БРАСЛЕТНОЕ УПЛОТНЕНИЕ ВАЛА РОТОРА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ, УПЛОТНИТЕЛЬНЫЙ БРАСЛЕТ ВАЛА РОТОРА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ, КОНТАКТНАЯ ВТУЛКА БРАСЛЕТНОГО УПЛОТНЕНИЯ ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ, ОПОРА ВАЛА РОТОРА ТУРБОРЕАКТИВНОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2016 года по МПК F04D29/08 B01J3/00 F16J15/00 

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к компрессорам низкого давления турбореактивных двигателей.

Известно радиальное секционное уплотнение вала ротора компрессора, включающее корпус уплотнения, графитовые сегменты, браслетную и осевую пружины и разжимное кольцо (С.А. Вьюнов, Ю.И. Гусев, А.В. Карпов и др. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Москва. Машиностроение 1989, стр. 530-535).

Известно радиальное секционное уплотнение вала ротора компрессора, включающее графитовые сегменты, обжимающие вал посредством браслетной пружины. Осевыми пружинами сегменты прижимаются к корпусу уплотнения. От проворота сегменты удерживают стопоры (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Книга 1. Москва. Наука 2011. стр. 799-780, рис. 17.17).

Известна передняя опора ротора газотурбинного двигателя, включающая диск, цапфу, внутреннее кольцо подшипника, а также выполненные зацело передняя и задняя лабиринтные втулки и ответные уплотнительные кольца статора (RU 2318136 С1, опубл. 27.02.2008 г.).

К недостаткам известных решений относится недостаточная раскрытость рабочих параметров элементов опоры вала ротора компрессора и браслетного уплотнения опоры, невысокая проработанность адаптации компрессора к работе в летных условиях высокоманевренного самолета.

Задача группы изобретений, связанных единым творческим замыслом, заключается в разработке секционированного контактного браслетного уплотнения вала ротора компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД) летательного аппарата (ЛА) с улучшенными эксплуатационными характеристиками, включая увеличение ресурса компрессора и двигателя в целом при одновременном снижении расхода масла и повышении комфортности среды обитания в кабине пилота.

Поставленная задача решается тем, что браслетное контактное уплотнение вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя летательного аппарата, согласно изобретению, установлено между масляной полостью и полостью суфлирования передней опоры и включает контактную втулку уплотнения, размещенную на цилиндрическом участке цапфы вала ротора с подвижным примыканием к контактным поверхностям колец уплотнительного браслета, упруго-подвижно установленного в пролонгированной части корпуса роликоподшипника, при этом контактная втулка уплотнения состоит из внутреннего и внешнего колец, внутреннее из которых имеет фронтальный упорный торец с Г-образным профилем в поперечном сечении и обращенную к цапфе посадочную поверхность, а внешнее кольцо выполнено с обращенной к браслету наружной контактной поверхностью и с внутренним спиральным оребрением, причем браслет выполнен состоящим из трех многосекционных колец, два из которых, внутреннее уплотнительное и радиально охватывающее его наружное кольца, установлены в браслете с фронтальной стороны, а третье кольцо выполнено тыльным и примыкает к первым двум боковой гранью, при этом каждое из указанных колец браслета выполнено из локальных секций, собранных с угловой частотой γ_с.б.у., определенной в диапазоне , а тыльное кольцо выполнено радиальной высотой, соответствующей суммарной радиальной высоте Σh внутреннего уплотнительного и наружного колец браслета, кроме того, часть граней колец браслета снабжена разгрузочными воздушными каналами, а внешние цилиндрические поверхности наружного и тыльного колец браслета снабжены, каждая, кольцевым пазом в виде секторного участка с поперечным сечением двоякой кривизны глубиной менее половины внешнего диаметра пружины, проложенной в пазу и стягивающей секции колец, при этом от осевого смещения браслет упруго зафиксирован упорным и стопорным кольцами, установленными с тыльной стороны последнего, для чего в каждой секции тыльного кольца выполнено не менее двух разнесенных по длине дуги секции глухих отверстий, в которых установлены упирающиеся в упорное кольцо пружины сжатия с осью, параллельной оси вала ротора, причем от смещения по окружности каждая секция наружного и тыльного колец обращены торцами встык к выполненным ступенчатыми боковым граням стопорных элементов, радиально подвижно установленных на штифтах корпуса роликоподшипника, а каждая секция внутреннего кольца смещена в браслете относительно осевой плоскости симметрии стопорного элемента на половину длины дуги секции и снабжена в средней части призматической выемкой, радиально ориентированные стенки которой обращены к фиксирующему положение секции стопорному элементу, для чего указанные стенки разведены на угол, достаточный для частичного торцевого зацепления соответствующего высотного участка оппозитных ступенчатых граней стопорного элемента.

При этом осевые воздушные каналы во внутренней цилиндрической поверхности секции тыльного кольца могут быть выполнены пересекающими толщину секции, и не менее двух из указанных каналов сообщены на выходе с входом ответных каналов на фронтальной стенке указанной секции тыльного кольца, при этом воздушный канал на фронтальной стенке секции тыльного кольца выполнен щелеобразующим с расходящимся с увеличением радиуса раструбом угла створа, а не менее двух других каналов, пересекающих толщину секции тыльного кольца, сообщены с осевыми каналами секции внутреннего уплотнительного кольца браслета в пределах внутренней цилиндрической поверхности секции указанного кольца.

