книги / Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок. Т. 1 Общие сведения. Основные параметры и требования. Конструктивные и силовые схемы

Глава 4. Си ловые схемы Г Т Д

сокие контактные напряжения, прижоги при про­ скальзывании, дефекты материала подшипников.

Кроме этого, к выходу подшипников из строя приводит разрыв сепаратора, фреттинг-коррозия по посадочным поверхностям, износ подшип­ ников без усталостного выкрашивания.

Результаты анализа проявления дефектов под­ шипников, а также причины, вызывающие выше­ перечисленные дефекты и способы их устранения представлены в табл. 4.1.

Кроме того, на работоспособность подшип­ ника влияет ряд факторов, а именно:

1)производственные, обусловленные точнос­ тью изготовления и особенностями технологии сборки:

-перекосы внутреннего и наружного кольца подшипника относительно друг друга, изменяю­ щие кинематику подшипника и, связанное с этим, дополнительное взаимодействие элементов под­ шипника;

-забоины на телах качения, наносимые при сборке из-за несовершенства технологии или невнимательности сборщика, влияющие на реаль­ ные (фактические) зазоры и возможный дополни­ тельный распор в подшипнике, инициирующий начало выкрашивания;

2)эксплуатационные, обусловленные попада­ нием в зону контакта между телами качения:

-фрагментов грязи, заносимых смазкой;

-твердых частицпродуктов износа, вы­ крашивания или разрушения других элементов, заносимых смазкой или с наддуваемым в опору воздухом;

3)дополнительные нагрузки в подшипнике при транспортировке, приводящие к микроде­ формации поверхности беговых дорожек колец подшипников.

Влияние этих вредных факторов устраняется следующими мероприятиями:

-соблюдение дополнительных конструктор­ ско-технологических требований к процессам изготовления, сборки, эксплуатации двигателя, введение в конструкцию двигателя регулировоч­ ных элементов для устранения несоосностей, перекосов подшипников;

-оснащение процесса сборки специальны­ ми приспособлениями, исключающими получе­ ние забоин на подшипниках;

-дополнительная очистка воздуха, подавае­ мого на наддув уплотнений;

-ужесточения условий транспортировки (на­ пример, запрет перевозки железнодорожным транспортом или контроль уровня перегрузок при транспортировке).

Вбольшинстве случаев к выходу подшипни­ ков из строя приводит сочетание нескольких не­

благоприятных факторов, например, сочетание высокой нагрузки, высокой температуры и на­ личия частиц загрязнения в масле и в воздухе, попадающем в масляную полость через лаби­ ринтные уплотнения.

Говоря о дефектах подшипников необходимо отметить, что при работе подшипника в «ком­ фортных условиях» (высокая чистота масла, от­ носительно невысокие температуры и оптималь­ ные нагрузки) подшипник качения становится практически «вечным».

С целью своевременного диагностирования состояния подшипников на авиационных двига­ телях применяются специальные системы кон­ троля, позволяющие отследить начальные ста­ дии проявления дефекта. В частности, в линиях откачки масла от узлов подшипников устанав­ ливаются фильтры-сигнализаторы и магнитные сигнализаторы стружки, которые в случае появ­ ления стружки в масле дают сигнал оповещения в кабину пилота. Также в линиях откачки масла устанавливаются магнитные пробки, которые регулярно осматриваются в процессе эксплуата­ ции для контроля появления стружки. Появление стружки на магнитной пробке позволит точно определить место расположения дефектного под­ шипника, так как каждая магнитная пробка конс­ труктивно привязана к линии откачки от конк­ ретной опоры (подшипника).

Кроме того, в настоящее время, например, на двигателе ПС-90А внедрен периодический контроль проб масла из двигателя для опреде­ ления в нем количества металла. Увеличение ко­ личества металла в масле является сигналом для проявления особого внимания к работе опор дви­ гателя, ужесточению контроля другими метода­ ми диагностики, а в случае превышения установ­ ленной нормы двигатель может быть отстранен от эксплуатации.

