ПЕРЕДНЯЯ ОПОРА РОТОРА ВЕНТИЛЯТОРА ДВУХКОНТУРНОГО ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2016 года по МПК F01D5/00 F02C7/06 

Изобретение относится к авиационным двухконтурным турбореактивным двигателям (ТРДД).

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.

Недостатками этой упругой опоры ротора турбомашины являются: ее незначительная демпфирующая способность, обусловленная тем, что масло при деформации кольца свободно выдавливается из зазоров, образованных выступами упругого кольца, в их неуплотненные торцы;

большие радиальные размеры опоры, обусловленные наличием кроме самого упругого кольца еще стакана и гладкого кольца, закрепленных соответственно в корпусе и на подшипнике.

Известна также конструкция передней упругодемпферной опоры ротора вентилятора турбореактивного двухконтурного двигателя с форсажной камерой сгорания АЛ-31Ф (см. Турбореактивный двухконтурный двигатель с форсажной камерой сгорания АЛ-31Ф. Учебное пособие. Под редакцией А.П. Назарова. Издание ВВИА им. Акад. Н.Е. Жуковского, Опубл. 29.12.1994, стр. 55). Опорным элементом опоры является роликовый подшипник, смазываемый барботажем. Внутреннее кольцо подшипника, вращающиеся элементы сегментного контактного уплотнения, уплотняющего масляную полость опоры, закреплены на передней цапфе. От осевых перемещений они фиксируются фланцем фигурной втулки, закрепленной на цапфе. Наружное кольцо подшипника и невращающиеся элементы сегментного контактного уплотнения смонтированы в одном стальном корпусе, который крепится к корпусу подшипника. Корпус подшипника упругоподвижный и связан с неподвижным фланцем ступицы через пятьдесят упругих перемычек типа «беличье колесо». В зазор между корпусом подшипника и ступицей установлено многоопорное упругое кольцо с калиброванными отверстиями, выполненными в пролетах кольца между выступами. При колебаниях ротора многоопорное упругое кольцо деформируется, масло через калиброванные отверстия перетекает из одной полости в другую, рассеивая энергию колебаний ротора. Для охлаждения кольца, закрепленного на цапфе, с которым контактируют графитовые уплотнительные кольца сегментного контактного уплотнения, через отверстия в фигурной втулке, цапфе и втулке, закрепленной на цапфе и фиксирующей внутреннее кольцо подшипника от осевого смещения, подводится масло из масляной полости внутри цапфы, которое через зазоры в резьбе, по которой кольцо соединено с этой втулкой, отводится в масляную полость опоры. Сегментное уплотнение содержит три графитовых кольца, два из которых без зазора вставлены друг в друга, а третье кольцо установлено встык с ними. Сегменты, из которых составлены графитовые уплотнительные кольца, прижимаются к контактирующему с ними кольцу двумя браслетными пружинами таким образом, что между торцами сегментов остаются зазоры 0,05÷0,1 мм. Причем стыки сегментов этих колец в окружном направлении разнесены друг от друга. Третье графитовое уплотнительное кольцо пружинами сжатия, равнорасположенными по окружности, прижимает два других уплотнительных графитовых кольца своими торцами к ответному торцу корпуса сегментного уплотнения. Другим торцом пружины упираются в шайбу и паранитовую прокладку, закрепленную в стакане. Масляная полость опоры наддувается дренированным воздухом из предмасляной полости опоры, в которую он поступает через лабиринтное уплотнение. Предмасляная полость опоры в свою очередь наддувается воздухом из полости наддува, уплотненной своим лабиринтным уплотнением. Воздух в полость наддува поступает из трубы, расположенной внутри цапфы и образующей воздушную полость в ней, через отверстия в ней и цапфе.

У этой опоры два упругих элемента - многоопорное упругое кольцо и втулка типа «беличье колесо», жесткости которых включены параллельно (суммируются). Это позволяет получить требуемую большую жесткость опоры, и при этом обеспечиваются меньшие напряжения в этих элементах.

Но это сильно усложняет конструкцию опоры, ведет к появлению различных «промежуточных» деталей и значительно увеличивает ее габаритные размеры, особенно осевые - за счет применения втулки типа «беличье колесо».

В этой конструкции опоры использовано несколько уплотнительных резиновых прокладок, которые не только работают на циклическое сжатие, но по которым при прецессировании цапфы происходит проскальзывание с сухим трением контактирующих с ними стальных деталей, что снижает наработку этих уплотнений до их замены.

Выполнение большого числа калиброванных отверстий небольшого диаметра в многоопорном упругом кольце значительно усложняет технологию его изготовления, увеличивает вероятность их закоксовывания при работе опоры при повышенной температуре.

Демпфер опоры заполняется маслом через отверстия в корпусе подшипника напрямую из масляной полости опоры. Гидравлическое сопротивление этого тракта невелико. За счет этого снижаются перепады давлений на калиброванных отверстиях и гидравлические потери в них. Следовательно, снижаются демпфирующие свойства опоры.

Отметим, что этот недостаток - заполнение демпфера маслом напрямую, через элементы с малым гидравлическим сопротивлением из масляной полости опоры или соединение полости демпфера с масляной полостью подшипника через эти элементы, по нашему мнению, является типичным для опор современных турбомашин.

К числу недостатков этой опоры следует также отнести возможность проворота многоопорного упругого кольца при прецессировании ротора.

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

Ставится задача создания передней опоры ротора вентилятора ТРДД с хорошими упругими и прочностными характеристиками, более простой по конструкции, с меньшими радиальными и осевыми размерами, с более высокими демпфирующими характеристиками, чем у прототипа, и с более простой конструкцией, чем у него, сегментным контактным уплотнением, с исключением из конструкции уплотнительных резиновых колец, по которым контактирующие с ними детали проскальзывают с сухим трением, с надежной фиксацией от проворота упругого элемента и высокой износостойкостью его выступов, с удобной технологией ее сборки и проведения регламентных работ по замене изношенных деталей опоры, при проведении которых не требуется перебалансировка ротора вентилятора.