Осевые каналы внутренней цилиндрической поверхности секции внутреннего уплотнительного кольца могут быть выполнены длиной менее толщины секции и объединены на выходе ограниченным по торцам каналом с функцией дугового коллектора, а поверхность боковой стенки секции внутреннего уплотнительного кольца, обращенная к корпусу роликоподшипника, также снабжена дуговым коллектором, объединяющим каналы стенки внутреннего кольца, которые, в свою очередь, сообщены с щелеобразующими каналами с расходящимся с увеличением радиуса раструбом угла створа аналогичной стенки ответных секций наружного кольца.

Секции колец браслета могут быть выполнены разной длины, самая длинная из которых внутренняя, а самая короткая внешняя.

В каждой секции тыльного уплотнительного кольца могут быть выполнены три глухих отверстия с установленными в них тарированными пружинами сжатия с осью, параллельной оси вала ротора, которые создают поджатие колец браслета к тыльной стенке корпуса роликоподшипника.

Внешнее кольцо контактной втулки уплотнения может быть выполнено с внутренним спиральным оребрением, содержащим не менее трех витков.

Стопорный элемент может быть выполнен ступенчатым Т-образной формы с двумя пересекающимися под прямым углом пазами, один из которых выполнен прямоугольным с осью симметрии, параллельной оси вала ротора, для размещения в нем фиксирующего штифта и фиксации колец браслета, а другой выполнен кольцевым пазом для пружины, стягивающей секции колец.

Поставленная задача в части уплотнительного браслета решается тем, что уплотнительный браслет браслетного контактного уплотнения вала ротора КНД ТРД ЛА, согласно изобретению, установлен в пролонгированной части корпуса роликоподшипника между масляной полостью и полостью суфлирования передней опоры, причем браслет выполнен состоящим из трех многосекционных колец, два из которых, внутреннее уплотнительное и радиально охватывающее его наружное кольца, установлены в браслете с фронтальной стороны, а третье кольцо выполнено тыльным и примыкает к первым двум боковой гранью, при этом каждое из колец браслета выполнено из локальных секций, собранных с угловой частотой γ_с.б.у., определенной в диапазоне , а тыльное кольцо выполнено радиальной высотой, соответствующей суммарной радиальной высоте Σh внутреннего уплотнительного и наружного колец браслета, кроме того, часть граней колец браслета снабжена разгрузочными воздушными каналами, а внешние цилиндрические поверхности наружного и тыльного колец браслета снабжены, каждая, кольцевым пазом в виде секторного участка с поперечным сечением двоякой кривизны глубиной менее половины внешнего диаметра пружины, проложенной в пазу и стягивающей секции колец, при этом от осевого смещения браслет упруго зафиксирован упорным и стопорным кольцами, установленными с тыльной стороны последнего, для чего в каждой секции тыльного кольца выполнено не менее двух разнесенных по длине дуги секции глухих отверстий, в которых установлены упирающиеся в упорное кольцо пружины сжатия с осью, параллельной оси вала ротора, причем секции колец браслета выполнены разной длины, самая длинная из которых внутренняя, а самая короткая внешняя, причем от смещения по окружности каждая секция наружного и тыльного колец обращены торцами встык к выполненным ступенчатыми боковым граням стопорных элементов, радиально подвижно установленных на штифтах корпуса роликоподшипника, а каждая секция внутреннего кольца смещена в браслете относительно осевой плоскости симметрии стопорного элемента на половину длины дуги секции и снабжена в средней части призматической выемкой, радиально ориентированные стенки которой обращены к фиксирующему положение секции стопорному элементу, для чего указанные стенки разведены на угол, достаточный для частичного торцевого зацепления соответствующего высотного участка оппозитных ступенчатых граней стопорного элемента.

При этом осевые воздушные каналы во внутренней цилиндрической поверхности секции тыльного кольца могут быть выполнены пересекающими толщину секции, и не менее двух из указанных каналов сообщены на выходе с входом ответных каналов на фронтальной стенке указанной секции тыльного кольца, при этом воздушный канал на фронтальной стенке секции тыльного кольца выполнен щелеобразующим с расходящимся с увеличением радиуса раструбом угла створа, а не менее двух других каналов, пересекающих толщину секции тыльного кольца, сообщены с осевыми каналами секции внутреннего уплотнительного кольца браслета в пределах внутренней цилиндрической поверхности секции указанного кольца.

Осевые каналы внутренней цилиндрической поверхности секции внутреннего уплотнительного кольца могут быть выполнены длиной менее толщины секции и объединены на выходе ограниченным по торцам каналом с функцией дугового коллектора, а поверхность боковой стенки секции внутреннего уплотнительного кольца, обращенная к корпусу роликоподшипника, также снабжена дуговым коллектором, объединяющим каналы стенки внутреннего кольца, которые, в свою очередь, сообщены с щелеобразующими каналами с расходящимся с увеличением радиуса раструбом угла створа аналогичной стенки ответных секций наружного кольца.

В каждой секции тыльного уплотнительного кольца могут быть выполнены три глухих отверстия с установленными в них тарированными пружинами сжатия с осью, параллельной оси вала ротора, которые создают поджатие колец браслета к тыльной стенке корпуса роликоподшипника.

