RU2682215C1 - Способ настройки осевой нагрузки на упорный подшипник опоры ротора газотурбинного двигателя - Google Patents

Способ настройки осевой нагрузки на упорный подшипник опоры ротора газотурбинного двигателя Download PDF

Info

Publication number
RU2682215C1
RU2682215C1 RU2018109981A RU2018109981A RU2682215C1 RU 2682215 C1 RU2682215 C1 RU 2682215C1 RU 2018109981 A RU2018109981 A RU 2018109981A RU 2018109981 A RU2018109981 A RU 2018109981A RU 2682215 C1 RU2682215 C1 RU 2682215C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
engine
compressor
axial load
teeth
labyrinth seal
Prior art date
Application number
RU2018109981A
Other languages
English (en)
Inventor
Юрий Александрович Канахин
Виктор Викторович Куприк
Евгений Ювенальевич Марчуков
Елена Сергеевна Некрасова
Ирина Михайловна Стародумова
Original Assignee
Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") filed Critical Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО")
Priority to RU2018109981A priority Critical patent/RU2682215C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2682215C1 publication Critical patent/RU2682215C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/06—Arrangements of bearings; Lubricating
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L5/00—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes
    • G01L5/12—Apparatus for, or methods of, measuring force, work, mechanical power, or torque, specially adapted for specific purposes for measuring axial thrust in a rotary shaft, e.g. of propulsion plants

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Изобретение относится к способам определения осевой нагрузки, действующей на упорный подшипник, в частности к способам, позволяющим настроить эту нагрузку на опорах работающих газотурбинных двигателей. Способ настройки осевой нагрузки на упорный подшипник опоры ротора газотурбинного двигателя включает измерение осевой нагрузки на требуемом режиме работы на базовом двигателе из серии с одновременным замером давления во внутренней полости двигателя, определяющей осевую нагрузку. В качестве внутренней полости двигателя, определяющей осевую нагрузку, используют думисную полость компрессора, ограниченную лабиринтным уплотнением компрессора и лабиринтным уплотнением на валу ротора. Полость сообщают с выпускной системой с по меньшей мере одним отверстием перепуска в настроечном элементе для регулирования давления в думисной полости компрессора. Определяют площади зазоров во всех кольцевых полостях зубьев лабиринтного уплотнения компрессора (F…F) с учетом вытяжки зубьев лабиринтного уплотнения за счет теплового расширения и действия центробежных сил и определяют суммарную площадь отверстий перепуска в настроечном элементе выпускной системы F, при которой осевая нагрузка каждого двигателя из серии не превышает нормированную осевую нагрузку базового двигателя, после чего устанавливают требуемое значение площади отверстий перепуска. При этом площадь отверстий перепуска определяют по формуле:где: γ…γ- удельный вес воздуха в кольцевых полостях зубьев лабиринтного уплотнения компрессора; F…F- площади зазоров кольцевых полостей зубьев лабиринтного уплотнения компрессора; 1…i - количество зубьев лабиринтного уплотнения компрессора. Изобретение позволяет обеспечить требуемый ресурс двигателей в серии за счет настройки осевой нагрузки для каждого двигателя, которая не превышает нормированное значение, при этом сохраняется уровень экономичности серийного производства двигателей, поскольку настройка производится без использования дорогостоящего оборудования, препарировки двигателя, используются только результаты обмеров геометрических характеристик деталей двигателя, которые производят в процессе их изготовления на серийных двигателях. 2 ил.