4.4.5. Элементы систем обеспечения работоспособности подшипников

Конструктивно опора ротора ГТД представ­ ляет собой сложный узел, в который кроме си­ ловых элементов входят и отдельные элементы систем обеспечения работоспособности подшип­ ников, а именно:

-детали систем смазки подшипников;

-детали уплотнений масляных полостей;

-детали системы наддува уплотнений и ох­ лаждения опоры.

Конструктивные особенности силовых эле­ ментов опор (корпусная и роторная части опоры, подшипник) рассмотрены в предыдущих разде­ лах. В этом разделе остановимся более подробно

Наименование

дефекта

Намятины и риски

Прорыв масляной пленки

Повышенные

контактные

напряжения

Прижоги при проскальзы­ вании

Дефекты

материала

подшипников

Разрыв

сепаратора

Фреттингкоррозия

Наличие в материале подшипников неметалли­ ческих включений

Прижоги на деталях подшипников при шлифо­ вании

Работа подшипника с перекосом

Потеря посадочного натяга на валу, провора­ чивание подшипника в корпусе вследствие неправильно выбранной посадки подшип­ ника, либо ослабление затяжки гайки

Применение подшипников из сталей электрошлакового и вакуумного (двойного вакуумного) переплава

Соблюдение технологии изготовления подшипников. Внедрение неразрушающих видов контроля для выявления повышенных остаточных напряжений

Устранение перекоса при работе подшипника

Снижение температуры деталей подшипников. Оптимизация подачи масла. Применение подшипников из теплостойкой стали

Износ

подшипников

Коррозия

Глава 4. Сгповые схемы ГТД

на работе и конструктивном исполнении дета­ лей систем, обеспечивающих оптимальные ус­ ловия работы наиболее нагруженной части опо­ ры - подшипника.

Надежная и безотказная работа подшипни­ ков роторов ГТД во многом обеспечивается организацией подачи масла в узлы опор. Масло, подаваемое в больших количествах на подшип­ ники (от нескольких десятков до нескольких сотен килограммов в час в зависимости от раз­ мера подшипника, частоты вращения ротора, места расположения и величины воспринимае­ мых им нагрузок), предназначено не только для смазки трущихся частей, но и для отвода от них тепла.

В условиях работы на двигателе рост тем­ пературы подшипника обусловлен «внутрен­ ним» нагревом подшипника и внешним подво­ дом тепла. «Внутренний» нагрев подшипников качения вызывается упругой деформацией тел качения и беговых дорожек колец при прило­ жении к ним нагрузок. При этом происходит деформация нагружаемых участков и последу­ ющее возвращение их в исходное состояние. Внутреннее трение между частицами металла

втаком процессе приводит к выделению теп­ ла. Кроме того, подшипники, расположенные

в«горячих зонах» двигателя (в районе каме­ ры сгорания и турбины), испытывают значи­ тельный дополнительный подогрев от горячих деталей, что приводит к необходимости орга­ низации повышенного теплосъема с помощью прокачиваемого масла.

Максимальная эффективность работы под­ шипника достигается при постоянном наличии масляной пленки между поверхностями контак­ та наружного и внутреннего кольца и телами ка­ чения. Для того чтобы выполнить это условие

иобеспечить постоянное наличие масляной пленки, желательно обеспечить прямую и не­ прерывную подачу масла на контактирующие поверхности деталей подшипника.

Практика показывает, что для этой цели лучше подавать масло в виде струек через калиброван­ ные отверстия в зазор между внутренним кольцом подшипника и сепаратором. В этом случае масло хорошо омывает рабочую поверхность внутрен­ него кольца, поверхности тел качения, под дейс­ твием центробежных сил попадает на беговую до­ рожку наружного кольца, омывает ее и вытекает в масляную полость опоры. Пример такого конс­ труктивного решения представлен на рис. 4.36.

Весьма эффективна подача масла на тела ка­ чения через отверстия во внутреннем кольце подшипника. Но конструктивно решить эту за­ дачу значительно сложнее, так как необходимо

организовать подвод масла через вращающийся вал (см. рис. 4.33).

