УПРУГОДЕМПФЕРНАЯ ОПОРА РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ С ДЕМПФЕРОМ С ДРОССЕЛЬНЫМИ КАНАВКАМИ Российский патент 2016 года по МПК F01D25/00 F02C7/06 

Упругодемпферная опора ротора турбомашины с демпфером с дроссельными канавками относится к ГТД авиационного и наземного применения, а именно к конструкции упругодемпферной опоры компрессора мощной турбомашины наземного применения или мощного авиационного ГТД для самолетов, не летающих в перевернутом полете.

Известна упругодемпферная опора газотурбинного двигателя (см. патент РФ на полезную модель №92696, МПК7 F01D 25/16. Упругодемпферная опора газотурбинного двигателя, Волченкова Е.Г., Букреев А.Н., Интернет, файл 92696. html), содержащая подшипник, наружное кольцо которого прикреплено к обечайке, соединенной со статорным элементом при помощи разрезной втулки, образующей с ним демпфирующую полость, ограниченную уплотнениями. Обечайка снабжена ограничительным элементом, выполненным в виде выступов, установленных с зазором в ответных пазах статорного элемента, при этом выступы обечайки и пазы статорного элемента размещены в осевом направлении, а к боковым поверхностям пазов жестко прикреплены пластины.

Недостатками этой упругодемпферной опоры являются ее большие габариты как в осевом, так и в радиальном направлениях, получаемые за счет наличия в конструкции опоры обечайки и разрезной втулки. Кроме того, в качестве уплотнения демпфирующей полости в опорах роторов авиационных двигателей применяются резиновые уплотнительные кольца, которые при прецессировании ротора проскальзывают с сухим трением по статорному элементу, что приводит к их износу и, следовательно, к необходимости их многократной замены при выработке ресурса двигателем.

Известна также упругая опора ротора турбомашины (см. Кельзон А.С, Журавлев Ю.Н., Январев Н. В. Расчет и конструирование роторных машин. - Л.: Машиностроение, 1977.), содержащая корпус, закрепленную в нем втулку, подшипник качения, напрессованную на его внешнее кольцо втулку с выступом, входящим в паз во внутреннем бурте втулки, закрепленной на корпусе с зазором по периметру паза, равным допустимому смещению ротора в опоре, упругое кольцо, размещенное между втулками, с радиальными, равномерно чередующимися наружными и внутренними выступами, выполненными соответственно на наружной и внутренней поверхностях кольца. Кроме того, любая опора ротора турбомашины содержит форсуночное кольцо с форсунками для подвода масла к подшипнику, закрепленное на корпусе, и уплотнение масляной полости опоры, выполненное, например, либо в виде лабиринтного уплотнения, либо в виде радиально-торцового уплотнения (РТКУ), состоящего из крышки, закрепленной на корпусе, втулки, закрепленной на роторе и вращающейся вместе с ним, графитового разрезного уплотнительного кольца, прижатого сжатым воздухом к крышке и втулке, лабиринтного кольца, закрепленного на роторе и вращающегося вместе с ним, образующего с крышкой РТКУ вторичное лабиринтное уплотнение.

Достоинством этой упругой опоры является возможность выполнения ее с упругими характеристиками, требуемыми во многих практических приложениях.

Недостатками этой упругой опоры ротора турбомашины являются:

ее незначительная демпфирующая способность, обусловленная тем, что масло при деформации кольца свободно выдавливается из зазоров, образованных выступами кольца, в их неуплотненные торцы;

большие радиальные размеры опоры, обусловленные наличием кроме самого упругого кольца еще двух втулок, закрепленных соответственно в корпусе и на подшипнике;

возможность проворота упругого кольца при прецессировании ротора, относительно втулок, на которые оно опирается.

И хотя проворот или вращение упругого кольца не изменяет упругих характеристик опоры, но приводит к дополнительному износу выступов упругого кольца.

Заметим, что примеры опор роторов турбомашин, у которых подшипник смазывается барботажем, приведены ниже, а примеры опор со смазкой подшипника подачей масла форсунками см., например, Технические описания ГТД серии НК - описания ГТД НК 12 - MB, НК - 8, Техническое описание ТРДД АИ - 25, описание конструкции передней опоры компрессора низкого давления этого двигателя.

Известна конструкция передней опоры ротора компрессора высокого давления турбореактивного двухконтурного двигателя АИ - 25 (см. А.С. Виноградов. Конструкция ТРДД АИ - 25. Электронное учебное пособие. Самарский государственный аэрокосмический университет. Самара, 2013. - стр. 46, 47), содержащая корпус подшипника, шариковый подшипник, упругое кольцо с выступами на наружном и внутреннем диаметрах, расположенными так, что выступ на наружном диаметре приходился посередине между выступами на внутреннем диаметре. В корпус подшипника запрессован стакан со специальными окнами для слива масла и буртом для восприятия осевых нагрузок, действующих на шариковый подшипник. В торец бурта запрессован штифт, который фиксирует от проворота гладкое кольцо, посаженное с натягом на наружную обойму подшипника. Упругое кольцо с выступами установлено между стаканом и гладким кольцом и зафиксировано от проворота относительно последнего двумя торцовыми выступами, входящими в ответные пазы, выполненные на бурте гладкого кольца. Радиально-торцовое контактное уплотнение опоры состоит из втулки, установленной на вал ротора, разрезного уплотнительного графитового кольца, которое при наддуве воздуха прижимается торцом к плоской поверхности этой втулки, а наружной поверхностью - к цилиндрической поверхности втулки, установленной в стакане, предотвращая таким образом попадание масла из полости подшипника в воздушный тракт. Между втулкой, установленной в стакане, и другими невращающимися деталями опоры установлено регулировочное кольцо, которое служит для обеспечения гарантированного минимального зазора между торцом наружной обоймы подшипника и этой втулкой.