Поставленная задача решается тем, что в части контактной втулки браслетного уплотнения вала ротора КНД ТРД ЛА решается тем, что контактная втулка, согласно изобретению, состоит из внешнего и внутреннего колец, внешнее из которых выполнено с наружной контактной поверхностью, обращенной к уплотнительному браслету, и с внутренней стороны со спиральным оребрением, образующим не менее чем однозаходный трехвитковый спиральный канал, пропускная площадь поперечного сечения которого образована смежными стенками спирального оребрения канала; при этом ребра спирального оребрения, в свою очередь, выполнены в поперечном сечении прямоугольными по высоте или расширяющимися к поверхности контакта с внутренним кольцом втулки; а внутреннее кольцо контактной втулки имеет упорный торец с Г-образным профилем в поперечном сечении, фронтально выдвинутый по цапфе в область масляной полости относительно внешнего кольца на осевую длину, превышающую суммарную толщину двух упомянутых колец втулки, при этом осевая длина внутреннего кольца выполнена достаточной для размещения на нем упомянутых не менее чем трех витков упомянутого спирального канала внешнего кольца контактной втулки, причем внутреннее кольцо контактной втулки имеет обращенную к цапфе посадочную поверхность, а тыльный торец внутреннего кольца контактной втулки ограничен фронтальной гранью кольцевого коллекторного канала, расположенного во внешнем кольце контактной втулки с возможностью круговой подпитки последнего охлаждающим потоком масла, поступающим в коллекторный канал втулки через кольцевую систему каналов в стенке цапфы вала ротора, выполненных с угловой частотой γ_с.п.к., определенной в диапазоне .

При этом ребра спирального оребрения могут быть выполнены трапециевидно расширяющимися в зоне контакта с внутренней втулкой и имеют ширину спирального контакта колец, составляющую не менее 0,25 максимальной осевой ширины спирального канала и выполнены параллелограммо- или трапециевидной формы в поперечном сечении.

Поставленная задача в части опоры вала ротора турбореактивного двигателя решается тем, что опора вала ротора, согласно изобретению, выполнена качестве передней опоры вала ротора КНД ТРД ЛА, снабжена системой упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала ротора и содержит роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части, первая из которых включает корпус роликоподшипника, соединенный с корпусом опоры, который охвачен кольцевым элементом внутреннего корпуса входного направляющего аппарата (ВНА) КНД с образованием двух радиально компактных кольцевых полостей, одна из которых снабжена автономным упругим кольцом, а вторая полость содержит элемент типа «беличье колесо» с функцией изменения резонансной частоты и упругого демпфирования колебаний вала ротора, выполненный в корпусе опоры в виде системы продольных упругих балочек, разделенных прорезями, кроме того, статорная часть включает соединенный с корпусом опоры элемент формообразования полости «беличьего колеса», полостей суфлирования и наддува воздуха с закрепленными на нем крышками лабиринтов, а также закрепленное в корпусе роликоподшипника наружное кольцо последнего, при этом в пролонгированной части корпуса роликоподшипника размещен уплотнительный браслет контактного сегментного радиально-торцевого браслетного уплотнения масляной полости, конструкция которого описана выше, а роторная часть опоры включает цапфу передней опоры вала ротора, переходящую в образующий с ней одно целое диск первой ступени вала ротора, причем на цапфе размещено внутреннее кольцо роликоподшипника, контактная втулка браслетного уплотнения и кольцо двух многогребешковых лабиринтов, подвижно запирающих с двух сторон полость наддува воздуха.

Технический результат группы изобретений, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков браслетного уплотнения опоры вала ротора, КНД ТРД, заключается в повышении ресурса компрессора в 2 раза и продолжительности межремонтной работы двигателя на 18-20% за счет уменьшения изнашивания элементов опоры вала ротора КНД. Разработанная в группе изобретений конструкция браслетного уплотнения масляной полости, окружающей роликоподшипник, обеспечивает улучшенную работу опоры подвергаемого рабочим колебаниям вала ротора за счет более плотного прилегания секционированных элементов браслетного уплотнения к подвижной контактной втулке и снижения возможности проникновения масла в полость суфлирования, а также встречного потока горячих газов и воздуха в масляную полость вследствие улучшенного функционального взаимодействия элементов разработанного браслетного уплотнения в результате найденного в изобретении числа и взаимного расположения колец, частоты секций каждого из колец браслета и совокупного расположения соединительных и коллекторных воздушных каналов на цилиндрических поверхностях и фронтальных гранях секций колец с исключением слипания последних и при повышенной адаптивности прилегания элементов колец уплотнительного браслета к поверхности контактной втулки.

Сущность изобретения поясняется чертежами, где

на фиг. 1 изображено контактное браслетное уплотнение вала ротора КНД ТРД, продольный разрез;

на фиг. 2 - фрагмент браслета, соединение стопорным элементом секций внутреннего уплотнительного, наружного и тыльного колец браслетного уплотнения, вид сверху.

Контактное браслетное уплотнение вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя летательного аппарата установлено между масляной полостью 1 и полостью 2 суфлирования передней опоры. Браслетное уплотнение включает контактную втулку 3 уплотнения, которая размещена на цилиндрическом участке цапфы 4 вала ротора с подвижным примыканием к контактным поверхностям уплотнительного браслета. Браслетное уплотнение упруго-подвижно установлено в пролонгированной части корпуса 5 роликоподшипника.