Надежность работы подшипников в значи­ тельной степени зависит от уровня и равномер­ ности нагревания деталей подшипника. Разность температур между внутренними и наружными кольцами и по ширине колец подшипников долж­ на быть минимальной для исключения искажения формы рабочих поверхностей подшипников изза температурного градиента. Для обеспечения равномерного охлаждения подшипников подвод масла рекомендуется организовывать с двух сто­ рон (см. рис. 4.36).

Вокруг каждой опоры детали и узлы ГТД создают «замкнутое» пространство, в котором организуются процессы подачи масла на под­ шипники и его откачки в масляную полость опоры. К масляным полостям предъявляются специфические требования.

1.Для исключения коксования масла темпера­ тура деталей в масляных полостях опор не долж­ на превышать предельно допустимую темпера­ туру масла на всех режимах работы двигателя. Выполнение этого требования обеспечивается постановкой теплозащитных экранов или кожу­ хов на деталях масляной полости, введением ох­ лаждения деталей опоры продувкой относитель­ но холодным воздухом.

2.Внутри масляных полостей не должно быть малоподвижных объемов масла, а также застой­ ных зон. Конструкция деталей внутри масляной полости должна исключать наличие глухих от­ верстий и «карманов».

3.Масляные полости опор должны обладать необходимым объемом, не позволяющим пере­ полнять их масляно-воздушной смесью, обра­ зующейся при работе подшипника. Форма мас­ ляных полостей, расположение и площадь кана­ лов откачки должны обеспечивать немедленное удаление масляно-воздушной смеси из рабочей зоны подшипника. Для полного удаления мас­ ла отверстие для слива и откачки должно быть расположено в самой нижней точке масляной полости. Необходимо учитывать, что объем при­ нудительно откачиваемой масляно-воздушной смеси примерно в четыре раза больше, чем объем масла, подаваемого в подшипник.

4.Масляные полости, расположенные в «го­ рячих» зонах двигателя, должны иметь мини­ мально возможную площадь поверхности с це­ лью снижения величины тепловых потоков, пе­ редаваемых через стенки.

5.Уплотнения масляных полостей должны обеспечивать надежную защиту, с одной стороны, воздушных полостей двигателя от попадания масла, а также его паров и аэрозолей, а с другой

стороны - самих масляных полостей от попада­ ния в них загрязнений, поступающих с прорыва­ ющимся через уплотнения воздухом.

быть выделены, как правило, только условно. Поэтому разработка опор должна проводиться одновременно с разработкой как отдельных уз­

лотнений масляных полостей должен обеспечи­ ваться положительный перепад давлений на всех режимах работы двигателя (включая перемен­ ные), т.е. давление в масляной полости всегда должно быть ниже давления наддува.

Подробно конструкция, расчет и особенности работы уплотнений масляных полостей рассмот­ рены в главе 13.

В подразд. 4.4.7 на примере российского двигателя ПС-90А и американского двигателя PW2037 показаны различные варианты конс­ труктивного исполнения опор.

4.4.6. Проектирование опор ГТД

Опоры ГТД как объект проектирования пред­ ставляют собой комплекс, состоящий из меха­ нических компонентов конструкции двигателя, а также элементов систем обеспечения работос­ пособности подшипников. Основные элементы опор ГТД представлены на рис. 4.25.

Одной из основных особенностей опор ГТД является их глубокая геометрическая и функци­ ональная интеграция с конструкцией двигателя и его систем, причем это касается как силовых элементов, так и систем обеспечения работоспо­ собности подшипников. Границы между опора­ ми и остальными элементами двигателя могут

этапе проектирования ГТД.

Разработка опор ГТД представляет собой ком­ плекс конструкторских, расчетных и эксперимен­ тальных работ, включающий:

1.Проектирование элементов опор (силовых элементов, оболочек масляных и воздушных полостей, элементов подвода масла к подшип­ никам и отвода его из масляных полостей опор, уплотнений и т.д.).

2.Проектирование или подбор подшипников.

3.Расчет теплового состояния опор.

4.Расчет напряженно-деформированного со­ стояния элементов опор.

