Результат интеллектуальной деятельности: ОПОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Изобретение может быть использовано в авиационных и промышленных установках.

Известна опора газотурбинного двигателя, в которой уплотнение масляной полости между статорной и роторной деталями осуществляется с помощью двух металлических разрезных колец. Масло для смазки подшипника проходит через прорези в маслоуловительном кольце и улавливается козырьком [1].

Недостатком такой конструкции является низкий расход масла, поступающего для смазки подшипника.

Известна также упругодемпферная опора газотурбинного двигателя с контактным уплотнением, в которой уплотнение масляной полости осуществляется с помощью контактного графитового кольца, работающего по металлическому упорному кольцу [2].

Такая конструкция сохраняет работоспособность при умеренных окружных скоростях и перепадах давления, однако, при дальнейшем увеличении окружных скоростей и перепадах давления на графитовом кольце, в зоне его контакта с упорным кольцом выделяется большое количество тепла, что приводит к его повышенному износу и поломке контактного уплотнения.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности опоры за счет снижения температуры в зоне контакта графитового кольца с упорным кольцом путем охлаждения внутренней поверхности упорного кольца на всех режимах работы газотурбинного двигателя.

Сущность изобретения заключается в том, что у опоры газотурбинного двигателя, содержащей упругий элемент с установленным в нем наружным кольцом подшипника и жиклерным фланцем, а также установленное на валу контактное уплотнение, включающее упорное и графитовое кольца, согласно изобретению, контактное уплотнение включает упорное и графитовые кольца, а в упорном кольце выполнены отверстия для прокачки масла в полость упорного кольца, которая выполнена с конической стенкой, а на кольцевом ребре упорного кольца выполнены маслоуловительные пазы с козырьками, при этом внутренняя поверхность козырька выполнена наклонной в сторону вращения кольца, а отношение посадочного диаметра упорного кольца D к ширине маслоуловительного паза в окружном направлении Н лежит в интервале 4-7.

Отверстия для прокачки масла, выполненные в упорном кольце, служат для отвода тепла из зоны контакта графитового кольца с упорным кольцом. Выполнение стенки кольцевой полости конической способствует свободному поступлению охлаждающего масла в отверстия для прокачки масла под действием центробежных сил.

На кольцевом ребре уплотнительного кольца выполнены маслоуловительные пазы с козырьками, что обеспечивает максимальный расход охлаждающего масла на максимальных режимах работы двигателя, и минимальный расход - на минимальных режимах, т.е. происходит авторегулирование подачи масла на охлаждение контактного уплотнения.

Увеличение отношения посадочного диаметра упорного кольца d к ширине маслоуловительного паза Н сказывается на неплоскостности поверхности, по которой работает графитовое кольцо, и увеличит износ контактного уплотнения.

При d/H>7 снизится расход масла через упорное кольцо на взлетном режиме, что приведет к повышению температуры на поверхности контакта и к износу контактного уплотнения.

На фиг. 1 показан продольный разрез опоры газотурбинного двигателя, на фиг. 2 - сечение А-А на фиг.1. Фиг. 3 представляет собой графики зависимости количества тепла Q в зоне контактного уплотнения и расход охлаждающего масла Qm от числа оборотов n ротора газотурбинного двигателя.

Опора газотурбинного двигателя 1 состоит из упругого элемента 2, в котором закреплены наружное кольцо 3 подшипника 4 и жиклерный фланец 5 с жиклером 6. На внутренней поверхности Г фланца 5 установлено графитовое кольцо 7, которое вместе с упорным кольцом 8 с диаметром d и фланцем 5 образуют контактное уплотнение 9, служащее для разделения масляной полости М и воздушной полости Л с горячим воздухом повышенного давления. Графитовое кольцо 7 контактирует при работе с упорным кольцом 8 по поверхности 10 с выделением тепла Q при трении.

Для отвода и съема тепла в упорном кольце 8 выполнены отверстия 11, через которые под давлением центробежных сил прокачивается масло. Из полости 12 через жиклер 6 масло "простреливается" через маслоуловительные пазы 13 шириной Н в полость 14 кольца 8 и далее, двигаясь вдоль конической стенки с поверхностью И под действием центробежных сил, "прокачивается" через отверстия 11.

Упорное кольцо 8, внутреннее кольцо 15 подшипника 4 и втулка закреплены на валу 17. На кольцевом ребре 18 упорного кольца 8 выполнен маслоуловительный козырек 19, внутренняя поверхность К которого выполнена наклонной в сторону вращения кольца 8. На разных режимах работы струя масла движется по разным траекториям 20 и 21, а после удара о вал 17 - по траекториям 22.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

На режиме "малого газа" струя масла из жиклера 6 движется по крутой траектории 20, так как окружная скорость вращения кольца 8 на этом режиме мала. Часть масла попадает в точку Б вала 17, отражаясь от его поверхности Д, уходит обратно в масляную полость М. Таким образом, расход масла, прокачивающегося через отверстия 11 в упорном кольце 8, на режиме "малого газа" уменьшен, что соответствует низкому тепловыделению Q на поверхности 10 кольца 8 из-за малой работы трения скольжения (график Q - n, фиг.3).

На взлетном режиме струя масла движется по более пологой траектории 21 из-за большой окружной скорости вращения упорного кольца 8. Часть масла попадает в точку В мимо ребра 18 на поверхности Д вала 17 и, отражаясь по траектории 22, выливается на внутреннюю поверхность К маслоуловительного козырька 19, откуда попадает в полость 14 и далее - в отверстия 11. Расход масла Gm через отверстия 11 упорного кольца 8 максимален, что соответствует повышенному тепловыделению Q на поверхности 10 из-за максимальной работы трения на взлетном режиме.

Когда тепловыделение в зоне контакта упорного кольца 8 с графитовым кольцом 7 максимально, расход охлаждающего масла Gm через отверстия 11 также максимален, что обеспечивает в зоне контакта постоянную и достаточно низкую температуру и, следовательно, надежную длительную работу контактного уплотнения.

Источники информации
1. Конструирование и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Под общей ред. Д.В. Хронина, Москва, Машиностроение, 1989, с. 207, рис. 4.54.

2. Авторское свидетельство 1694548, F 16 F 9/14, 1991 г.