Недостатки этой опоры те же, что и у вышеописанной, за исключением возможности проворота упругого кольца, которое у этой опоры фиксируется от проворота вышеописанным образом.

Эта упругая опора ротора турбомашины по технической сущности наиболее близка к предлагаемому изобретению и принята за прототип.

Ставится задача создания опоры ротора турбомашины с упругими характеристиками, такими же хорошими, как у прототипа, но с меньшими, чем у него, радиальными размерами, с высокими демпфирующими характеристиками, с надежной фиксацией от проворота упругого элемента и высокой износостойкостью его выступов.

Поставленная задача решается тем, что предлагается упругодемпферная опора ротора турбомашины с демпфером с дроссельными канавками, содержащая корпус, втулку, закрепленную в корпусе, упругое кольцо с равномерно чередующимися наружными и внутренними выступами, выполненными соответственно на наружной и внутренней поверхностях кольца, подшипник качения, смазываемый барботажем, или через форсунки, закрепленные непосредственно на трубопроводах, подающих масло, либо через форсуночное кольцо с форсунками для подвода масла к подшипнику, закрепленное на корпусе, и уплотнение масляной полости опоры, выполненное, например, либо в виде лабиринтного уплотнения, либо в виде радиально-торцового уплотнения (РТКУ), состоящего из крышки, закрепленной на корпусе, втулки, закрепленной на роторе и вращающейся вместе с ним, графитового разрезного уплотнительного кольца, прижатого сжатым воздухом к крышке и втулке, лабиринтного кольца, закрепленного на роторе и вращающегося вместе с ним, образующего с крышкой РТКУ вторичное лабиринтное уплотнение, отличающаяся тем, что втулка, закрепляемая в корпусе, выполнена заодно целое с упругим кольцом с равномерно чередующимися наружными и внутренними выступами таким образом, что ее средняя часть выполнена в виде этого упругого кольца и торцевая цилиндрическая часть втулки с фланцем для крепления ее к корпусу и другая торцевая часть втулки с внутренним буртом жестко соединены с упругим кольцом на длине каждого наружного выступа, а на длине каждого внутреннего выступа и прилегающих к нему двух пролетов упругое кольцо отделено от этих частей втулки сквозными прорезями, причем наружная цилиндрическая поверхность этих частей и наружная цилиндрическая поверхность наружных выступов упругого кольца является одной и той же поверхностью, по которой втулка с натягом закрепляется в корпусе, а диаметр внутренних цилиндрических поверхностей цилиндрических частей втулки либо равен, либо больше диаметра поверхностей впадин между внутренними выступами упругого кольца, ширина каждой из внутренних цилиндрических поверхностей цилиндрических частей втулки больше ширины прорези и такая, что между прорезями и торцами внутренних выступов остаются цилиндрические пояски, контактирующие с резиновыми уплотнительными кольцами, подшипник установлен в упругое кольцо с таким натягом по его внутренним выступам, который при прецессировании ротора позволяет внешнему кольцу подшипника проскальзывать относительно этих выступов, в корпусе в области верхнего наружного выступа выполнена герметичная полость, в которую под давлением подается масло, сообщающаяся с кольцевой канавкой с прямоугольным поперечным сечением, выполненной на наружной поверхности упругого кольца в середине его ширины с эксцентриситетом относительно центра опоры, направленным вертикально вниз и таким, что наибольшая глубина канавки на верхнем наружном выступе такова, что обеспечивает полное заполнение маслом тракта демпфера на всех режимах работы турбомашины, и при этом выбрана возможно наименьшей, а на нижнем наружном выступе или двух нижних наружных выступах, симметрично расположенных относительно вертикальной оси опоры, наименьшая глубина канавки равнялась бы высоте наружного выступа, а на наружной поверхности каждого внутреннего выступа в окружном направлении в середине ширины выступа выполнена дроссельная канавка с прямоугольным поперечным сечением, соединяющая впадины, прилегающие к выступу, впадины, образованные наружными выступами упругого кольца, сообщаются с впадинами, образованными его внутренними выступами, через радиальные равномерно расположенные по окружности отверстия, выполненные в упругом кольце в середине его ширины, в серединах пролетов, либо выполненные в канавках внутренних выступов упругого кольца, в середине длины канавок, диаметр этих отверстий и их число выбирается из условия обеспечения полного заполнения маслом всех впадин и дроссельных канавок демпфера на всех рабочих режимах турбомашины при возможно меньших значениях этих параметров, торцы впадин, образованных внутренними выступами, уплотнены резиновыми уплотнительными кольцами, размещенными в кольцевых канавках, выполненных во внешнем кольце подшипника, натяг в них выбран из условия отсутствия проскальзываний с сухим трением резиновых уплотнительных колец по контактирующим с ними поверхностям втулки и внешнего кольца подшипника при прецессировании ротора на всех рабочих режимах турбомашины, суммарный зазор по торцам внешнего кольца подшипника выбран из условия обеспечения комфортной работы подшипника без прижогов при возможно меньшей величине этого суммарного зазора, и такой, при которой щели по торцам внешнего кольца, которые организованы в случае смазки подшипника барботажем или форсунками, закрепленными на трубопроводах, дополнительной втулкой, закрепленной на корпусе, и буртом втулки, выполненной заодно целое с упругим кольцом, или форсуночным кольцом и этим же буртом, на всем радиальном размере внешнего кольца подшипника, обладали достаточно высоким гидродинамическим сопротивлением, и на торце внешнего кольца подшипника выполнен выступ, входящий в ответный паз в бурте втулки с зазором по периметру паза, равным допустимому смещению ротора в опоре, причем паз в бурте размещен в срединной радиальной плоскости наружного выступа упругого кольца, и в случае смазки подшипника через форсуночное кольцо масло в канавку в форсуночном кольце, соединяющую его форсунки, поступает под давлением подачи из своей герметичной полости в корпусе, также расположенной над одним из наружных выступов упругого кольца, через канавку, выполненную в корпусе, и несколько отверстий, выполненных во втулке, выполненной заодно целое с упругим кольцом, а герметичность полостей, выполненных в корпусе, обеспечивается натягом между этой втулкой и корпусом, величина которого выбрана такой, что определенная величина этого натяга сохраняется и при рабочих температурах упругодемпферной опоры.

