СИЛОВАЯ ТУРБИНА Российский патент 2018 года по МПК F01D25/16 F02C7/06 F01D11/02 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям с силовой свободной турбиной.

Известна силовая турбина, включающая в себя статор с размещенным в статоре роликоподшипником и ротор с установленным в роликоподшипнике ротором турбины (патент US 6711887, МПК В64С 11/48, опубл. 19.04.2004). Недостатком такой конструкции являются повышенные температурные деформации внутреннего кольца роликоподшипника, что снижает надежность силовой турбины.

Наиболее близкой по конструкции к заявляемой и принятой за прототип является силовая турбина, включающая в себя статор с роликоподшипником и установленный в роликоподшипнике ротор турбины (патент US 7437877, МПК F02K 3/04, опубл. 2005-08-18).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за попадания масла в воздушные полости турбины и из-за недостаточного ресурса роликоподшипника силовой турбины вследствие повышенной температурной деформации вала турбины.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности силовой турбины путем снижения напряжений, создаваемых во внутреннем кольце роликоподшипника валом силовой турбины, а также путем исключения попадания масла в воздушные полости и в газовый тракт турбины на пониженных режимах работы турбины.

Технический результат достигается тем, что в силовой турбине, содержащей статор с размещенным в ней роликоподшипником и установленный в роликоподшипнике вал ротора турбины с дисками турбины, согласно изобретению, внутреннее кольцо роликоподшипника силовой турбины установлено на промежуточной втулке, размещенной на валу силовой турбины и зафиксировано в осевом направлении с задней по потоку газа стороны установленной на валу гайкой через пружинное кольцо, причем гайка выполнена с кольцевым осевым направленным к роликоподшипнику ребром, размещенным с внешней стороны от пружинного кольца, а между промежуточной втулкой и валом выполнена кольцевая щелевая полость; с передней по потоку газа стороны на промежуточной втулке установлено лабиринтное кольцо с радиальными кольцевыми гребешками лабиринта, а также размещенное между лабиринтным кольцом и внутренним кольцом роликоподшипника регулировочное кольцо, к внешней поверхности которого обращено кольцевое радиальное ребро статорного фланца с образованием между ребром и гребешком лабиринтного кольца промежуточной кольцевой полости, соединенной на выходе радиальными каналами с масляной полостью опоры.

Установка внутреннего кольца роликоподшипника на промежуточную втулку, установленную, в свою очередь, на валу силовой турбины с радиальным зазором, а также осевая фиксация внутреннего кольца роликоподшипника гайкой через пружинное кольцо позволяет компенсировать избыточную радиальную и осевую температурные деформации высокотемпературного вала, повышая таким образом надежность роликоподшипника и газотурбинного двигателя.

Выполнение между кольцевым радиальным ребром статорного фланца и гребешком лабиринтного кольца промежуточной кольцевой полости, соединенной на выходе радиальными каналами с масляной полостью опоры силовой турбины, позволяет на пониженных режимах работы силовой турбины за счет центробежных сил сбрасывать частицы масла в масляную полость опоры, исключая, таким образом, попадание масла в газовый тракт силовой турбины.

На фиг. 1 показан продольный разрез силовой турбины;

На фиг. 2 показан продольный разрез роликоподшипника;

На фиг. 3 показан продольный разрез роликоподшипника.

Силовая турбина 1 включает в себя статор 2 с опорой 3 с размещенным в ней роликоподшипником 4, во внутреннем кольце 5 которого установлен через промежуточную втулку 6 вал 7 ротора 8 с дисками 9. Роликоподшипник 4 выполнен с роликами 10 и установлен в масляной полости 11 опоры 3. С задней стороны по потоку газа 12 в газовом тракте 13 турбины 1 от внутреннего кольца 5 роликоподшипника 4 на промежуточной втулке 6 установлено пружинное кольцо 14, которое совместно с внутренним кольцом 5 фиксируется в осевом положении установленной на валу 7 гайкой 15, которая выполнена с кольцевым осевым ребром 16, расположенным с внешней стороны от пружинного кольца 14. В окружном направлении гайка 15 относительно вала 6 фиксируется замком 17. С внутренней стороны от внутреннего кольца 5 роликоподшипника 4, между промежуточной втулкой 6 и валом 7 выполнена кольцевая щелевая полость 18.