Контактная втулка 3 уплотнения состоит из внутреннего и внешнего колец 6 и 7. Внутреннее кольцо 6 имеет фронтальный упорный торец 8 с Г-образным профилем в поперечном сечении и обращенную к цапфе 4 посадочную поверхность 9. Внешнее кольцо 7 выполнено с обращенной к браслету наружной контактной поверхностью и с внутренним спиральным оребрением 10, содержащим не менее трех витков.

Браслет выполнен состоящим из трех многосекционных колец. Внутреннее уплотнительное кольцо 11 и радиально охватывающее его наружное кольцо 12 установлены в браслете с фронтальной стороны. Третье кольцо 13 выполнено тыльным и примыкает к первым двум боковой гранью.

Каждое из колец 11, 12, 13 браслета выполнено из локальных секций, которые собраны с угловой частотой γ_с.б.у., определенной в диапазоне

,

где N_с - число секций в кольце уплотнительного браслета.

Секции колец 11, 12, 13 браслета выполнены разной длины, самая длинная из которых внутренняя, а самая короткая наружная. Тыльное кольцо 13 выполнено радиальной высотой, соответствующей суммарной радиальной высоте Σh внутреннего уплотнительного и наружного колец 11 и 12 браслета.

Часть граней колец 11, 12, 13 браслета снабжена разгрузочными воздушными каналами, осевыми - выполненными во внутренних цилиндрических поверхностях секций и радиальными - выполненными во фронтальных стенках секций.

Внешние цилиндрические поверхности наружного и тыльного колец 12 и 13 браслета снабжены, каждая, кольцевым пазом 14 в виде секторного участка с поперечным сечением двоякой кривизны глубиной менее половины внешнего диаметра пружины 15, проложенной в пазу 14 и стягивающей секции колец 11, 12, 13. От осевого смещения браслет упруго зафиксирован упорным и стопорным кольцами 16 и 17, установленными с тыльной стороны последнего. Для чего в каждой секции тыльного кольца 13 выполнено не менее двух разнесенных по длине дуги секции глухих отверстий 18. В отверстиях 18 установлены упирающиеся в упорное кольцо 16 пружины 19 сжатия с осью, параллельной оси вала ротора. От смещения по окружности каждая секция наружного и тыльного колец 12 и 13 зафиксирована в браслете стопорным элементом 20, радиально подвижно установленным на штифте корпуса 5 роликоподшипника. Каждая секция наружного и тыльного колец 12 и 13 обращена торцами встык к выполненным ступенчатыми боковым граням стопорных элементов 20. Каждая секция внутреннего уплотнительного кольца смещена в браслете относительно осевой плоскости симметрии стопорного элемента 20 на половину длины дуги секции и снабжена в средней части призматической выемкой 21. Радиально ориентированные стенки выемки 21 обращены к фиксирующему положение секции стопорному элементу 20. Для этого стенки выемки 21 разведены на угол, достаточный для частичного торцевого зацепления соответствующего высотного участка оппозитных ступенчатых граней стопорного элемента 20.

Осевые воздушные каналы 22 во внутренней цилиндрической поверхности секции тыльного кольца 13 выполнены пересекающими толщину секции. Не менее двух каналов 23 сообщены на выходе с входом ответных каналов 24 на фронтальной стенке секции тыльного кольца 13. Воздушный канал 24 на фронтальной стенке секции тыльного кольца 13 выполнен щелеобразующим с расходящимся с увеличением радиуса раструбом угла створа. Не менее двух каналов 25, пересекающих толщину секции тыльного кольца 13, сообщены с осевыми каналами 26 секции внутреннего уплотнительного кольца 11 браслета в пределах внутренней цилиндрической поверхности секции указанного кольца.

Осевые каналы 26 внутренней цилиндрической поверхности секции внутреннего уплотнительного кольца 11 выполнены длиной менее толщины секции и объединены на выходе ограниченным по торцам каналом с функцией дугового коллектора 27. Поверхность боковой стенки секции внутреннего уплотнительного кольца 11, обращенная к корпусу 5 роликоподшипника, также снабжена дуговым коллектором 28. Коллектор 28 выполнен объединяющим воздушные каналы (на чертежах не показано) стенки внутреннего кольца 11, сообщенные с выполненными щелеобразующими каналами 29 с расходящимся с увеличением радиуса раструбом угла створа аналогичной стенки ответных секций наружного кольца 12.

Вариантно в каждой секции тыльного кольца 13 выполнены три глухих отверстия 18 с установленными в них тарированными пружинами 19 сжатия с осью, параллельной оси вала ротора, которые создают поджатие колец 11, 12, 13 браслета к тыльной стенке корпуса 5 роликоподшипника.

Стопорный элемент 20 выполнен ступенчатым Т-образной формы с двумя пересекающимися под прямым углом пазами - прямоугольным пазом 30 с осью симметрии, параллельной оси вала ротора, и кольцевым пазом 31. Паз 30 выполнен для размещения в нем фиксирующего штифта и фиксации колец 11, 12, 13 браслета от смещения в окружном направлении штифтом, жестко зафиксированным в корпусе 5 роликоподшипника. Кольцевой паз 31 выполнен для пружины 15, создающей тангенциальное сжатие внутреннего уплотнительного и наружного колец 11 и 12 и радиальное сжатие каждой секции и в конечном счете непосредственно внутреннего уплотнительного кольца 11 через стопорный элемент 20.