Диапазон упругих характеристик, могущих быть реализованными у предлагаемой опоры, шире, чем у прототипа, так как эти ее характеристики определяются не только упругими свойствами упругого кольца, которые могут быть такими же, как у прототипа, но и динамической жесткостью масляной пленки, продавливаемой через тракт демпфера.

Предлагаемая упругодемпферная опора ротора турбомашины с демпфером с дроссельными канавками имеет существенно меньший радиальный размер кольцевого пространства между корпусом и внешним кольцом подшипника за счет отсутствия у предлагаемой опоры втулки, закрепленной на внешнем кольце подшипника, и выполнения упругого кольца заодно целое с втулкой, закрепленной в корпусе. Такое выполнение упругого кольца и втулки исключает возможность проворота упругого кольца при прецессировании ротора.

Демпфирующие характеристики предлагаемой опоры при надлежащем подборе параметров масляного тракта демпфера могут быть в десятки раз более высокими, чем у прототипа (см. ниже).

Важной особенностью предлагаемой упругодемпферной опоры является также разделение трактов, подающих масло в демпфер и форсуночное кольцо, - масляная полость опоры сообщается с трактом демпфера только через дроссельные элементы с большим гидравлическим сопротивлением - «длинные» щели по торцам внешнего кольца подшипника и зазор по периметру выступа на этом кольце, через которые происходит слив масла из демпфера. За счет этого увеличено гидравлическое сопротивление тракта демпфера и, следовательно, увеличена его демпфирующая способность.

Выполнение в упругом кольце кольцевой канавки с эксцентриситетом, направленным вертикально вниз, создает при работе турбомашины дополнительную составляющую гидродинамической силы, действующую вертикально вверх и частично уравновешивающую силу веса ротора, действующую на опору. За счет этого снижается уровень напряжений в упругом кольце и повышается демпфирующая способность упругодемпферной опоры, так как части кольцевой канавки на участках нескольких нижних наружных выступов упругого кольца работают как дроссельные канавки.

У предлагаемой опоры проскальзывания с сухим трением могут происходить только по внутренним выступам упругого кольца, но вследствие наличия канавок во внутренних выступах, заполненных маслом под давлением, при прецессировании ротора происходит обильная смазка контактирующих поверхностей этих выступов, за счет чего существенно снижается темп их износа. Кроме того, на контактирующие поверхности упругого кольца может быть нанесено износостойкое покрытие.

Отверстия, выполненные в упругом кольце, расположены в серединах пролетов потому, что в этих сечениях упругого кольца напряжения равны нулю и, следовательно, наличие этих отверстий в кольце не снижает его прочность.

В случае расположения этих отверстий в середине канавок внутренних выступов улучшается смазывание их контактных поверхностей, но при этом возрастают напряжения в сечениях расположения отверстий не только за счет уменьшения площади этого сечения, но и за счет концентрации напряжений, обусловленной наличием отверстия, что должно быть учтено при обеспечении прочности упругого кольца.

С целью улучшения условий заполняемости маслом тракта демпфера, дальнейшего повышения демпфирующих характеристик опоры и износоустойчивости внутренних выступов упругого кольца предлагается упругодемпферная опора ротора турбомашины с демпфером с дроссельными канавками, отличающаяся тем, что высота выступов упругого кольца равна 0,2÷0,3 мм, глубина дроссельных канавок, выполненных на внутренних выступах упругого кольца, равна 0,2÷0,3 мм и их ширина равна 4÷5 мм, кольцевая канавка выполнена на наружной поверхности упругого кольца с наибольшей глубиной на верхнем наружном выступе упругого кольца, равной 0,6÷1,0 мм, с эксцентриситетом, равным или большим соответственно 0,4÷0,6 мм, с шириной 4÷5 мм, и величина натяга по внутренним выступам упругого кольца равна половине высоты выступа и, соответственно, равна 0,1÷0,15 мм, уплотнительные резиновые кольца, расположенные в кольцевых канавках внешнего кольца подшипника, выполнены с прямоугольным поперечным сечением с опорными поверхностями, выполненными по дуге, и зазоры между этими уплотнительными резиновыми кольцами и торцами внутренних выступов упругого кольца равны 0,15÷0,3 мм, размер зазора по периметру паза между выступом внешнего кольца подшипника и пазом в бурте втулки равен высоте выступов упругого кольца и, соответственно, равен 0,2÷0,3 мм, и суммарная величина зазоров по торцам внешнего кольца подшипника равна 0,1÷0,3 мм.

