RU2563955C1

RU2563955C1 - Turbine machine rotor

Info

Publication number: RU2563955C1
Application number: RU2014145743/06A
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Юрьевич Еричев; Сергей Александрович Заваруев; Николай Владимирович Кикоть; Наталья Юрьевна Кикоть
Original assignee: Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО"
Priority date: 2014-11-14
Filing date: 2014-11-14
Publication date: 2015-09-27

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: turbine machine rotor contains a ceramic bearing, two bushings installed on a shaft, a spacer ring installed between bushings and contacting with them by end faces, and also an end collar implemented on a shaft. The spacer ring is made of the material with the coefficient of thermal expansion, greater than that of the material of bushings, and the end collar contacts by its end face with one of bushings. Bushings with the spacer ring are fixed in the axial direction by means of the nut installed on the shaft, and between the nut or the end collar and the nearby bushing the spring is installed. The internal ring of the ceramic bearing is installed on bushings with a gap with reference to the spacer ring. The contacting surfaces of bushings and the internal ring of the ceramic bearing are implemented conic with reference to the longitudinal axis of the shaft.

EFFECT: invention allows to simplify mounting and demounting of the internal ceramic ring of the bearing with keeping of its required sitting on the steel shaft, improve reliability of a rotor of a turbine machine.

1 dwg

Description

Изобретение относится к роторам турбомашин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения, а именно к конструкции опор роторов турбомашин.The invention relates to rotors of turbomachines of gas turbine engines of aviation and ground applications, namely, to the design of the supports of the rotors of turbomachines.

Известен ротор турбомашины, содержащий керамический подшипник, внутреннее кольцо которого зажато между двумя втулками, жестко установленными на валу. Между внутренней монтажной поверхностью внутреннего кольца подшипника и валом образован зазор. Торцевые поверхности внутреннего кольца контактируют с торцевыми поверхностями двух втулок, установленных на валу. Каждая из втулок включает в себя кольцевой элемент, внутренняя поверхность которых с натягом в области упругих деформаций установлена на наружной поверхности внутреннего кольца подшипника. Для исключения образований трещин при значительных упругих деформациях предусмотрены канавки. Распорки могут быть выполнены из пружинистой стали (см. патент US 5197808, фиг. 2, опубл. 30.03.1993).Known rotor of a turbomachine, containing a ceramic bearing, the inner ring of which is sandwiched between two bushings rigidly mounted on the shaft. A gap is formed between the inner mounting surface of the inner ring of the bearing and the shaft. The end surfaces of the inner ring are in contact with the end surfaces of two bushings mounted on the shaft. Each of the bushings includes an annular element, the inner surface of which with an interference fit in the field of elastic deformation is mounted on the outer surface of the inner ring of the bearing. Grooves are provided to prevent cracking during significant elastic strains. The spacers can be made of spring steel (see patent US 5197808, Fig. 2, publ. 30.03.1993).

Вышеописанное техническое решение выбрано в качестве прототипа.The above technical solution is selected as a prototype.

В известной конструкции при повышении температуры, вследствие разницы коэффициентов линейного расширения коэффициентов теплового расширения (КТР) материалов происходит снижение монтажного натяга между втулками и внутренним кольцом, что обеспечивает сохранение центровки подшипника, однако при значительных температурных деформациях пружинистых свойств материала втулок может оказаться недостаточным и может образоваться зазор, что приведет к нарушению центровки подшипника на рабочих режимах. Возможно увеличить предварительный натяг, но это может привести к растрескиванию втулок, либо не хватит пружинистых свойств материала. Также недостатком является ограничение осевого перемещения гладкого внутреннего кольца относительно наружного кольца, наложенное наличием втулок. Наличие большого натяга втулок и внутреннего кольца затрудняет разборку подшипника с целью осмотра дорожек и тел качения при дефектации.In the known construction, when the temperature rises, due to the difference in the linear expansion coefficients of the thermal expansion coefficients (CTE) of the materials, the mounting tension between the bushings and the inner ring decreases, which ensures that the bearing is centered, however, with significant thermal deformations, the springy properties of the material of the bushings may be insufficient and may form clearance, which will lead to a violation of the alignment of the bearing in operating conditions. It is possible to increase the preload, but this can lead to cracking of the bushings, or the springy properties of the material are not enough. Another disadvantage is the restriction of the axial movement of the smooth inner ring relative to the outer ring, imposed by the presence of bushings. The presence of a large interference fit of the bushings and the inner ring makes it difficult to disassemble the bearing in order to inspect the tracks and rolling elements during fault detection.

