Результат интеллектуальной деятельности: Радиальная межвальная опора ротора турбомашины

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к опорам между роторами высокого и низкого давления.

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбрана радиальная межвальная опора ротора турбомашины, содержащая двухрядный подшипник, включающий наружное кольцо, внутренняя рабочая поверхность которого выполнена цилиндрической относительно продольной оси опоры, установленное в валу шестерни центральной конической передачи, два внутренних кольца, установленные на валу турбины, наружные рабочие поверхности которых выполнены коническими относительно продольной оси опоры, дистанционное кольцо, установленное между внутренними кольцами, сепаратор (№2596898).

В данной опоре дефект проскальзывания слабонагруженного радиального подшипника устраняется принудительной нагрузкой тел качения (конических роликов), позволяющей обеспечить постоянный контакт всех тел качения с кольцами подшипника независимо от вектора приложения радиальной нагрузки. Однако взаимодействие роликов с кольцами подшипника и со стенками гнезд сепаратора происходит по линейному контакту, приводящему к повышенному тепловыделению в подшипнике и требующему повышенных расходов масла. Также наличие двух сепараторов усложняет конструкцию подшипника и увеличивает его осевой габарит, при этом дополнительный контакт между сепараторами приводит к износу и тепловыделению. Это снижает надежность подшипника и надежность опоры в целом.

Техническим результатом, достигаемым при использовании настоящего изобретения, является снижение тепловыделения и потребных прокачек масла в подшипнике и в опоре в целом, а также упрощение конструкции за счет того наличия в подшипнике опоры одного сепаратора, что снижает его осевой габарит и, как следствие, повышение надежности подшипника и опоры в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что известная радиальная межвальная опора ротора турбомашины, содержащая двухрядный подшипник, включающий наружное кольцо, внутренняя рабочая поверхность которого выполнена цилиндрической относительно продольной оси опоры, установленное в валу шестерни центральной конической передачи, два внутренних кольца, установленные на валу турбины, наружные рабочие поверхности которых выполнены коническими относительно продольной оси опоры, дистанционное кольцо, установленное между внутренними кольцами, сепаратор, согласно настоящему изобретению содержит два разрезных кольца, каждое из которых выполнено в поперечном разрезе в виде круга, при этом основания конусов меньшего диаметра упомянутых конических наружных рабочих поверхностей внутренних колец направлены в противолежащие стороны, при этом в упомянутом сепараторе установлены с радиальным смещением относительно друг друга два ряда шариков, а упомянутые разрезные кольца установлены со стороны компрессора и турбины соответственно относительно шариков, контактируя с последними, причем участки внутренней рабочей поверхности сепаратора, контактирующей с разрезными кольцами, выполнены коническими относительно продольной оси опоры, основания конусов меньшего диаметра которых направлены в противолежащие стороны.

Такое выполнение устройства позволяет обеспечить взаимодействие шариков подшипника с его наружным и внутренними кольцами, разрезными кольцами и гнездами сепаратора по точечному контакту, что в результате позволит снизить тепловыделение в подшипнике и потребные прокачки масла через подшипник. Это повышает надежность подшипника и опоры в целом.

Наличие одного сепаратора упрощает конструкцию и осевой габарит подшипника, т.к. наличие двух сепараторов с их непосредственным контактом способствует износу и дополнительному тепловыделению, а следовательно, повышается надежность подшипника и опоры в целом.

Сущность настоящего изобретения поясняется фигурами чертежей.

На фиг. 1 изображен продольный разрез заявленной радиальной межвальной опоры ротора турбомашины.

На фиг. 2 показан вид А.

На фиг. 3 изображен фрагмент сепаратора, вид сверху.

Радиальная межвальная опора ротора турбомашины содержит двухрядный подшипник, включающий наружное кольцо 1, внутренняя рабочая поверхность которого выполнена цилиндрической относительно продольной оси опоры, установленное в валу шестерни центральной конической передачи 2, два внутренних кольца 3 и 4, установленные на валу турбины 5, наружные рабочие поверхности которых выполнены коническими относительно продольной оси опоры, причем основания конусов меньшего диаметра упомянутых конических наружных рабочих поверхностей внутренних колец 3, 4 направлены в противолежащие стороны. Дистанционное кольцо 6, установленное между внутренними кольцами 3 и 4, а также сепаратор 7. Заявленная опора также содержит два разрезных кольца 8 и 9, каждое из которых выполнено в поперечном разрезе в виде круга. В сепараторе 7 установлены с радиальным смещением относительно друг друга два ряда шариков 10, т.е. шарики 10 из соседних рядов чередуются, причем шарики из соседних рядов частично перекрывают друг друга в окружном направлении (см. фиг. 3), что дополнительно сокращает осевой габарит подшипника. Упомянутые разрезные кольца 8 и 9 установлены со стороны компрессора (слева) и турбины (справа) соответственно относительно шариков 10, контактируя с последними, причем участки внутренней рабочей поверхности сепаратора 7, контактирующей с разрезными кольцами 8 и 9, выполнены коническими относительно продольной оси опоры, основания конусов меньшего диаметра которых направлены в противолежащие стороны.

При отсутствии вращения опоры радиальный зазор в двухрядном подшипнике выбран за счет незначительной сжимающей деформации разрезных колец 8 и 9, которые упираются в сепаратор 7, а также воздействуют в осевом направлении на шарики 10, которые стремятся сместиться друг к другу, но ограничены коническими поверхностями внутренних колец 3 и 4 двухрядного подшипника. При этом предварительное усилие деформации разрезных колец 8 и 9 для создания усилий в зонах контакта шариков 10 с наружным 1 и внутренними 3 и 4 кольцами двухрядного подшипника настраивается дистанционным кольцом 6.

Во время работы опоры усилие прижатия шариков 10 к наружному кольцу 1 и внутренним кольцами 3, 4 увеличивается посредством воздействия центробежных сил на разрезные кольца 8 и 9, которые в свою очередь стремятся расшириться и по конусным рабочим поверхностям сепаратора 7 стараются сместиться по направлению друг к другу. Поэтому происходит осевое воздействие на шарики 10, приводящее к увеличению усилий контакта между шариками 10 и кольцами 1, 3, 4 двухрядного подшипника на всех режимах работы опоры. Это необходимо для того, что с увеличением частоты вращения роторов растет и радиальная нагрузка на двухрядный подшипник.

Взаимодействие шариков 10 с наружным 1 и внутренними кольцами 3, 4, разрезными кольцами 8, 9 и гнездами сепаратора 7 осуществляется по точечному контакту, что снижает тепловыделение в подшипнике по сравнению с прототипом, а следовательно, снижается расход масла на охлаждение подшипника и заявленной опоры в целом.