Поставленная задача решается тем, что предлагается передняя опора ротора вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащая ступицу, корпус подшипника, два упругих элемента, соединенных параллельно так, что их жесткости суммируются, роликовый подшипник, смазываемый барботажем, цапфу, фигурную втулку, закрепленную на цапфе и фиксирующую фланцем внутреннее кольцо подшипника и вращающиеся детали сегментного контактного уплотнения, сегментное контактное уплотнение, состоящее из втулки с резьбой, закрепленной на цапфе, кольца, по резьбе соединенного с этой втулкой, трех графитовых уплотнительных колец, составленных из отдельных сегментов, прижатых к контактирующему с ними кольцу двумя пружинами так, что между торцами сегментов этих колец остается зазор 0,05÷0,1 мм, два из которых без зазора вставлены друг в друга, а третье кольцо установлено встык к этим двум кольцам, причем стыки сегментов этих колец в окружном направлении разнесены друг от друга, лабиринтное уплотнение предмасляной полости опоры, состоящее из лабиринтного кольца и статорного элемента, трубу, расположенную внутри цапфы и образующую воздушную полость в ней, и в фигурной втулке и цапфе выполнены отверстия, через которые подводится масло для охлаждения кольца, контактирующего с графитовыми уплотнительными кольцами, отличающаяся тем, что корпус подшипника выполнен за одно целое с обоими упругими элементами, выполненными в виде упругих колец с равномерно чередующимися наружными и внутренними выступами таким образом, что его средняя часть выполнена в виде этих колец и торцевая цилиндрическая часть корпуса с фланцем для крепления его к ступице и другая торцевая часть корпуса с внутренним буртом жестко соединены с этими упругими кольцами на длине каждого наружного выступа, а на длине каждого внутреннего выступа и прилегающих к нему двух пролетов каждое упругое кольцо отделено от этих частей корпуса сквозными прорезями, причем наружная цилиндрическая поверхность этих частей и наружная цилиндрическая поверхность наружных выступов упругого кольца является одной и той же поверхностью, по которой корпус с натягом закрепляется в ступице, и величина этого натяга выбрана возможно меньшей, но такой, чтобы при дополнительном креплении корпуса к ступице с помощью болтов и самоконтрящихся гаек на всех рабочих режимах двигателя обеспечивалась надежность соединения «корпус - ступица», а диаметр внутренней цилиндрической поверхности цилиндрической части корпуса с фланцем либо равен, либо больше диаметра поверхностей впадин между внутренними выступами упругого кольца, и диаметр внутренней цилиндрической поверхности цилиндрической части корпуса с внутренним буртом либо равен, либо меньше диаметра наружной поверхности внутренних выступов упругого кольца, натяг между наружным кольцом подшипника и внутренними выступами упругих колец равен 0÷h/2 мм, где h - высота выступов упругих колец, равная h=0,15÷0,3 мм, в расточки, выполненные в наружном кольце подшипника с обеих его сторон, запрессованы две втулки с полированными торцами, выполненные из стали или бронзы БрС30, и торцы зазора между ступицей и наружным кольцом подшипника, в котором размещены упругие кольца, уплотнены металлическими уплотнительными кольцами, которые прижаты ответными полированными торцами к полированным торцам этих втулок резиновыми уплотнительными кольцами, расположенными в кольцевых канавках в бурте корпуса подшипника и корпусе сегментного контактного уплотнения, и на каждом металлическом уплотнительном кольце выполнен один или два прямоугольных выступа, расположенные на его диаметрально противоположных половинах, которые входят соответственно в ответные пазы, выполненные в бурте корпуса подшипника или корпусе сегментного контактного уплотнения с зазором по периметру паза, меньшим смещения металлического уплотнительного кольца, при котором возникают взаимные проскальзывания металлического и резинового уплотнительных колец, и равным 0÷0,05 мм, а на торцах наружного кольца подшипника выполнены выступы, входящие в ответные пазы в металлических уплотнительных кольцах с зазором по периметру паза, равным или немного большим допустимого смещения цапфы в ступице и равным 0,15÷0,3 мм, и радиальный зазор между металлическими уплотнительными кольцами и корпусом подшипника в случае выполнения одного прямоугольного выступа на каждом металлическом уплотнительном кольце меньше смещения металлического уплотнительного кольца, при котором возникают взаимные проскальзывания металлического и резинового уплотнительных колец, меньше 0,1 мм, а в случае выполнения двух прямоугольных выступов - меньше 0,2 мм, и радиальное расстояние от наружной окружности, ограничивающей зону контакта резинового уплотнительного кольца с металлическим уплотнительным кольцом, до наружной цилиндрической поверхности металлического уплотнительного кольца таково, что гидравлическое давление, действующее на каждое металлическое уплотнительное кольцо со стороны уплотнительного резинового кольца, уравновешивает в случае раскрытия стыка между металлическим уплотнительным кольцом и наружным кольцом подшипника гидравлическое давление, действующее на металлическое уплотнительное кольцо со стороны наружного кольца подшипника, и это радиальное расстояние у металлического уплотнительного кольца, контактирующего с буртом корпуса подшипника, равно или больше половины радиального размера кольцевой площадки контакта втулки, запрессованной в наружное кольцо подшипника, с металлическим уплотнительным кольцом, а на другом торце подшипника оно больше описанного на h/2, и на наружной цилиндрической поверхности металлических уплотнительных колец могут быть выполнены два, три и более равнорасположенные по окружности сквозные прямоугольные пазы шириной 4÷5 мм и высотой 0,2÷0,5 мм, металлические уплотнительные кольца изготовлены из того же материала, что и корпус подшипника, а при изготовлении втулок, запрессованных в наружное кольцо подшипника, из стали твердость контактных поверхностей металлических уплотнительных колец меньше твердости контактных поверхностей втулок, и масло в зазор, занятый упругими кольцами, подается через отверстия и кольцевую канавку, выполненные в ступице над прорезями, расположенными между упругими кольцами, из герметичной емкости, выполненной в приливе на ее наружной поверхности, количество отверстий, выполненных в ступице, и их диаметр, выбраны возможно наименьшими, но такими, чтобы на всех режимах работы двигателя происходило полное заполнение впадин между выступами упругих колец, и корпус сегментного контактного уплотнения центрируется по корпусу подшипника и крепится к фланцу ступицы болтами, контровочными шайбами и самоконтрящимися гайками, для чего фланцы корпуса подшипника и корпуса сегментного уплотнения выполнены с равномерно расположенными по периферии фланцев впадинами, и впадины одного фланца смещены от впадин другого фланца так, что головки болтов, крепящих корпус подшипника, размещены во впадинах фланца корпуса сегментного контактного уплотнения, а на выступах, образованных впадинами фланца корпуса сегментного контактного уплотнения, выполнены бобышки, в отверстиях которых размещены болты, крепящие этот фланец, и высота этих бобышек такова, что этот корпус своим фланцем прижат к фланцу корпуса подшипника, а бобышками - к фланцу ступицы, и стыки между этими всеми фланцами уплотнены резиновыми уплотнительными кольцами, а внутренний диаметр резьбы втулки, закрепленной на цапфе, равен или больше наружного диаметра внутреннего кольца подшипника, и направление навивки витков резьбы такое, что при заданном направлении вращения вентилятора частицы масла из резьбового соединения этой втулки и кольца, контактирующего с графитовыми уплотнительными кольцами, составленными из отдельных сегментов, выбрасывались в масляную полость, и момент сил трения действовал на это кольцо на его наворачивание, а само резьбовое соединение уплотнено резиновым уплотнительным кольцом, размещенным в кольцевых расточках втулки и кольца, и между кольцом и лабиринтным кольцом установлено разрезное упругое кольцо, в свободном состоянии сцентрированное по пояску лабиринтного кольца, цилиндрические поверхности двух графитовых колец, вставленных друг в друга, по которым они контактируют, выполнены с эксцентриситетом по отношению к цилиндрической поверхности внутреннего кольца этой пары, по которой оно контактирует с кольцом, навернутым на втулку, и в качестве пружин, прижимающих сегменты графитовых уплотнительных колец к контактирующему с ними кольцу, применены два кольцевых многослойных гофрированных пакета, набранных «гофр в гофр» из шлифованных стальных нагартованных лент или лент, изготовленных из закаленной нержавеющей стали, причем стыки концов лент равномерно распределены по вершинам гофров, а между концами каждой ленты имеется зазор, величина которого выбрана возможно наименьшей, но достаточной для исключения нахлеста концов каждой ленты друг на друга при создании натяга по вершинам гофров пакета и максимально допустимом радиальном смещении графитовых уплотнительных колец, и на поверхности лент нанесено износостойкое покрытие, каждый пакет гофрированных лент с радиальным натягом по вершинам гофров, созданным одинаковым одновременным сжатием всех гофров пакета в радиальных направлениях, вставлен в кольцевой зазор между корпусом сегментного контактного уплотнения и тем графитовым уплотнительным кольцом, на которое он опирается, до упора друг в друга и в стенку этого корпуса так, что его вершины располагаются в ответных выемках, выполненных в контактирующих с пакетами деталях в виде сегментов с дугой окружности радиуса R, определяемого из соотношения:

где Н₁ - максимальная величина дополнительного смещения вершины гофра в радиальном направлении, полученного при прецессировании цапфы в опоре с максимально допустимой амплитудой смещения за счет смещения в окружном направлении вершины того гофра в выемке, которая максимально смещается в этом направлении, S₁ - половина хорды максимального смещения этого гофра в окружном направлении, и хордой выемки, большей величины:

где Н - наибольшая глубина выемки, меньшая 1,5 мм, и максимальный размер зазора во впадинах гофров, измеренный по радиусу от ее вершины до контактирующей с пакетом детали, больше высоты выступов упругих колец, и в стенке выполнены отверстия или выемки в местах, соответственных впадинам гофров, а между стенкой и кольцом, контактирующим с графитовыми уплотнительными кольцами, составленными из отдельных секторов, имеется кольцевой зазор, больший допустимого смещения кольца в опоре, и сегментное контактное уплотнение со стороны предмасляной полости опоры закрыто крышкой и уплотнено резиновыми уплотнительными кольцами, расположенными в кольцевых канавках крышки, и крышка, и корпус сегментного уплотнения изготовлены из стали одинаковой марки или бронзы БрС30, причем кольцевой зазор между корпусом сегментного уплотнения и крышкой также меньше 0,1 мм, и в крышке выполнен несквозной паз, в который с суммарным зазором по боковым сторонам паза, меньшим 0,1 мм, входит упор, герметично частью с конической трубной резьбой закрепленный в корпусе сегментного уплотнения и законтренный упругим кольцом, и крышка упругими силами, созданными упругим разрезным кольцом, размещенным в кольцевой канавке корпуса сегментного уплотнения, и давлением воздуха, поступающего в предмасляную полость опоры через отверстия в трубе, цапфе и лабиринтном кольце, прижата полированным торцом к ответным полированным торцам графитных уплотнительных колец, а в бурте корпуса подшипника выполнено дроссельное отверстие, сообщающееся с зазором по периметру паза, выполненного в металлическом уплотнительном кольце, или в наружном кольце подшипника выполнено дроссельное отверстие, сообщающееся с прорезью в среднем поперечном сечении корпуса подшипника.

