Результат интеллектуальной деятельности: МЕЖРОТОРНАЯ ОПОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, в частности к опорам двухроторных газотурбинных двигателей, и может быть использовано в авиадвигателестроении и других областях техники, где используют газотурбинные двигатели.

Известна межроторная опора газотурбинного двигателя, содержащая ротор высокого давления с цапфой и ротор низкого давления с цапфой, имеющей отверстия для подвода масла, и установленный между роторами подшипник с внутренним и наружным кольцами, при этом наружное кольцо подшипника зафиксировано в цапфе ротора высокого давления при помощи фиксирующей гайки, а внутреннее кольцо подшипника зафиксировано на цапфе ротора низкого давления, при этом вал и цапфа ротора низкого давления соединены при помощи шлицевого соединения друг с другом с образованием между ними полости для подвода масла, сообщенной с отверстиями цапфы (см. Патент RU на полезную модель №40652, кл. F02C 7/06, опубл. 20.09.2004).

Недостаток известной опоры - низкая надежность подшипника из-за отрицательного влияния шлиц, расположенных под внутренним кольцом подшипника; недостаточная смазка при запуске, когда ротор низкого давления не вращается или вращается слабо, вследствие чего центробежная сила мала, и форсунки, расположенные вдоль оси двигателя, не подают достаточное количество масла на подшипник. Наружное кольцо подшипника затянуто фиксирующей гайкой, и поэтому лишено возможности прокручиваться в цапфе ротора высокого давления в случае подклинки роликов, что приводит к повреждению (выкрашиванию) беговой дорожки кольца.

Технический результат предложенного изобретения - повышение надежности работы двигателя путем обеспечения надежной работы подшипника.

Указанный технический результат достигается тем, что в межроторной опоре газотурбинного двигателя, содержащей вал, ротор высокого давления с цапфой, ротор низкого давления с цапфой, имеющей отверстия для подвода масла, и подшипник с наружным и внутренним кольцами, первое из которых зафиксировано в цапфе ротора высокого давления, и сепаратором, при этом цапфа ротора низкого давления и вал соединены при помощи шлицевого соединения друг с другом с образованием между ними полости для подвода масла, сообщенной с отверстиями цапфы, согласно изобретению при выполнении подшипника с сепаратором, ширина которого больше ширины ролика подшипника, на цапфе ротора низкого давления расположена втулка с отверстиями для подвода масла и внутреннее кольцо подшипника установлено на втулке, причем втулка расположена относительно цапфы с образованием полости, сообщенной через отверстия во втулке с щелевыми коллекторами, образованными с торцов внутреннего кольца подшипника, при этом в полости размещена перегородка, а наружное кольцо подшипника расположено с зазором относительно фиксирующего элемента.

Подшипники с сепаратором, ширина которого больше ширины ролика подшипника, известны так называемые подшипники «с крылышками» или подшипники с уширенным сепаратором (см., например, патент RU №2293193, кл. F02C 7/06, опубл. 10.02.2007).

Для обеспечения гарантированного попадания масла в подшипник при запуске и на малых оборотах используют (устанавливают) щелевые коллекторы. Щелевые коллекторы подают масло радиально непосредственно под «крылышки» сепаратора подшипника.

Установка внутреннего кольца подшипника на втулку с полостью, заполняемой при работе маслом, позволяет исключить вредное влияние шлиц на геометрию внутреннего кольца.

Перегородка в полости между цапфой и втулкой позволяет разделить поток масла в необходимой пропорции, например 2:1. Т.е. количество масла, поступающего в отверстия во втулке, расположенные за перегородкой (по ходу потока масла), в два раза больше количества масла, поступающего в отверстия, расположенные до перегородки. Это необходимо для выравнивания температуры на кольцах подшипника.

Наружное кольцо подшипника установлено в цапфе ротора высокого давления с зазором относительно фиксирующего элемента, что позволяет обеспечить возможность проворачивания наружного кольца в цапфе ротора в случае подклинки роликов подшипника и, как следствие, избежать повреждения (выкрашивания) беговой дорожки кольца. Величина зазора может быть 0,02^+0,01.

