска 400, по существу, равен размеру по периметру окружности промежутков, выполненных между радиальными зубцами 221 радиально кольцевого венца втулки 200.

Предпочтительно, при введении уплотнительного диска 400 во втулку 200 зубья втулки 200 и зубья уплотнительного диска 400 входят во взаимодействие и образуют, по существу непрерывный сплошной кольцевой венец, аксиальная толщина которого является постоянной, как изображено на фиг.16.

Другими словами, соединение втулки 200 с уплотнительным диском 400 позволяет образовать непрерывный кольцевой упор в сплошной кольцевой фланец 132 коренной шейки 100. Аксиальные напряжения, таким образом, равномерно распределены по сплошному фланцу 132.

Внешняя поверхность радиального кольцевого венца 420 уплотнительного диска 400 опирается, в свою очередь, на внутреннюю поверхность части смазочного кольца 300, размещенного между входным краем упомянутого кольца 300 и входным краем внутренней смазочной канавки 340. Таким образом, внутренняя смазочная канавка 340, содержащая радиальные отверстия 335, радиально выровнена с выступающими в сторону выхода аксиальными зубцами 425 уплотнительного диска 400.

На четвертом этапе, в соответствии с фиг.17, внешняя втулка 500 подшипника аксиально вводится с задней части двигателя внутрь коренной шейки 100, при этом внешняя поверхность внешней втулки 500 подшипника находится в контакте с внутренней поверхностью смазочного кольца 300.

Каждый аксиально выступающий в сторону входа зацепляющий зубец 510 внешней втулки 500 подшипника размещен между двумя выступающими в сторону выхода аксиальными зубцами 425, выполненными на радиальном кольцевом венце 420 уплотнительного диска 400.

Аксиальный размер аксиально выступающих в сторону входа зацепляющих зубцов 510 внешней втулки 500 подшипника, по существу, равен аксиальному размеру аксиальных зубцов 425 уплотнительного диска 400 для того, чтобы они зацеплялись друг с другом. Кроме того, размер по периметру окружности аксиально выступающих в сторону входа зацепляющих зубцов 510 внешней втулки 500 подшипника, по существу, равен размеру по периметру окружности промежутков, то есть межзубцовым зазорам, выполненным между аксиальными зубцами 425 уплотнительного диска 400.

При введении внешней втулки 500 подшипника в уплотнительный диск 400 зубцы внешней втулки 500 подшипника и зубцы уплотнительного диска 400 входят во взаимодействие и образуют, по существу, непрерывный сплошной кольцевой венец, аксиальная толщина которого является постоянной. В этом примере радиальные вырезы являются, по существу, одинаковыми.

Как описано выше, аксиально выступающие в сторону входа зацепляющие зубцы 510 внешней втулки 500 образуют, в данном случае, уступ по отношению к внешнему радиальному краю цилиндра, форма которого имеет внешняя втулка 500. Так же выполнены аксиальные зубцы 425 уплотнительного диска 400 по отношению к внешнему радиальному краю радиального кольцевого венца 420 уплотнительного диска 400.

Другими словами, когда внешняя втулка 500 подшипника сочленена с уплотнительным диском 400, узел, образованный внешней втулкой 500 подшипника и уплотнительным диском 400, имеет, по существу, форму аксиального кольцевого цилиндра, содержащего внешнюю кольцевую канавку 350, образованную за счет зацепления зубцов внешней втулки 500 подшипника с зубцами уплотнительного диска 400, которые являются уступами (см. фиг.17). Входная и выходная части аксиального кольцевого цилиндра соответствуют соответственно уплотнительному диску 400 и внешней втулке 500 подшипника.

Образованная таким образом внешняя радиальная канавка 350 радиально выровнена с внутренней кольцевой канавкой 340, выполненной в смазочном кольце 300. Это позволяет, предпочтительно, образовать между упомянутыми канавками 330, 350 смазочный канал, обеспечивающий смазку подшипника.

