RU2075658C1

RU2075658C1 - Gas-turbine engine rotor support

Info

Publication number: RU2075658C1
Authority: RU
Inventors: В.А. Кузнецов
Original assignee: Акционерное общество открытого типа "Авиадвигатель"
Priority date: 1991-01-02
Filing date: 1991-01-02
Publication date: 1997-03-20

Abstract

FIELD: by-pass engines with reverse-flow gas-air passage. SUBSTANCE: rotor support has an angular ball bearing mounted on the shaft journal, intermediate bush with a radial flange rigidly secured in the inner race of this bearing, and a thrust sliding bearing. Positioned in the radial flange of the intermediate bush is the engaging gear that is engageable with the pivot of the thrust sliding bearing through the shaft radial flange, with the sliding bearing pivot rigidly secured on it. The engaging gear is made in the form of spiral springs placed in circumference in stepped holes available in the radial flange of the intermediate bush, the springs are compressed between the hole shoulders and shaft journal radial flange. EFFECT: improved design. 2 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к авиадвигателестроению, преимущественно к ТРДД с противоточной схемой газовоздушного тракта. The invention relates to aircraft engine manufacturing, mainly to a turbofan engine with a countercurrent gas-air circuit.

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. In a turbofan engine with such a gas-air circuit, the gas flow through the fan turbine is directed opposite to the air flow in the fan. Therefore, the axial forces on the fan rotor and on the rotor of its turbine are directed in one direction, i.e., the axial force acting on the bearing of the fan rotor support is equal to the sum of the axial forces acting on the rotors of the fan and its turbine.

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. With such a high load (10.20 times greater than that of an engine with a conventional direct-flow design), an angular contact ball bearing will either have excessively large, unacceptable dimensions or an insufficient resource for the engine of a passenger aircraft.

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. One of the solutions for creating a fan rotor support for such an engine is to install a combined bearing in the support, including an angular contact ball bearing and a hydrodynamic plain bearing.

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. A known rotor support of a stationary gas turbine engine, comprising an angular contact ball bearing mounted on a shaft journal, an intermediate sleeve with a radial flange, rigidly fixed in the inner race of the ball bearing, and a thrust sliding assembly. In the intermediate sleeve, the rotor shaft can freely move axially. The rotating ring of the thrust sliding assembly (heel) is rigidly fixed to the motor shaft.

Существенные недостатки этой опоры при применении в авиационном ТРДД заключаются в следующем. Significant disadvantages of this support when used in aviation turbofan engines are as follows.

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. 1. In the aircraft engine at the time of launch, such a sliding unit will work without a sufficient amount of lubricant under conditions of increased friction and wear until a hydrodynamic film of lubricant appears between the working surfaces of the bearing. Since an aircraft engine starts much more often than a stationary gas turbine engine, this will lead to a decrease in the resource and reliability of the rotor support.

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. 2. Thrust sliding unit operates in all modes, starting from starting the engine. The oil passing through this bearing is heated. It must be cooled in a heat exchanger. This takes additional energy, which reduces the efficiency of the engine. At the same time, the axial force on the fan rotor in small and cruising (long-term) modes can be perceived by only one ball bearing. Thrust sliding unit is needed only at high engine operating modes (at nominal and maximum). Therefore, it is advisable to include the thrust sliding assembly only at these high modes. This improves engine efficiency and increases the reliability and service life of the fan rotor support.

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. The aim of the invention is to increase the resource and reliability of the support of the rotor and reduce the heating of oil in the support at small and cruising modes of operation of the turbofan engine with a countercurrent circuit of the gas-air duct.

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. This goal is achieved in that the rotor support, comprising an angular contact ball bearing mounted on a shaft journal, rigidly fixed in the inner race of the ball bearing, an intermediate sleeve with a radial flange and an abutment sliding unit, is further provided with a switching means arranged in the radial flange of the intermediate sleeve in contact with the fifth thrust the slip assembly through the radial shaft flange. The switching means is made in the form of directed holes arranged in a circle arranged in the radial flange of the intermediate sleeve of the spiral springs, compressed between the ledges of the holes and the shaft journal radial flange.

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. In FIG. 1 schematically shows a propeller-driven turbofan engine with an ultrahigh bypass ratio with a countercurrent gas-air circuit, a longitudinal section; in FIG. 2 kinematic diagram of a rotor fan with a biotic turbine; in FIG. 3 node 1 in FIG. 2 (on an enlarged scale) with the thrust inclusion unit on; in FIG. 4, too, with the thrust inclusion unit on; in FIG. 5, section AA in FIG. 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. A turbofan engine with a countercurrent gas-air duct circuit contains rotors 1 and 2 of the fan heater connected to shafts 5 and 6, which rotate their rotors 3 and 4 of the biotative turbine. The shafts 5 and 6 of the rotors 1 and 2 are installed in the housing 7 using supports.

