Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей под ред. Хронина Д. В. (1014169), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Поэтому в газовых турбинах рекомендуется выполнение этого соединения в ввильчатомр варианте при минимальном значении зазора Л, обеспечивающего легкость напрессовки сгыкуемых деталей при необходимом нагреве под запрессовку детали 1 (см. рис. 4.48, в) либо детали 2 (см. рис. 4.48, г). Надежность штифтового соединения оценивается при расчете на прочность, когда определяется суммарная сила, действующая на один штифт, Рх = ~Г(Р, + Р„)' + Р,„, (Р, — осевая сила; Є— осевая составляющая изгибающего момента; Р,„р — окружная сила от М„р), и находятся напряжения среза т,р, обеспечивая запас прочности Й = т„/т,р, где т, — предельное напряжение среза с учетом рабочей температуры и наработки.
При этом, если выдерживаются рекомендации по б, 1 и й, напряжения смятия будут в пределах допустимых. При наличии нескольких стыков у ротора многоступенчатой турбины (например, вместо торцевых шлиц, как показано на рис. 4.44) число штифтов в местах соединений должно быть различным, желательно кратным в данном случае трем. Наибольшее число штифтов имеется в стыке диска первой ступени с коническим валом и, а в стыках дисков первой и второй ступеней— 2(3п, дисков второй и третьей ступеней — 1(Зп. Радиальные штифты могут быть установлены и в плоскости стыка сопрягаемых деталей.
Так, например, при фланцевом соединении деталей и в плоскости стыка фланцев вы пол няют (рис. 4А2, в) ряд радиальных равномерно расположенных по окружности цилиндрических отверстий. В эти отверстия при сборке узла закладываются цилиндрические штифты с круглыми головками, которыми штифты зафиксированы от радиальных смещений, так как эти головки входят в кольцевую проточку на одном из соединяемых дисков. Диски стягиваются болтом, затяжка которого контролируется, так как создаваемая им сила трения должна быть меньше действующих в радиальном направлении сил.
В этом случае раздельная радиальная деформация в стыке двух соединяемых деталей может иметь место, соосность иа всех режимах гарантируется и соединение разъемное. Фланцевое соединение с использованием призонных болтов, втулок и штифтов (см. рнс. 4.43, б, в, е) Т акое соединение, хорошо известное в технике (221, широко используется для соединения частей роторов в единый узел. Минимальное число призонных болтов выбирается на основании расчета их на срез, смятие и растяжение по наиболее нагруженному стыку и принимается, как правило, таким, чтобы угол ~р = 360'(г расположения их на окружности диаметра Р был удобным прн обработке.
Во многих случаях их число является большим, чем требуется, особенно это имеет место в менее нагруженных стыках, что, на первый взгляд, противоестественно. Однако это обусловлено тем, что: изгибная жесткость ротора зависит от числа болтов в стыке и увеличивается с увеличением их числа; — от числа болтов зависит изменение изгибной жесткости в пределах одного шага между болтами; — изменение изгибной жесткости происходит с частотой, равной числу шагов, и может быть причиной возникновения резонанса в системе ротор — корпус.
Для обеспечения соосности используются цилиндрические пояски (см. рис. 4.43, б, г) либо сами элементы призонного соединения — болты, втулки, штифты. Неразборное соединение сваркой В настоящее время там, где возможно использование неразьемного ротора, части ротора соединяют сваркой. Стыкуя детали 198 ротора по торцу цилиндрических поясков, обеспечивают надежный контакт и, используя методы малого расплава металла (сварку трением (инерционную), вакуумную сварку, электроннолучевую и т. д.), надежно, практически не снижая прочности основного материала, соединяют детали в единый узел. 4.5.4. Опоры роторов В опорах современных ГТД применяют подшипники качения, нередко ограничивающие надежность и ресурс работы.
Подшипники роторов работают при значительных нагрузках, больших угловых скоростях н повышенных температурных режимах. Так, радиальные и осевые силы могут достигать на опорах, фиксирующих ротор от осевых перемещений величин порядка нескольких сотен даН, при окружной скорости на диаметре Р„окружности центров шариков нли роликов подшипника и ж 50 ... 100 м(с, температура их нагрева составляет 200 ... 250 'С в нормальных условиях, достигая 350" и более при скорости полета М т 2,5 ...
3,0. Требуемая наработка от 500 до 1О 000 ч и более — в зависимости от назначения самолета. Для современных двигателей и двигателей ближайшего будущего температура газа перед турбиной имеет тенденцию к возрастанию. Возрастает н температура воздуха на выходе из компрессора в связи с увеличением степени повышения давления. В ближайшее время температура воздуха на выходе из компрессора будет порядка 1000 К н более, т. е. такой, какой была на заре развития турбореактивных двигателей температура газов перед турбиной. Вследствие этого особенно остро встает вопрос о защите подшипниковых узлов от проникновения к ннм теплового потока, передаваемого благодаря теплопроводности, например, от диска в вал и далее к подшипнику либо теплоизлучением от дисков, деталей камеры сгорания, соплового аппарата, сопла или форсажной камеры.
