Подшипники

В ГТД применяют исключительно подшипники качения, обладаю­щие по сравнению с подшипниками скольжения меньшим коэффициен­том трения, небольшим количеством масла, потребного для охлажде­ния и смазки подшипника. Они менее чувствительны к загрязнению масла, имеют высокую работоспособность при повышенных рабочих температурах, которая достигает 180° С у подшипников роторов компрессоров и 250° С у подшипников роторов турбин. Подшипники качения имеют малый осевой размер, более просты в монтаже и демонтаже при ремонте. Эти преимущества привели к тому, что, несмотря на некоторые недостатки (большой радиальный размер и вес), во всех узлах ГТД используют подшипники качения: шариковые — для воссприятия радиальных и осевых нагрузок, роликовые и игольчатые — для восприятия только радиальных нагрузок.

Подшипники скольжения можно встретить только в газотурбинных стартepax и в приводах к агрегатам. Основными недостатками этих подшипников являются значительные осевые габариты, повышенные требования к чистоте масла и большая чувствительность к температуре, (Также большая величина коэффициента трения возрастающая с повышением скорости вращения ротора.

Рис. 57. Подшипники

Основными элементами подшипника качения являются внутреннее и наружное кольца, тела качения (ролики и шарики) и сепараторы, служащие для равномерного распределения тел качения по окружности. При отсутствии сепаратора в подшипнике можно разместить большее количество роликов и шариков и тем самым значительно увеличить его грузоподъемность, но при этом подшипник быстро изнашивается вследствие соприкосновения шариков или роликов при работе под­шипника.

От величины скорости вращения зависят количество выделяющего­ся тепла в подшипнике и прочность его сепаратора. Поэтому о нагруженности сепаратора можно судить по величине окружной скорости на окружности центров шариков (роликов), которая у быстроходных подшипников не превышает 50—80 м! сек.

Для фиксации ротора в силовом корпусе и передачи от него на корпус осевых и радиальных сил применяют опорно-упорные шарико­подшипники. Однорядный двухточечный (две точки касания шарика­ми колец) шарикоподшипник (рис. 57, а) может воспринимать ра­диальные и небольшие осевые нагрузки. Однорядные трехточечные (рис. 57, б, в) и четырехточечные (рис. 57, г, д) шарикоподшипники могут воспринимать радиальные и значительные осевые нагрузки. Они применяются обычно в опорах роторов компрессоров, турбин и редук­торов ТВД для осевой фиксации валов.

Беговые дорожки для шариков у этих подшипников имеют боль­шую глубину. В целях обеспечения монтажа одно из колец у них сделано разъемным.

Роликоподшипники применяются для восприятия радиальных нагрузок (рис. 57, е, ж). Бурты, удерживающие ролики, имеются на внутреннем или наружном кольце в зависимости от условий сборки, разборки и смазки подшипников.

В связи с высокими температурными режимами работы подшип­ники роторов ГТД имеют увеличенные радиальные зазоры для предо­твращения заклинивания роликов (шариков) и сепараторов, возмож­ного при расширении за счет нагрева и при деформации под действием центробежных сил.

Для снижения температуры подшипника стремятся улучшить циркуляцию масла через него путем выполнения отверстий или про­резей в наружном кольце (см. рис. 57, г, д, е, ж).

Конструкция опор. На рис. 58 показана опора, име­ющая опорно-упорный под­шипник 4, который воспри­нимает радиальные и осевые нагрузки и фиксирует ротор двигателя в осевом направле­нии относительно статора. Внутренним своим кольцом подшипник вместе с кольцом лабиринтов 10, регулировочным кольцом 11, втул­кой лабиринтов 1 и маслоотражательным диском 9 закреплен на зад­ней цапфе 13 ротора компрессора гайкой 7, которая контрится от проворачивания дистанционной втулкой 8. Наружным своим коль­цом подшипник установлен в гнезде стакана 5 подшипника и закреп­лен совместно с форсуночным кольцом 6 и втулками 2; 3 лабиринтов гайкой 12 Для предотвращения местной выработки наружного коль­ца шариками (в нижней его половине) кольцо устанавливается в ста­кане 5 по скользящей посадке, что обеспечивает поворот кольца при работе двигателя и, следовательно, равномерный его износ.