Description

Изобретение относится к способам определения осевой нагрузки, действующей на упорный подшипник, в частности к способам, позволяющим настроить эту нагрузку на опорах работающих газотурбинных двигателей.
Известен способ осевой нагрузки на упорный подшипник опоры ротора газотурбинного двигателя, включающий измерение осевой нагрузки на требуемом режиме работы на базовом двигателе из серии с одновременным замером давления во внутренней полости двигателя, определяющей осевую нагрузку (патент RU №2392464 F02C 7/06 от 20.06 2010 г.).
Недостатком такого решения является то, что для каждого двигателя серии необходимо либо напрямую измерять осевую нагрузку, либо препарировать внутренние полости двигателя, определяющие осевую нагрузку, что при условии товарной поставки продукции заказчику часто бывает невозможно, поскольку в этом случае в результате установки датчиков давления или тензодатчиков сверлятся корпуса двигателя, прокладываются каналы препарировки и т.д. Таким образом, после испытаний требуются промежуточные сборки-разборки двигателя, чтобы максимально устранить последствия влияния препарировки на характеристики двигателя, что является достаточно трудоемким и повышает уровень затрат на эксплуатацию двигателей в серии.
Также в данном решении не учитывается тот факт, что геометрические размеры двигателей в серии могут изменяться в пределах допусков изготавливаемого двигателя. При увеличении требуемого ресурса, особенно для двигателей стационарного назначения, например, до 50000…70000 часов, даже незначительный разброс допусков приводит к недопустимому изменению осевой нагрузки, что в целом снижает ресурс двигателя.
Задача изобретения - обеспечение требуемого ресурса работы двигателя при сохранении уровня экономичности в процессе его эксплуатации.
Технический результат - обеспечить настройку осевой нагрузки до нормированного значения.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном способе настройки осевой нагрузки на упорный подшипник опоры ротора газотурбинного двигателя, включающем измерение осевой нагрузки на требуемом режиме работы на базовом двигателе из серии с одновременным замером давления во внутренней полости двигателя, определяющей осевую нагрузку, по предложению, в качестве внутренней полости двигателя, определяющей осевую нагрузку, используют думисную полость компрессора, ограниченную лабиринтным уплотнением компрессора и лабиринтным уплотнением на валу ротора, полость сообщают с выпускной системой с, по меньшей мере, одним отверстием перепуска в настроечном элементе для регулирования давления в думисной полости компрессора, определяют площади зазоров во всех кольцевых полостях зубьев лабиринтного уплотнения компрессора (F1…Fi) с учетом вытяжки зубьев лабиринтного уплотнения за счет теплового расширения и действия центробежных сил и определяют суммарную площадь отверстий перепуска в настроечном элементе выпускной системы Fп, при которой осевая нагрузка каждого двигателя из серии не превышает нормированную осевую нагрузку базового двигателя, после чего устанавливают требуемое значение площади отверстий перепуска, при этом площадь отверстий перепуска определяют по формуле:
Figure 00000001
где
γ1…γi - удельный вес воздуха в кольцевых полостях зубьев лабиринтного уплотнения компрессора;
F1…Fi - площади зазоров кольцевых полостей зубьев лабиринтного уплотнения компрессора;
1…i - количество зубьев лабиринтного уплотнения компрессора.
Основной вклад в величину осевой нагрузки, действующей на упорный подшипник ротора газотурбинного двигателя, вносит уровень давлений и геометрические характеристики думисной полости компрессора, особенно уровень давлений и геометрические характеристики лабиринтного уплотнения компрессора.
При серийном производстве двигатели различаются в значениях диаметральных зазоров по лабиринтному уплотнению компрессора в пределах допуска на изготовление. Но и этого бывает достаточно, чтобы изменить осевую нагрузку так, что это приведет к уменьшению ресурса работы двигателя.
Сообщение думисной полости компрессора с выпускной системой с настроечными элементами позволяет регулировать уровень осевой нагрузки путем изменения уровня «стравливания» воздуха, поступающего из думисной полости компрессора в выпускную систему, тем самым регулируя давление в думисной полости и настраивая осевую нагрузку на требуемую величину.
Определение площади зазоров во всех кольцевых полостях лабиринтного уплотнения компрессора для каждого двигателя серии на основе обмеров и с учетом вытяжки зубьев лабиринтного уплотнения за счет теплового расширения и действия центробежных сил позволяет определить реальную площадь зазоров кольцевых полостей зубьев лабиринтного уплотнения компрессора для конкретного двигателя.
Расчетная формула для определения величины площади отверстий перепуска настроечных элементов выводится на основании общеизвестной формулы для определения потерь давления (И.Е. Идельчик. Справочник по гидравлическим сопротивлениям. М., «Машиностроение», 1975, стр. 27):
Figure 00000002
где
Р1 - давление на входе в лабиринтное уплотнение компрессора;
Рдум - давление в думисной полости компрессора;
G1 - расход воздуха через лабиринтное уплотнение компрессора;
ζ - коэффициент сопротивления;
γ1…γi - удельный вес воздуха;
