Конструкция и проектирование ЖРД Гахун Г.Г. (1014171), страница 53
Текст из файла (страница 53)
Трехточечные шарикоподшипники примепяют в опорах ротора повышенной грузоподъемности, а также для восприятия значительной осевой неуравновешенной силы. Наиболее слабым элементом высокоскоростиого шарикоподшипника является сепаратор. Для стабилизации своего положения он центрируется по внутреннему (рис. 10.44,а) либо по наружному кольцу (см. рис. 10А4,б) .
При центрировании сепаратора по внутреннему кольцу действие центробежных сил не вызовет заедапия сепаратора, так как зазор между сепаратором и кольцом с ростом частоты увеличивается, что важно при работе в криогенных компонентах. Однако центрирование сепаратора по внешнему кольцу позволяет снизить сопротивление при течении компонента благодаря увеличенному внутреннему зазору. Жидкость в полости подшипника под действием центробежной силы увлекается к периферии, смазывает центрирующую иаружлую поверхность сепаратора и обеспечивает отвод тепла от сепаратора через более холодное наружное кольцо. Высокая работоспособиость шарикоподшипников при центрировании сепаратора по внешнему кольцу возможна при хорошем отводе тепла тре- Рпс.
1ОА4. В(ариковые подшвшпькп с двухсот ечпым (е) и трехточечным (67 ковтектеми: 1 — иаружпое кольцо; 2 — шарик; 3 — сепаратор; 4 — виутревпее колыьо ния, что обеспечивается протоком охлаждающего компонента и поддержь нием заданного значения рабочей температуры в полости. В противною случае при нагреве сепаратора возможно его заклинивание в наружною кольце подшипника и не исключена поломка. В процессе работы высокоскоростных подшипников происходят не усталостные явления в виде выкрашивания шариков и беговых доро, жек, а износ шариков и сепараторов, который, начавшись, приобретает лавинообразный характер. За короткий срок работы у сепаратора могут полностью износиться перемычки, при этом износ шариков достигает всего 20 мкм. На работоспособность подшипника влияет выбор материалов его деталей.
Распространенными материалами для изготовления колец подшив. ников и тел качения являются хромистые стали марок: ШХ15, ШХ9, ШХ6 ШХ15СГ, имеющие после термообработки твердость колец НЕС 62...65, шариков НЕС 62...66. Материал подшипника для работы в химически активной или криогенной жидкостях следует подбирать с учетом ее физи.
ко-химических свойств и активности. Так, четырехокись азота ()Ч,О,), растворяясь в воде при промывке агрегата, образует раствор азотной кислоты, вызывающий коррозию названных сталей и в этом случае еле. дует применять коррозионностойкую сталь 95Х18-Ш. Сепараторы изго. тавливают Из сталей типа 12Х18Н9Т, бронзы БРАЖМц10-3-1, 5, алюминие. вых сплавов АК 1 и Д1-Т, фторопласта4. Применение фторопластов сии.
жает коэффициент трения, но из-за его низкой теплопроводности при нагревании сепаратора во время работы возможна потеря им формы (псевдотекучесть) . На выбор материалов оказывают влияние не только условия работы подшипника, но и хранение ТНА. Например, при работе опоры в протоке жидкого кислорода консервация подшипника с применением масел не допускается, поэтому следует использовать коррозионно.стойкие стали типа 95Х18, 95Х13 и другие материалы, стойкие в криогенной среде и обработанные холодом. Обозначение материала подшипника ставят после его номера, характе.
ризующего габаритные размеры. Так подшипник, выполненный из коррозионно-стойких сталей, обозначается: Ю1, Ю2, ЮЗ и тд.; подшипник с се. паратором из безоловянистой бронзы — Б1, Б2, БЗ и тд.; подшипник иэ алюминиевых сплавов — Д1, Д2, ДЗ и т.д.; подшипники из сталей типа ШХ со специальными присадками (ванадий, кобальт и др.) обозначаются Э. В ТНА ротор может быль двух- или четырехопорным, в зависимости от числа валов, каждый из которых опирается на две или реже на тря опоры (см. рис.