Осевые зазоры между ротором и статором компрессора устанавли­вают при сборке подбором регулировочного кольца 11. Со стороны проточной части компрессора средняя опора имеет трехрядное лаби­ринтное уплотнение и маслоотражательный диск. 9.

Расточки втулок лабиринтов над гребешками имеют мягкое покрытие, что позволяет уменьшить радиальные зазоры в уплотнении до 0, 06—0, 15 мм. Полость между воздушным и масляным рядами уплотнения сообщается с полостью А корпуса подшипника, которая суфлируется с атмосферой. Сжатый воздух, просочившийся через два ряда уплотнений, отводится в атмосферу, что предотвращает сдув масла с подшипника, а также его перегрев, так как температура воздуха за компрессором равна 274-280С.

Для смазки и охлаждения подшипника масло подается через форсуночное кольцо 6. Таким образом обеспечивается интенсивная струйная трехточечная смазка и охлаждение трущихся поверхностей под­шипника.

рис.58. Средняя опора ТВД.

Для передачи очень больших осевых сил в опорах устанавливают а рядом два шарикоподшипника (рис. 59). Такая опора представляет собой двухрядный опорно-упорный шарикоподшипник, воспринимающий радиальные нагрузки от ротора компрессора и разность осевых нагрузок роторов компрессора и турбины. Чтобы обеспечить равномерное распределение осевой нагрузки, между параллельна работающими подшипниками устанавливают дистанционные кольца или шайбы определенного размера, при которых происходит одновременный выбор рабочих зазоров при действии осевой нагрузки. Это достигается подбором толщины регулировочных колец 3.

В опорах турбинных роликоподшипников (рис. 60) внутреннее кольцо обычно монтируют на промежуточную втулку 1, имеющую небольшие поверхности контакта с валом 2 по цилиндрическим центровочным пояскам 4, 5. Продувка воздуха между втулкой 1 и валом 2, а также между стойками корпуса 3 является эффективным способом охлаждения подшипника и его тепловой изоляции.

Втулка 1 своей передней частью опирается на винтовые прямоугольные шлицы 6. Наклон шлиц выбирается таким, чтобы он совпадал с направлением относительной скорости W воздушного потока на расчетном режиме.

Неисправностями подшипников качения, которые могут возникнуть в эксплуатации, являются разрушение тел качения и колец, разрушение и чрезмерный износ сепаратора, изменение зазоров в сопрягающихся деталях.

рис. 59. Средняя опора ТВД.

Рис. 60. Опора турбинного роликоподшипника

Разрушение шариков, роликов и колец может быть усталостным или возникать в результате перегрева деталей. Усталостное разруше­ние наступает из-за некачественного изготовления деталей или повыше­ния нагрузки на подшипник сверх расчетной величины, например вследствие увеличения дисбаланса ротора. В этом случае наблюдается выкрашивание или шелушение поверхности беговых дорожек и тел качения.

Подшипники могут разрушаться в результате масляного голода­ния, которое приводит к ухудшению их охлаждения и перегреву. Пе­регрев подшипника может наступить и при нормальной подаче масла к нему, например вследствие общего перегрева двигателя.

Применяемые материалы. Для изготовления колец подшипников ГТД наиболее широко применяется хромистая сталь ШХ15, шариков и роликов — стали ШХ6 и ШХ9, сепараторов — бронза Бр. АЖМц-1, 5, Бр. АНЖ Ю — 4—4 и алюминиевые сплавы АК4 и Д1Т.

Подшипники, работающие при повышенных температурах, изго­товляют из хромомолибденовой или вольфрамовой инструментальной стали. Первая сохраняет высокую твердость до температур 370—400° С, а вторая — до 590° С. Сепараторы таких подшипников изготовляют из никелевых сплавов.

Глава VII