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 Δ₂ 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.The support of the rotor 1 comprises an angular contact ball bearing mounted on the pin 8 of the shaft 5, an intermediate sleeve 10 with a radial flange 11, rigidly fixed in the inner race 12 of the ball bearing 9 and a thrust sliding assembly 13. The rotor support comprises a switching means 14 located in the radial flange 11 of the intermediate sleeve 10, in contact with the fifth 15 of the thrust sliding assembly 13 through the radial flange 16, on which the heel 15 is located. The pin 8 of the shaft 5 is made with a radial flange 16 for placement on its periphery of the heel 15 thrust node 13 slip. The switching means 14 is made in the form of circumferentially placed in the radial flange 11 of the intermediate sleeve 10 of the directional stepped holes 17, the coil springs 18, compressed between the ledges of the holes 17 and the radial flange 16 of the pin 8 of the shaft 5 through the guide pins 19. The pin 8 of the shaft 5 installed in the inner cage of the ball bearing 9, 12 for limited axial displacement within the axial gap ₂ Δ between the front end of the intermediate sleeve 10 and the rear end face of the rotor disk hub 20 of the impeller 1. Reduce Nia friction when moving the trunnion 8 in the sleeve 10, the inner surface of the sleeve 10 is formed a spiral groove 21 filled with oil arriving through openings 22 in pin 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. The thrust sliding assembly 13 is a hydrodynamic thrust sliding bearing, consisting of a rotating heel 15 and fixed self-aligning thrust bearings 23. The thrust 15 is made in the form of a ring and is rigidly fixed in the groove on the periphery of the flange 16. The thrust bearings 23 are made in the form of a ring cut into segments and mounted on the end of the housing 7 using a ring 24 with an annular groove and a flange 25, rigidly mounted on the housing 7. The thrust bearings 23 are mounted on the spherical surface of the supports 26. To supply oil to the hydrodynamics Ceska wedge bearing on the thrust bearing 23 provided with radial grooves 27. The oil supplied to the plain bearing B from the cavity mezhvalnogo bearing through holes in the shafts and the holes 28 in the flange 11 (FIG. 5). The fan rotor bearing has a similar design. It includes an angular contact ball bearing 29 mounted inside the shaft 5, a thrust sliding assembly 30, and a switching means 31. Oil for bearings of the bearings comes from the engine oil system through a pipe 32 and openings 33 and 34.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

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 Δ₁=2 ... 3 мм (фиг.3).On an idle engine, coil springs 18 press the rotor shaft 5 back to the rear end of the hub 20 of the impeller disk against the front end of the intermediate sleeve 10. In this case, a gap Δ ₁ = 2 ... 3 mm is established between the working surfaces of the thrust bearings 23 and the fifth 15 (Fig. .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 Δ₁ уменьшается, но масло свободно, не нагреваясь, проходит через этот зазор. Осевая сила воспринимается шарикоподшипником 9.On a running engine, with increasing engine operating mode, the axial force on the rotor increases, the springs 18 are compressed and the rotor 1 is accordingly shifted forward. In this case, the gap Δ ₁ decreases, but the oil freely, without heating, passes through this gap. Axial force is perceived by ball bearing 9.

При переводе двигателя на высокий режим работы (номинальный или взлетный), когда осевая сила существенно увеличивается, зазор Δ₁ 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.When the engine is switched to a high operating mode (rated or take-off), when the axial force increases significantly, the clearance Δ ₁ decreases to a value of 0.1.0.2 mm. With such a gap between the working surfaces of the thrust bearings 23 and the heel 15, a hydrodynamic wedge is formed, perceiving a significant part of the axial load on the rotor. The heat of the oil heated up during this is utilized in a fuel-oil radiator.

При уменьшении режима работы двигателя осевая сила на роторе уменьшается, пружины 18 разжимаются, перемещая ротор 1 назад. Зазор Δ₁ увеличивается до величины, при которой гидродинамический подшипник уже не воспринимает осевую нагрузку на ротор, масло не нагревается. Осевую нагрузку целиком воспринимает шарикоподшипник.With a decrease in engine operating mode, the axial force on the rotor decreases, the springs 18 open, moving the rotor 1 back. The gap Δ ₁ increases to a value at which the hydrodynamic bearing no longer perceives the axial load on the rotor, the oil does not heat up. The axial load is entirely absorbed by the ball bearing.

Claims

1. GTE rotor support, comprising an angular contact ball bearing mounted on a shaft journal, rigidly mounted in the inner race of the ball bearing, an intermediate sleeve with a radial flange, as well as a thrust sliding assembly, characterized in that, in order to increase service life and reliability and reduce oil heating in the support in the conditions of its operation on small and cruising GTE modes with a countercurrent circuit of the gas-air path, it is equipped with a switching means located in the radial flange of the intermediate sleeve in contact with the fifth pack molecular slip knot.

2. The support according to claim 1, characterized in that the shaft pin is made with a radial flange for placement on the periphery of the heel of the thrust sliding node, and the switching means is made in the form of directional spiral holes of circular springs arranged in the radial flange of the intermediate sleeve, compressed between the ledges of the holes and the radial flange of the shaft journal.