Преимущество предложенного решения заключается еще в том, что при ремонте и в случае необходимой замены подшипника на подшипник с более высокими габаритными размерами обеспечение надежной работы подшипника достигается без изменения габаритных размеров элементов ротора.

На фиг.1 изображен продольный разрез межроторной опоры;

на фиг.2 - узел I фиг.1 в увеличенном масштабе.

Межроторная опора, например турбины авиационного газотурбинного двигателя, содержит вал 1, подшипник 2 с наружным кольцом 3 и внутренним кольцом 4 и сепаратором 5 с «крылышками». Ротор высокого давления выполнен с цапфой 6, а ротор низкого давления выполнен с цапфой 7. Цапфа 7 ротора низкого давления соединена с валом 1 при помощи шлицевого соединения с образованием между ними полости 8 для подвода масла. В цапфе 7 ротора низкого давления выполнены отверстия 9, 10 подвода масла, сообщенные с полостью 8. На цапфе 7 установлена втулка 11. Во втулке 11 выполнены отверстия 12, 13. Втулка 11 расположена относительно цапфы 7 ротора низкого давления с образованием полости 14. В полости 14 расположена перегородка 15 с зазором δ, равным, например, δ=0,03-0,05 мм. Перегородка 15 делит полость 14 на две части, в одну из которых масло поступает из полости 8, по одному ряду радиальных отверстий 9, а в другую часть полости по двум рядам радиальных отверстий 10. Перегородка 15 препятствует перетеканию масла из одной части полости 14 в другую часть полости 14, и одновременно при наличии зазора 5, не передает на посадочное место под внутреннее кольцо 4 подшипника 2 вредное влияние (деформацию) от работы шлиц шлицевого соединения. Перегородка 15 позволяет распределять масло по отверстиям 9 и 10 в необходимой пропорции, например, 1:2, т.е. количество масла, поступающего в щелевой коллектор 16, в два раза больше количества масла, поступающего в щелевой коллектор 17. Втулка 11 имеет посадочное место, в котором установлено внутреннее кольцо 4 подшипника 2. Внутреннее кольцо 4 фиксируется на втулке 11 при помощи втулки 18. Втулка 18 расположена относительно левого торца внутреннего кольца 4 с образованием щелевого коллектора 16. Щелевой коллектор 17 образован кольцом 19 и правым (первым по ходу потока масла) торцом внутреннего кольца 4. Щелевые коллекторы 16 и 17 подают масло под действием центробежных сил непосредственно под «крылышки» сепаратора 5. Вал 1 имеет отверстия 20. Масло через неподвижную форсунку 21 подается насосом в полость 22. Наружное кольцо 3 подшипника 2 расположено с зазором δ₁, например, равным δ₁=0,02^+0,01 мм относительно фиксирующей гайки 23. Фиксирующая гайка 22 фиксирует наружное кольцо 3 подшипника 2 на роторе высокого давления.

Работа узла осуществляется следующим образом.

В начальный момент при запуске двигателя начинает вращаться ротор высокого давления, а вместе с ним нагнетающий насос, подающий масло через неподвижную форсунку 21 в полость 22. В этот момент вращается цапфа 6 ротора высокого давления с наружным кольцом 3 подшипника 2. Масло из масляной полости 22 самотеком по отверстиям 20 поступает в полость 8. Из полости 8 масло по отверстиям 9 и 10 в пропорции 2:1 поступает в полость 14, откуда по отверстиям 12 и 13 и через щелевые коллекторы 17 и 16 поступает под «крылышки» сепаратора 5, смазывая ролики и вращающееся наружное кольцо 3 подшипника 2. По мере раскрутки ротора низкого давления, т.е. при вращении цапфы 7, количество масла, поступающего на подшипник, все время увеличивается и достигает максимума на оборотах 30% от максимального, сохраняя необходимую пропорцию подачи масла на правый (первый по ходу потока масла) и левый торцы подшипника 2.