Предлагаемая опора выполнена с параметрами, предпочтительными для авиационных ГТД и турбомашин наземного применения, обеспечивающими полную заполняемость маслом тракта демпфера на всех режимах работы турбомашины, высокие упругодемпфирующие характеристики опоры и износостойкость внутренних выступов упругого кольца.

Хорошие упругие характеристики опоры обеспечиваются наличием упругого кольца и надлежащим подбором его параметров.

Высокие демпфирующие характеристики опоры обеспечиваются прежде всего высокими гидравлическими потерями при продавливании масла при прецессировании ротора из области высокого давления в область низкого давления из впадин, образованных внутренними выступами через дроссельные канавки в окружном направлении по «длинному» пути. Для организации такого течения масла и применены уплотнительные кольца с прямоугольным поперечным сечение, уплотняющие торцы впадин между внутренними выступами упругого кольца, и задана малая величина зазоров по торцам этих выступов, равная 0,15÷0,3 мм.

Существенный вклад в демпфирующие свойства опоры вносит и выдавливание масла из впадин, образованных наружными выступами упругого кольца, благодаря тому, что гидродинамическое сопротивление на выходе из этих впадин значительно увеличено за счет наличия «длинных» дроссельных щелей, через которые этот тракт сообщается с масляной полостью опоры, и тем обстоятельством, что, как уже отмечалось выше, части кольцевой канавки на участках нескольких нижних наружных выступов упругого кольца работают как дроссельные канавки.

Износостойкость контактирующих поверхностей внутренних выступов упругого кольца у предлагаемой опоры увеличена за счет того, что при указанном выше натяге по этим выступам при смещении ротора в опоре, большем половины высоты выступа, эти выступы будут отрываться от внешнего кольца подшипника и масло из канавок будет свободно проникать в образовавшиеся щели между внешним кольцом подшипника и контактирующими с ним поверхностями внутренних выступов. В результате в зоне высокого давления проскальзывание внешнего кольца подшипника по внутренним выступам упругого кольца будет происходить в режиме «жидкостного трения» или, по крайней мере, в режиме «полужидкостного трения».

Конструкции предлагаемых упругодемпферных опор ротора турбомашины с демпфером с дроссельными канавками поясняются чертежами. На фигурах ротор изображен тонкой сплошной линией как «обстановка» на сборочном чертеже.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемой упругодемпферной опоры ротора турбомашины с демпфером с дроссельными канавками с форсуночным кольцом с форсунками, закрепленным на корпусе.

На фиг. 2 изображен разрез по А-А на фиг.1.

На фиг. 3 изображен главный вид втулки, закрепляемой в корпусе опоры

На фиг. 4 изображен разрез по Б-Б на фиг.3.

На фиг. 5 изображен вид по стр.В на фиг.1.

На фиг. 6 изображен вид по стр. Г на фиг. 1. Детали РТКУ на фиг. не показаны.

На фиг. 7 изображен разрез по Д-Д на фиг. 1.

На фиг. 8 изображен разрез по Ε-Ε на фиг. 2 упругодемпферной опоры с параметрами, предпочтительными для авиационных ГТД.