В прототипе уже использован демпфер, выполненный в виде упругого кольца с чередующимися наружными и внутренними выступами, равнораспределенными по окружности, и дроссельными калибрующими отверстиями.

Естественно, и второй упругий элемент опоры целесообразно выполнить в виде аналогичной конструкции, что позволяет по сравнению с прототипом при обеспечении той же потребной жесткости опоры, по крайней мере, в два раза увеличить ее демпфирующую способность и, существенно, упростить конструкцию опоры и сократить ее осевой габарит.

Это и выполнено в предлагаемой опоре, причем ее демпфирующая способность повышена значительно больше чем в два раза, за счет того, что при прецессировании цапфы в опоре масло из области высокого давления в демпфере, организованного упругими кольцами, продавливается с большими гидравлическими потерями через впадины, образованные наружными и внутренними выступами, двигаясь по «длинному пути» в окружном направлении, попадая из впадин, образованных наружными выступами, во впадины, образованные внутренними выступами, и наоборот. При этом отпадает необходимость выполнения в упругих кольцах дроссельных калиброванных отверстий.

Предлагаемая передняя опора ротора вентилятора ТРДД имеет существенно меньший радиальный размер кольцевого пространства между ступицей и наружным кольцом подшипника за счет отсутствия у предлагаемой опоры стакана, закрепленного на наружном кольце подшипника, и выполнения обеих упругих колец за одно целое с корпусом подшипника, закрепленным в ступице. Такое выполнение упругих колец и корпуса исключает возможность их проворота при прецессировании цапфы.

Важной особенностью предлагаемой опоры является также разделение трактов, подающих масло в демпфер и масляную полость опоры, которая сообщается с трактом демпфера только через дроссельные элементы с большим гидравлическим сопротивлением - зазор по периметру выступа на наружном кольце подшипника и дроссельное отверстие, выполненное, в бурте корпуса подшипника, через которые происходит слив масла из демпфера. За счет этого увеличено гидравлическое сопротивление тракта демпфера, и, следовательно, увеличена его демпфирующая способность.

У предлагаемой опоры проскальзывания с сухим трением в демпфере могут происходить только по внутренним выступам упругих колец, но при предлагаемых величинах натягов по этим выступам, при прецессировании цапфы будет происходить отрыв части внутренних выступов, расположенных противоположно равнодействующей динамической и статической сил, действующих на опору. При этом происходит обильная смазка контактирующих поверхностей этих выступов, за счет чего существенно снижается темп их износа. Кроме того, контактирующие поверхности этих выступов могут быть азотированы, и на них может быть нанесено износостойкое покрытие.

При выполнении втулок, запрессованных в расточки в наружном кольце подшипника из бронзы БрС30, коэффициент трения скольжения между металлическими уплотнительными кольцами и этими втулками уменьшается в десяток раз, и, следовательно, в десяток раз уменьшается интенсивность износа деталей этой пары.

В случае раскрытия в работе уплотнительных стыков между металлическими уплотнительными кольцами и втулками, запрессованными в наружное кольцо подшипника, и попадания масла в стык в зоне их контакта образуется гидравлическое давление, распределенное по длине радиального размера зоны по прямоугольному треугольнику с катетом, равным давлению масла в концевых сечениях демпферного зазора, а в зазорах между металлическими уплотнительными кольцами и корпусом сегментного контактного уплотнения и буртом корпуса подшипника в зонах от наружной окружности, ограничивающей зону контакта резинового уплотнительного кольца до наружной цилиндрической поверхности металлического уплотнительного кольца, на радиальном размере этой зоны, гидравлическое давление будет распределено по прямоугольной эпюре со стороной прямоугольника, равной давлению масла в концевых сечениях демпферного зазора.

Следовательно, при наружном диаметре резиновых колец, выбранном вышеуказанным образом, и концентричном расположении относительно оси цапфы резиновых колец равнодействующие сил гидравлического давления, действующего на металлическое уплотнительное кольцо при раскрытии стыка, уплотняющего демпферный зазор, будут уравновешивать друг друга, и стык закроется под действием равнодействующей упругих сил, созданных резиновым уплотнительным кольцом.

У предлагаемой опоры исключена возможность проскальзывания деталей с сухим трением по контактным поверхностям всех резиновых уплотнительных колец, примененных в опоре, за счет чего исключен или существенно уменьшен их износ и увеличена наработка между очередными заменами этих колец.

Недопустимый износ металлических уплотнительных колец достигается за промежуток времени, в разы больший, чем промежуток времени, за который достигается недопустимый износ резиновых уплотнительных колец, уплотняющих демпферный зазор у прототипа, а в случае использования разрезных металлических уплотнительных колец, наиболее часто используемых в конструкциях опор роторов современных турбомашин, - за счет того, что у предлагаемых металлических колец площадь контакта в разы больше, а давление в контакте в разы меньше. У предлагаемой опоры промежуток времени между регламентными работами по опоре определяется временем старения резины уплотнительных колец. Замена металлических уплотнительных колец вследствие достижения ими недопустимого износа может быть совмещена по времени с одной из замен уплотнительных резиновых колец.

Время достижения недопустимого износа металлических уплотнительных колец у предлагаемой опоры может быть увеличено нанесением на их поверхность, контактирующую с втулками, запрессованными в наружное кольцо подшипника, износостойкого покрытия, например твердой смазки или серебрения.

При выполнении металлических уплотнительных колец с одним прямоугольным выступом радиальный зазор между ними и корпусом подшипника должен быть меньше смещения металлического уплотнительного кольца, при котором возникают взаимные проскальзывания металлического и резинового уплотнительных колец, т.е. быть меньшим или равным 0,1 мм. В случае изготовлении двух противоположно расположенных прямоугольных выступов на каждом металлическом уплотнительном кольце при выборе величины этого зазора отпадает необходимость в учете этого условия, и диапазон допустимых значений радиальных зазоров выбран большим (меньшим или равным 0,2 мм) и таким, при котором исключается надобность в селективном подборе металлических уплотнительных колец.

Под прямоугольным выступом здесь понимается выступ, у которого стороны, образующие зазор с ответным пазом, являются сторонами прямоугольного параллелепипеда. Выполнение выступов и ответных пазов с такой геометрической формой, во-первых, упрощает технологию изготовления паза, во-вторых, является одним из условий, обеспечивающих при их выполнении исключение селективной сборки.

Выполнение металлических уплотнительных колец и корпуса подшипника из одного и того же материала обеспечивает постоянство максимальной величины кольцевого зазора между ними при всех рабочих температурах опоры и, следовательно, обеспечивает отсутствие взаимного проскальзывания между уплотнительными резиновыми и металлическими кольцами на всех режимах работы ТРДД.

Меньшая твердость материала металлических уплотнительных колец по сравнению с твердостью материала контактирующими с ними втулок снижает износ этих втулок.

Отметим также, что технология изготовления металлических уплотнительных колец не сложнее технологии изготовления разрезных металлических уплотнительных колец, а их применение в данном случае позволяет упростить конструкцию подшипника, так как в этом случае отпадает необходимость изготовления кольцевых канавок в его наружном кольце.

Применение металлических уплотнительных колец, упруго поджатых уплотнительными резиновыми кольцами к втулкам, запрессованным в наружное кольцо подшипника, обеспечивает более комфортные условия работы подшипника и исключает возможность появления в нем прижогов.

Кольцевой многослойный многопролетный гофрированный пакет, используемый в предлагаемой опоре в сегментном контактном уплотнении вместо браслетных пружин, конструктивно прост. Технология его изготовления известна (кольцевой многослойный гофрированный пакет, правда, другой конструкции, применяется в опорах роторов серийно выпускаемых ГТД НК-12 MB, НК-12 СТ и др. в качестве демпфера) и может быть существенно упрощена за счет изготовления пакета из стандартных стальных шлифованных нагартованных лент и снижения требований к точности изготовления пакета - допущения небольших щелей между лентами в собранном пакете, что допустимо, так как мало влияет на его упругодемпфирующие характеристики. В случае использования гофрированного пакета в качестве пружины, сжимающей сегменты контактного сегментного уплотнения, по нашему мнению, допустимо изготавливать пакеты прокаткой пакета нагартованных лент через пару зубчатых колес с последующим их сжатием между двумя плоскостями и разгрузкой и сворачиванием их в кольцо при их сборке в уплотнение.

Предлагаемая конструкция пакета за счет равномерного размещения стыков концов лент в вершинах гофров обладает изотропными жесткостными и демпфирующими свойствами и поэтому равномерно прижимает сегменты графитового уплотнительного кольца к контактирующему с ним стальному кольцу, что, в свою очередь, обеспечивает равномерное распределение износа в окружном направлении сегментов графитового кольца и снижает интенсивность их износа.