10.2, к, л) . Подшипник на валу устанавливается с минимальным радиальным зазором. Гнездо в корпусе под подшипник и шейка вала обрабатываетса с точностью, обеспечивающей заданный натяг или зазор. Чаше применяются два вида комбинаций: 1) на валу с натягом, а в корпусе по посадке сколы жения или с небольшим зазором; 2) на валу по посадке скольжения, а в 248 кор орпусе с натягом. Следует помнить, по после сборки действительный Р нальный зазор будет уменьшен по сравнению с начальным из-за дефорпин наружного кольца, запрессованного в корпусе нли нз-за увеличения амеров внутреннего кольца, напрессованного на вал. Точность опоры лжна быть соизмерима с точностью изготовления и монтажа подшипни„ового узла в целом. При этом должно быль обеспечено высокое центриованне вала, низкий коэффициент трения и его постоянство на всех режимах работы ТНА.
Схема установки вала ТНА на подшипники качения зависит от снл, денствующих на ротор, расстояния между опорами и ресурса их работы. для малоресурсных ТНА при небольшом расстоянии между опорами н сбапансиРованной осевой нагРУзке пРименЯютсЯ схемы, пРиведенные на рис. 10.45, д, б. Оба подшипника обязательно фиксируются в осевом направлении по внутреннему (см. рнс. 10.45, а) нли по наружному кольцу (см, рис. 10М5, б) .
Осевой зазор б по корпусу или валу исключает осевое усилие на подшипнике при температурных деформациях деталей ротора ео время работы. Осевое перемещение опоры происходит по поверхности скольжения С. Следует учитывать, что поверхность скольжения на большем диаметре (см. рис. 10.45, а) предпочтительная, так как уменьшается опасность проворачивания наружного кольца подшипника в корпусе из-за увеличения силы трения. На рис.
10.45, в, г приведены схемы постановки опор ротора прн большом расстоянии между опорами. При проектировании насосов ТНА в целом обеспечивают возможно меньшие значения осевых и радиальных снл, действующих на подшипники С целью разгрузки подшипников от осевых сил изменяют расположение герметизирующих буртов по обе стороны центробежного колеса, выполняют разгрузочные отверстия в дисках колеса или устанавливают разгрузочное устройство, воспринимающее на себя неуравновешенную осевую силу ротора. Например, разгрузка ротора ТНА окислителя н горючего ЖРД ББМЕ в осевом направлении осуществляется с помощью специального разгрузочного поршня.
Ж'М Ю е рно 10.45. Схемы установке днуяопорных нанон: е, б — прн маном расстоянии межпу подшипниками; в, г — прн большом расстояннн между подшипниками Снижению радиальных сил, действующих на опоры, способсгвуег тщательная динамическая балансировка всего ротора ТНА. Как правило, в ТНА подшипники устанавливают по наружному кольцу непосредственно в корпусе (см. рис.
10.12). При этом одна опора (поз. 7) воспринимающая осевую нагрузку, фиксируется по внутреннему кольцу на валу, а по наружному кольцу — в корпусе. У второй опоры (поз. 7) наружное кольцо имеет возможность осевого перемещения, чем исклю. чается осевое усилие на подшипнике при температурных деформациях деталей насоса во время работы. Оба подшипника работают в протоке компонента, обеспечивающего их охлаждение.
В высокоресурсных агрегатах, например в ТНА подачи кислорода ЖРД БИМЕ, опоры ротора представляют собой блоки сдвоенных одноряд. ных шарикоподшипников (рис. 10.46), зафиксированных от осевых перемещений по внутренним кольцам, а наружные установлены по скользящей посадке во втулках 2, 13. В осевом направлении подшипники фиксируются распорными пружинными кольцамн 4, 10, которые обеспечивают равномер ное распределение нагрузки между ними. Кроме того, вследствие равно.
мерного распределения осевого усилия по наружному кольцу устраняются перекосы в опорах и повышается их жесткость. Значение усилия прнжатия распорного к нагруженному кольцу подшипника — не более 3 Н на 1 мм окружности. Общий недостаток подшипников качения заключается в жесткой их работе, отсутствии демпфирования при колебании нагрузки, сложности установки и монтажа, повышенной чувствительности к неточностям уста.