Предлагаемая упругодемпферная опора ротора турбомашины с демпфером с дроссельными канавками (см. фиг. 1) содержит корпус 1, втулку 2, закрепленную в корпусе, упругое кольцо 3 с равномерно чередующимися наружными 4 и внутренними выступами 5 (см. фиг. 2), выполненными соответственно на наружной и внутренней поверхностях кольца 3, подшипник качения 6 (см. фиг. 1), уплотнение масляной полости опоры, выполненное, например, либо в виде лабиринтного уплотнения (на фиг. не показано), либо в виде радиально-торцового уплотнения (РТКУ), состоящего из крышки 7, закрепленной на корпусе 1, втулки 8, закрепленной на роторе 9 и вращающейся вместе с ним, графитового разрезного уплотнительного кольца 10, прижатого сжатым воздухом из отверстия 11 к крышке 7 и втулке 8, лабиринтного кольца 12, закрепленного на роторе 9 и вращающегося вместе с ним, образующего с крышкой 7 вторичное лабиринтное уплотнение, закрепленное на корпусе 1 форсуночное кольцо 13 с форсунками 14, через которые масло подается на смазку подшипника 6 и уплотнительного стыка разрезного графитового кольца 10 с втулкой 8 РТКУ. Втулка 2 (см. фиг. 3) выполнена заодно целое с упругим кольцом 3 таким образом, что ее средняя часть выполнена в виде этого упругого кольца и торцевая цилиндрическая часть 15 втулки 2 с фланцем 16 для крепления ее к корпусу и другая торцевая часть 17 втулки 2 с внутренним буртом 18 жестко соединены с упругим кольцом 3 на длине каждого наружного выступа 4, а на длине каждого внутреннего выступа 5 и прилегающих к нему двух пролетов 19 упругое кольцо 3 отделено от этих частей втулки 2 сквозными прорезями 20. Причем наружная цилиндрическая поверхность этих частей и наружная цилиндрическая поверхность наружных выступов 4 упругого кольца 3 является одной и той же поверхностью, по которой втулка 2 с натягом закрепляется в корпусе 1 (см. фиг. 1). Диаметр внутренних цилиндрических поверхностей 21 цилиндрических частей втулки 2 (см. фиг. 4) либо равен, либо больше диаметра поверхностей впадин 22 между внутренними выступами 5 упругого кольца 3. Ширина каждой из внутренних цилиндрических поверхностей 21 цилиндрических частей втулки 2 больше ширины прорези 20 и такая, что между прорезями 20 и торцами внутренних выступов 5 остаются цилиндрические пояски, контактирующие с резиновыми уплотнительными кольцами 23 (см. фиг. 1). Подшипник 6 установлен в упругое кольцо 3 с таким натягом по его внутренним выступам 5, который при прецессировании ротора 9 позволяет внешнему кольцу 24 подшипника 6 проскальзывать относительно этих выступов. В корпусе 1 в области верхнего наружного выступа 4 выполнена герметичная полость 25 (см. фиг. 1 и 2), в которую под давлением подается масло, сообщающаяся с кольцевой канавкой 26 с прямоугольным поперечным сечением, выполненной на наружной поверхности упругого кольца 3 в середине его ширины с эксцентриситетом относительно центра опоры, направленным вертикально вниз и таким, что наибольшая глубина канавки 26 на верхнем наружном выступе 4 такова, что обеспечивает полное заполнение маслом тракта демпфера на всех режимах работы турбомашины, и при этом выбрана возможно наименьшей, а на нижнем наружном выступе 4 или двух нижних наружных выступах 4, симметрично расположенных относительно вертикальной оси опоры, наименьшая глубина канавки равнялась бы высоте наружного выступа. На наружной поверхности каждого внутреннего выступа 5 в окружном направлении в середине ширины выступа выполнена дроссельная канавка 27 с прямоугольным поперечным сечением, соединяющая впадины 22, прилегающие к выступу 5 (см. фиг. 2). Впадины 28, образованные наружными выступами 4 упругого кольца 3, сообщаются с впадинами 22, образованными его внутренними выступами 5, через радиальные равномерно расположенные по окружности отверстия 29, выполненные в упругом кольце 3 в середине его ширины, в серединах пролетов, либо выполненные в канавках внутренних выступов упругого кольца, в середине длины канавок (на фиг. не показано). Диаметр этих отверстий и их число выбирается из условия обеспечения полного заполнения маслом всех впадин и дроссельных канавок демпфера на всех рабочих режимах турбомашины при возможно меньших значениях этих параметров. Торцы впадин 22, образованных внутренними выступами 5, уплотнены резиновыми уплотнительными кольцами 23 (см. фиг. 1), размещенными в кольцевых канавках 30, выполненных во внешнем кольце 24 подшипника 6. Натяг в них выбран из условия отсутствия проскальзываний с сухим трением резиновых уплотнительных колец 23 по контактирующим с ними поверхностям втулки 2 и внешнего кольца 24 подшипника 6 при прецессировании ротора 9 на всех рабочих режимах турбомашины. Суммарный зазор по торцам внешнего кольца 24 подшипника 6 выбран из условия обеспечения комфортной работы подшипника без прижогов при возможно меньшей величине этого суммарного зазора и такой, при которой щели 31 по торцам внешнего кольца 24, которые организованы в случае смазки подшипника барботажем или форсунками, закрепленными на трубопроводах, дополнительной втулкой, закрепленной на корпусе, и буртом втулки, выполненной заодно целое с упругим кольцом (на фиг. не показано), или форсуночным кольцом 13 (см. фиг. 1) и буртом 18 втулки 2 на всем радиальном размере внешнего кольца 24 подшипника 6, обладали достаточно высоким гидродинамическим сопротивлением. На торце внешнего кольца 24 подшипника 6 выполнен выступ 32, входящий в ответный паз 33 в бурте 18 втулки 2 (см. фиг. 5) с зазором 34 по периметру паза, равным допустимому смещению ротора 9 в опоре. Паз 33 в бурте 18 размещен в срединной радиальной плоскости наружного выступа 4 упругого кольца 3. Масло в канавку 35 в форсуночном кольце 13 (см. фиг. 1 и 6), соединяющую форсунки 14, подается под давлением из своих герметичных полости 36 (см. фиг.1 и 7) и канавки 37, выполненных в корпусе 1 в области наружного выступа 4 упругого кольца 3, через отверстия 38, выполненные во втулке 2, и через отверстия 39, 40 и 41 (см. фиг. 1) в форсунках 14 в подшипник 6 и на коническую поверхность втулки 8 РТКУ, откуда под действием центробежных сил попадает через отверстия 42 во втулке 8 на смазку герметичного стыка между втулкой 8 и уплотнительным разрезным графитовым кольцом 10. Герметичность полостей и канавок, выполненных в корпусе 1, обеспечивается уплотнительным резиновым кольцом 43 и натягом между втулкой 2 и корпусом 1, величина которого выбрана такой, что величина этого натяга, достаточная для обеспечения герметичности этих конструктивных элементов, сохраняется и при рабочих температурах упругодемпферной опоры. Герметичность канавки 35 форсуночного кольца 13 обеспечивается уплотнительным резиновым кольцом 44 и натягом между форсуночным кольцом 13 и втулкой 2. Причем этот натяг на рабочих режимах турбомашины будет только уменьшатся, так как форсуночное кольцо 13 изготавливается из титана, а втулка 2 из стали, а коэффициент температурного расширения титана меньше, чем у стали. Крышка 7 и РТКУ отделяют масляную полость 45 от воздушного тракта турбомашины. Объем полости 45 выполнен большим, так как из нее откачивается вспененное масло. Герметичность маслянной полости 45 обеспечивается РТКУ и уплотнительным резиновым кольцом 46. Корпус 1 изготавливается из магниевого сплава и коэффициент температурного удлинения этого сплава существенно больше, чем у стали, из которой изготовлена втулка 2, поэтому натяг между втулкой 2 и корпусом 1 значительно ослабляется на рабочих режимах турбомашины и совместное дополнительное крепление втулки 2 и форсуночного кольца 13 к корпусу 1 шпильками 47, гайками 48 и контровочными шайбами 49 обеспечивает на этих режимах прочность и надежность соединения втулки 2 и форсуночного кольца 13 с корпусом 1. Крышка 7 центрируется по фланцу 16 втулки 2 и крепится к корпусу 1 шпильками 47, гайками 48 и контровочными шайбами 49.