Для уменьшения теплового потока, поступающего от нагретых элементов двигателя, существует ряд конструкторских решений. Так, например, корпус опор покрывают теплоизоляцией, а для снижения теплового потока от вала к подшипнику последний устанавливают на вал через промежуточную втулку, на внутренней либо наружной поверхности которой выполняются кольцевые илн продольные пазы для уменьшения площади соприкосновения ее с более нагретым валом или корпусом. Подшипники, применяемые в ГТД В ГТД применяют, несмотря на некоторые недостатки (большие радиальные размеры и большая масса), исключительно подшипники качения, обладающие по сравнению с подшипниками скольжения рядом преимуществ; способностью работать при 199 юаа М5 ~оо 75 о ааао паап л,, Рис. 4.49.
Типы применяемых однорядных шариковых и роликовых подшипников (подвод н отвод масла): о — шариковый двухточечный подшипник с буртиком; б — трехточечный подшипник с пазами на наружном кольце; е — четырехточечный подшипник с отверстиимн дл» под. вода масла; г — подшипник с текнологическим буртииом под сьемиик; О и з — роликовые подшипники с центрированием сепаратора по наружному кольцу; ж — с центры. резанием сепаратора по внутреннему кольцу; З вЂ” подшипник с крепежным флавием; и — график работоспособности подшипников при различных свособах отвода масла больших частотах вращения, малыми размерами по длине, значительно меньшими коэффициентами трения.
Меньшее трение в подшипнике требует и меньшего количества смазочного масла для его охлаждения. Для роторов авиационных двигателей используют шариковые и роликовые подшипники средних, легких и сверхлегких серий, классов точности 4 и 5. В опорах компрессоров и турбин применяются преимущественно шариковые и роликовые подшипники с точеными неразъемными сепараторами, разделяющими шарики и ролики по окружности, что исключает трение непосредственно между ними. На рис.
4.49 показаны различные типы применяемых однорядных шариковых и роликовых подшипников. Однорядный шариковый подшипник имеет радиус поперечной кривизны беговой дорожки больший, чем радиус шарика. Под действием осевой силы в подшипнике образуется угол контакта се, которым определяется допустимая величина воспринимаемой подшипником осевой силы. Подшипники, приведенные на рис. 4,49, б, в, имеют разъемные кольца — наружное либо внутреннее. Разъем позволяет увеличить число шариков, углубить беговые дорожки и использовать неразъемный более прочный сепаратор. Увеличение числа шариков уменьшает контактные напряжения в точках контакта, большая глубина канавок в кольцах дает возможность иметь увеличенный угол контакта св, а следовательно, и возможность воспринимать ббльшую осевую силу по сравнению с подшипниками двухточечного контакта при прочих равных условиях.
гоо Так называемые подшипники трехточечного и четырехточечного контакта ' обладают повышенной грузоподъемностью и применяются при значительной осевой силе в фиксируюших опорах ГТД или для восприятия тяги ВИШ (винта изменяемого шага) в редукторах ТВД. В некоторых конструкциях затруднен съем подшипника с вала, и для его монтажа одно из колец может быть выполнено удлиненным с кольцевой канавкой для захвата съем- ником (рис. 4.49, г). На рис. 4.49, а приведен подшипник, на наружном кольце которого выполнен буртик, которым подшипник зажимаегся между корпусом и привертываемым к нему фланцем.
Роликовые подшипники, используемые в ГТД (рис. 4.49, д, е, ж, з), различаются тем, что буртики, удерживающие ролики от осевого перемещения внутри подшипника, выполнены на наружном нли внутреннем кольце. Такая конструкция подшипников дает возможность перемещения одного кольца по отношению к другому при различном удлинении ротора и корпуса двигателя при изменении их теплового режима работы. В подшипниках с фиксацией роликов во внутреннем кольце имеет место меньшее гидравлическое сопротивление выходу масла из подшипника, благодаря чему рабочая температура подшипника обеспечивается при меньшем количестве подаваемого на охлаждение масла (рис.
4.49, д, ж, з). Для уменьшения диаметральных размеров и массы подшипника иногда внутреннее кольцо подшипника отсутствует. В этом случае ролики катятся по цементированным или аэотированным поверхностям вала, выполняемым с высокой точностью. Материал колец и тел качения выбирают в зависимости от рабочей температуры подшипника. Если температура не превышает 200... 250 'С, используют сталь ШХ!5 со специальной термообработкой; при температурах порядка 250 †4 'С вЂ” сталь ЭИ437, при более высоких температурах — жаропрочные и жаростойкие сплавы. Сепараторы, работающие при температуре менее 120 'С, изготавливают нз термически обработанных алюминиевых сплавов, имеющих плохие антифрикционные свойства.
Для снижения трения их трущиеся поверхности покрывают тонким слоем графита. Способ центрирования сепаратора имеет важное значение для работы подшипника. Центрировать сепаратор можно как по наружному, так и внутреннему кольцу. Каждый из этих способов имеет положительные и отрицательные стороны. В сепараторе 2 (рис. 4.50), как и в любой вращающейся детали, всегда имеется небольшая остаточная неуравновешенная сила й), приложенная ') Подшипники двухточечного, трехточечного и четырехточечного контакта называют так потому, что при радиальной нагрузке в случае отсутствия осевой силы каждый шарик имеет контакт с беговыми дорожками колен в двух, трех или четырех точках (рис. 4.49, о, б, и).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
