Результат интеллектуальной деятельности: ОПОРА РОТОРА ТУРБОМАШИНЫ

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции опор роторов турбомашин.

Известна опора ротора турбомашины, содержащая керамический подшипник, внутреннее кольцо которого зажато между двумя втулками, жестко установленными на валу. Между внутренней монтажной поверхностью внутреннего кольца подшипника и валом образован зазор. Торцевые поверхности внутреннего кольца контактируют с торцевыми поверхностями двух распорок, установленных на вал. Каждая распорка включает в себя кольцевой элемент, внутренняя поверхность которых с натягом в области упругих деформаций установлена на наружной поверхности внутреннего кольца подшипника. Для исключения образований трещин при значительных упругих деформациях предусмотрены канавки. Распорки могут быть выполнены из пружинистой стали (см. патент US 5197808, фиг. 2, опубл. 30.03.1993).

Известная опора ротора турбомашины выбрана в качестве прототипа.

В известной опоре при повышении температуры, вследствие разницы коэффициентов линейного расширения КТР материалов происходит снижение монтажного натяга между втулками и внутренним кольцом, что обеспечивает сохранение центровки подшипника, однако,при значительных температурных деформациях пружинистых свойств материала втулок может оказаться недостаточным и может образоваться зазор, что приведет к нарушению центровки подшипника на рабочих режимах. Возможно увеличить предварительный натяг, но это может привести к растрескиванию втулок, либо не хватит пружинистых свойств материала. Также недостатком является ограничение осевого перемещения гладкого внутреннего кольца относительно наружного кольца, наложенное наличием втулок. Наличие большого натяга распорок и внутреннего кольца затрудняет разборку подшипника с целью осмотра дорожек и тел качения при дефектации.

Задачей заявленного изобретения является создание опоры ротора турбомашины, в которой устранены описанные выше недостатки.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной опоры ротора турбомашины, является упрощение монтажа/демонтажа внутреннего керамического кольца подшипника на ротор/с ротора с сохранением необходимой посадки внутреннего керамического кольца на стальной вал, а также повышение надежности опоры в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что в опоре ротора турбомашины, содержащей керамический подшипник и втулку, жестко закрепленную на валу, согласно настоящему изобретению, она снабжена упорными грузами, при этом внутреннее кольцо керамического подшипника установлено на втулке, причем с одной стороны внутреннего кольца керамического подшипника на втулке выполнен радиальный кольцевой бурт, контактирующий с ним по торцам, а с другой стороны на втулке установлены по окружности упомянутые упорные грузы, кроме того, на поверхности втулки выполнены продольные прорези, с образованием между ними балочек, причем каждая из продольных прорезей проходит от радиального кольцевого бурта, далее по посадочной поверхности втулки, далее между близлежащими упорными грузами до конца втулки.

Наличие на стальной втулке, установленной на роторе, продольных прорезей в районе внутреннего кольца подшипника, а на консолях полученных балок, установленных упорных грузов позволяет с ростом оборотов увеличивать центробежную силу прижатия по посадочным поверхностям. То есть на рабочих режимах при высоких температурах посадка сохраняется плотной, в то же время на нерабочих режимах может образовываться небольшой зазор в посадке кольца подшипника на втулку. Это упрощает монтаж/демонтаж подшипника и его дефектацию. Также прорези минимизируют увеличение посадочного диаметра втулки относительно диаметра кольца подшипника, снижая температурные деформации на внутреннее кольцо подшипника, повышая тем самым надежность работы опоры в целом.

В частном случае реализации заявленной опоры ротора турбомашины:

- на контактирующих торцах внутреннего кольца керамического подшипника и радиального кольцевого бурта выполнено соединение типа выступ-паз, что полностью исключит возможность проскальзывания внутреннего кольца относительно вала, что повышает надежность работы подшипника в целом,

- между упорными грузами и внутренним кольцом керамического подшипника установлена кольцевая прокладка с большим коэффициентом линейного расширения, контактирующая с ними по торцам, которая позволяет сохранять плотное прижатие внутреннего кольца подшипника по его торцам.

На фигуре 1 чертежа представлен продольный разрез заявленной опоры ротора турбомашины.

На фигуре 2 чертежа представлена заявленная опора без элементов керамического подшипника, вид сверху.

Опора ротора турбомашины, содержащая керамический подшипник 1 и втулку 2, жестко закрепленную на валу 3, дополнительно снабжена упорными грузами 4, при этом внутреннее кольцо 5 керамического подшипника 1 установлено на втулке 2, причем с одной стороны внутреннего кольца 5 керамического подшипника 1 на втулке 2 выполнен радиальный кольцевой бурт 6, контактирующий с ним по торцам, а с другой стороны на втулке 2 установлены по окружности упомянутые упорные грузы 4, кроме того, на поверхности втулки 2 выполнены продольные прорези 7, с образованием между ними балочек 8, причем каждая из продольных прорезей 7 проходит от радиального кольцевого бурта 6, далее по посадочной поверхности втулки 2, далее между близлежащими упорными грузами 4 до конца втулки 2.

На контактирующих торцах внутреннего кольца 5 керамического подшипника 1 и радиального кольцевого бурта 6 выполнено соединение типа выступ-паз (на чертежах не показано).

Между упорными грузами 4 и внутренним кольцом 5 керамического подшипника 1 установлена кольцевая прокладка 9, контактирующая с ними по торцам.

Опора собирается следующим образом. На втулку 2, установленную на роторе 3, устанавливается внутреннее кольцо 5 керамического подшипника 1 до упора в кольцевой бурт 6, при этом совмещается выступ/паз внутреннего кольца 5 керамического подшипника 1 и втулки 2. Далее устанавливается, например медная, прокладка 9 и полученный пакет деталей фиксируется в осевом положении упорными грузами 4.

В процессе работы с увеличением частоты вращения увеличивается сила прижатия балочек 8 к поверхности внутреннего кольца 5 керамического подшипника 1 за счет действия центробежных сил от упорных грузов 4. Тем самым сохраняется посадка керамического подшипника 1 на вал 3. Чрезмерное увеличение посадочного диаметра втулки 2 компенсируются прорезями 7, снижая температурные деформации на внутреннее кольцо подшипника, повышая тем самым надежность работы опоры.