Предлагается также упругодемпферная опора ротора турбомашины с демпфером с дроссельными канавками (см. фиг. 1), отличающаяся тем, что высота выступов 4 и 5 упругого кольца 3 равна 0,2÷0,3 мм, глубина дроссельных канавок 27, выполненных на внутренних выступах 5 упругого кольца 3, равна 0,2÷0,3 мм и их ширина равна 4÷5 мм, кольцевая канавка 26 выполнена на наружной поверхности упругого кольца 3 с наибольшей глубиной на верхнем наружном выступе 4 упругого кольца 3, равной 0,6÷1,0 мм, с эксцентриситетом, равным или большим соответственно 0,4÷0,6 мм, с шириной 4÷5 мм. Величина натяга по внутренним выступам 5 упругого кольца 3 равна половине высоты выступа и, соответственно, равна 0,1÷0,15 мм. Уплотнительные резиновые кольца 23 выполнены с прямоугольным поперечным сечением с опорными поверхностями выполненными по дуге. Зазоры 50 (см. фиг. 8) между уплотнительными резиновыми кольцами и торцами внутренних выступов упругого кольца равны 0,15÷0,3 мм. Размер зазора 34 (см. фиг. 5) по периметру паза 33 между выступом 32 внешнего кольца 24 подшипника 6 и пазом 33 в бурте 18 втулки 2 равен высоте выступов 4 и 5 упругого кольца 3 и, соответственно, равен 0,2÷0,3 мм. Суммарная величина зазоров в щелях 31 по торцам внешнего кольца 24 подшипника 6 равна 0,1÷0,3 мм.

Конструкция предлагаемых упругодемпферных опор с дроссельными канавками в случаях смазывания подшипника барботажем или через форсунки, закрепленные на трубопроводах, подающих масло, отличается от описанных выше в основном только тем, что на корпусе опоры вместо форсуночного кольца аналогичным образом закрепляется дополнительная втулка (на фиг. не показано), фиксирующая внешнее кольцо подшипника от осевого смещения.

Технология сборки предлагаемых упругодемпферных опор ротора турбомашины с демпфером с дроссельными канавками ясна из описания их конструкции и специально не описывается.

При прецессировании ротора 9 (см. фиг. 1) подшипник 3 будет совершать прецессионное движение. При этом масло из зоны высокого давления будет выдавливаться в зону низкого давления, перетекая по трактам демпфера с большим гидравлическим сопротивлением, описанным выше, за счет чего предлагаемые опоры будут обладать очень высокими упругодемпфирующими характеристиками. Замена масла в демпферных трактах опоры при работе турбомашины будет происходить постоянно за счет истечения его через щели 31 и зазор 34. Другие особенности работы и преимущества предлагаемых упругодемпферных опор по сравнению с прототипом рассмотрены выше.

В настоящее время в отечественных и зарубежных авиационных ГТД находят применение упругодемферные опоры роторов с упругим элементом, закрепленным на корпусе опоры, выполненным в виде втулки - «беличьего колеса», к которой жестко крепится внешнее кольцо подшипника, образующее с втулкой, закрепленной в корпусе опоры, демпферный зазор, уплотненный по торцам резиновыми уплотнительными кольцами, в который под давлением подается масло.

Преимуществами этих опор, благодаря которым они нашли широкое практическое применение, являются расчетность упругого элемента, возможность создать опору с требуемыми упругими свойствами и прочностью, отсутствие износа упругого элемента при наработке, очень высокие демпфирующие свойства демпфера с выдавливаемой пленкой смазки с уплотненными торцами.

Недостатками этих опор являются их большие осевые и радиальные габариты, обусловленные прежде всего осевым размером упругого элемента и радиальными размерами места крепления его к внешнему кольцу подшипника. Это приводит к увеличению других наиболее габаритных деталей и узлов двигателя, например, его корпусов и роторов, что, как следствие, приводит к ухудшению габаритных и весовых характеристик двигателя в целом и даже его КПД.

По нашему мнению, предлагаемые упругодемпферные опоры во многих практических случаях способны успешно заменить эти опоры, так как в этих случаях они реализуют в достаточной мере преимущества этих опор и лишены их недостатков. Так упругий элемент предлагаемых опор представляет собой кольцо, составленное из криволинейных балок с заделанными концами, и, следовательно, расчетен и позволяет в этих случаях создать опору с требуемыми упругими свойствами и прочностью. Уровень демпфирующих свойств предлагаемой опоры при габаритных размерах тракта демпфера с дроссельными канавками, равных габаритным размерам зазора демпфера с выдавливаемой пленкой смазки с уплотненными торцами, хотя и ниже, но достаточно высок для того, чтобы при должном подборе параметров тракта демпфера обеспечить оптимальный уровень демпфирования для данной турбомашины. Создание режима «жидкостного трения» или режима «полужидкостного трения» на контактирующих поверхностях внутренних выступов упругого элемента предлагаемых опор позволяет сделать ресурс его работы рентабельным.