На пятом этапе, в соответствии с фиг.18-20, стопорное кольцо 600 внешней втулки 500 подшипника установлено аксиально с задней части двигателя внутри коренной шейки 100. Стопорное кольцо 600 установлено на выходе внешней втулки 500 подшипника и смазочного кольца 300.

Цилиндр, форму которого имеет стопорное кольцо 600, выполнен с диаметром, превышающим диаметр цилиндра, форму которого имеет внешняя втулка 500, но меньшим диаметра цилиндра, форму которого имеет выходная цилиндрическая часть коренной шейки 100.

Радиальные внутренние блокирующие зубцы 610 стопорного кольца 600 находятся в аксиальном упоре на выходную поверхность внешней втулки 500 подшипника между ее зацепляющими направленными в сторону выхода аксиальными зубцами. Размер по периметру окружности радиальных внутренних блокирующих зубцов 610 меньше размера промежутков, то есть образуют межзубцовые зазоры между направленными в сторону выхода аксиальными зацепляющими зубцами 520. Таким образом, стопорное кольцо 600 имеет зазор при вращении вокруг оси двигателя.

При введении стопорного кольца 600 в коренную шейку 100 радиальные внешние блокирующие зубцы 620 стопорного кольца 600 входят между радиальными внутренними зубцами 134 входной зубчатой поверхности 135 коренной шейки 100, как изображено на фиг.19. Радиальные внешние блокирующие зубцы 620 стопорного кольца 600 находятся в аксиальном упоре на выходную поверхность смазочного кольца 300.

В соответствии с фиг.20, стопорное кольцо 600 приводится во вращение на оси двигателя против часовой стрелки таким образом, что радиальные внешние блокирующие зубцы 620 стопорного кольца 600 проходят «сзади» радиальных внутренних зубцов 134 входной зубчатой поверхности 135 коренной шейки 100. Другими словами, выходная поверхность радиальных внешних блокирующих зубцов 620 стопорного кольца 600 находится в контакте с входной поверхностью радиальных внутренних зубцов 134 блокирующего венца 135 коренной шейки 100.

После поворота, в соответствии с той же фиг.20, стопорные посадочные места 622, выполненные в выходной поперечной плоскости стопорного кольца 600 между радиальными внешними блокирующими зубцами 620, аксиально выравниваются с промежутками 131 радиального кольцевого блокирующего зубчатого венца 135 коренной шейки 100, в котором выполнены посадочные места для противовращательных стержней 136.

На шестом этапе, в соответствии с фиг.21-22, внутрь коренной шейки 100 с задней части двигателя аксиально вводится блокирующее кольцо 700. Каждый зубец 710 блокирующего кольца 700 размещается между одним радиальным внутренним блокирующим зубцом 610 стопорного кольца 600 и одним аксиально выступающим к выходу зацепляющим зубцом 520 внешней втулки 500. Установка блокирующего кольца 700 позволяет исключить вращательный зазор вокруг оси двигателя стопорного кольца 600. Размер по периметру окружности блокирующих зубцов 710 блокирующего кольца 700, в данном случае, принят таким, чтобы заполнить зазор по окружности между радиальным внутренним блокирующим зубцом 610 стопорного кольца 600 и аксиально выступающим к выходу зацепляющим зубцом 520 внешней втулки 500.

На седьмом этапе, также в соответствии с фиг.21-22, аксиальная стопорная гайка 800 вводится с задней части двигателя внутрь коренной шейки 800 на выходе блокирующего кольца 700.

Стопорная гайка 800 вводится в холодном состоянии в коренную шейку 100. Вследствие термического расширения стопорная гайка 800 расширяется поперечно, при этом радиальные внешние зубцы 821 гайки 800 с силой упираются во внутреннюю поверхность коренной шейки 100. Кроме того, гайка 800 аксиально удерживает узел элементов, установленных между сплошным фланцем 132, выполненным на входе коренной шейки 100, и упомянутой стопорной гайкой 800.