С передней по потоку газа 12 стороны на промежуточной втулке 6 установлено лабиринтное кольцо 19 с радиальными кольцевыми гребешками 20, а также размещенное между лабиринтным кольцом 19 и внутренним кольцом 5 роликоподшипника 4 регулировочное кольцо 21, к внешней поверхности 22 которого обращено кольцевое радиальное ребро 23 статорного фланца 24 с образованием между ребром 23 и гребешками 20 промежуточной кольцевой полости 25, соединенной на выходе радиальными каналами 26 с масляной полостью 11 опоры 3. Кольцевая полсть 25 отделена от воздушной полости 27 гребешками 20 лабиринтного кольца 19.

Работает данное устройство следующим образом. При работе силовой турбины 1 вал 7 имеет существенно более высокую температуру по сравнению с температурой внутреннего кольца 5 роликоподшипника 4, что приводит к повышенной радиальной температурной деформации вала 7 по сравнению с температурной деформацией внутреннего кольца 5 роликоподшипника 4. Однако это не приводит к заклиниванию роликоподшипника 4 и к поломке внутреннего кольца 5, так как повышенная радиальная температурная деформация вала 7 парируется кольцевой щелевой полостью 18, расположенной с внутренней стороны от кольца 5. Осевая повышенная температурная деформация вала 7 парируется за счет упругости пружинного кольца 14, что сохраняет осевую фиксацию внутреннего кольца 5 роликоподшипника 4. При монтаже ротора 8 в статор 2 гайка 15 должна перемещаться в осевом направлении под роликами 10 роликоподшипника 4, что могло бы привести к повреждению роликов 10 пружинным кольцом 14. Однако этого не происходит, так как пружинное кольцо 14 прикрыто с внешней стороны осевым кольцевым ребром 16 гайки 15.

Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, заявляемого изобретения, позволяет повысить надежность силовой турбины путем снижения напряжений, создаваемых во внутреннем кольце роликоподшипника валом силовой турбины, а также путем исключения попадания масла в воздушные полости и в газовый тракт турбины на пониженных режимах работы турбины.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям с силовой свободной турбиной. Силовая турбина содержит статор с размещенным в нем роликоподшипником и установленный в роликоподшипнике вал ротора турбины с дисками турбины. Внутреннее кольцо роликоподшипника силовой турбины установлено на промежуточной втулке, размещенной на валу силовой турбины и зафиксировано в осевом направлении с задней по потоку газа стороны установленной на валу гайкой через установленное на втулке пружинное кольцо. Гайка выполнена с кольцевым, осевым, направленным к роликоподшипнику ребром, размещенным с внешней стороны от пружинного кольца. Между промежуточной втулкой и валом выполнена кольцевая щелевая полость. С передней по потоку газа стороны на промежуточной втулке установлено лабиринтное кольцо с радиальными кольцевыми гребешками лабиринта, а также размещенное между лабиринтным кольцом и внутренним кольцом роликоподшипника регулировочное кольцо. К внешней поверхности регулировочного кольца обращено кольцевое радиальное ребро статорного фланца с образованием между ребром и гребешком лабиринтного кольца промежуточной кольцевой полости, соединенной на выходе радиальными каналами с масляной полостью опоры. Изобретение позволяет повысить надежность силовой турбины путем снижения напряжений, создаваемых во внутреннем кольце роликоподшипника валом силовой турбины, а также путем исключения попадания масла в воздушные полости и в газовый тракт турбины на пониженных режимах работы турбины. 3 ил.

Силовая турбина, содержащая статор с размещенным в нем роликоподшипником и установленный в роликоподшипнике вал ротора турбины с дисками турбины, отличающаяся тем, что внутреннее кольцо роликоподшипника силовой турбины установлено на промежуточной втулке, размещенной на валу силовой турбины и зафиксировано в осевом направлении с задней по потоку газа стороны установленной на валу гайкой через установленное на втулке пружинное кольцо, причем гайка выполнена с кольцевым, осевым, направленным к роликоподшипнику ребром, размещенным с внешней стороны от пружинного кольца, а между промежуточной втулкой и валом выполнена кольцевая щелевая полость; с передней по потоку газа стороны на промежуточной втулке установлено лабиринтное кольцо с радиальными кольцевыми гребешками лабиринта, а также размещенное между лабиринтным кольцом и внутренним кольцом роликоподшипника регулировочное кольцо, к внешней поверхности которого обращено кольцевое радиальное ребро статорного фланца с образованием между ребром и гребешком лабиринтного кольца промежуточной кольцевой полости, соединенной на выходе радиальными каналами с масляной полостью опоры.