Комбинированная опора вала Советский патент 1993 года по МПК F16C21/00 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано во всех отраслях народного хозяйства для опор валов в машинах и механизмах, работающих с большими частотами вращения валов.

Цель изобретения - повышение безопасности работы опоры при ее использовании в роторе ГГД.

На фиг. 1 представлено предлагаемое устройство - разрез общего вида опоры: на фиг. 2 - графические зависимости, построенные по результатам экспериментов, пока- зывающие изменение температуры шарикоподшипника комбинированной опоры в зависимости от Частоты вращения вала при разных режимах охлаждения.

Предлагаемая комбинированная опора вала, представленная на фиг. 1. содержит гидростатический подшипник 1 с каналами подвода 1 рабочей жидкости под давлением к нему, авиационный шарикоподшипник 2 с рабочими полостями II. Ill и промежуточный

элемент 3 с обращенным к гидростатическому подшипнику 1 коническим торцем.

Гидростатический подшипник 1 смонтирован на цапфе вала 4 и удерживается от осевого перемещения гайкой 5. Несущие карманы 6 гидростатического подшипника 1 через жиклеры 7, каналы 8 сообщаются с каналами I подвода рабочей жидкости под давлением гидростатического подшипника 1. Выходы каналов 10 каналов подвода рабочей жидкости под давлением гидростатического подшипника 1 закрыты технологическими заглушками 11.

Шарикоподшипник 2 расположен корпусе 12 опоры, соосно установлен гидростатическому подшипнику 1 на охватывающем цапфу вала 4 с зазором промежуточном элементе 3 с обращенным к гидростатическому подшипнику 1 коническим торцем и удерживается от осевого перемещения гайкой 13 и крышкой 14.

Полость It шарикоподшипника 2 сообщается с каналами I подвода рабочей жид00

к со ел о

кости под давлением гидростатического подшипника 1 через каналы 15 и жиклеры

16. а полость III шарикоподшипника 2 через форсунки 17 имеют связь с автономной системой подачи жидкости.

Корпус 12 комбинированной опоры закрывается крышками 14 и 18, которые имеют уплотнения 19 и 20. Полость кольцевой проточки 21 герметизируется с помощью уплотнений 22 и 23. Крепление корпуса 12 опоры к корпусу 24 двигателя осуществляется через отверстия 26 в корпусе 12.

Опора работает следующим образом.

При малой частице вращения вала 4 гидростатический подшипник 1 плотно прижат к промежуточному элементу 3 и они вращаются как одно целое. Величина зазора в ГСП (Згсп 0 и частоты вращения внутреннего кольца шарикоподшипника 2 и вала А при этом равны. Охлаждение шарикоподшипника 2 осуществляется жидкостью, которая поступает к нему через.форсунки 17 из автономной системы охлаждения, а также жиклеры 16 из каналов 1 подвода рабочей жидкости под давлением гидростатического подшипника 1. Температура шарикоподшипника 2 при подаче охлаждающего масла через форсунки 17 (дм.шп. 190 кг/ч) и дополнительно через жиклеры 16 изменяется по графической зависимости 1 (кривая со значком х) на фиг. 2.

Увеличение частоты вращения вала 4 приводит к росту давления жидкости в несущих карманах 6 ГСП 1. Это приводит к появлению зазора 3гсп между ГСП 1 -и промежуточным элементом 3, что способен вует проскальзыванию промежуточного элемента 3 и внутреннего кольца, шарикоподшипника 2 относительно ГСП 1 и вала 4. С появлением зазора 5гсл начинает расход жидкости через ГСП 1. С момента вступления в работу гидростатического подшипника 1 (пв 6000 об.мин.1) температура шарикоподшипника 2 за счет срабатывания части оборотов на гидростатическом подшипнике 1 и дополнительного масла, посту лающего к шарикоподшипнику 2 через зазор бгсп. изменяется по графику 2 (значок /5). Например, при (пв 10 000 об. мин.1 температура шарикоподшипника 2tn на 40°С ниже температуры, показанной на графике 1 фиг, 2 при тех же условиях.