Кроме того, равномерный износ сегментов до момента, когда вследствие этого износа сегменты торцами упрутся друг в друга, только снижает утечки через сегментное контактное уплотнение.

Размещение вершин гофров каждого пакета в полукруглых сегментных выемках, выполненных соответственно в корпусе сегментного контактного уплотнения и в сегментах контактирующего с ним графитового уплотнительного кольца при прецессировании цапфы в опоре фиксирует от проворота пакет и это уплотнительное графитовое кольцо, а выполнение цилиндрических поверхностей двух графитовых колец, вставленных друг в друга, по которым они контактируют, с эксцентриситетом, например, 1÷1,5 мм по отношению к цилиндрической поверхности внутреннего кольца этой пары, по которой оно контактирует с кольцом, навернутым на втулку, фиксирует от проворота и это кольцо. По нашему мнению, такое конструктивное решение предпочтительнее применяемой в современных ГТД фиксации от проворота уплотнительных графитовых колец сегментного контактного уплотнения упорами.

При выполнении максимального размера зазора во впадинах гофров, измеренного по радиусу от ее вершины до контактирующей с пакетом детали, большим высоты выступов упругих колец, ограничителем допустимых смещений цапфы в опоре при ее прецессировании служит глубина впадин упругих колец (высота их выступов).

Наличие упругого разрезного кольца, поджимающего крышку сегментного контактного уплотнения к уплотнительным графитовым кольцам, обеспечивает надежность его работы при неработающем двигателе, при его запуске и на переходных режимах двигателя.

Выполнение диаметра центрального отверстия в стенке корпуса сегментного контактного уплотнения и в его крышке больше чем на два допустимых смещения цапфы в опоре наружного диаметра кольца, контактирующего с графитовыми уплотнительными кольцами, допускает осевое смещение вращающихся деталей опоры относительно статорных деталей опоры, обусловленное температурными удлинениями деталей двигателя в работе, и позволяет демонтировать с опоры узел, собранный из всех статорных элементов опоры, и изношенное кольцо, контактирующее с графитовыми уплотнительными кольцами, без демонтажа деталей, вращающихся вместе с цапфой, установленных на нее с большим натягом. Это обеспечивает возможность замены изношенных деталей опоры при выполнении регламентных работ на двигателе, так как эта операция у предлагаемой опоры выполняется достаточно просто и исключает необходимость в перебалансировке ротора вентилятора. Соответственно, достаточно просто осуществляется и монтаж этого узла и кольца в опору.

Порядок установки перед масляной полостью опоры сначала одного графитового кольца, а затем двух отличен от прототипа и выбран потому, что одно графитовое кольцо допускает утечки масла в радиальных направлениях из щелей между торцами сегментов. Это масло попадает в полость, занятую гофрированными пакетами, и смазывает их контактные поверхности.

Ступица предлагаемой опоры изготавливается из титана, а корпус подшипника из стали, так как коэффициент температурного расширения титана меньше, чем у стали, то на рабочих режимах ТРДД натяг между этими деталями будет только увеличиваться. Поэтому при дополнительном креплении корпуса болтами и самоконтрящимися гайками величина этого натяга может быть выбрана удобной для осуществления демонтажа и монтажа корпуса при его замене в случае недопустимого износа внутренних выступов упругих колец.

С целью улучшения охлаждения кольца, контактирующего с графитовыми уплотнительными кольцами, предлагается передняя опора ротора вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя, отличающаяся тем, что вершины витков резьбы, выполненной на втулке, по которой на нее навинчено кольцо, контактирующее с графитовыми уплотнительными кольцами, плоско срезаны, или плоско срезаны вершины витков резьбы, нарезанной как на втулке, так и на кольце.

Срезка вершин витков резьбы этих деталей увеличивает просвет спирального канала между вершинами и впадинами в резьбовой паре, и, следовательно, увеличивается расход масла через канал и улучшается охлаждение этих деталей.

Предлагаемые конструкции передней опоры ротора вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя поясняются фигурами. На фигурах детали, неописанные в описании конструкций предлагаемых опор, выполнены аналогично конструкции этих деталей у прототипа, и на фиг. изображены тонкой сплошной линией как «обстановка» на сборочном чертеже.

На фиг. 1 изображен продольный разрез предлагаемой передней опоры ротора вентилятора ТРДД.

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

На фиг. 3 изображен разрез по Б-Б на фиг. 1. Изображение увеличено.

На фиг. 4 изображен корпус подшипника передней опоры ротора вентилятора.

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

На фиг. 6 изображен вид по стр. Г на фиг. 3.

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

На фиг. 8 изображен разрез по Е-Е на фиг. 1. Изображение увеличено.