Контактная втулка 3 браслетного уплотнения вала ротора КНД ТРД ЛА состоит из внешнего и внутреннего колец. Внешнее кольцо 7 выполнено с наружной контактной поверхностью, обращенной к уплотнительному браслету. С внутренней стороны внешнее кольцо 7 выполнено со спиральным оребрением, образованным не менее чем однозаходным трехвитковым спиральным каналом 32. Пропускная площадь поперечного сечения спирального канала 32 образована смежными стенками спирального оребрения канала. Ребра спирального оребрения 10, в свою очередь, выполнены в поперечном сечении прямоугольными по высоте или расширяющимися к поверхности контакта с внутренним кольцом 6 втулки 3. Внутреннее кольцо 6 контактной втулки 3 имеет упорный торец 8 с Г-образным профилем в поперечном сечении. Торец 8 внутреннего кольца 6 фронтально выдвинут по цапфе 4 в область масляной полости 1 относительно внешнего кольца 7 на осевую длину, превышающую суммарную толщину двух упомянутых колец втулки 3. Осевая длина внутреннего кольца 6 выполнена достаточной для размещения на нем не менее чем трех витков спирального канала 32 внешнего кольца 7 контактной втулки 3. Внутреннее кольцо 6 контактной втулки 3 имеет обращенную к цапфе 4 посадочную поверхность 9. Тыльный торец 33 внутреннего кольца 6 контактной втулки 3 ограничен фронтальной гранью кольцевого коллекторного канала 34, расположенного во внешнем кольце 7 контактной втулки 3 с возможностью круговой подпитки последнего охлаждающим потоком масла. Поток масла поступает в коллекторный канал 34 втулки через кольцевую систему каналов 35 в стенке цапфы 4 вала ротора. Каналы 35 выполнены с угловой частотой γ_с.п.к., определенной в диапазоне

,

где N_с.п.к. - число подпитывающих каналов, подающих в коллекторный канал контактной втулки охлаждающий последнюю напорный поток масла.

Вариантно ребра спирального оребрения 10 выполнены трапециевидно расширяющимися в зоне контакта с внутренней втулкой 3 и имеют ширину спирального контакта колец 6 и 7 втулки, составляющую не менее 0,25 максимальной осевой ширины спирального канала 32. Ребра спирального оребрения 10 выполнены параллелограммо- или трапециевидной формы в поперечном сечении.

Опора вала ротора турбореактивного двигателя выполнена в качестве передней опоры вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя летательного аппарата и снабжена системой упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала ротора. Опора вала ротора содержит роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части. Статорная часть включает корпус 5 роликоподшипника, соединенный с корпусом 37 опоры, который охвачен кольцевым элементом внутреннего корпуса входного направляющего аппарата КНД с образованием двух радиально компактных кольцевых полостей (на чертежах не показано). Одна из кольцевых полостей снабжена автономным упругим кольцом, а вторая полость содержит элемент типа «беличье колесо» с функцией изменения резонансной частоты и упругого демпфирования колебаний вала ротора. Статорная часть включает соединенный с корпусом 37 опоры элемент формообразования полости «беличьего колеса», полостей суфлирования и наддува воздуха с закрепленными на нем крышками лабиринтов (на чертежах не показано). В пролонгированной части корпуса 5 роликоподшипника размещен уплотнительный браслет контактного сегментного радиально-торцевого браслетного уплотнения масляной полости 1, конструкция которого описана выше. Роторная часть опоры включает цапфу 4 передней опоры вала ротора, переходящую в образующий с ней одно целое диск первой ступени вала ротора. На цапфе 4 размещено внутреннее кольцо роликоподшипника, контактная втулка 3 браслетного уплотнения и кольцо двух многогребешковых лабиринтов (на чертежах не показано), подвижно запирающих с двух сторон полость наддува воздуха.

Пример реализации изобретения.

Монтаж браслетного уплотнения начинают со сборки уплотнительных колец 11, 12, 13, которую производят на монтажной оправке. Последовательно укладывают вокруг оправки четыре секции внутреннего уплотнительного кольца 11. В выемках каждой секции внутреннего кольца 11 устанавливают стопорные элементы 20. Затем со смещением по окружности на половину длины секции устанавливают между стопорными элементами 20 секции наружного кольца 12 и стягивают два предварительно собранных кольца 11, 12 пружиной 15. После чего поверх собранных колец 11, 12 укладывают между стопорными элементами 20 секции тыльного кольца 13, ориентируя глухие отверстия 18 под осевые пружины 19 в тыльную сторону относительно направления полета. После чего стягивают предварительно собранное тыльное кольцо 13 второй пружиной 15. Собранную заготовку уплотнительного браслета снимают с оправки и переносят в пролонгированную часть корпуса 5 роликоподшипника, устанавливая его пазами 30 стопорных элементов 20 на штифты установленного вертикально корпуса 5 роликоподшипника. Устанавливают в глухие отверстия 18 секций тыльного кольца 13 осевые пружины 19 и поджимают свободные концы пружин 19 упорным кольцом 16. Затем фиксируют собранный браслет в корпусе 5 роликоподшипника стопорным кольцом 17 и производят надвижку корпуса 5 роликоподшипника со смонтированным с нем уплотнительным браслетом на контактную втулку 3.