Количество стопорных посадочных мест 822, выполненных между внешними радиальными зубцами 821 стопорной гайки 800, превышает на единицу количество стопорных посадочных мест 622, выполненных в стопорном кольце 600. Таким образом, всегда существует положение, в котором стопорное посадочное место 822, выполненное между радиальным внешним зубцом стопорной гайки 800, аксиально выровнено со стопорным посадочным местом 622, выполненным в стопорном кольце 600, которое само аксиально выровнено со стопорным посадочным местом 136, выполненным в коренной шейке 100.

В соответствии с фиг.23, противовращательный стержень 850 продольно вставлен между стопорными посадочными местами 622, 136, 822 стопорного кольца 600 коренной шейки 100 и стопорной гайки 800 для тангенциального блокирования узла элементов, смонтированных с коренной шейкой 100.

Так, как можно видеть это на фиг.24 и 25, все элементы 200-800 блокированы на коренной шейке 100 как аксиально, так и тангенциально. Тангенциальное блокирование, предпочтительно, перенесенное к выходу коренной шейки 100, позволяет уменьшить механические напряжения вблизи сплошного фланца 132 коренной шейки 100, а также повысить срок ее службы.

Здесь была описана внешняя втулка 500 подшипника, установленная внутри смазочного кольца 300 и независимая от последнего. Отсюда следует, что внешняя втулка 500 подшипника и смазочное кольцо 300 могли бы быть установлены в одном и единственном модуле или представлять собой единый элемент. Смазочное кольцо 300 может быть встроено во внешнюю втулку 500 подшипника.

Коренная шейка содержит средство удержания уплотнительной втулки (200), охватывающей упомянутый вал. Средство удержания содержит сплошной радиальный кольцевой фланец, выполненный с входной стороны на аксиальной цилиндрической части шейки, и средства тангенциального блокирования. Сплошной фланец предназначен для аксиального упора в кольцевой радиальный фланец уплотнительной втулки. Средства тангенциального блокирования выполнены на выходной стороне аксиальной цилиндрической части шейки и предназначены для тангенциального блокирования уплотнительной втулки относительно коренной шейки. Узел включает в себя кольцевой радиальный фланец, содержащий смазочное кольцо, смазочное кольцо находится в поверхностном контакте с внутренней поверхностью шейки, которое своим входным краем аксиально упирается в радиальный кольцевой фланец аксиального упора, выполненный в шейке. Достигается ограничение износов за счет разнесения тангенциальных и аксиальных напряжений в коренной шейке. 4 н. и 18 з.п. ф-лы, 25 ил.

1. Коренная шейка (100) подшипника внутреннего вала газотурбинного двигателя, содержащая средство удержания уплотнительной втулки (200), охватывающей упомянутый вал, при этом средство удержания содержит:
- сплошной радиальный кольцевой фланец (132), выполненный с входной стороны на аксиальной цилиндрической части (130) шейки (100), при этом упомянутый сплошной фланец (132) предназначен для аксиального упора в кольцевой радиальный фланец (220) уплотнительной втулки (200), и
- средства (135) тангенциального блокирования, выполненные на выходной стороне аксиальной цилиндрической части (130) шейки (100), предназначенные для тангенциального блокирования уплотнительной втулки (200) относительно коренной шейки (100).

2. Шейка по п.1, в которой средства (135) тангенциального блокирования выполнены на выходном конце аксиальной цилиндрической части (130) шейки (100).

3. Шейка по п.1, в которой средства (135) тангенциального блокирования выполнены в виде радиального кольцевого блокирующего венца (135), выполненного на внутренней поверхности шейки (100), при этом упомянутый венец (135) содержит радиальные зубцы (134), ориентированные внутрь, перемежающиеся с промежутками (131).

4. Шейка по п.3, в которой стопорные посадочные места (136) выполнены в промежутках (131) упомянутого блокирующего венца (135) шейки (100).

5. Шейка по п.1, содержащая смазочные каналы (110) подшипника, выполненные в виде продольных канавок на внутренней поверхности шейки (100).