F1…Fi - площади зазоров кольцевых полостей зубьев лабиринтного уплотнения компрессора;
g - ускорение силы тяжести;
1…i - количество зубьев лабиринтного уплотнения компрессора.
Из формулы [1], путем преобразований и введения обозначений имеем:
Figure 00000003
где
Figure 00000004
Figure 00000005
Из уравнения неразрывности известно, что расход через лабиринтное уплотнение компрессора равен расходу в думисной полости компрессора:
Figure 00000006
где
G2 - расход воздуха в думисной полости компрессора, определяемый также из формулы для определения потерь давления (И.Е. Идельчик «Справочник по гидравлическим сопротивлениям». М., «Машиностроение», 1975, стр. 28) путем преобразований и введения обозначений:
Figure 00000007
Рп - давление на выходе из выпускной системы;
Рдум - давление в думисной полости компрессора;
Fп - площадь отверстий перепуска настроечных элементов выпускной системы;
Figure 00000008
γП - удельный вес воздуха, поступающего в выпускную систему.
Далее, приравняв формулы для определения расходов, имеем:
Figure 00000009
Figure 00000010
Поскольку величина
Figure 00000011
по статистике от двигателя к двигателю в серии меняется незначительно, то площадь отверстий перепуска настроечных элементов выпускной системы в большей степени зависит от площади зазоров кольцевых полостей лабиринтного уплотнения компрессора, т.е. от тех зазоров лабиринтного уплотнения компрессора, с какими был изготовлен и собран конкретный двигатель.
Для серии двигателей возможно набрать статистику изменений величины удельного веса воздуха по кольцевым полостям зубьев лабиринтного уплотнения компрессора, и, таким образом, для одного типа двигателя в серии возможно использовать постоянные значения
Figure 00000012
. Поэтому площадь отверстий перепуска настроечных элементов будет зависеть только от площадей кольцевых полостей зубьев лабиринтного уплотнения компрессора, которые определены, исходя из знаний по обмерам лабиринтного уплотнения в процессе его изготовления.
Figure 00000013
Способ поясняется графическими материалами:
на фиг. 1 - схема думисной полости компрессора;
на фиг. 2 - площади зазоров кольцевых полостей лабиринтного уплотнения компрессора.
Газотурбинный двигатель, реализующий предлагаемый способ настройки осевой нагрузки на упорный подшипник опоры ротора, содержит компрессор 1, думисную полость компрессора 2, ограниченную лабиринтным уплотнением компрессора 3 и лабиринтным уплотнением на валу ротора 4, и сообщенную с выпускной системой 5 с настроечными элементами 6 для регулирования давления в думисной полости компрессора. Лабиринтное уплотнение компрессора 3 содержит кольцевые полости зубьев 7.
Способ реализуют следующим образом:
На одном из серии двигателей - базовом двигателе - производят прямое измерение осевой нагрузки на упорный подшипник ротора. Уровень осевой нагрузки, например, на стационарном газотурбинном двигателе составил 500 кгс. На основании расчетов на долговечность подшипника, определяют, что данная осевая нагрузка является оптимальной для данного типа двигателей и принимают это значение в качестве нормированной осевой нагрузки.
Одновременно замеряют давления в думисной полости компрессора 2 и по кольцевым полостям лабиринтного уплотнения компрессора 7.
Для остальных двигателей серии по результатам обмеров зазоров лабиринтного уплотнения компрессора 3, которые производят в процессе изготовления и сборки компрессора 1, определяют площади зазоров во всех кольцевых полостях зубьев 7 лабиринтного уплотнения компрессора 3 (F1…Fi) с учетом вытяжки зубьев лабиринтного уплотнения компрессора 3 за счет теплового расширения и действия центробежных сил.
Поскольку удельный вес воздуха γ1…γi в кольцевых полостях лабиринтного уплотнения компрессора 7 прямо пропорционален давлению в этих полостях, а температура меняется незначительно, то по замерам давления определяют:
Figure 00000014
И по формуле [1]:
Figure 00000015
рассчитывают площадь отверстий перепуска настроечных элементов 6 выпускной системы 5.
Далее устанавливают в выпускную систему 5 требуемое количество с необходимой площадью отверстий перепуска настроечных элементов 6.
На одном из двигателей, где были установлены настроечные элементы в выпускной системе думисной полости компрессора, определенные в соответствие с расчетной формулой [1], был произведен поверочный замер осевой нагрузки, который не превысил уровень осевой нагрузки, замеренной на базовом двигателе, а именно 500 кгс.
Это позволяет без прямого измерения осевой нагрузки на упорный подшипник ротора обеспечить уровень осевой нагрузки, не превышающий нормированное значение, путем установки настроечных элементов в выпускной системе по расчетной формуле [1] на всех остальных двигателях серии.
Реализация изобретения позволяет обеспечить требуемый ресурс двигателей в серии за счет настройки осевой нагрузки для каждого двигателя, которая не превышает нормированное значение, при этом сохраняется уровень экономичности серийного производства двигателей, поскольку настройка производится без использования дорогостоящего оборудования, препарировки двигателя, используются только результаты обмеров геометрических характеристик деталей двигателя, которые производят в процессе их изготовления на серийных двигателях.