При этом при такой замене осевой размер опоры может сократиться в разы. По нашему мнению, применение предлагаемых опор может оказаться особенно целесообразным при создании авиационных и др. ГТД военного применения.

Отметим, что все предлагаемые принципиальные отличительные признаки, стоящие в формуле изобретения после слова «отличающаяся», без затруднений могут быть использованы в широком круге известных конструкций опор роторов турбомашин, например, с радиальными и радиально-упорными шариковыми подшипниками, опор с лабиринтными уплотнениями масляной полости опоры и др.

Во всех этих случаях с целью повышения демпфирующих свойств опоры также рекомендуется, как это описано выше, масло в демпфер подавать по самостоятельному тракту, не связанному с масляной полостью опоры, из которой производиться смазка подшипника, а слив масла из демпфера осуществлять в эту полость через дроссельный элемент.

Упругодемпферная опора ротора турбомашины с демпфером с дроссельными канавками, содержащая корпус, втулку, закрепленную в корпусе, упругое кольцо с равномерно чередующимися наружными и внутренними выступами, выполненными соответственно на наружной и внутренней поверхностях кольца, подшипник качения, форсуночное кольцо с форсунками и уплотнение масляной полости опоры. Втулка, закрепляемая в корпусе, выполнена заодно целое с упругим кольцом с равномерно чередующимися наружными и внутренними выступами таким образом, что ее средняя часть выполнена в виде этого упругого кольца и торцевая цилиндрическая часть втулки с фланцем для крепления ее к корпусу и другая торцевая часть втулки с внутренним буртом жестко соединены с упругим кольцом на длине каждого наружного выступа, а на длине каждого внутреннего выступа и прилегающих к нему двух пролетов упругое кольцо отделено от этих частей втулки сквозными прорезями. Между прорезями и торцами внутренних выступов остаются цилиндрические пояски, контактирующие с резиновыми уплотнительными кольцами. В корпусе выполнена герметичная полость в области верхнего наружного выступа, в которую под давлением подается масло, сообщающаяся с кольцевой канавкой с прямоугольным поперечным сечением, выполненной на наружной поверхности упругого кольца в середине его ширины с эксцентриситетом относительно центра опоры, направленным вертикально вниз. На наружной поверхности каждого внутреннего выступа в окружном направлении в середине ширины выступа выполнена дроссельная канавка с прямоугольным поперечным сечением, соединяющая впадины, прилегающие к выступу, впадины, образованные наружными выступами упругого кольца, сообщаются с впадинами, образованными его внутренними выступами, через радиальные отверстия. Торцы впадин, образованных внутренними выступами, уплотнены резиновыми уплотнительными кольцами, размещенными в кольцевых канавках, выполненных во внешнем кольце подшипника. Натяг в них выбран из условия отсутствия проскальзываний рабочих режимах турбомашины. На торце внешнего кольца подшипника выполнен выступ, входящий в ответный паз в бурте втулки с зазором по периметру паза, равным допустимому смещению ротора в опоре, причем паз в бурте размещен в срединной радиальной плоскости наружного выступа упругого кольца. Масло в канавку в форсуночном кольце, соединяющую его форсунки, поступает под давлением подачи из своей герметичной полости в корпусе, также расположенной над одним из наружных выступов упругого кольца, через канавку, выполненную в корпусе, и несколько отверстий, выполненных во втулке. Герметичность полостей, выполненных в корпусе, обеспечивается натягом между этой втулкой и корпусом. Достигается меньший радиальный размер, повышаются упругие и демпфирующие характеристики, снижается темп износа. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Упругодемпферная опора ротора турбомашины с демпфером с дроссельными канавками, содержащая корпус, втулку, закрепленную в корпусе, упругое кольцо с равномерно чередующимися наружными и внутренними выступами, выполненными соответственно на наружной и внутренней поверхностях кольца, подшипник качения, смазываемый барботажем, или через форсунки, закрепленные непосредственно на трубопроводах, подающих масло, либо через форсуночное кольцо с форсунками, закрепленное на корпусе, и уплотнение масляной полости опоры, выполненное либо в виде лабиринтного уплотнения, либо в виде радиально-торцового уплотнения (РТКУ), состоящего из крышки, закрепленной на корпусе, втулки, закрепленной на роторе и вращающейся вместе с ним, графитового разрезного уплотнительного кольца, прижатого сжатым воздухом к крышке и втулке, лабиринтного кольца, закрепленного на роторе и вращающегося вместе с ним, образующего с крышкой РТКУ вторичное лабиринтное уплотнение, отличающаяся тем, что втулка, закрепляемая в корпусе, выполнена заодно целое с упругим кольцом с равномерно чередующимися наружными и внутренними выступами таким образом, что ее средняя часть выполнена в виде этого упругого кольца и торцевая цилиндрическая часть втулки с фланцем для крепления ее к корпусу и другая торцевая часть втулки с внутренним буртом жестко соединены с упругим кольцом на длине каждого наружного выступа, а на длине каждого внутреннего выступа и прилегающих к нему двух пролетов упругое кольцо отделено от этих частей втулки сквозными прорезями, причем наружная цилиндрическая поверхность этих частей и наружная цилиндрическая поверхность наружных выступов упругого кольца является одной и той же поверхностью, по которой втулка с натягом закрепляется в корпусе, а диаметр внутренних цилиндрических поверхностей цилиндрических частей втулки либо равен, либо больше диаметра поверхностей впадин между внутренними выступами упругого кольца, ширина каждой из внутренних цилиндрических поверхностей цилиндрических частей втулки больше ширины прорези и такая, что между прорезями и торцами внутренних выступов остаются цилиндрические пояски, контактирующие с резиновыми уплотнительными кольцами, подшипник установлен в упругое кольцо с таким натягом по его внутренним выступам, который при прецессировании ротора позволяет внешнему кольцу подшипника проскальзывать относительно этих выступов, в корпусе выполнена герметичная полость в области верхнего наружного выступа, в которую под давлением подается масло, сообщающаяся с кольцевой канавкой с прямоугольным поперечным сечением, выполненной на наружной поверхности упругого кольца в середине его ширины с эксцентриситетом относительно центра опоры, направленным вертикально вниз и таким, что наибольшая глубина канавки на верхнем наружном выступе такова, что обеспечивает полное заполнение маслом тракта демпфера на всех режимах работы турбомашины, и при этом выбрана возможно наименьшей, а на нижнем наружном выступе или двух нижних наружных выступах, симметрично расположенных относительно вертикальной оси опоры, наименьшая глубина канавки равнялась бы высоте наружного выступа, а на наружной поверхности каждого внутреннего выступа в окружном направлении в середине ширины выступа выполнена дроссельная канавка с прямоугольным поперечным сечением, соединяющая впадины, прилегающие к выступу, впадины, образованные наружными выступами упругого кольца, сообщаются с впадинами, образованными его внутренними выступами, через радиальные равномерно расположенные по окружности отверстия, выполненные в упругом кольце в середине его ширины, в серединах пролетов, либо выполненные в канавках внутренних выступов упругого кольца, в середине длины канавок, диаметр этих отверстий и их число выбирается из условия обеспечения полного заполнения маслом всех впадин и дроссельных канавок демпфера на всех рабочих режимах турбомашины при возможно меньших значениях этих параметров, торцы впадин, образованных внутренними выступами, уплотнены резиновыми уплотнительными кольцами, размещенными в кольцевых канавках, выполненных во внешнем кольце подшипника, натяг в них выбран из условия отсутствия проскальзываний с сухим трением резиновых уплотнительных колец по контактирующим с ними поверхностям втулки и внешнего кольца подшипника при прецессировании ротора на всех рабочих режимах турбомашины, суммарный зазор по торцам внешнего кольца подшипника выбран из условия обеспечения комфортной работы подшипника без прижогов при возможно меньшей величине этого суммарного зазора и такой, при которой щели по торцам внешнего кольца, которые организованы в случае смазки подшипника барботажем или форсунками, закрепленными на трубопроводах, дополнительной втулкой, закрепленной на корпусе, и буртом втулки, выполненной заодно целое с упругим кольцом, или форсуночным кольцом и этим же буртом, на всем радиальном размере внешнего кольца подшипника, обладали достаточно высоким гидродинамическим сопротивлением, и на торце внешнего кольца подшипника выполнен выступ, входящий в ответный паз в бурте втулки с зазором по периметру паза, равным допустимому смещению ротора в опоре, причем паз в бурте размещен в срединной радиальной плоскости наружного выступа упругого кольца, и в случае смазки подшипника через форсуночное кольцо масло в канавку в форсуночном кольце, соединяющую его форсунки, поступает под давлением подачи из своей герметичной полости в корпусе, также расположенной над одним из наружных выступов упругого кольца, через канавку, выполненную в корпусе, и несколько отверстий, выполненных во втулке, выполненной заодно целое с упругим кольцом, а герметичность полостей, выполненных в корпусе, обеспечивается натягом между этой втулкой и корпусом, величина которого выбрана такой, что определенная величина этого натяга сохраняется и при рабочих температурах упругодемпферной опоры.

