Результат интеллектуальной деятельности: ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения.

Известен газотурбинный двигататель, рабочее колесо турбины высокого давления в котором установлено на валу компрессора с помощью болтов [1].

Недостатком такой конструкции является низкая надежность из-за повышенных вибраций ротора турбины в результате невозможности балансировки отдельно собранного ротора турбины совместно с валом.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является газотурбинный двигатель, рабочее колесо турбины высокого давления в котором собирают совместно с валом турбины и внутренним кольцом подшипника, балансируют, а затем в собранном виде устанавливают в статоре двигателя [2].

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за возможного повреждения тел качения (например, роликов) гайкой крепления на валу внутреннего кольца подшипника при сборке двигателя. Это связано с тем, что массивный ротор турбины весом более 150 кг "вслепую" устанавливают в наружном кольце подшипника, закрепленном в статоре, при этом гайка крепления внутреннего кольца подшипника проходит под роликами роликоподшипника. В случае удара гайки о сепаратор или торец ролика последний повреждается. Собранный таким образом двигатель может разрушиться из-за поломки подшипника.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности газотурбинного двигателя путем исключения повреждения роликоподшипника при сборке двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что в газотурбинном двигателе, содержащем компрессор, камеру сгорания, турбину низкого давления и турбину высокого давления, ротор которой соединен межвальным соединением с ротором компрессора и установлен консольно на радиальном роликоподшипнике, внутреннее кольцо которого закреплено на валу гайкой, согласно изобретению отношение наружного диаметра гайки к наружному диаметру внутреннего кольца роликоподшипника составляет 0,9-1, гайка выполнена с сообщающимися между собой торцовыми и наклонными пазами, при этом отношение диаметра ролика роликоподшипника к ширине торцовых пазов составляет 1,3-2,5, а донышко наклонных пазов выполнено по радиусу, величина которого относится к радиусу ролика роликоподшипника как 0,5-0,9.

Внутреннее кольцо закреплено на валу гайкой, при этом отношение наружного диаметра гайки d к наружному диаметру D внутреннего кольца роликоподшипника составляет 0,9-1.

В случае, когда d<0,9 D, при сборке возможно повреждение ролика подшипника в результате удара ролика о внутреннее кольцо.

При d>D не обеспечивается сборка турбины. Выполнение гайки с сообщающимися между собой торцовыми и наклонными пазами обеспечивает ее заворачивание и облегчает сборку ротора турбины, исключая повреждение подшипника при установке ротора турбины в двигатель.

При этом отношение диаметра d ролика роликоподшипника к ширине h торцовых пазов составляет 1,3-2,5. При d/h<1,3 возможно повреждение внутренней поверхности сепаратора гайки при сборке двигателя. При d/h>2,5 будет наблюдаться ослабление пластинчатого контровочного замка, что может привести к откручиванию гайки при работе двигателя.

Выполнение донышка наклонных пазов по радиусу r, величина которого относится к радиусу d ролика роликоподшипника как 0,5-0,9, позволяет избежать касания ролика своим торцем гайки и повреждение подшипника. Если r/d будет менее 0,5, то будет наблюдаться снижение надежности гайки из-за концентрации напряжений по радиусу r малому по величине. Соотношение r/d>0,9 повышает вероятность касания ролика и гайки.

Изобретение проиллюстрировано следующими чертежами.

На фиг. 1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя заявляемой конструкции;
на фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде;
фиг.3 - элемент III на фиг.2;
фиг.4 - элемент II на фиг.1 в увеличенном виде в процессе сборки;
фиг.5 - сечение А-А на фиг.4;
фиг.6 - вид Б на фиг.4.

Газотурбинный двигатель 1 состоит из компрессора 2, камеры сгорания 3, турбиины высокого давления 4 и турбины низкого давления 5.

Вал 6 ротора 7 турбины высокого давления 4 соединен с помощью межвального соединения 8 с валом 9 ротора 10 компрессора 2 и установлен консольно в опоре 11 радиального роликоподшипника 12.

Наружное кольцо 13 роликоподшипника 12 установлено в упругом элементе 14 опоры 11, а его внутреннее кольцо 15, наружная поверхность 16 которого имеет диаметр D, закреплено стоящей перед ним гайкой 17 совместно с лабиринтом 18 на валу 6 ротора 7 турбины 4. Наружная поверхность 19 гайки 17 выполнена с диаметром d₁, меньшим наружного диаметра D внутреннего кольца 15.

На гайке 17 выполнены торцовые пазы 20 шириной h, а также соединенные с ними наклонные пазы 21, донышко 22 которых выполнено по радиусу r.

В окружном направлении в подшипнике 12 ролики 23 удерживаются с помощью сепаратора 25 с внутренней поверхностью 26, а сам сепаратор 25 в осевом направлении удерживается торцовыми поверхностями 27 и 28 роликов 23.

Работает устройство следующим образом.

При работе двигателя гайка 17 фиксируется от отворачивания с помощью пластинатого замка 24, который входит в пазы 20.

При сборке двигателя 1 при постановке ротора 7 турбины высокого давления 4 в двигатель 1 гайка 17 свободно проходит под роликами 23 подшипника 12, т. к. ее наружный диаметр d₁ выполнен меньшим наружного диаметра D внутреннего кольца 15 подшипника 12.

Когда при сборке ролики 23 попадают в пазы 20 гайки 17, то они контактируют с гайкой 17 по ее граням 29, защищая сепаратор 25 от повреждения, т. к. он выполнен из более мягкого, чем ролик, материала.

Далее при осевом смещении ротора 7 вперед ролики попадают в наклонные пазы 21, выполненные за одно целое с пазами 20. Ролик 23 не ударяется о гайку 17 своим торцем.

Таким образом, обеспечивается постановка ротора 7 турбины 4 в двигатель 1 без повреждения подшипника 12.

Источники информации
1. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, 1989, стр. 206, рис. 4.53.

2. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, М.: Машиностроение, 1989, стр. 205, рис. 4.52.