Задачей заявленного изобретения является создание ротора турбомашины, в котором устранены описанные выше недостатки.The objective of the claimed invention is the creation of a rotor of a turbomachine, which eliminated the above disadvantages.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленной конструкции, является упрощение монтажа/демонтажа внутреннего керамического кольца подшипника на ротор/с ротора с сохранением необходимой посадки внутреннего керамического кольца на стальной вал, а также повышение надежности ротора турбомашины в целом.The technical result achieved using the claimed design is to simplify mounting / dismounting of the internal ceramic bearing ring on the rotor / s rotor while maintaining the necessary fit of the internal ceramic ring on the steel shaft, as well as improving the reliability of the rotor of the turbomachine as a whole.

Указанный технический результат достигается тем, что ротор турбомашины, содержащий керамический подшипник и две втулки, установленные на валу, согласно настоящему изобретению снабжен распорным кольцом, выполненным из материала с коэффициентом теплового расширения, большим, чем у материала втулок, установленным на валу между втулками и контактирующим с ними по торцам, а также буртом, выполненным на валу и контактирующим по торцам с одной из втулок, при этом втулки с распорным кольцом зафиксированы в осевом направлении посредством установленной на валу гайки, причем между гайкой или буртом и близлежащей втулкой установлена пружина, при этом внутреннее кольцо керамического подшипника установлено на втулках с зазором относительно распорного кольца, причем контактирующие поверхности втулок и внутреннего кольца керамического подшипника выполнены коническими относительно продольной оси вала.The specified technical result is achieved in that the rotor of the turbomachine, containing a ceramic bearing and two bushings mounted on a shaft, according to the present invention is equipped with a spacer ring made of material with a coefficient of thermal expansion greater than that of the material of the bushings mounted on the shaft between the bushings and the contact with them at the ends, as well as a shoulder made on the shaft and in contact at the ends with one of the bushings, while the bushings with a spacer ring are axially fixed by means of a nut mounted on the shaft, and a spring is installed between the nut or shoulder and the adjacent sleeve, while the inner ring of the ceramic bearing is mounted on the bushings with a clearance relative to the spacer ring, and the contact surfaces of the bushings and the inner ring of the ceramic bearing are conical relative to the longitudinal axis of the shaft.

При таком конструктивном выполнении при повышении температуры за счет разницы КТР материалов диаметр стальных втулок становится больше, чем диаметр керамического кольца подшипника. Однако наличие распорного (например, медного) кольца между втулками раздвигает их на величину, необходимую для сохранения требуемой посадки по коническим поверхностям внутреннего кольца подшипника и втулок, при этом сжимая тарельчатую пружину. При снижении температуры элементы принимают исходные размеры, а тарельчатая пружина возвращает втулки и распорное кольцо в первоначальное положение. Это упрощает монтаж/демонтаж подшипника и его дефектацию, исключаются температурные деформации на внутреннее кольцо подшипника, повышая тем самым надежность заявленной конструкции в целом.With this design, with increasing temperature due to the difference in the CTE of the materials, the diameter of the steel sleeves becomes larger than the diameter of the ceramic bearing ring. However, the presence of a spacer (for example, a copper) ring between the bushings moves them apart by the amount necessary to maintain the required fit on the tapered surfaces of the inner ring of the bearing and bushings, while compressing the cup spring. With a decrease in temperature, the elements take their original dimensions, and the cup spring returns the bushings and the spacer ring to its original position. This simplifies mounting / dismounting of the bearing and its defect, eliminating temperature deformations on the inner ring of the bearing, thereby increasing the reliability of the claimed design as a whole.

На чертеже представлен продольный разрез заявленного ротора турбомашины.The drawing shows a longitudinal section of the claimed rotor of the turbomachine.