6. Шейка по п.5, в которой выполнены радиальные смазочные просверленные отверстия (111) на внутренней поверхности шейки (100) на входном конце смазочных каналов (110).

7. Узел коренной шейки (100) по п.1 и уплотнительной втулки (200), включающей в себя кольцевой радиальный фланец (220), содержащий:
- смазочное кольцо (300), находящееся в поверхностном контакте с внутренней поверхностью шейки (100), которое своим входным краем аксиально упирается в радиальный кольцевой фланец (133) аксиального упора, выполненный в шейке (100).

8. Узел по п.7, в котором смазочное кольцо (300) содержит кольцевую канавку (330, 340) для сбора масла, в которой выполнены радиальные отверстия (335).

9. Узел по п.7, в котором смазочное кольцо (300) содержит цилиндрические опорные площадки (320) для гашения вибраций двигателя при работе.

10. Узел по п.7, содержащий уплотнительный диск (400) цилиндрической формы, аксиально размещенный в уплотнительной втулке (200) на выходе последней, при этом уплотнительный диск (400) содержит радиальный кольцевой венец (420), содержащий выступающие в сторону входа аксиальные зубцы (415), которые размещены в отверстиях (222), образованных в радиальном кольцевом фланце (220) уплотнительной втулки (200).

11. Узел по п.10, в котором уплотнительный диск (400) установлен внутри смазочного кольца (300).

12. Узел по п.10, содержащий внешнюю втулку (500) подшипника цилиндрической формы, аксиально вставленной в уплотнительный диск (400) на выходе последнего, при этом внешняя втулка (500) содержит аксиально выступающие к входу зацепляющие зубцы (510), которые размещены между выступающими к выходу аксиальными зацепляющими зубьями, выполненными на радиальном кольцевом венце (420) уплотнительного диска (400).

13. Узел по п.12, в котором внешняя втулка (500) подшипника установлена внутри смазочного кольца (300).

14. Узел по п.13, в котором смазочное кольцо (300) встроено во внешнюю втулку (500) подшипника.

15. Узел по п.12, содержащий стопорное кольцо (600) внешней втулки (500) подшипника, имеющее цилиндрическую форму и аксиально установленное во внешней втулке (500) подшипника в ее выходной части внутри шейки (100) подшипника для блокирования аксиального положения внешней втулки (500) подшипника.

16. Узел по п.15, в котором стопорное кольцо (600) содержит с входной стороны радиально внутренние блокирующие зубцы (610), аксиально блокирующие внешнюю втулку (500) подшипника, и, с выходной стороны, радиально внешние блокирующие зубцы (620), аксиально блокирующие смазочное кольцо (300).

17. Узел по п.16, в котором в выходной поперечной плоскости стопорного кольца (600) выполнены стопорные посадочные места (622) для размещения противовращательных стержней (850) для блокирования тангенциального положения внешней втулки (500) подшипника.

18. Узел по п.15, содержащий окружное блокирующее кольцо (700) цилиндрической формы, аксиально размещенное во внешней втулке (500) подшипника в ее выходной части, при этом блокирующее кольцо (700) содержит аксиально ориентированные вперед аксиальные блокирующие зубцы (710), предназначенные для блокирования тангенциального положения внешней втулки (500) относительно стопорного кольца (600).

19. Узел по п.18, в котором внешняя втулка (500) подшипника содержит на выходной стороне аксиально выступающие в сторону выхода зацепляющие зубцы (520), при этом каждый аксиально блокирующий зубец (710) блокирующего кольца (700) размещен между радиально внутренним блокирующим зубцом (610) стопорного кольца (600) и аксиально выступающим в сторону выхода зацепляющим зубцом (520) внешней втулки (500).

20. Узел по п.18, содержащий аксиальную стопорную гайку (800), аксиально упирающуюся в заднюю поверхность блокирующего кольца (700).

21. Газотурбинный двигатель, содержащий коренную шейку по одному из пп.1-6.

22. Газотурбинный двигатель, содержащий узел по одному из пп.7-20.