Claims (6)

  1. Способ настройки осевой нагрузки на упорный подшипник опоры ротора газотурбинного двигателя, включающий измерение осевой нагрузки на требуемом режиме работы на базовом двигателе из серии с одновременным замером давления во внутренней полости двигателя, определяющей осевую нагрузку, отличающийся тем, что в качестве внутренней полости двигателя, определяющей осевую нагрузку, используют думисную полость компрессора, ограниченную лабиринтным уплотнением компрессора и лабиринтным уплотнением на валу ротора, полость сообщают с выпускной системой с по меньшей мере одним отверстием перепуска в настроечном элементе для регулирования давления в думисной полости компрессора, определяют площади зазоров во всех кольцевых полостях зубьев лабиринтного уплотнения компрессора (F1…Fi) с учетом вытяжки зубьев лабиринтного уплотнения за счет теплового расширения и действия центробежных сил и определяют суммарную площадь отверстий перепуска в настроечном элементе выпускной системы Fп, при которой осевая нагрузка каждого двигателя из серии не превышает нормированную осевую нагрузку базового двигателя, после чего устанавливают требуемое значение площади отверстий перепуска, при этом площадь отверстий перепуска определяют по формуле:
  2. Figure 00000016
  3. где
  4. γ1…γi - удельный вес воздуха в кольцевых полостях зубьев лабиринтного уплотнения компрессора;
  5. F1…Fi - площади зазоров кольцевых полостей зубьев лабиринтного уплотнения компрессора;
  6. 1…i - количество зубьев лабиринтного уплотнения компрессора.
RU2018109981A 2018-03-21 2018-03-21 Способ настройки осевой нагрузки на упорный подшипник опоры ротора газотурбинного двигателя RU2682215C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018109981A RU2682215C1 (ru) 2018-03-21 2018-03-21 Способ настройки осевой нагрузки на упорный подшипник опоры ротора газотурбинного двигателя

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2018109981A RU2682215C1 (ru) 2018-03-21 2018-03-21 Способ настройки осевой нагрузки на упорный подшипник опоры ротора газотурбинного двигателя

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2682215C1 true RU2682215C1 (ru) 2019-03-15

Family

ID=65806013

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2018109981A RU2682215C1 (ru) 2018-03-21 2018-03-21 Способ настройки осевой нагрузки на упорный подшипник опоры ротора газотурбинного двигателя

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2682215C1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2719331C1 (ru) * 2018-04-27 2020-04-17 Сименс Акциенгезелльшафт Способ определения нагрузки подшипника, компьютерный программный продукт, устройство управления и привод

