Гахун Г.Г. - Конструкция и проектироввание жидкостных ракетных двигателей (1049215), страница 54
Текст из файла (страница 54)
Материал подшипника для работы в химически активной или криогенной жидкостях следует подбирать с учетом ее физико-химических свойств н активности. Так, четырехокись азота (Хз04), растворяясь в воце при промывке агрегата, образует раствор азотной кислоты, вызывающий коррозию названных сталей и в этом случае следует применять коррозионно-стойкую сталь 95Х18-Ш. Сепараторы изготавливают из сталей типа 12Х18Н9Т, бронзы БРАЖМц10-3-1, 5, алюминиевых сплавов АК-4 и Д1-Т, фторопласта-4. Применение фторопластов снижает коэффициент трения, но из-за его низкой теплопровоцности и и н агревании сепаратора во время работы возможна потеря им формы (псевцотекучесть) .
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 цругие материалы, стойкие в криогенной среде и обработанные холодом. Обозначение материала подшипника ставят после его номера, характеризующего габаритные размеры.
Так подшипник, выполненный из коррозионно-стойких сталей, обозначается; Ю1, Ю2, ЮЗ и т.цп подшипник с сепаратором из безоловянистой бронзы — Б1, Б2, БЗ и т.дц поцшипник из алюминиевых сплавов — Д1, Д2, ДЗ и тшб подшипники из сталей типа ШХ со специальными присадками (ванадий, кобальт н др.) обозначаются 3. В ТНА ротор может быть двух- или четырехопорным, в зависимости от числа валов, каждый из которых опирается на цве или реже на три опоры (см.
рис. 10.2, к, л) . Подшипник на валу устанавливается с минимальным радиальным зазором. Гнездо в корпусе под подшипник и шейка вала обрабатывается с точностью, обеспечивающей заданный натяг или зазор. Чаще применяются два вида комбинаций: 1) на валу с натягом, а в корпусе по посадке скольжения или с небольшим зазором; 2) на валу по посадке скольжения, а в 248 корпусе с натя~ом, Следует помнить, что после сборки действительный радиальный зазор будет уменьшен по сравнению с начальным из-за деформации наружного кольца, запрессованного в корпусе или нз-за увеличения размеров внутреннего кольца, напрессованного на вал.
Точность опоры должна быть соизмерима с точностью изготовления и монтажа подшипннкового узла в целом. При этом должно быть обеспечено высокое центрирование вала, низкий коэффициент трения и его постоянство на всех режимах работы ТНА. Схема установки вала ТНА на поцшипннки качения зависит от снл, действующих на ротор, расстояния между опорами и ресурса нх работы.
Для малоресурсных ТНА при небольшом расстоянии между опорами н сбалансированной осевой нагрузке применяются схемы, приведенные на рис. 10.45, а, б. Оба подшипника обязательно фиксируются в осевом направлении по внутреннему (см. рнс. 10.45, а) или по наружному кольцу (см. рнс. 10.45, б) . Осевой зазор 8 по корпусу или валу исключает осевое усилие на подшипнике при температурных деформациях цеталей ротора во 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 сил, действующих на подшипники С целью разгрузки подшипников от осевых сил изменяют расположение герметизирующих буртов по обе стороны центробежного колеса, выполняют разгрузочные отверстия в цисках колеса нли устанавливают разгрузочное устройство, воспринимающее на себя неуравновешенную осевую силу ротора. Например, разгрузка ротора ТНА окислителя и горючего ЖРД 88МЕ в осевом направлении осуществляется с помощью специального разгрузочно~о поршня.
;ам Е г Рис. 10.45. Схемы установки двухоппрных валов: а, б — при малом расстоянии межлу подшипниками; в, г — при большом рассгоянии между подшипниками 2 б' б 7 г б 250 Снижению радиальных сил, цействующих на опоры, способствует тщательная цинамическая балансировка всего ротора ТНА. Как правило, в ТНА поцшипники 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 исключается осевое усилие на подшипнике при температурных деформациях деталей насоса во время работы. Оба подшипника работают в протоке компонента, обеспечивающего нх охлаждение. В высокоресурсных агрегатах, например в ТНА подачи кислорода ЖРЛ ББМЕ, опоры ротора прецставляют собой блоки сдвоенных одноряцных шарикопоцшипников (рнс.
10.46), зафиксированных от осевых перемещений по внутренним кольцам, а наружные установлены по скользящей посадке во втулках 2, 13, В осевом направлении поцшнпники фиксируются распорными пружинными кольцами 4, 10, которые обеспечивают равномерное раслрецеление нагрузки между ними. Кроме го~о, вследствие равномерного распрецеления осевого усилия по наружному кольцу устраняются перекосы в опорах и повышается их жесткость.