2. Упругодемпферная опора ротора турбомашины с демпфером с дроссельными канавками по п. 1, отличающаяся тем, что высота выступов упругого кольца равна 0,2÷0,3 мм, глубина дроссельных канавок, выполненных на внутренних выступах упругого кольца, равна 0,2÷0,3 мм и их ширина равна 4÷5 мм, кольцевая канавка выполнена на наружной поверхности упругого кольца с наибольшей глубиной на верхнем наружном выступе упругого кольца, равной 0,6÷1,0 мм, с эксцентриситетом, равным или большим соответственно 0,4÷0,6 мм, с шириной 4÷5 мм, и величина натяга по внутренним выступам упругого кольца равна половине высоты выступа и, соответственно, равна 0,1÷0,15 мм, уплотнительные резиновые кольца, расположенные в кольцевых канавках внешнего кольца подшипника, выполнены с прямоугольным поперечным сечением с опорными поверхностями, выполненными по дуге, и зазоры между этими уплотнительными резиновыми кольцами и торцами внутренних выступов упругого кольца равны 0,15÷0,3 мм, размер зазора по периметру паза между выступом внешнего кольца подшипника и пазом в бурте втулки равен высоте выступов упругого кольца и, соответственно, равен 0,2÷0,3 мм, и суммарная величина зазоров по торцам внешнего кольца подшипника равна 0,1÷0,3 мм.