Контактную втулку 3 собирают, монтируя путем взаимной надвижки внутреннего и внешнего колец 6 и 7 до упора с образованием между внутренней гранью фронтального упорного торца 8 с Г-образным профилем в поперечном сечении и фронтальным торцом внешнего кольца 7 перепускных щелевых отверстий 36. При этом между тыльным торцом 32 внутреннего кольца 6 втулки 3 и ответным кольцевым выступом внешнего кольца 7 втулки 3 образуют кольцевой коллекторный канал 33 для подачи охлаждающей смазочной жидкости в трехвиткой канал 31 между кольцами 6 и 7 втулки 3. После чего надвигают собранную контактную втулку 3 с подвижным примыканием к контактным поверхностям уплотнительного браслета. Таким образом, смонтированное браслетное уплотнение размещают между масляной полостью 1 и полостью 2 суфлирования передней опоры вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя летательного аппарата.

Работает контактное браслетное уплотнение следующим образом. При включенном двигателе в масляной полости 1, окружающей роликоподшипник, устанавливается рабочее давление смазочной жидкости, подвижно замыкаемой уплотняющей кромкой 35 внутреннего уплотнительного кольца 11 браслета. С другой стороны в полость 2 суфлирования нагнетают из полости наддува воздуха избыточное давление с положительным рабочим перепадом относительно давления с масляной полости 1. При этом воздух из полости 2 суфлирования, заходя сверху и снизу браслетного уплотнения, заполняет систему воздушных разгрузочных каналов между боковыми гранями и внутренними кольцевыми поверхностями секций колец 11, 12, 13 браслета, предотвращая их слипание и обеспечивая высокие эксплуатационные качества браслетного уплотнения.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Браслетное контактное уплотнение вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя летательного аппарата установлено между масляной полостью и полостью суфлирования передней опоры. Браслетное уплотнение включает контактную втулку с подвижным примыканием к контактным поверхностям колец уплотнительного браслета, упруго-подвижно установленного в корпусе роликоподшипника. Контактная втулка состоит из внутреннего и внешнего колец. Внешнее кольцо выполнено с внутренним спиральным оребрением. Браслет выполнен состоящим из трех многосекционных колец. Внутреннее уплотнительное и радиально охватывающее его наружное кольца установлены в браслете с фронтальной стороны. Третье кольцо выполнено тыльным и примыкает к первым двум боковой гранью. Каждое из колец браслета выполнено из локальных секций, собранных с угловой частотой . Тыльное кольцо выполнено радиальной высотой, соответствующей суммарной радиальной высоте Σh внутреннего уплотнительного и наружного колец браслета. Кольца браслета снабжены разгрузочными воздушными каналами. Внешние поверхности наружного и тыльного колец браслета снабжены кольцевым пазом для стягивающей секции колец пружины. От осевого смещения браслет упруго зафиксирован упорным и стопорным кольцами. Для чего в каждой секции тыльного кольца выполнено не менее двух глухих отверстий, в которых установлены упирающиеся в упорное кольцо пружины сжатия. От смещения по окружности каждая секция наружного и тыльного колец обращена к стопорным элементам. Каждая секция внутреннего кольца смещена в браслете относительно осевой плоскости симметрии стопорного элемента на половину длины дуги секции и снабжена в средней части призматической выемкой для фиксации стопорным элементом. Технический результат группы изобретений заключается в повышении ресурса компрессора в два раза и продолжительности межремонтной работы двигателя на 18-20% за счет уменьшения изнашивания элементов опоры КНД ТРД ЛА. 4 н. и 10 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Браслетное контактное уплотнение вала ротора компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД) летательного аппарата (ЛА), характеризующееся тем, что установлено между масляной полостью и полостью суфлирования передней опоры и включает контактную втулку уплотнения, размещенную на цилиндрическом участке цапфы вала ротора с подвижным примыканием к контактным поверхностям колец уплотнительного браслета, упруго-подвижно установленного в пролонгированной части корпуса роликоподшипника, при этом контактная втулка уплотнения состоит из внутреннего и внешнего колец, внутреннее из которых имеет фронтальный упорный торец с Г-образным профилем в поперечном сечении и обращенную к цапфе посадочную поверхность, а внешнее кольцо выполнено с обращенной к браслету наружной контактной поверхностью и с внутренним спиральным оребрением, причем браслет выполнен состоящим из трех многосекционных колец, два из которых, внутреннее уплотнительное и радиально охватывающее его наружное кольца, установлены в браслете с фронтальной стороны, а третье кольцо выполнено тыльным и примыкает к первым двум боковой гранью, при этом каждое из указанных колец браслета выполнено из локальных секций, собранных с угловой частотой γ_с.б.у., определенной в диапазоне , а тыльное кольцо выполнено радиальной высотой, соответствующей суммарной радиальной высоте Σh внутреннего уплотнительного и наружного колец браслета, кроме того, часть граней колец браслета снабжена разгрузочными воздушными каналами, а внешние цилиндрические поверхности наружного и тыльного колец браслета снабжены, каждая, кольцевым пазом в виде секторного участка с поперечным сечением двоякой кривизны глубиной менее половины внешнего диаметра пружины, проложенной в пазу и стягивающей секции колец, при этом от осевого смещения браслет упруго зафиксирован упорным и стопорным кольцами, установленными с тыльной стороны последнего, для чего в каждой секции тыльного кольца выполнено не менее двух разнесенных по длине дуги секции глухих отверстий, в которых установлены упирающиеся в упорное кольцо пружины сжатия с осью, параллельной оси вала ротора, причем от смещения по окружности каждая секция наружного и тыльного колец обращены торцами встык к выполненным ступенчатыми боковым граням стопорных элементов, радиально подвижно установленных на штифтах корпуса роликоподшипника, а каждая секция внутреннего кольца смещена в браслете относительно осевой плоскости симметрии стопорного элемента на половину длины дуги секции и снабжена в средней части призматической выемкой, радиально ориентированные стенки которой обращены к фиксирующему положение секции стопорному элементу, для чего указанные стенки разведены на угол, достаточный для частичного торцевого зацепления соответствующего высотного участка оппозитных ступенчатых граней стопорного элемента.