Предлагаемая передняя опора ротора вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя (см. фиг. 1) содержит ступицу 1, корпус подшипника 2, закрепленный на ступице 1 болтами 3, шайбами 4 и самоконтрящимися гайками 5, два упругих кольца 6 с равномерно чередующимися наружными 7 (см. фиг. 2) и внутренними выступами 8, соединенных параллельно так, что их жесткости суммируются, роликовый подшипник 9 (см. фиг. 1), смазываемый барботажем, цапфу 10, фигурную втулку 11, закрепленную на цапфе 10 и фиксирующую фланцем 12 внутреннее кольцо 13 подшипника 9 и вращающиеся детали сегментного контактного уплотнения, сегментное контактное уплотнение, состоящее из втулки 14 с резьбой, закрепленной на цапфе 10, кольца 15, по резьбе соединенного с втулкой 14, трех графитовых уплотнительных колец 16, 17 и 18, составленных из отдельных сегментов 19 (см. фиг. 3), прижатых к контактирующему с ними кольцу 15 (см. фиг. 1) двумя пружинами, выполненными в виде кольцевых многослойных многопролетных гофрированных пакетов 20, так, что между торцами сегментов 19 остается зазор 21 (см. фиг. 3), равный 0,05÷0,1 мм, корпуса сегментного контактного уплотнения 22 (см. фиг. 1), закрепленного на корпусе подшипника 2, и крышки 23. Предлагаемая опора содержит также лабиринтное уплотнение предмасляной полости 24 опоры, образованное лабиринтным кольцом 25, закрепленным на цапфе 10, и корпусом сегментного контактного уплотнения 22, трубу 26, расположенную внутри цапфы 10 и образующую воздушную полость 27 в ней. В фигурной втулке 11, разделяющей в цапфе 10 масляную 28 и воздушную полость 27, во втулке 14 и самой цапфе 10 выполнены отверстия 29, через которые подводится масло для охлаждения кольца 15, контактирующего с графитовыми уплотнительными кольцами 16 и 17. В трубе 26, цапфе 10 и лабиринтном кольце 25 выполнены отверстия 30, через которые подается воздух для наддува предмасляной полости 24 опоры. Корпус подшипника 2 выполнен за одно целое с обоими упругими кольцами 6 (см. фиг. 4) таким образом, что его средняя часть выполнена в виде этих колец и торцевая цилиндрическая часть 31 корпуса 2 с фланцем 32 для крепления его к ступице и другая торцевая часть 33 корпуса 2 с внутренним буртом 34 жестко соединены с упругими кольцами 6 на длине каждого наружного выступа 7, а на длине каждого внутреннего выступа 8 и прилегающих к нему двух пролетов 35 каждое упругое кольцо 6 отделено от этих частей корпуса 2 сквозными прорезями 36, причем наружная цилиндрическая поверхность этих частей и наружная цилиндрическая поверхность наружных выступов упругого кольца 6 является одной и той же поверхностью 37, по которой корпус 2 (см. фиг. 1) с натягом закрепляется в ступице 1. Величина этого натяга выбрана возможно меньшей, но такой, чтобы при дополнительном креплении корпуса 2 к ступице с помощью болтов и самоконтрящихся гаек на всех рабочих режимах двигателя обеспечивалась надежность соединения «корпус - ступица». Диаметр внутренней цилиндрической поверхности 38 цилиндрической части корпуса 2 с фланцем 32 либо равен, либо больше диаметра поверхностей впадин 39 (см. фиг. 4) между внутренними выступами 8 упругого кольца 6. Диаметр внутренней цилиндрической поверхности 40 цилиндрической части корпуса 2 с внутренним буртом 34 либо равен, либо меньше диаметра наружной поверхности внутренних выступов 8 упругого кольца 6. Натяг между наружным кольцом 41 подшипника 9 и внутренними выступами 8 упругих колец 6 (см. фиг. 2) равен 0÷h/2 мм, где h - высота выступов упругих колец, равная h=0,15÷0,3 мм. В расточки, выполненные в наружном кольце 41 подшипника 9 с обеих его сторон (см. фиг. 1), запрессованы две втулки 42 с полированными торцами, выполненные из стали или бронзы БрС30. Торцы зазора между ступицей 1 и наружным кольцом 41 подшипника 9, в котором размещены упругие кольца 6, уплотнены металлическими уплотнительными кольцами 43, которые прижаты ответными полированными торцами к полированным торцам втулок 42 резиновыми уплотнительными кольцами 44, расположенными в кольцевых канавках в бурте 34 корпуса подшипника 2 и корпусе сегментного контактного уплотнения 22. На каждом металлическом уплотнительном кольце 43 (см. фиг. 1 и 5) выполнен выступ 45, который входит соответственно в ответный паз 46 (см. фиг. 5), выполненный в бурте 34 корпуса подшипника 2 или корпуса сегментного контактного уплотнения 22 с зазором 47 по периметру паза, меньшим смещения металлического уплотнительного кольца 43, при котором возникают взаимные проскальзывания металлического 43 и резинового 44 уплотнительных колец (см. фиг. 1), и равным 0÷0, 05 мм. Вариант с двумя выступами и пазами в этих деталях на фиг. не показан. На торцах наружного кольца 41 подшипника 9 (см. фиг. 1 и 5) выполнены выступы 48, входящие в ответные пазы 49 (см. фиг. 5) металлических уплотнительных колец 43 с зазором 50 по периметру паза 49, равным или немного большим допустимого смещения цапфы 10 в ступице 1 с зазором 0,15÷0,3 мм. Радиальный зазор 51 (см. фиг. 1) между металлическими уплотнительными кольцами 43 и корпусом подшипника 2 меньше смещения металлического уплотнительного кольца, при котором возникают взаимные проскальзывания металлического 43 и резинового 44 уплотнительных колец, меньше 0,1 мм. Радиальное расстояние от наружной окружности, ограничивающей зону контакта резинового уплотнительного кольца 44 с металлическим уплотнительным кольцом 43, до наружной цилиндрической поверхности металлического уплотнительного кольца 43 таково, что гидравлическое давление, действующее на каждое металлическое уплотнительное кольцо 43 со стороны уплотнительного резинового кольца 44, уравновешивает в случае раскрытия стыка между металлическим уплотнительным кольцом 43 и наружным кольцом 41 подшипника 9 гидравлическое давление, действующее на металлическое уплотнительное кольцо 43 со стороны наружного кольца 41 подшипника 9. Например, это радиальное расстояние у металлического уплотнительного кольца 43, контактирующего с буртом 34 корпуса подшипника 2, равно или больше половины радиального размера кольцевой площадки контакта втулки 42, запрессованной в наружное кольцо 41 подшипника 9, с металлическим уплотнительным кольцом 43, а на другом торце подшипника 9 оно больше описанного на h/2. На наружной цилиндрической поверхности металлических уплотнительных колец 43 могут быть выполнены два, три и более равнорасположенные по окружности сквозные прямоугольные пазы 52 шириной 4÷5 мм и высотой 0,2÷0,5 мм. Металлические уплотнительные кольца 43 изготовлены из того же материала, что и корпус подшипника 2, а твердость их контактных поверхностей меньше твердости контактных поверхностей втулок 42, запрессованных в наружное кольцо 41 подшипника 9. Масло в зазор, занятый упругими кольцами 6 (см. фиг. 1 и 2), подается через отверстия 53 и кольцевую канавку 54, выполненные в ступице 1 над прорезями 36, расположенными между упругими кольцами 6, из герметичной емкости 55, выполненной в приливе 56 на ее наружной поверхности. Трубопровод, подающий масло, и заглушка, герметизирующие емкость 55, на фиг. не показаны. Количество отверстий 53 и их диаметр выбраны, возможно наименьшими, но такими, чтобы на всех режимах работы двигателя происходило полное заполнение маслом впадин между выступами упругих колец 6. Корпус сегментного контактного уплотнения 22 (см. фиг. 1) центрируется по корпусу подшипника 2 и крепится к фланцу 57 ступицы 1 болтами 3, контровочными шайбами 4 и самоконтрящимися гайками 5, для чего фланцы 32 и 58 корпуса подшипника 2 и корпуса сегментного уплотнения 22 (см. фиг. 3 и 6) выполнены с равномерно расположенными по периферии фланцев впадинами 59, и впадины одного фланца смещены от впадин другого фланца так, что головки болтов 3, крепящих корпус подшипника 2, размещены во впадинах фланца 58 корпуса сегментного контактного уплотнения 22, а на выступах 60, образованных впадинами фланца 58 корпуса сегментного контактного уплотнения 22 выполнены бобышки 61 (см. фиг. 6), в отверстиях которых размещены болты 3, крепящие этот фланец, и высота этих бобышек такова, что этот корпус своим фланцем 58 прижат к фланцу 32 корпуса подшипника 2, а бобышками - к фланцу 57 ступицы 1. Стыки между этими всеми фланцами уплотнены резиновыми уплотнительными кольцами 62 и 63 (см. фиг. 1). Внутренний диаметр резьбы втулки 14, закрепленной на цапфе 10, равен или больше наружного диаметра внутреннего кольца 13 подшипника 9, и направление навивки витков резьбы такое, что при заданном направлении вращения вентилятора частицы масла из резьбового соединения этой втулки и кольца 15, контактирующего с сегментами 19 графитовых уплотнительных колец 16 и 17, выбрасывались в масляную полость 28, и момент сил трения действовал на кольцо 15 на его наворачивание, а само резьбовое соединение уплотнено резиновым уплотнительным кольцом 64, размещенным в кольцевых расточках втулки 14 и кольца 15. Между кольцом 15 и лабиринтным кольцом 25 установлено разрезное упругое кольцо 65, в свободном состоянии сцентрированное по пояску лабиринтного кольца 25. Графитовые уплотнительные кольца 17 и 18 без зазора вставлены друг в друга, а графитовое уплотнительное кольцо 16 (см. фиг. 1) установлено встык к этим двум кольцам, и стыки сегментов 19 (см. фиг. 7) этих колец в окружном направлении разнесены друг от друга. Цилиндрические поверхности графитовых уплотнительных колец 17 и 18, по которым они контактируют друг с другом, выполнены с эксцентриситетом 1÷1,5 мм по отношению к цилиндрической поверхности внутреннего кольца этой пары, по которой оно контактирует с кольцом 15, навернутым на втулку 14. Кольцевые многослойные гофрированные пакеты 20 набраны «гофр в гофр» из шлифованных стальных лент 66, нагартованных или изготовленных из закаленной нержавеющей стали, причем стыки концов лент 66 равномерно распределены по вершинам гофров. Между концами каждой ленты 66 имеется зазор 67, величина которого выбрана, возможно, наименьшей, но достаточной для исключения нахлеста концов каждой ленты друг на друга при создании натяга по вершинам гофров пакетов 20 и максимально допустимом радиальном смещении графитовых уплотнительных колец. На поверхности лент 66 нанесено износостойкое покрытие, предпочтительно серебрение. Предпочтительная толщина лент 66 h₁=0,2÷0,4 мм. Пакеты гофрированных лент 20 (см. фиг. 3) с радиальным натягом по вершинам гофров, созданным одинаковым одновременным сжатием всех гофров каждого пакета в радиальных направлениях, вставлен в кольцевой зазор между корпусом сегментного контактного уплотнения 22 и графитовыми уплотнительными кольцами 16 и 18 до упора в стенку 68 (см. фиг. 1) этого корпуса, причем вершины гофров пакета располагаются в ответных выемках 69 (см. фиг. 3), выполненных в контактирующих с пакетами деталях в виде сегментов с дугой окружности радиуса R, определяемого из соотношения:

где H₁ - максимальная величина дополнительного смещения вершины гофра в радиальном направлении, полученного при прецессировании цапфы в опоре с максимально допустимой амплитудой смещения за счет смещения в окружном направлении вершины того гофра в выемке, которая максимально смещается в этом направлении, S₁ - половина хорды максимального смещения этого гофра в окружном направлении, и хордой выемки, большей величины:

где Н - наибольшая глубина выемки, меньшая 1 мм. Максимальный размер зазора 70 (см. фиг. 3) во впадинах гофров, измеренный по радиусу от ее вершины до контактирующей с пакетом детали, больше высоты выступов упругих колец 6 (см. фиг. 2). В стенке 68 выполнены отверстия или выкрушки 71 (см. фиг. 1) в местах, соответственных впадинам гофров. Между стенкой 68 и кольцом 15, контактирующим с графитовыми уплотнительными кольцами 16 и 17, имеется кольцевой зазор 72, больший допустимого смещения кольца 15 в опоре. Сегментное контактное уплотнение со стороны предмасляной полости 24 опоры уплотнено крышкой 23 и резиновыми уплотнительными кольцами 73, расположенными в кольцевых канавках крышки. Крышка 23 упругими силами, созданными упругим разрезным кольцом 74, размещенным в кольцевой канавке корпуса сегментного уплотнения 22, и давлением воздуха, поступающего в предмасляную полость 24 опоры через отверстия 30 в трубе 26, цапфе 10 и лабиринтном кольце 25, прижата полированным торцом к ответным полированным торцам графитных уплотнительных колец 17 и 18. Корпус сегментного уплотнения 22 и крышка 23 изготовлены из стали одинаковой марки или бронзы БрС30, причем кольцевой зазор между корпусом сегментного уплотнения и крышкой также меньше 0,1 мм. В крышке 23 (см. фиг. 8) выполнен несквозной паз 75, в который с суммарным зазором по боковым сторонам паза, меньшим 0,1 мм, входит упор 76, герметично частью с конической трубной резьбой закрепленный в корпусе сегментного уплотнения 22 и законтренный упругим кольцом 77. В бурте 34 (см. фиг. 1) корпуса подшипника 2 выполнено дроссельное отверстие 78, сообщающееся с зазором по периметру паза 49, выполненного в металлическом уплотнительном кольце 43, или дроссельное отверстие, сообщающееся с прорезью 36 в среднем поперечном сечении корпуса подшипника 2, выполнено в наружном кольце 41 подшипника 9 (на фиг. не показано).

Предлагается также передняя опора ротора вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя, отличающаяся тем, что вершины витков резьбы, выполненной на втулке 14 (см. фиг. 1), по которой на нее навинчено кольцо 15, контактирующее с графитовыми уплотнительными кольцами 16 и 17, плоско срезаны, или плоско срезаны вершины витков резьбы, нарезанной как на втулке 14, так и на кольце 15.

Сборка предлагаемой передней опоры ротора вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя технологически достаточно проста и описывается кратко без подробностей.

В корпус подшипника 2 устанавливаются все расположенные в нем детали (см. фиг. 1). В ступицу 1 устанавливают уплотнительное резиновое кольцо 62, и затем с натягом устанавливают корпус подшипника 2 и крепят его к ступице 1 болтами 3, шайбами 4 и самоконтрящимися гайками 5.

В корпус сегментного контактного уплотнения 22 устанавливают все расположенные в нем детали. Причем многослойные многопролетные гофрированные пакеты 20 предварительно собирают в приспособлении (на фиг. не показано) и каждый гофр обоих пакетов одновременно и на одну и ту же величину сжимают в радиальном направлении секторами, которые раздвигаются пуансоном, выполненным в виде усеченного конуса. Затем собранные таким образом пакеты 20 (см. фиг. 1) выталкиваются из приспособления в корпус сегментного контактного уплотнения 22 в зазор между корпусом и графитовыми уплотнительными кольцами 16 и 18, собранными из отдельных сегментов 19, до упора в стенку 68 корпуса, и сегменты 19 упругими силами, созданными пакетами 20, торцами плотно прижимаются друг к другу, образуя сплошное кольцо. В корпус сегментного контактного уплотнения 22 заворачивают упор 76 с установленным на нем упругим кольцом 77. Крышку 23 с установленными в ней резиновыми уплотнительными кольцами 73 устанавливают в корпус 22 до упора в торцы графитовых уплотнительных колец 17 и 18 и в кольцевую канавку в корпусе 22 устанавливают упругое разрезное кольцо 74. В корпус сегментного контактного уплотнения 22 устанавливают уплотнительные резиновые кольца 44 и 63 и болтами 3, шайбами 4 и самоконтрящимися гайками 5 крепят его к ступице 1. При этом упругое разрезное кольцо 74 сжимается в осевом направлении и прижимает крышку 23 к уплотнительным кольцам 17 и 18 и весь пакет уплотнительных графитовых колец к стенке 68 корпуса сегментного контактного уплотнения 22. На этом заканчивается сборка статорного узла опоры.

На цапфу 10 устанавливают все расположенные на ней детали (см. фиг. 1) и закрепляют ее на роторе вентилятора (на фиг. не показано).

Надвигают на цапфу 10 с собранными деталями статорный узел опоры до упора в корпус вентилятора и закрепляют его на нем (на фиг. не показано). При этом уплотнительные графитовые кольца 16 и 17, составленные из сегментов 19, с радиальным натягом надвигаются на кольцо 15 и между торцами сегментов 19 появляются зазоры 21, равные 0,05÷0,1 мм.

Основные аспекты работы предлагаемой опоры и ее преимущества по сравнению с прототипом рассмотрены выше.

Большая часть энергии колебаний ротора вентилятора, рассеиваемой опорой, рассеивается, как уже указывалось, при прецессировании цапфы 10 при продавливании масла с большими гидравлическими потерями через узкие дроссельные щели - впадины, образованные наружными 7 и внутренними выступами 8 упругих колец 6, из впадин, образованных наружными выступами, во впадины, образованные внутренними выступами, и, наоборот, по «длинному» пути в окружном направлении опоры.

Известны типы дроссельных демпферов опор роторов турбомашин - с калиброванными дроссельными отверстиями (см. прототип), с дроссельными канавками (см. патент на изобретение РФ 860566, МПК³ F16F/ 15/04. Гидродинамический демпфер / И.Д. Эскин, А.И. Белоусов, Д.К. Новиков, П.Д. Вильнер, Е.А. Емельянов, В.Н. Снигирев. - Опубл. 20.03.2001).

Демпфер же предлагаемой опоры, по нашему мнению, можно отнести к совершенно новому типу дроссельных демпферов опор роторов турбомашин, а именно, к демпферу с дроссельными узкими щелями.

Кроме того, энергия поперечных колебаний ротора вентилятора рассеивается за счет гидравлических потерь при выдавливании масла из впадин гофров многослойных гофрированных пакетов 20 и работы сил сухого трения на взаимных проскальзываниях при прецессировании цапфы 10 внутренних выступов 8 упругих колец 6 и наружного кольца 41 подшипника 9, втулок 42 и металлических уплотнительных колец 43, лент 66 пакетов 20, вершин гофров пакетов и контактирующих с ними деталей - корпуса сегментного контактного уплотнения 22 и сегментов 19 графитовых уплотнительных колец 16 и 18, а также работы сил сухого трения на проскальзываниях графитовых уплотнительных колец по стенке 68 корпуса 22 и крышке 23.

Замена масла в демпфере происходит постоянно через дроссельное отверстие 78.

Предмасляная полость опоры 24 суфлируется (на фиг. не показано).

К числу преимуществ предлагаемой опоры можно также отнести расчетность жесткости упругих колец 6, величины нагрузки, прижимающей сегменты 19 графитовых уплотнительных колец 16 и 17 к кольцу 15, утечек через уплотнительные стыки уплотнительных графитовых колец и интенсивность износа их контактных поверхностей (см. Лежин Д.С. Разработка методов расчета и компьютерного моделирования торцовых контактных уплотнений многорежимных турбомашин. Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. Самара. - 2002).

Кроме того, в современных редакторах, предназначенных для решения динамических и статических задач методом конечных элементов, например таких, как «Ansys», содержаться алгоритмы всех конечных элементов, необходимых для определения гидродинамических сил сопротивления дроссельного демпфера предлагаемой опоры, построения нагрузочных процессов многослойного гофрированного пакета 20, утечек через контактное уплотнение при прецессировании цапфы 10 в опоре и решения динамической задачи о вынужденных колебаниях несбалансированного ротора вентилятора ТРДД с предлагаемой передней опорой.

В заключение заметим, что в предлагаемой передней опоре ротора вентилятора ТРДД для уплотнения масляной полости опоры могут быть применены все известные в настоящее время контактные и бесконтактные уплотнения: торцовое контактное уплотнение (ТКУ), или радиально-торцовое контактное уплотнение (РТКУ), или торцовое газодинамическое уплотнение (ТГДУ).