5.Экспериментальные исследования отде­ льных элементов опор и систем обеспечения ра­ ботоспособности подшипников на специальных установках или двигателях.

Следует обратить внимание, что приведенный перечень отражает лишь состав работ, при этом он не определяет хронологическую последова­ тельность их выполнения.

Например, экспериментальные исследования

идоводка отдельных элементов опор и систем обеспечения работоспособности подшипников на специальных установках могут проводить­ ся на любом этапе проектирования двигателя. То же самое можно сказать и о расчетах отде­ льных элементов опор.

Глава 4. Силовые схемы Г Т Д

4.4.6.1. Исходные данные, их разработка

Этапу собственно проектирования опор ГТД предшествует этап формирования исходных дан­ ных, включающих в себя параметры силового взаимодействия элементов опор, их теплового состояния, а также требования по обеспечению экологических или ресурсных показателей, на­ дежности, весовых характеристик и т.д.

Исходные данные на проектирование опор могут быть представлены в виде трех основных групп:

1. Определяемые национальными, междуна­ родными, а также отраслевыми стандартами, пра­ вилами и т.д.

2.Определяемые внешними условиями функ­ ционирования опор, которые, в свою очередь, под­ разделяются:

-на определяемые условиями эксплуатации ГТД в составе объекта;

-на определяемые типом, конструкцией, па­ раметрами, а также технико-экономическими по­ казателями ГТД.

3.Определяемые условиями обеспечения за­ данных показателей ресурса и надежности под­ шипников, весовых характеристик.

Висходные данные первой группы включены общие требования, направленные на обеспечение безопасной эксплуатации, охраны окружающей среды и т.п. Как правило, они не могут коррек­ тироваться разработчиком ГТД. Применительно

копорам ГТД это может быть, например, порядок

иметодика установления ресурса подшипников. Исходные данные второй группы формируют­

ся на основе технического задания на разработку ГТД, результатов предварительной проработки конструкции двигателя, результатов газодинами­ ческого и прочностного расчетов, опыта эксплуа­ тации аналогов и т.д. Эта часть исходных данных может частично корректироваться в процессе проектирования.

Исходные данные, определяемые условиями эксплуатации ГТД в составе объекта примене­ ния, обусловлены следующими факторами:

- типом и условиями эксплуатации объек­ та применения ГТД (для авиационных ГТД оп­ ределяются типовым полетным циклом);

-диапазоном возможных перегрузок при ра­ боте, монтаже и транспортировке;

-условиями и частотой запуска и останова;

-характером переменных режимов работы;

-диапазоном возможных положений осей ГТД при работе, монтаже и транспортировке;

-типом и маркой масел;

-составом и параметрами атмосферного воз­

духа.

Исходные данные, определяемые типом, конс­ трукцией, параметрами, обусловлены следующи­ ми факторами:

-выбранной силовой схемой и схемой рас­ положения опор ГТД;

-предельными внешними габаритами опор;

-взаимными смещениями и перекосами осей ротора (роторов) и статора ГТД в сечениях поса­ дочных мест подшипников;

-осевыми и радиальными нагрузками, пере­ даваемыми от ротора (роторов) на статор;

-частотами вращения роторов;

-параметрами воздуха во вторичных воз­ душных системах;

-температурами и массами смежных ротор­ ных и статорных деталей.

Исходные данные третьей группы определяют­ ся условиями обеспечения заданных показателей ресурса и надежности подшипников. Как прави­ ло, сюда относятся:

-надежность ГТД;

-контролепригодность ГТД;

-стоимости жизненного цикла ГТД;

-масса составных частей ГТД.

Висходных данных, в частности, могут уста­ навливаться предельно допустимые значения сле­ дующих параметров:

-внешних нагрузок, действующих на под­ шипники и их элементы;

-окружных скоростей в подшипниках (ско­ ростной параметр d-N)\

-взаимных перекосов колец подшипников;

-отклонений размеров и формы посадочных мест под подшипники;

-температуры деталей подшипников;

-разности температур колец подшипников между собой и по ширине кольца;

-размеров и концентрации твердых частиц загрязнений в воздухе, поступающем в масляные полости опор из системы наддува уплотнений;

-значений физико-химических характерис­ тик и чистоты масла, поступающего к поверх­ ностям качения подшипников;

-температуры воздуха, поступающего в мас­ ляные полости опор из системы наддува уплот­ нений;

-температуры поверхностей, контактирую­ щих с маслом.