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU679828A1 (ru) * 1976-12-27 1979-08-15 Предприятие П/Я Р-6837 Способ определени осевой нагрузки на радиально-упорный шарикоподшипник
SU1434283A1 (ru) * 1985-08-28 1988-10-30 Предприятие П/Я А-1469 Способ измерени осевого усили ,действующего на радиально-упорный подшипник ротора турбомашины,и устройство дл его осуществлени
RU2160435C2 (ru) * 1997-11-20 2000-12-10 Испано Сюиза Устройство измерения осевой тяги на вращающемся валу
JP2007086060A (ja) * 2005-08-25 2007-04-05 Ntn Corp 空気サイクル冷凍冷却用タービンユニット
RU2392464C1 (ru) * 2008-12-19 2010-06-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") Способ определения осевой нагрузки, действующей на упорный подшипник опоры ротора, преимущественно газотурбинного двигателя

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU679828A1 (ru) * 1976-12-27 1979-08-15 Предприятие П/Я Р-6837 Способ определени осевой нагрузки на радиально-упорный шарикоподшипник
SU1434283A1 (ru) * 1985-08-28 1988-10-30 Предприятие П/Я А-1469 Способ измерени осевого усили ,действующего на радиально-упорный подшипник ротора турбомашины,и устройство дл его осуществлени
RU2160435C2 (ru) * 1997-11-20 2000-12-10 Испано Сюиза Устройство измерения осевой тяги на вращающемся валу
JP2007086060A (ja) * 2005-08-25 2007-04-05 Ntn Corp 空気サイクル冷凍冷却用タービンユニット
RU2392464C1 (ru) * 2008-12-19 2010-06-20 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") Способ определения осевой нагрузки, действующей на упорный подшипник опоры ротора, преимущественно газотурбинного двигателя

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2719331C1 (ru) * 2018-04-27 2020-04-17 Сименс Акциенгезелльшафт Способ определения нагрузки подшипника, компьютерный программный продукт, устройство управления и привод
US11060933B2 (en) 2018-04-27 2021-07-13 Siemens Aktiengesellschaft Method for determining loading of a bearing, a computer program product, a control facility and a drive

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4767259A (en) Cooling air flow controlling apparatus for gas turbine
US20060096292A1 (en) Method for determination of the temperature, mass-averaged over a flow cross-section, of a gas flow in a gas turbine
EP3208442A1 (en) Method and system for modulated turbine cooling as a function of engine health
EP2107305A1 (en) Gas turbine system and method
US10626800B2 (en) System and method for calibrating a case cooling system for a gas turbine engine
CN101900033B (zh) 用于改进燃气涡轮性能的系统和方法
US20110048119A1 (en) Mechanical drive train for testing full scale compressor rigs and gas turbines
CN102713162A (zh) 控制静子叶片角度位置的系统和优化所述角度位置的方法
US4594849A (en) Apparatus for synthesizing control parameters
EP2905666A1 (en) Estimation of health parameters in industrial gas turbines
US11105201B2 (en) Steam turbine
RU2682215C1 (ru) Способ настройки осевой нагрузки на упорный подшипник опоры ротора газотурбинного двигателя
US20110142602A1 (en) Methods of determining variable element settings for a turbine engine
KR20150098580A (ko) 내연기관의 운전방법
CN110043370B (zh) 涡扇发动机核心机的空气流量测量方法
CN106840643A (zh) 一种冲击换热下机匣热变形的测量装置
US10711698B2 (en) Gas turbine engine fuel system prognostic algorithm
GB2157858A (en) Control or monitoring of temperature
RU2476849C1 (ru) Способ контроля технического состояния и обслуживания двухроторного газотурбинного двигателя при его эксплуатации
CN112098058A (zh) 重型燃气轮机透平叶片热疲劳寿命分析方法及试验系统
RU2006593C1 (ru) Способ регулирования радиального зазора между концами лопаток ротора и корпусом турбомашины газотурбинного двигателя
RU2634997C2 (ru) Способ управления газотурбинным двигателем с форсажной камерой сгорания и система для его осуществления
Whitehouse et al. Estimating the effects of altitude, ambient temperature and turbocharger match on engine performance
WO2017096144A1 (en) Gas turbine firing temperature control with air injection system
RU2725919C1 (ru) Способ контроля технического состояния насоса топливорегулирующей системы газотурбинного двигателя