Результат интеллектуальной деятельности: ОПОРА ТУРБИНЫ ТУРБОМАШИНЫ

Изобретение относится к области турбо и авиадвигателестроения, а именно, к устройствам опор турбин.

Известна опора турбины газотурбинного двигателя, содержащая наружный корпус, внутренний корпус с подшипником, сопловые лопатки, радиальные спицы с регулировочными гайками, соединяющие наружный и внутренний корпусы и проходящие сквозь сопловые лопатки и выполненные с возможностью закрепления на наружном корпусе, упругие элементы, установленные на радиальных спицах в полости внутреннего корпуса между его обечайкой и регулировочной гайкой соответствующей радиальной спицы (Патент №2219360, опубликован 20.12.2003 года).

Недостатками известной опоры турбины является отсутствие устройства, предотвращающего перетяжку упругих элементов при сборке и возможные чрезмерные нагрузки в работе, которые могут привести к возникновению пластических деформаций в упругих элементах, что приводит к необходимости контролировать затяжку регулировочных гаек по выступанию спиц, а также к дефектам провисания спиц в работе. В результате этого изменяются жесткостные свойства опоры турбины, что может привести к повышенным вибрациям турбомашины и возникновению вторичных эффектов.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного изобретения, является устранение недостатка известной опоры турбины, то есть конструктивное исключение возможности чрезмерной стяжки упругих элементов с возможностью контроля натяжения спиц по моменту затяжки регулировочной гайки на ключе при сборке, а также обеспечение работы в упругой зоне свойств материала упругих элементов в эксплуатации, что приводит к повышению удобства сборки и надежности узла и турбомашины в целом.

Указанный технический результат достигается тем, что согласно заявленному изобретению опора турбины турбомашины снабжена наружным, промежуточным и внутренним стаканами, каждый из которых имеет отверстие в донышке под радиальную спицу, а промежуточный стакан снабжен кольцевым выступом на донышке, стаканы установлены таким образом, что наружный стакан донышком упирается в обечайку внутреннего корпуса опоры турбины, а внутренний со стороны донышка поджимается регулировочной гайкой, при этом смежные стаканы образуют телескопические соединения, ограниченные торцевыми зазорами между смежными стаканами, при этом между двумя смежными стаканами размещена по крайней мере одна пара упругих элементов. Кроме того, пара упругих элементов представляет собой пару тарельчатых пружин, расположенных зеркально друг относительно друга и контактирующих друг с другом и соответствующими стаканами в направлении оси радиальной спицы. Кроме того, в обечайке внутреннего корпуса выполнена проточка под наружный стакан. Кроме того, между регулировочной гайкой и внутренним стаканом дополнительно размещена шайба и/или контровочный элемент. Кроме того, между внешним и промежуточным и между промежуточным и внутренним стаканами установлены упругие элементы разной жесткости.

Общеизвестно, что изменение жесткости конструкции приводит к изменению собственных частот ее колебаний. В случае турбомашины, которая ввиду специфики своей работы является очень вибронагруженной, изменение собственной частоты опоры ротора может привести к ситуации работы некоторых деталей и узлов в условиях резонанса, в частности к попаданию критических частот вращения роторов на рабочие режимы. Это может привести к возникновению дефектов в процессе эксплуатации турбомашины.

Снабжение опоры турбины наружным, промежуточным и внутренним стаканами, каждый из которых имеет отверстие в донышке под радиальную спицу, а промежуточный стакан снабжен кольцевым выступом на донышке, а также установка стаканов таким образом, что наружный стакан донышком упирается в обечайку внутреннего корпуса опоры турбины, а внутренний со стороны донышка поджимается регулировочной гайкой, при этом смежные стаканы образуют телескопические соединения, ограниченные торцевыми зазорами между смежными стаканами, позволяет контролируемо сжимать упругие элементы внутри стаканов до определенного момента, до выборки торцевых зазоров, при затяжке регулировочной гайки и исключить возможность чрезмерного сжатия упругих элементов с обеспечением работы их материала в упругой зоне свойств как при сборке, так и в эксплуатации, что приводит к повышению удобства сборки и надежности узла и турбомашины в целом.

Размещение между двумя смежными стаканами по крайней мере одной пары упругих элементов позволяет распределить относительное перемещение смежных стаканов в пределах их торцевого зазора между сжатием по крайней мере двух упругих элементов, что обеспечивает работу их материала в упругой зоне свойств как при сборке, так и в эксплуатации, что приводит к повышению удобства сборки и надежности узла и турбомашины в целом.

Выбор пары упругих элементов как пару тарельчатых пружин, расположенных зеркально друг относительно друга и контактирующих друг с другом и соответствующими стаканами в направлении оси радиальной спицы позволяет обеспечить требуемую величину перемещений при их сжатии с обеспечением требуемого проектного натяжения спицы, а также конструктивно просто обеспечить размещение внутри стаканов таких упругих элементов, что обеспечивает работу их материала в упругой зоне свойств как при сборке, так и в эксплуатации, что приводит к повышению удобства сборки и надежности узла и турбомашины в целом.

Выполнение в обечайке внутреннего корпуса проточки под наружный стакан обеспечивает удержание стаканов, упругих элементов конкретной спицы с регулировочной гайкой в поперечном направлении относительно оси спицы, что обеспечивает проектное натяжение спиц и, как следствие, проектную жесткость опоры в эксплуатации, что повышает надежность узла и турбомашины в целом.