В аварийной ситуации, когда вышла из строя автономная система охлаждения шарикоподшипника 2 (забились форсунки 17, обрыв трубопровода и т.д.) и жидкость прекращает поступать к нему через форсунки

17. а гидростатический подшипник 1 еще не вступил в работу (пв 6000 об.мин ), т.е.

зазор 5гсп 0, температура шарикоподшипника 2 возрастает до 90°С (график 3 на фиг. 2). В нашем решении представлены графики, показывающие изменение температуры

шарикоподшипника tn°C по оборотам, при температуре охлаждающего масла (МК-8) на входе Т.М.БХ 30°С. В реальных же двигателях температура охлаждающей жидкости на входе в подшипник составляет т,м.вх 7090°С. Температура шарикоподшипника в этом случае, при пв 6000 об.мин 1, составляла бы in- 115... 135°С (выше температуры отпуска его деталей tn - 120°C), а это может привести к потере его работоспособности

5 из-за недопустимых изменений вследствие термических расширений посадок колец подшипника и его расчетных внутренних зазоров.

Применение дополнительных каналов

0 15 в ГСП 1 позволит поступать жидкости из каналов I подвода рабочей жидкости под давлением гидростатического подшипника в полость II шарикоподшипника 2. Эта жидкость охлаждает шарикоподшипник 2 в мо5 мент выхода из строя автономной системы (о,м.шп 0) до вступления в работу ГСП 1 (дм.гсп 0), т.е. до достижения частоты вращения вала пв 6000 об.мин , Поддерживая его температуру по графику 4 (фиг, 2), тем

0 самым сохраняет работоспосрбность шарикоподшипника 2. При 6000 об.мин и далее работает ГСП 1, тогда температура шарикоподшипника 2 будет изменяться по кривой 4 (штриховая линия) фиг. 2.

5 Предлагаемая комбинированная опора применительно к авиационным ГТД, состоящая из шарикоподшипника 2 и конического ГСП 1, с Перераспределением скоростей между ними, включающая три системы ох0 лаждения, позволит повысить надежность и безопасность работы авиационного шарикоподшипника 2, а дополнительные каналы 15 и жиклеры 16, а также использование насосного эффекта вала, позволяет сохра5 нить его работоспособность в аварийной ситуации в случае отказа автономной системы и до момента вступления в работу ГСП (пв 6000 об.мин график 2, 4 фиг. 2). Форму л а изобретения

0 Комбинированная опора вала, содержащая смонтированный на цапфе вала гидростатический подшипник с каналами подвода рабочей жидкости под давлением в его несущие карманы и шарикоподшипник.

5 соосно установленный с гидростатическим

на охватывающем цапфу вала с зазором

промежуточном элементе с обращенным к

гидростатическому подшипнику кониче. ским торцом, отличающаяся тем, что,

. с целью повышения безопасности в работе

опоры при ее использовании в роторе ГТД, она снабжена выполненными в гидростатическом, подшипнике дополнительными каналами с жиклерами, соединяющими

рабочую полость шарикоподшипника с основными каналами подвода рабочей жидкости под давлением гидростатического подшипника.

Фиг.2

Использование: в газотурбинных двигателях. Сущность: в комбинированной опоре рабочая полость шарикоподшипника сообщена каналами с .жиклерами с каналами подвода рабочей жидкости под давлением в гидростатическом подшипнике. Шарикоподшипник смонтирован на промежуточном элементе с обращенным к гидростатическому подшипнику коническим торцом, Промежуточный элемент охватывает цапфу вала с зазором. Такое выполнение обеспечивает подачу рабочей жидкости в рабочую полость шарикоподшипника для его охлаждения до вступления в работу гидростатического подшипника. 2 ил.