Значение усилия прижатия распорного к нагруженному кольцу подшипника — не более 3 Н на 1 мм окружности. Общий недостаток поцшипников качения заключается в жесткой их работе, отсутствии цемпфирования при колебании нагрузки, сложности установки н монтажа, повышенной чувствительности к неточностям установки, наличии металлического контакта между телами качения н кольцами и сравнительно высокий уровень шума, обусловленный погрешностями формы элементов подшипника. Их долговечность определяется числом циклов нагруження, которое может выдержать материал в зависимости от скорости вращения. С увеличением осевой и радиальной нагрузок долговечность резко уменьшается. Заданная цолговечность подшипников 1279бб787 В Р Га гугггт Рие. 10.46. Уставовка вала васоев жидкого кислорода выспкоресурсвого ТНА жрдб ! .
корпус пасоса; 2, 13 — втулки опор; 3, б, 9. 12 .- подшипники; 4, !О асио лыс кольца; 5, 1! — втулки; 7 — !айка! 8 — ввл качения, главным образом, обеспечивас!ся температурным режимом их работы. Для повьцнения работоспособности и безопасного прохождения ротором резонансного участка широко применяются конструкции опор, где подшипник связан с корпусом насоса через упругие кольца или пластинчатые демпферы, между которыми имеется тонкий слой рабочей жидкости, а также опоры, работающие с использованием гидроцинамического эффекта (рис.
10.47). Так, упругое кольцо 4 (см. Рис. 10.47, а) устанавливается с зазором б, по гладкому кольцу 3 и с зазором Б! в корпусе насоса Гладкое подкладное кольцо 3 ставится с зазором б з по наружному кольцу подшипника, Расчет опор качения проводят по значению условной цолговечности, 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 ~очки "яэвины") шариков и беговых дорожек колец.
Статистика показывает, что чаше всего разрушение подшипников малоресурсных ТНА (т ( 2000 с) происходит в результате потирания и разрушения сепаратора. Расчет работоспособности опор рото- Р ов с учетом грузоподьемности, долговечности, угловой скорости и цругих конструктивных параметров изложен в учебнике Г.С. Скубачевского 118) . Работоспособность и ресурс работы опор валов ТНА повышенной быстрохоцности зависит от теплового режима работы, который обеспечивается подачей охлаждаемой жидкости через подшипник и значением цопускаемого ее подогрева. Недостаточный расхоц приводит к перегреву под!пипникового узла и при цостиженин нулевого рациального зазора поцшипник заклинивается. При увеличенном, по сравнению с оптималь.
а ст б Ряс. 1 0.47. Конструктив вые схемы упругодем пфврумшвх опор: а с упругим кольцом; б — с пластвцчатым демпфером; и - с гццродввамнческвм демпфером; 1 — вап; 2 — подшипник; 3 гладкое подкладное кольцо; 4 упругое кольцо; 5 — !шаствпы ным, расходе также уменьшается работоспособность подшипника из-за воздействия на него избыточной осевой силы, связанной с повышенным перепадом давления. Для смазки и охлаждения подшипников применяют консистентную смазку, жидкое масло от специального насоса или основные компоненты топлива. В последнем случае существенно упрощается система уплотнений по валу, конструкция ТНА и повышается его нацежность.
Компонент топлива в поцшипник должен отбираться только не нагретым и после подшипника 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 гарантирован. Оценку потерь на трение в подшипниках качения, смазываемых и охлаждаемых маслом или компонентом топлива, и значение расхода можно проводить для используемых марок масел по известнь!м методикам, изложенным в учебнике Г.С. Скубачевского 1181.
Консистентная смазка, которая закладывается в подшипник при сборке или перед запуском ТНА, в настоящее время лрактюеески не применяется, так как в случае длительного хранения требуется периоцическая добавка или смена ее в полости. Кроме того, в подшипниках, расположенных рядом с газовой турбиной, смазка должна быть тугоплавкой, а в насосе с криогенным компонентом, наоборот, — хладостойкой.
Наряду со строгим подбором смазки появляются дополнительные уплотнения, герметизирующие различные полости подшипников, что усложняет конструкцию ТНА. В случае применения комбинированной системы смазки подшипники при сборке покрывают слоем твердой смазки, а во время работы охлаждают прокачиваемым компонентом. Применение самосмазываюшихся подшипников связано с постановкой опор в газовые среды или в насосах, подающих жидкости с особыми свойствами, например суспензин.
Твердые смазки (графит, фторопласт, дисульфат молибдена и разные комбинации на основе этих трех материалов) обеспечивают работоспособность подшипника в широком интервале температур и давлений при простой конструкции опоры. Однако технологический процесс нанесения твердых смазок сложен, невозможна их добавка во время работы агрегата и ухудшен отвод тепла трения от опоры. Для подшипников, находящихся в протоке компоненть!, при высокой угловой скорости (ео ) 5000 1/с) отмечаются повышенные потери мошности на трение и оголение из-за действия центробежных сил внутренних поверхностей беговой дорожки, что приводит к кавитации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