Размещение между регулировочной гайкой и внутренним стаканом шайбы и/или контровочного элемента обеспечивает снижение локального давления со стороны регулировочной гайки на внутренний стакан и/или исключает возможность регулировочной гайке открутиться под действием вибраций в эксплуатации, что повышает надежность узла и турбомашины в целом.

Установка между внешним и промежуточным и между промежуточным и внутренним стаканами упругих элементов разной жесткости обеспечивает удобство сборки на начальной ее стадии, обеспечивая меньшее сопротивление сжатию менее жестких упругих элементов и, как следствие, меньшее сопротивление закручиванию регулировочной гайки отдельной спицы, что приводит к повышению удобства сборки узла в целом.

На фиг. 1 представлена принципиальная схема реализации заявленной опоры турбины. На фиг. 2 представлен увеличенный фрагмент А с фиг. 1 частного случая размещения упругих элементов внутри стаканов.

Опора турбины турбомашины в частном случае реализации (фиг. 1) содержит наружный корпус 1, внутренний корпус 2, закрепленный на наружном корпусе 1 посредством радиальных спиц 3 с регулировочными гайками 4, сопловые лопатки 5. На радиальных спицах 3 в полости внутреннего корпуса 2, между его обечайкой 6 и соответствующей регулировочной гайкой 4, установлены упругие элементы 7, выполненные в виде тарельчатых пружин. Упругие элементы 7 заключены в наружные 8, промежуточные 9 и внутренние 10 стаканы (фиг. 2), образующие телескопические соединения вдоль радиальных спиц 3 и ограниченные торцевыми зазорами 11, способными выбираться при закручивании регулировочных гаек 4, поджимающих со стороны донышка соответствующие внутренние стаканы 10. На обечайке 6 выполнены проточки 12, в которых размещены донышки наружных стаканов 8. Каждый промежуточный стакан 9 на донышке снабжен цилиндрическим выступом 13 для образования телескопического соединения с соответствующим наружным стаканом 8. Внутри смежных стаканов расположены по две пары зеркально расположенных друг относительно друга упругих элементов 7. При этом величина торцевых зазоров 11 выбирается таким образом, чтобы в эксплуатации обеспечить постоянное натяжение радиальных спиц 3. Из этого же принципа в совокупности с требуемым минимальным и максимальным значениями усилий натяжения радиальных спиц 3 в эксплуатации выбираются геометрические параметры и материал упругих элементов 7. Иногда для удобства сборки опоры турбины упругим элементам 7 назначают разные жесткостные свойства. Так же опора турбины содержит подшипник 14, установленный во внутреннем корпусе 2.

Наличие в конструкции упругих элементов 7 позволяет также компенсировать и относительные осевые перемещения внутреннего корпуса 2 относительно наружного корпуса 1. Это возможно из-за того, что спицы 3 в месте установки на них упругих элементов 7 жестко не зафиксированы на корпусе 2.

В процессе сборки на наружный корпус 1 устанавливают сопловые лопатки 5, заводят в последние спицы 3, совмещают внутренний корпус 2 с наружным корпусом 1, продевают спицы 3 сквозь обечайку 6 внутреннего корпуса 2, устанавливают в проточки 12 предварительно собранные наружные 8, промежуточные 9, внутренние 10 стаканы с упругими элементами 7 и в определенном порядке, с определенным шагом момента затяжки, или вытяжки радиальных спиц 3, или угла поворота регулировочных гаек 4 затягивают последние до проектного значения данных контролируемых величин. При этом торцевые зазоры 11 в зависимости от проектных условий работы опоры турбины могут выбираться полностью или частично.

В работе нагрузка с подшипника 14 передается на внутренний корпус 2. Далее с обечайки 6 через наружные 8, промежуточные 9, внутренние 10 стаканы, а также упругие элементы 7, посредством радиальных спиц 3 с регулировочными гайками 4 нагрузка передается на наружный корпус 1. От нагрева элементов опоры турбины и эксплуатационных нагрузок натяжение радиальных спиц 3 может ослабевать, что компенсируется предварительным сжатием при сборке упругих элементов 7 для обеспечения требуемой проектной жесткости опоры турбины. Также радиальные спицы 3 могут испытывать большее натяжение в результате эксплуатационных нагрузок, чем максимальное усилие затяжки регулировочных гаек 4 при сборке, необходимое для выборки торцевых зазоров 11. Преувеличение этой силы воспринимается и передается на радиальные спицы 3 через наружный 8, промежуточный 9 и внутренний 10 стаканы. Это предотвращает чрезмерное сжатие упругих элементов 7 и возникновение в них пластических деформаций при эксплуатации.

В зависимости от специфики работы заявленная опора турбины может компенсировать радиальные перемещения внутреннего корпуса 2 относительно наружного корпуса 1 без чрезмерного нагружения упругих элементов 7 за счет изменения торцевых зазоров 11 между наружными 8, промежуточными 9 и внутренними 10 стаканами вплоть до полной их выборки с обеспечением требуемой проектной жесткости, то есть реализация оригинальной конструкции приводит к повышению удобства сборки и надежности узла и турбомашины в целом.