Ротор турбомашины, содержащий керамический подшипник 1 и две втулки 2, 3, установленные на валу 4, а также распорное кольцо 5, выполненное из материала с коэффициентом теплового расширения, большим, чем у материала втулок 2, 3, установленное на валу 4 между втулками 2, 3 и контактирующее с ними по торцам, а также бурт 6, выполненный на валу 4 и контактирующий по торцам с втулкой 3, при этом пакет деталей из втулок 2, 3 с распорным кольцом 5 зафиксирован в осевом направлении посредством установленной на валу 4 гайки 7, причем между гайкой 7 и близлежащей втулкой 2 установлена пружина 8, при этом внутреннее кольцо 9 керамического подшипника 1 установлено на втулках 2 и 3 с зазором 10 относительно распорного кольца 5, причем контактирующие поверхности втулок 2, 3 и внутреннего кольца 9 керамического подшипника 1 выполнены коническими относительно продольной оси вала 4.A turbomachine rotor comprising a ceramic bearing 1 and two bushings 2, 3 mounted on a shaft 4, as well as a spacer ring 5 made of a material with a coefficient of thermal expansion greater than that of the bushings 2, 3 mounted on a shaft 4 between the bushings 2 3 and contacting them at the ends, as well as a collar 6 made on the shaft 4 and contacting at the ends with the sleeve 3, while the package of parts from the bushes 2, 3 with the spacer ring 5 is fixed in the axial direction by means of a nut 7 mounted on the shaft 4 , and between nut 7 and nearby spring 2, spring 8 is installed, with the inner ring 9 of the ceramic bearing 1 mounted on the bushings 2 and 3 with a gap 10 relative to the spacer ring 5, and the contacting surfaces of the bushings 2, 3 and the inner ring 9 of the ceramic bearing 1 are made conical relative to the longitudinal axis of the shaft 4.

Заявленное устройство собирается следующим образом. На вал 4 устанавливается до упора в бурт 6 втулка 3, далее распорное кольцо 5 и внутреннее кольцо 9 подшипника. Потом устанавливается втулка 2 и пружина 8. Полученный пакет деталей обжимается на требуемую величину затяжки гайкой 7, сжимая при этом пружину 8.The claimed device is assembled as follows. The sleeve 3 is installed on the shaft 4 until it stops in the shoulder 6, then the spacer ring 5 and the bearing inner ring 9. Then, sleeve 2 and spring 8 are installed. The resulting package of parts is crimped by the required tightening value with nut 7, while compressing spring 8.

В процессе работы с увеличением частоты вращения и повышения температуры происходит расширение вала 4 и втулок 2 и 3 в диаметральном направлении более интенсивно, чем внутреннего кольца 9 керамического подшипника 1. При этом распорное кольцо 5 с большим КТР, чем у вала 4, смещает втулку 2, сжимая пружину 8. Конические поверхности при этом обеспечивают сохранение требуемой посадки внутреннего кольца 9 керамического подшипника 1, повышая тем самым надежность работы заявленной конструкции в целом.In the process, with an increase in the rotational speed and an increase in temperature, the shaft 4 and the bushings 2 and 3 expand in the diametrical direction more intensively than the inner ring 9 of the ceramic bearing 1. In this case, the spacer ring 5 with a larger CTE than the shaft 4 displaces the sleeve 2 , compressing the spring 8. The conical surface while maintaining the required fit of the inner ring 9 of the ceramic bearing 1, thereby increasing the reliability of the claimed design as a whole.

Claims

A turbomachine rotor comprising a ceramic bearing and two bushings mounted on a shaft, characterized in that it is provided with a spacer ring made of a material with a coefficient of thermal expansion greater than that of the sleeve material mounted on the shaft between the bushings and the ends contacting them, as well as a shoulder made on the shaft and in contact with one of the bushings at the end, while the bushings with the spacer ring are axially fixed by means of a nut mounted on the shaft, and between the nut or shoulder a spring is installed with the sleeve, while the inner ring of the ceramic bearing is mounted on the bushings with a gap relative to the spacer ring, and the contacting surfaces of the bushings and the inner ring of the ceramic bearing are conical relative to the longitudinal axis of the shaft.