2. Браслетное контактное уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что осевые воздушные каналы во внутренней цилиндрической поверхности секции тыльного кольца выполнены пересекающими толщину секции и не менее двух из указанных каналов сообщены на выходе с входом ответных каналов на фронтальной стенке указанной секции тыльного кольца, при этом воздушный канал на фронтальной стенке секции тыльного кольца выполнен щелеобразующим с расходящимся с увеличением радиуса раструбом угла створа, а не менее двух других каналов, пересекающих толщину секции тыльного кольца, сообщены с осевыми каналами секции внутреннего уплотнительного кольца браслета в пределах внутренней цилиндрической поверхности секции указанного кольца.

3. Браслетное контактное уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что осевые каналы внутренней цилиндрической поверхности секции внутреннего уплотнительного кольца выполнены длиной менее толщины секции и объединены на выходе ограниченным по торцам каналом с функцией дугового коллектора, а поверхность боковой стенки секции внутреннего уплотнительного кольца, обращенная к корпусу роликоподшипника, также снабжена дуговым коллектором, объединяющим каналы стенки внутреннего кольца, которые, в свою очередь, сообщены с щелеобразующими каналами с расходящимся с увеличением радиуса раструбом угла створа аналогичной стенки ответных секций наружного кольца.

4. Браслетное контактное уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что секции колец браслета выполнены разной длины, самая длинная из которых внутренняя, а самая короткая внешняя.

5. Браслетное контактное уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что в каждой секции тыльного уплотнительного кольца выполнены три глухих отверстия с установленными в них тарированными пружинами сжатия с осью, параллельной оси вала ротора, которые создают поджатие колец браслета к тыльной стенке корпуса роликоподшипника.

6. Браслетное контактное уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что внешнее кольцо контактной втулки уплотнения выполнено с внутренним спиральным оребрением, содержащим не менее трех витков.

7. Браслетное контактное уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что стопорный элемент выполнен ступенчатым Т-образной формы с двумя пересекающимися под прямым углом пазами, один из которых выполнен прямоугольным с осью симметрии, параллельной оси вала ротора, для размещения в нем фиксирующего штифта и фиксации колец браслета, а другой выполнен кольцевым пазом для пружины, стягивающей секции колец.

8. Уплотнительный браслет браслетного контактного уплотнения вала ротора КНД ТРД ЛА, характеризующийся тем, что установлен в пролонгированной части корпуса роликоподшипника между масляной полостью и полостью суфлирования передней опоры, причем браслет выполнен состоящим из трех многосекционных колец, два из которых, внутреннее уплотнительное и радиально охватывающее его наружное кольца, установлены в браслете с фронтальной стороны, а третье кольцо выполнено тыльным и примыкает к первым двум боковой гранью, при этом каждое из колец браслета выполнено из локальных секций, собранных с угловой частотой γ_с.б.у.,определенной в диапазоне , а тыльное кольцо выполнено радиальной высотой, соответствующей суммарной радиальной высоте Σh внутреннего уплотнительного и наружного колец браслета, кроме того, часть граней колец браслета снабжена разгрузочными воздушными каналами, а внешние цилиндрические поверхности наружного и тыльного колец браслета снабжены, каждая, кольцевым пазом в виде секторного участка с поперечным сечением двоякой кривизны глубиной менее половины внешнего диаметра пружины, проложенной в пазу и стягивающей секции колец, при этом от осевого смещения браслет упруго зафиксирован упорным и стопорным кольцами, установленными с тыльной стороны последнего, для чего в каждой секции тыльного кольца выполнено не менее двух разнесенных по длине дуги секции глухих отверстий, в которых установлены упирающиеся в упорное кольцо пружины сжатия с осью, параллельной оси вала ротора, причем секции колец браслета выполнены разной длины, самая длинная из которых внутренняя, а самая короткая внешняя, причем от смещения по окружности каждая секция наружного и тыльного колец обращены торцами встык к выполненным ступенчатыми боковым граням стопорных элементов, радиально подвижно установленных на штифтах корпуса роликоподшипника, а каждая секция внутреннего кольца смещена в браслете относительно осевой плоскости симметрии стопорного элемента на половину длины дуги секции и снабжена в средней части призматической выемкой, радиально ориентированные стенки которой обращены к фиксирующему положение секции стопорному элементу, для чего указанные стенки разведены на угол, достаточный для частичного торцевого зацепления соответствующего высотного участка оппозитных ступенчатых граней стопорного элемента.