новкн, наличии металлического контакта между телами качения и кольцами и сравнительно высокий уровень шума, обусловленный погрешнос. тями формы элементов подшипника. Их долговечность определяется чнс. лом циклов нагружения, которое может выдержать материал в зависимости от скорости вращения. С увеличением осевой и радиальной нагрузок долговечность резко уменьшается. Заданная долговечность подшипников 17 УФХб 7 8 7 ут 77 УУ Рнс. 10А6. Установка вала насоса жидкого кислорода высокорссурсного ТНА ЖРД: 1 — корпус насоса: 2, 13 — втулки опор; 3, 6, 9, 12 — подшипники; 4, 1Π— распорныс кольна; 5, 11 — втулки; 7 — гайка; 8 — вап ачения, главным образом, обеспечиваешься температурным режимом их ,аботы. Для повышения работоспособности и безопасного прохождения рото- ом резонансного участка широко применяются конструкции опор, где подшилник связан с корпусом насоса через упругие кольна или пластинчатые демлферы, между которыми имеется тонкий слой рабочей жидкости, а также опоры, работающие с использованием гидродинамического аффекта (рис.
10.47). Так, упругое кольцо 4 (см. Рис. 10.47, а) устанавливается с зазором ба ло гладкому кольцу 3 н с зазором бь в корпусе насоса. Гдадкое подкладное кольцо 3 ставится с зазором 6 з по наружному кольцу подшипника, Расчет опор качения проводят но значению условной долговечности, определяющей время (в ч), в течение которого подшипники могут работать при заданных условиях нагружения без появления признаков усталости материала. Усталость проявляется в виде выкрашивания металла по рабочим поверхностям (мелкие точки "язвины") шариков и беговых дорожек колец.
Статистика показывает, что чаще всего разрушение подшипников малоресурсных ТНА (г < 2000 с) происходит в результате потирания и разрушения сепаратора. Расчет работоспособности опор роторов с учетом грузоподъемности, долговечности, угловой скорости и других конструктивных параметров изложен в учебнике Г.С.
Скубачевского 1181 . Работоспособность и ресурс работы опор валов ТНА повышенной быстроходности зависит от теплового режима работы, который обеспечивается подачей охлаждаемой жидкости через подшипник и значением допускаемого ее подогрева. Недостаточный расход приводит к перегреву нодшилникового узла и лри достижении нулевого радиального зазора подшипник заклинивается. При увеличенном, ло сравнению с онтималь- гУР ~ ~ьу 1 г Х 1 2 а о Рнс 10.47. Конструктивные схемы упругодемнфнрующих опор: а — с упругим кольцом; 6 — с ппастинчатым демпфером; в — с гндродинамическим демпфером; 1 — вап; 2 — подшипник; 3 — гладкое подкладное кольцо; 4 — упругое коаыю; 5 — пластины 25! ным, расходе также уменьшается работоспособность подшипника из.за воздействия на него избьпочной осевой силы, связанной с повышенным перепадом давления.
Для смазки и охлаждения подшипников применяют консистентную смазку, жидкое масло от специального насоса или основные компоненгм топлива. В последнем случае существенно уцрошается система уплотнений по валу, конструкция ТНА и повышается его надежность. Компонент топлива в подшипник должен отбираться только не нагретым и после поц шипника поступает на вход в насос по магистрали перепуска либо по каналам в корпусе насоса и вала ротора (см. рис. 10.42 и 10.46). Расход компонентов топлива или масла через подшипник должен быль гаранти.
рован. Оценку потерь на трение в подшипниках качения, смазываемых я охлаждаемых маслом или компонентом топлива, и значение расхода можно проводить для используемых марок масел по известным методикам, изложенным в учебнике Г.С. Скубачевского 118) . Коисистеитная смазка, которая закладывается в подшипник лри сбор. ке или перед запуском ТНА, в настоящее время практически ие примо ляется, так как в случае длительного хранения требуется периодическая добавка или смена ее в волости. Кроме того, в подшипниках, расположенных рядом с газовой турбиной, смазка должна быть тугоплавкой, а в насосе с криогенным компонентом, наоборот, — хладостойкой.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
