Опора ротора гтд

 

Использование: турбореактивные двухконтурные двигатели с противоточной схемой газовоздушного тракта. Сущность изобретения: опора ротора содержит смонтированный на цапфе вала радиально-упорный шарикоподшипник, жестко закрепленную во внутренней обойме этого подшипника промежуточную втулку с радиальным фланцем и упругий узел скольжения. В радиальном фланце промежуточной втулки размещено средство включения, контактирующее с пятой упорного узла скольжения через радиальный фланец вала, на котором жестко закреплена пята узла скольжения. Средство включения выполнено в виде размещенных по окружности, в выполненных в радиальном фланце промежуточной втулки осенаправленных ступенчатых отверстиях, спиральных пружин, сжатых между уступами отверстий и радиальным фланцем цапфы вала. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к авиадвигателестроению, преимущественно к ТРДД с противоточной схемой газовоздушного тракта.

У ТРДД с такой схемой газовоздушного тракта газовый поток через турбину вентилятора направлен противоположно воздушному потоку в вентиляторе. Поэтому осевые силы на ротор вентилятора и на ротор его турбины направлены в одну сторону, т. е. на подшипник опоры ротора вентилятора действует осевая сила, равная сумме осевых сил, действующих на роторы вентилятора и его турбины.

При такой высокой нагрузке (в 10.20 раз больше, чем у двигателя с обычной прямоточной схемой) радиально-упорный шарикоподшипник будет иметь или чрезмерно большие, неприемлемые габариты или недостаточный ресурс для двигателя пассажирского самолета.

Одним из решений для создания опоры ротора вентилятора такого двигателя является установка в опоре комбинированного подшипника, включающего радиально-упорный шарикоподшипник и гидродинамический упорный подшипник скольжения.

Известна опора ротора стационарного ГТД, содержащая смонтированный на цапфе вала радиально-упорный шарикоподшипник, промежуточную втулку с радиальным фланцем, жестко закрепленную во внутренней обойме шарикоподшипника, и упорный узел скольжения. В промежуточной втулке свободно может смещаться в осевом направлении вал ротора. Вращающееся кольцо упорного узла скольжения (пята) жестко закреплено на валу двигателя.

Существенные недостатки этой опоры при применении в авиационном ТРДД заключаются в следующем.

1. В авиадвигателе в момент запуска такой узел скольжения будет работать без достаточного количества смазки в условиях повышенного трения и износа до тех пор, пока между рабочими поверхностями подшипника не появится гидродинамическая пленка смазки. Так как авиационный двигатель запускается несравненно чаще, чем стационарный ГТД, то это приведет к снижению ресурса и надежности опоры ротора.

2. Упорный узел скольжения работает на всех режимах, начиная от запуска двигателя. Масло, проходящее через этот подшипник, нагревается. Его нужно охладить в теплообменнике. На это затрачивается дополнительная энергия, что уменьшает экономичность двигателя. В то же время осевую силу на ротор вентилятора на малых и крейсерских (продолжительных) режимах может воспринимать только один шарикоподшипник. Упорный узел скольжения нужен только на высоких режимах работы двигателя (на номинальном и максимальном). Поэтому целесообразно упорный узел скольжения включать только на этих высоких режимах. Это улучшает экономичность двигателя и повысит надежность и ресурс опоры ротора вентилятора.

Целью изобретения является повышение ресурса и надежности опоры ротора и уменьшение нагрева масла в опоре на малых и крейсерских режимах работы ТРДД с противоточной схемой газовоздушного тракта.

Указанная цель достигается тем, что опора ротора, содержащая смонтированный на цапфе вала радиально-упорный шарикоподшипник, жестко закрепленную во внутренней обойме шарикоподшипника промежуточную втулку с радиальным фланцем и упорный узел скольжения, дополнительно снабжена размещенным в радиальном фланце промежуточной втулки средством включения, контактирующим с пятой упорного узла скольжения через радиальный фланец вала. Средство включения выполнено в виде размещенных по окружности, в выполненных в радиальном фланце промежуточной втулки осенаправленных отверстиях, спиральных пружин, сжатых между уступами отверстий и радиальным фланцем цапфы вала.

На фиг. 1 схематично изображен винтовентиляторная ТРДД сверхвысокой степени двухконтурности с противоточной схемой газовоздушного тракта, продольное сечение; на фиг. 2 кинематическая схема роторов винтовентилятора с биротативной турбиной; на фиг. 3 узел 1 на фиг. 2 (в увеличенном масштабе) при включенном упорном узле включения; на фиг. 4 тоже, при включенном упорном узле включения; на фиг. 5 разрез А-А на фиг. 4.

ТРДД с противоточной схемой газовоздушного тракта содержит роторы 1 и 2 винтовентилятора, соединенные с вращающими их роторами 3 и 4 биротативной турбины валами 5 и 6. Валы 5 и 6 роторов 1 и 2 установлены в корпусе 7 при помощи опор.