9. Уплотнительный браслет по п. 8, отличающийся тем, что осевые воздушные каналы во внутренней цилиндрической поверхности секции тыльного кольца выполнены пересекающими толщину секции и не менее двух из указанных каналов сообщены на выходе с входом ответных каналов на фронтальной стенке указанной секции тыльного кольца, при этом воздушный канал на фронтальной стенке секции тыльного кольца выполнен щелеобразующим с расходящимся с увеличением радиуса раструбом угла створа, а не менее двух других каналов, пересекающих толщину секции тыльного кольца, сообщены с осевыми каналами секции внутреннего уплотнительного кольца браслета в пределах внутренней цилиндрической поверхности секции указанного кольца.

10. Уплотнительный браслет по п. 8, отличающийся тем, что осевые каналы внутренней цилиндрической поверхности секции внутреннего уплотнительного кольца выполнены длиной менее толщины секции и объединены на выходе ограниченным по торцам каналом с функцией дугового коллектора, а поверхность боковой стенки секции внутреннего уплотнительного кольца, обращенная к корпусу роликоподшипника, также снабжена дуговым коллектором, объединяющим каналы стенки внутреннего кольца, которые, в свою очередь, сообщены с щелеобразующими каналами с расходящимся с увеличением радиуса раструбом угла створа аналогичной стенки ответных секций наружного кольца.

11. Уплотнительный браслет по п. 8, отличающийся тем, что в каждой секции тыльного уплотнительного кольца выполнены три глухих отверстия с установленными в них тарированными пружинами сжатия с осью, параллельной оси вала ротора, которые создают поджатие колец браслета к тыльной стенке корпуса роликоподшипника.

12. Контактная втулка браслетного уплотнения вала ротора КНД ТРД ЛА, характеризующаяся тем, что состоит из внешнего и внутреннего колец, внешнее из которых выполнено с наружной контактной поверхностью, обращенной к уплотнительному браслету, и с внутренней стороны со спиральным оребрением, образующим не менее чем однозаходный трехвитковый спиральный канал, пропускная площадь поперечного сечения которого образована смежными стенками спирального оребрения канала; при этом ребра спирального оребрения, в свою очередь, выполнены в поперечном сечении прямоугольными по высоте или расширяющимися к поверхности контакта с внутренним кольцом втулки; а внутреннее кольцо контактной втулки имеет упорный торец с Г-образным профилем в поперечном сечении, фронтально выдвинутый по цапфе в область масляной полости относительно внешнего кольца на осевую длину, превышающую суммарную толщину двух упомянутых колец втулки, при этом осевая длина внутреннего кольца выполнена достаточной для размещения на нем упомянутых не менее чем трех витков упомянутого спирального канала внешнего кольца контактной втулки, причем внутреннее кольцо контактной втулки имеет обращенную к цапфе посадочную поверхность, а тыльный торец внутреннего кольца контактной втулки ограничен фронтальной гранью кольцевого коллекторного канала, расположенного во внешнем кольце контактной втулки с возможностью круговой подпитки последнего охлаждающим потоком масла, поступающим в коллекторный канал втулки через кольцевую систему каналов в стенке цапфы вала ротора, выполненных с угловой частотой γ_с.п.к., определенной в диапазоне .

13. Контактная втулка браслетного уплотнения по п. 12, отличающаяся тем, что ребра спирального оребрения выполнены трапециевидно расширяющимися в зоне контакта с внутренней втулкой и имеют ширину спирального контакта колец, составляющую не менее 0,25 максимальной осевой ширины спирального канала и выполнены параллелограммо- или трапециевидной формы в поперечном сечении.

14. Опора вала ротора турбореактивного двигателя, характеризующаяся тем, что выполнена в качестве передней опоры вала ротора КНД ТРД ЛА, снабжена системой упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала ротора и содержит роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части, первая из которых включает корпус роликоподшипника, соединенный с корпусом опоры, который охвачен кольцевым элементом внутреннего корпуса входного направляющего аппарата (ВНА) КНД с образованием двух радиально компактных кольцевых полостей, одна из которых снабжена автономным упругим кольцом, а вторая полость содержит элемент типа «беличье колесо» с функцией изменения резонансной частоты и упругого демпфирования колебаний вала ротора, выполненный в корпусе опоры в виде системы продольных упругих балочек, разделенных прорезями, кроме того, статорная часть включает соединенный с корпусом опоры элемент формообразования полости «беличьего колеса», полостей суфлирования и наддува воздуха с закрепленными на нем крышками лабиринтов, а также закрепленное в корпусе роликоподшипника наружное кольцо последнего, при этом в пролонгированной части корпуса роликоподшипника размещен уплотнительный браслет контактного сегментного радиально-торцевого браслетного уплотнения масляной полости, который выполнен по любому из пп. 1-6, а роторная часть опоры включает цапфу передней опоры вала ротора, переходящую в образующий с ней одно целое диск первой ступени вала ротора, причем на цапфе размещено внутреннее кольцо роликоподшипника, контактная втулка браслетного уплотнения и кольцо двух многогребешковых лабиринтов, подвижно запирающих с двух сторон полость наддува воздуха.