Результат интеллектуальной деятельности: ОПОРА РОТОРА С КОНСИСТЕНТНОЙ СМАЗКОЙ

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению, и может найти применение в двигателях, имеющих жесткие ограничения по габаритным размерам и массе.

Известна опора (патент №85588, МПК F16C 37/00, опубл. 10.08.2009), которая содержит корпус и подшипник, включающий наружное и внутреннее кольца, сепаратор и шарики, при этом у обоих торцов подшипника образованы полости, каждая из которых разделена перегородкой на основную полость смазки, сообщенную с подшипником и полость охлаждения, сообщенную с каналом для охладителя, выполненным между корпусом и валом, и сообщенным с источником воздуха. В такой опоре смазка закладывается при сборке и забрасывается на рабочие поверхности подшипника по конической поверхности сепаратора за счет центробежных сил, возникающих от вращения сепаратора. Основным недостатком такой опоры является то, что консистентная смазка, сообщенная с полостью охлаждения, не участвует в работе подшипника при низких температурах. Со временем наработки изделия смазка, находящаяся в контактах тел качения с кольцами и сепаратором, не обновляется и теряет свои свойства, что снижает эффективность смазывания и ограничивает ресурс опоры.

Также известна опора ротора (патент №177741, МПК F16C 37/00, опубл. 07.03.2018), в которой вал содержит дополнительный резервуар - порционер со смазкой. Подача смазки из резервуара в полость подшипника на тела качения осуществляется через специальные каналы в валу за счет центробежных сил, возникающих при вращении ротора. При этом скорость обновления смазки, поступающей в подшипник, зависит от количества и формы каналов в зависимости от условий работы двигателя. Недостатком такой конструкции является малоэффективная смазка элементов подшипника за счет отсутствия устройства подачи консистентной смазки, позволяющего обеспечить подачу консистентной смазки во все необходимые зоны контакта элементов подшипника, что значительно снижает эксплуатационный ресурс опоры в целом.

Наиболее близкой к техническому решению является конструкция опоры ротора с консистентной смазкой (патент №2661376, МПК F16C 27/00, опубл. 19.04.2017), содержащая корпус, полый вал, внутри которого расположен порционер, в виде полого цилиндра, с установленным в нем подвижным элементом в виде поршня, с одной стороны которого находится полость с консистентной смазкой, а с другой стороны размещен упругий элемент в виде пружины, подшипник с наружным и внутренним кольцами, сепаратором и телами качения, каналы охлаждения, выполненные в стенках полого вала и корпуса, при этом полость с консистентной смазкой сообщена через маслоподводящие каналы, выполненные в стенке полого вала и порционера, с внутренним кольцом подшипника.

Недостатком такой конструкции является то, что смазка подается постоянно и, следовательно, имеет ограничение по ресурсу. Постоянная подача смазки на подшипник не требуется, т.к. она сохраняет свою работоспособность в течение определенного промежутка времени. Это ограничивает ресурс опоры.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является повышение ресурса опоры с подшипником на консистентной смазке за счет дискретной подачи новой порции смазки к местам контакта тел качения с кольцами и сепаратором во всем диапазоне работы ГТД.

Технический результат достигается тем, что в опоре ротора с консистентной смазкой, содержащей корпус, полый вал, внутри которого расположен порционер, в виде полого цилиндра, с установленным в нем подвижным элементом в виде поршня, с одной стороны которого находится полость с консистентной смазкой, а с другой стороны размещен упругий элемент в виде пружины, подшипник с наружным и внутренним кольцами, сепаратором и телами качения, каналы охлаждения, выполненные в стенках полого вала и корпуса, при этом полость с консистентной смазкой сообщена через маслоподводящие каналы, выполненные в стенке полого вала и порционера, с внутренним кольцом подшипника, в отличие от известного, упругий элемент в виде пружины установлен между поршнем и кольцевым выступом, выполненным внутри порционера, при этом внутри порционера консольно вдоль оси размещен электромагнит, установленный на статорном элементе, а в торцевой стенке поршня со стороны пружины вдоль оси ввинчен ограничитель в виде металлического винта, причем, между электромагнитом и ограничителем всегда есть зазор.

Данное решение поясняется чертежами, на которых представлены: фиг. 1 - продольный разрез опоры ротора с консистентной смазкой с отключенным электромагнитом; фиг. 2 - продольный разрез опоры ротора с консистентной смазкой с включенным электромагнитом.

Опора ротора турбомашины с консистентной смазкой содержит полый вал 1, корпус 2, подшипник с наружным 3 и внутренним 4 кольцами, сепаратором 5 и телами качения 6, каналы охлаждения 7 и 8, выполненные в полом валу 1 и корпусе 2 (фиг. 1, 2). Внутри полого вала 1 расположен, порционер 9, выполненный в виде полого цилиндра, в стенках которого выполнены отверстия, необходимые для прохождения охлаждающего воздуха. Внутри порционера 9 расположен подвижный элемент, выполненный в виде поршня 10. С одной стороны поршня 10 находится полость 11 с консистентной смазкой, а с другой стороны размещен упругий элемент в виде пружины 12, поджимающая его в сторону смазки, при этом пружина 12 размещена между кольцевым выступом 13, выполненным на внутренней поверхности порционера 9 и поршнем 10. В торцевой стенке поршня 10 со стороны пружины 12 вдоль оси ввинчен ограничитель в виде металлического винта 14, удерживающий поршень в определенном положении от воздействия пружины. Также внутри порционера 9 консольно вдоль оси, на определенном расстоянии от ограничителя 14, размещен электромагнит 15, установленный на статорном элементе, например, на внутренней стенке корпуса 2. При этом между электромагнитом 15 и ограничителем 14 всегда есть зазор. Полость 11 с консистентной смазкой сообщена через сообщенные между собой маслоподводящие каналы 16 и 17, выполненные в стенке полого вала 1 и порционера 9, с внутренним кольцом 5 подшипника.

В неактивном состоянии электромагнита 15 поршень 10 перекрывает отверстия 17 в порционере 9 (фиг. 1). В активном состоянии электромагнита 15 поршень 10 смещен на сжатие пружины 12 и отверстия 17 открыты (фиг. 2). При этом под действием центробежных сил смазка поступает к подшипнику.

На экспериментальной установке можно определить время работы электромагнита для подачи определенного количества смазки в зависимости от частоты вращения и температуры окружающей среды. Таким образом, повышается ресурс и надежность работы опоры и турбомашины в целом.

Таким образом, данное техническое решение позволяет повысить ресурс и надежность работы опоры и турбомашины в целом.