Опора ротора 1 содержит смонтированный на цапфе 8 вала 5 радиально-упорный шарикоподшипник, промежуточную втулку 10 с радиальным фланцем 11, жестко закрепленную во внутренней обойме 12 шарикоподшипника 9 и упорный узел 13 скольжения. Опора ротора содержит размещенное в радиальном фланце 11 промежуточной втулки 10 средство 14 включения, контактирующее с пятой 15 упорного узла 13 скольжения через радиальный фланец 16, на котором расположена пята 15. Цапфа 8 вала 5 выполнена с радиальным фланцем 16 для размещения на его периферии пяты 15 упорного узла 13 скольжения. Средство 14 включения выполнено в виде размещенных по окружности, в выполненных в радиальном фланце 11 промежуточной втулки 10 осенаправленных ступенчатых отверстиях 17, спиральных пружин 18, сжатых между уступами отверстий 17 и радиальным фланцем 16 цапфы 8 вала 5 через направляющие штифты 19. Цапфа 8 вала 5 установлена во внутренней обойме 12 шарикоподшипника 9 с возможностью ограниченного осевого смещения в пределах осевого зазора ₂ между передним торцем промежуточной втулки 10 и задним торцем ступицы 20 диска рабочего колеса ротора 1. Для уменьшения трения при перемещении цапфы 8 во втулке 10, на внутренней поверхности втулки 10, выполнена винтовая канавка 21, заполненная маслом, поступающим через отверстия 22 в цапфе 8.

Упорный узел 13 скольжения представляет собой гидродинамический упорный подшипник скольжения, состоящий из вращающейся пяты 15 и неподвижных самоустанавливающихся подпятников 23. Пята 15 выполнена в виде кольца и жестко закреплена в проточке на периферии фланца 16. Подпятники 23 выполнены в виде разрезанного на сегменты кольца и установлены на торце корпуса 7 при помощи кольца 24 с кольцевой проточкой и фланца 25, жестко закрепленных на корпусе 7. Подпятники 23 самоустанавливаются по сферической поверхности опор 26. Для подвода масла к гидродинамическому клину подшипника на подпятниках 23 выполнены радиальные канавки 27. Масло для подшипника скольжения поступает из полости Б межвального подшипника через отверстия в валах и отверстия 28 во фланце 11 (фиг. 5). Опора ротора винтовентилятора имеет аналогичную конструкцию. Она включает радиально-упорный шарикоподшипник 29, установленный внутри вала 5, упорный узел скольжения 30 и средство включения 31. Масло для подшипников опор поступает из маслосистемы двигателя по трубке 32 и отверстия 33 и 34.

Устройство работает следующим образом.

На неработающем двигателе винтовые пружины 18 отжимают вал 5 ротора назад до упора заднего торца ступицы 20 диска рабочего колеса в передний торец промежуточной втулки 10. При этом между рабочими поверхностями подпятников 23 и пятой 15 устанавливается зазор ₁=2 ... 3 мм (фиг.3).

На работающем двигателе, по мере увеличения режима работы двигателя, осевая сила на ротор увеличивается, пружины 18 сжимаются и ротор 1 соответственно смещается вперед. При этом зазор ₁ уменьшается, но масло свободно, не нагреваясь, проходит через этот зазор. Осевая сила воспринимается шарикоподшипником 9.

При переводе двигателя на высокий режим работы (номинальный или взлетный), когда осевая сила существенно увеличивается, зазор ₁ уменьшается до величины 0,1.0,2 мм. При таком зазоре между рабочими поверхностями подпятников 23 и пяты 15 образуется гидродинамический клин, воспринимающий существенную часть осевой нагрузки на ротор. Тепло нагревающегося при этом масла утилизируется в топливомасляном радиаторе.

При уменьшении режима работы двигателя осевая сила на роторе уменьшается, пружины 18 разжимаются, перемещая ротор 1 назад. Зазор ₁ увеличивается до величины, при которой гидродинамический подшипник уже не воспринимает осевую нагрузку на ротор, масло не нагревается. Осевую нагрузку целиком воспринимает шарикоподшипник.

Формула изобретения

1. Опора ротора ГТД, содержащая смонтированный на цапфе вала радиально-упорный шарикоподшипник, жестко закрепленную во внутренней обойме шарикоподшипника промежуточную втулку с радиальным фланцем, а также упорный узел скольжения, отличающаяся тем, что, с целью повышения ресурса и надежности и уменьшения нагрева масла в опоре в условиях ее работы на малых и крейсерных режимах ГТД с противоточной схемой газовоздушного тракта, она снабжена размещенным в радиальном фланце промежуточной втулки средством включения, контактирующим с пятой упорного узла скольжения.

2. Опора по п.1, отличающаяся тем, что цапфа вала выполнена с радиальным фланцем для размещения на его периферии пяты упорного узла скольжения, а средство включения выполнено в виде размещенных по окружности в выполненных в радиальном фланце промежуточной втулки осенаправленных ступенчатых отверстиях спиральных пружин, сжатых между уступами отверстий и радиальным фланцем цапфы вала.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5