Изобретение относится к авиационным двухконтурным турбореактивным двигателям (ТРДД). Предложена передняя опора ротора вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащая ступицу, корпус подшипника, два упругих элемента, соединенных параллельно так, что их жесткости суммируются, роликовый подшипник, смазываемый барботажем, цапфу, фигурную втулку, закрепленную на цапфе и фиксирующую фланцем внутреннее кольцо подшипника и вращающиеся детали сегментного контактного уплотнения, сегментное контактное уплотнение, состоящее из втулки с резьбой, закрепленной на цапфе, кольца, по резьбе соединенного с этой втулкой, трех графитовых уплотнительных колец, составленных из отдельных сегментов, прижатых к контактирующему с ними кольцу двумя пружинами так, что между торцами сегментов этих колец остается зазор 0,05÷0,1 мм, два из которых без зазора вставлены друг в друга, а третье кольцо установлено встык к этим двум кольцам, причем стыки сегментов этих колец в окружном направлении разнесены друг от друга, лабиринтное уплотнение предмасляной полости опоры, состоящее из лабиринтного кольца и статорного элемента, трубу, расположенную внутри цапфы и образующую воздушную полость в ней, и в фигурной втулке и цапфе выполнены отверстия, через которые подводится масло для охлаждения кольца, контактирующего с графитовыми уплотнительными кольцами, и в трубе, цапфе и лабиринтном кольце выполнены отверстия, через которые подается воздух для наддува предмасляной полости опоры, отличающаяся тем, что корпус подшипника выполнен за одно целое с обоими упругими элементами, выполненными в виде упругих колец с равномерно чередующимися наружными и внутренними выступами, натяг между наружным кольцом подшипника и внутренними выступами упругих колец равен 0÷h/2 мм, где h - высота выступов упругих колец, равная h=0,15÷0,3 мм, в расточки, выполненные в наружном кольце подшипника с обеих его сторон, запрессованы две втулки с полированными торцами, выполненные из стали или бронзы БрС30, и торцы зазора между ступицей и наружным кольцом подшипника, в котором размещены упругие кольца, уплотнены металлическими уплотнительными кольцами, которые прижаты ответными полированными торцами к полированным торцам этих втулок резиновыми уплотнительными кольцами, расположенными в кольцевых канавках в бурте корпуса подшипника и корпусе сегментного контактного уплотнения, и на каждом металлическом уплотнительном кольце выполнен выступ, который входит соответственно в ответный паз, выполненный в бурте корпуса подшипника или корпуса сегментного контактного уплотнения с зазором по периметру паза, меньшим смещения металлического уплотнительного кольца, при котором возникают взаимные проскальзывания металлического и резинового уплотнительных колец, и равным 0÷0,05 мм, а на торцах наружного кольца подшипника выполнены выступы, входящие в ответные пазы в металлических уплотнительных кольцах с зазором по периметру паза, равным или немного большим допустимого смещения цапфы в ступице, с зазором 0,15÷0,3 мм, и радиальный зазор между металлическими уплотнительными кольцами и корпусом подшипника меньше смещения металлического уплотнительного кольца, при котором возникают взаимные проскальзывания металлического и резинового уплотнительных колец, меньше 0,1 мм, и радиальное расстояние от наружной окружности, ограничивающей зону контакта резинового уплотнительного кольца с металлическим уплотнительным кольцом, до наружной цилиндрической поверхности металлического уплотнительного кольца таково, что гидравлическое давление, действующее на каждое металлическое уплотнительное кольцо со стороны уплотнительного резинового кольца, уравновешивает в случае раскрытия стыка между металлическим уплотнительным кольцом и наружным кольцом подшипника гидравлическое давление, действующее на металлическое уплотнительное кольцо со стороны наружного кольца подшипника, а внутренний диаметр резьбы втулки, закрепленной на цапфе, равен или больше наружного диаметра внутреннего кольца подшипника, а само резьбовое соединение уплотнено резиновым уплотнительным кольцом, размещенным в кольцевых расточках втулки и кольца, и между кольцом и лабиринтным кольцом установлено разрезное упругое кольцо, в свободном состоянии сцентрированное по пояску лабиринтного кольца, цилиндрические поверхности двух графитовых колец, вставленных друг в друга, по которым они контактируют, выполнены с эксцентриситетом по отношению к цилиндрической поверхности внутреннего кольца этой пары, по которой оно контактирует с кольцом, навернутым на втулку, и в качестве пружин, прижимающих сегменты графитовых уплотнительных колец к контактирующему с ними кольцу, применены два кольцевых многослойных гофрированных пакета, набранных «гофр в гофр» из шлифованных стальных нагартованных лент или лент, изготовленных из закаленной нержавеющей стали, причем стыки концов лент равномерно распределены по вершинам гофров, каждый пакет гофрированных лент с радиальным натягом по вершинам гофров, созданным одинаковым одновременным сжатием всех гофров пакета в радиальных направлениях, вставлен в кольцевой зазор между корпусом сегментного контактного уплотнения и тем графитовым уплотнительным кольцом, на которое он опирается, до упора друг в друга и в стенку этого корпуса так, что его вершины располагаются в ответных полукруглых сегментных выемках, выполненных в контактирующих с пакетами деталях, и сегментное контактное уплотнение со стороны предмасляной полости опоры закрыто крышкой и уплотнено резиновыми уплотнительными кольцами, расположенными в кольцевых канавках крышки, и крышка и корпус сегментного уплотнения изготовлены из стали одинаковой марки или бронзы БрС30, причем кольцевой зазор между корпусом сегментного уплотнения и крышкой также меньше 0,1 мм, и в крышке выполнен несквозной паз, в который с суммарным зазором по боковым сторонам паза, меньшим 0,1 мм, входит упор, герметично частью с конической трубной резьбой закрепленный в корпусе сегментного уплотнения и законтренный упругим кольцом, и крышка упругими силами, созданными упругим разрезным кольцом, размещенным в кольцевой канавке корпуса сегментного уплотнения, и давлением воздуха, поступающего в предмасляную полость опоры через отверстия в трубе, цапфе и лабиринтном кольце, прижата полированным торцом к ответным полированным торцам графитных уплотнительных колец, а в бурте корпуса подшипника выполнено дроссельное отверстие, сообщающееся с зазором по периметру паза, выполненного в металлическом уплотнительном кольце. 1 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Передняя опора ротора вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя, содержащая ступицу, корпус подшипника, два упругих элемента, соединенных параллельно так, что их жесткости суммируются, роликовый подшипник, смазываемый барботажем, цапфу, фигурную втулку, закрепленную на цапфе и фиксирующую фланцем внутреннее кольцо подшипника и вращающиеся детали сегментного контактного уплотнения, сегментное контактное уплотнение, состоящее из втулки с резьбой, закрепленной на цапфе, кольца, по резьбе соединенного с этой втулкой, трех графитовых уплотнительных колец, составленных из отдельных сегментов, прижатых к контактирующему с ними кольцу двумя пружинами так, что между торцами сегментов этих колец остается зазор 0,05÷0,1 мм, два из которых без зазора вставлены друг в друга, а третье кольцо установлено встык к этим двум кольцам, причем стыки сегментов этих колец в окружном направлении разнесены друг от друга, лабиринтное уплотнение предмасляной полости опоры, состоящее из лабиринтного кольца и статорного элемента, трубу, расположенную внутри цапфы и образующую воздушную полость в ней, и в фигурной втулке и цапфе выполнены отверстия, через которые подводится масло для охлаждения кольца, контактирующего с графитовыми уплотнительными кольцами, отличающаяся тем, что корпус подшипника выполнен за одно целое с обоими упругими элементами, выполненными в виде упругих колец с равномерно чередующимися наружными и внутренними выступами таким образом, что его средняя часть выполнена в виде этих колец и торцевая цилиндрическая часть корпуса с фланцем для крепления его к ступице и другая торцовая часть корпуса с внутренним буртом жестко соединены с этими упругими кольцами на длине каждого наружного выступа, а на длине каждого внутреннего выступа и прилегающих к нему двух пролетов каждое упругое кольцо отделено от этих частей корпуса сквозными прорезями, причем наружная цилиндрическая поверхность этих частей и наружная цилиндрическая поверхность наружных выступов упругого кольца является одной и той же поверхностью, по которой корпус с натягом закрепляется в ступице, и величина этого натяга выбрана возможно меньшей, но такой, чтобы при дополнительном креплении корпуса к ступице с помощью болтов и самоконтрящихся гаек на всех рабочих режимах двигателя обеспечивалась надежность соединения «корпус - ступица», а диаметр внутренней цилиндрической поверхности цилиндрической части корпуса с фланцем либо равен, либо больше диаметра поверхностей впадин между внутренними выступами упругого кольца, и диаметр внутренней цилиндрической поверхности цилиндрической части корпуса с внутренним буртом либо равен, либо меньше диаметра наружной поверхности внутренних выступов упругого кольца, натяг между наружным кольцом подшипника и внутренними выступами упругих колец равен 0÷h/2 мм, где h - высота выступов упругих колец, равная h=0,15÷0,3 мм, в расточки, выполненные в наружном кольце подшипника с обеих его сторон, запрессованы две втулки с полированными торцами, выполненные из стали или бронзы БрС30, и торцы зазора между ступицей и наружным кольцом подшипника, в котором размещены упругие кольца, уплотнены металлическими уплотнительными кольцами, которые прижаты ответными полированными торцами к полированным торцам этих втулок резиновыми уплотнительными кольцами, расположенными в кольцевых канавках в бурте корпуса подшипника и корпусе сегментного контактного уплотнения, и на каждом металлическом уплотнительном кольце выполнен один или два прямоугольных выступа, расположенные на его диаметрально противоположных половинах, которые входят соответственно в ответные пазы, выполненные в бурте корпуса подшипника или корпусе сегментного контактного уплотнения с зазором по периметру паза, меньшим смещения металлического уплотнительного кольца, при котором возникают взаимные проскальзывания металлического и резинового уплотнительных колец, и равным 0÷0,05 мм, а на торцах наружного кольца подшипника выполнены выступы, входящие в ответные пазы в металлических уплотнительных кольцах с зазором по периметру паза, равным или немного большим допустимого смещения цапфы в ступице и равным 0,15÷0,3 мм, и радиальный зазор между металлическими уплотнительными кольцами и корпусом подшипника в случае выполнения одного прямоугольного выступа на каждом металлическом уплотнительном кольце меньше смещения металлического уплотнительного кольца, при котором возникают взаимные проскальзывания металлического и резинового уплотнительных колец, меньше 0,1 мм, а в случае выполнения двух прямоугольных выступов - меньше 0,2 мм, и радиальное расстояние от наружной окружности, ограничивающей зону контакта резинового уплотнительного кольца с металлическим уплотнительным кольцом, до наружной цилиндрической поверхности металлического уплотнительного кольца таково, что гидравлическое давление, действующее на каждое металлическое уплотнительное кольцо со стороны уплотнительного резинового кольца, уравновешивает в случае раскрытия стыка между металлическим уплотнительным кольцом и наружным кольцом подшипника гидравлическое давление, действующее на металлическое уплотнительное кольцо со стороны наружного кольца подшипника, это радиальное расстояние у металлического уплотнительного кольца, контактирующего с буртом корпуса подшипника, равно или больше половины радиального размера кольцевой площадки контакта втулки, запрессованной в наружное кольцо подшипника, с металлическим уплотнительным кольцом, а на другом торце подшипника оно больше описанного на h/2, и на наружной цилиндрической поверхности металлических уплотнительных колец могут быть выполнены два, три и более равнорасположенные по окружности сквозные прямоугольные пазы шириной 4÷5 мм и высотой 0,2÷0,5 мм, металлические уплотнительные кольца изготовлены из того же материала, что и корпус подшипника, а при изготовлении втулок, запрессованных в наружное кольцо подшипника, из стали твердость контактных поверхностей металлических уплотнительных колец меньше твердости контактных поверхностей втулок, и масло в зазор, занятый упругими кольцами, подается через отверстия и кольцевую канавку, выполненные в ступице над прорезями, расположенными между упругими кольцами, из герметичной емкости, выполненной в приливе на ее наружной поверхности, количество отверстий, выполненных в ступице, и их диаметр выбраны возможно наименьшими, но такими, чтобы на всех режимах работы двигателя происходило полное заполнение впадин между выступами упругих колец, и корпус сегментного контактного уплотнения центрируется по корпусу подшипника и крепится к фланцу ступицы болтами, контровочными шайбами и самоконтрящимися гайками, для чего фланцы корпуса подшипника и корпуса сегментного уплотнения выполнены с равномерно расположенными по периферии фланцев впадинами, и впадины одного фланца смещены от впадин другого фланца так, что головки болтов, крепящих корпус подшипника, размещены во впадинах фланца корпуса сегментного контактного уплотнения, а на выступах, образованных впадинами фланца корпуса сегментного контактного уплотнения, выполнены бобышки, в отверстиях которых размещены болты, крепящие этот фланец, и высота этих бобышек такова, что этот корпус своим фланцем прижат к фланцу корпуса подшипника, а бобышками - к фланцу ступицы, и стыки между этими всеми фланцами уплотнены резиновыми уплотнительными кольцами, а внутренний диаметр резьбы втулки, закрепленной на цапфе, равен или больше наружного диаметра внутреннего кольца подшипника, и направление навивки витков резьбы такое, что при заданном направлении вращения вентилятора частицы масла из резьбового соединения этой втулки и кольца, контактирующего с графитовыми уплотнительными кольцами, составленными из отдельных сегментов, выбрасывались в масляную полость, и момент сил трения действовал на это кольцо на его наворачивание, а само резьбовое соединение уплотнено резиновым уплотнительным кольцом, размещенным в кольцевых расточках втулки и кольца, и между кольцом и лабиринтным кольцом установлено разрезное упругое кольцо, в свободном состоянии сцентрированное по пояску лабиринтного кольца, цилиндрические поверхности двух графитовых колец, вставленных друг в друга, по которым они контактируют, выполнены с эксцентриситетом по отношению к цилиндрической поверхности внутреннего кольца этой пары, по которой оно контактирует с кольцом, навернутым на втулку, и в качестве пружин, прижимающих сегменты графитовых уплотнительных колец к контактирующему с ними кольцу, применены два кольцевых многослойных гофрированных пакета, набранных «гофр в гофр» из шлифованных стальных нагартованных лент или лент, изготовленных из закаленной нержавеющей стали, причем стыки концов лент равномерно распределены по вершинам гофров, а между концами каждой ленты имеется зазор, величина которого выбрана возможно наименьшей, но достаточной для исключения нахлеста концов каждой ленты друг на друга при создании натяга по вершинам гофров пакета и максимально допустимом радиальном смещении графитовых уплотнительных колец, и на поверхности лент нанесено износостойкое покрытие, каждый пакет гофрированных лент с радиальным натягом по вершинам гофров, созданным одинаковым одновременным сжатием всех гофров пакета в радиальных направлениях, вставлен в кольцевой зазор между корпусом сегментного контактного уплотнения и тем графитовым уплотнительным кольцом, на которое он опирается, до упора друг в друга и в стенку этого корпуса так, что его вершины располагаются в ответных выемках, выполненных в контактирующих с пакетами деталях в виде сегментов с дугой окружности радиуса R, определяемого из соотношения:

где H₁ - максимальная величина дополнительного смещения вершины гофра в радиальном направлении, полученного при прецессировании цапфы в опоре с максимально допустимой амплитудой смещения за счет смещения в окружном направлении вершины того гофра в выемке, которая максимально смещается в этом направлении, S₁ - половина хорды максимального смещения этого гофра в окружном направлении, и хордой выемки, большей величины:

где Н - наибольшая глубина выемки, меньшая 1,5 мм, и максимальный размер зазора во впадинах гофров, измеренный по радиусу от ее вершины до контактирующей с пакетом детали, больше высоты выступов упругих колец, и в стенке выполнены отверстия или выемки в местах, соответственных впадинам гофров, а между стенкой и кольцом, контактирующим с графитовым уплотнительным кольцом, составленным из отдельных секторов, имеется кольцевой зазор, больший допустимого смещения кольца в опоре, и сегментное контактное уплотнение со стороны предмасляной полости опоры закрыто крышкой и уплотнено резиновыми уплотнительными кольцами, расположенными в кольцевых канавках крышки, и крышка и корпус сегментного уплотнения изготовлены из стали одинаковой марки или бронзы БрС30, причем кольцевой зазор между корпусом сегментного уплотнения и крышкой также меньше 0,1 мм, и в крышке выполнен несквозной паз, в который с суммарным зазором по боковым сторонам паза, меньшим 0,1 мм, входит упор, герметично частью с конической трубной резьбой закрепленный в корпусе сегментного уплотнения и законтренный упругим кольцом, и крышка упругими силами, созданными упругим разрезным кольцом, размещенным в кольцевой канавке корпуса сегментного уплотнения, и давлением воздуха, поступающего в предмасляную полость опоры через отверстия в трубе, цапфе и лабиринтном кольце, прижата полированным торцом к ответным полированным торцам графитных уплотнительных колец, а в бурте корпуса подшипника выполнено дроссельное отверстие, сообщающееся с зазором по периметру паза, выполненного в металлическом уплотнительном кольце, или в наружном кольце подшипника выполнено дроссельное отверстие, сообщающееся с прорезью в среднем поперечном сечении корпуса подшипника.

2. Передняя опора ротора вентилятора двухконтурного турбореактивного двигателя по п. 1, отличающаяся тем, что вершины витков резьбы, выполненной на втулке, по которой на нее навинчено кольцо, контактирующее с графитовыми уплотнительными кольцами, плоско срезаны, или плоско срезаны вершины витков резьбы, нарезанной как на втулке, так и на кольце.