На основе исходных данных разрабатывается техническое задание на проектирование опор, в котором отражаются наиболее важные требо­ вания и показатели, в частности, значения тре­ буемой расчетной долговечности подшипников. Кроме этого, в техническом задании указыва­ ются дополнительные специальные требования к конструкции и технологии сборки опор.

4.4.6.2. Определение нагрузок

Нагрузки, действующие на подшипник в рабо­ чих условиях, в наибольшей степени определя­ ют выбор подшипника и его работоспособность. В зависимости от характера возникновения мож­ но различать нагрузки:

1)двигательные, обусловленные конструк­ цией и процессами, происходящими в двигателе при его работе:

-массой ротора, приходящейся на его опору;

-центробежными силами вращающегося ро­ тора с учетом дисбалансов, в том числе центробеж­ ными силами шаров или роликов подшипника;

-осевой силой ротора (суммы осевых сил, действующих на элементы ротора);

-механическими колебаниями ротора (виб­ рации), передающимися на опору, с частотами, кратными частоте вращения ротора;

-неравномерным нагревом вала, колец под­ шипника, корпуса и связанным с этим дополни­ тельным взаимодействием элементов подшип­ ника;

2)самолетные, возникающие при измене­ нии величины или направления скорости полета

иобусловленные эволюцией самолета:

-эксплуатационными перегрузками;

-гироскопическими моментами роторов. Современные расчетные методики подбора

подшипников и определения их долговечности частично или в полной мере учитывают влияние двигательных и самолетных нагрузок.

В стационарных наземных установках на­ грузки на опоры ГТД, связанные с перемещени­ ями двигателя в пространстве, отсутствуют.

Рассмотрим несколько подробнее содержа­ ние конструкторских, расчетных и эксперимен­ тальных работ, выполняемых при разработке опор ГТД.

4.4.6.3. Конструирование элементов опор

Конструирование собственно опор производи­ тся в процессе конструирования как отдельных узлов (компрессора, турбины и т.д.), так и двига­ теля в целом и состоит из следующих этапов:

-выбор силовой схемы и схемы расположе­ ния опор двигателя;

-выбор типа исполнения для каждой из опор (упругая, упруго-демпферная и т.д.);

-определение посадочных диаметров валов;

-определение внешних предельных габари­

тов опор;

-выбор типа уплотнений масляных полос­ тей опор;

-определение внешних механических нагру­

зок (нагрузок между ротором и статором);

4.4. Опоры роторов ГТД

-предварительное определение внешних га­ баритов подшипников;

-определение температуры деталей и узлов, расположенных в непосредственной близости от опор;

-определение параметров воздуха в полос­ тях, где будут расположены опоры;

-выбор способа подвода масла к подшип­ никам;

-выбор общей схемы маслосистемы дви­ гателя;

-выбор схемы системы наддува уплотнений масляных полостей и охлаждения опор.

При конструировании опор разработчики час­ то руководствуются соображениями минималь­ ного проектного риска и отдают предпочтение схемам, хорошо отработанным на прототипах. При этом принимаются во внимание следую­ щие ограничения:

-по окружным скоростям в подшипниках (скоростной параметр d-N);

-по внешним нагрузкам, действующим на подшипники и их элементы.

При выполнении эскизных или рабочих ком­ поновок опор также принимаются меры по обес­ печению возможно более полного соответствия конструкции исходным требованиям на проекти­ рование, а именно:

-исключение недопустимых взаимных пере­ косов колец подшипников, возникающих вследс­ твие взаимных смещений и перекосов осей ротора (роторов) и статора ГТД в сечениях посадочных мест подшипников;

-максимально-возможное снижение внешне­ го теплоподвода к подшипникам, а также темпера­ туры поверхностей, контактирующих с маслом;

-обеспечение заданных значений физико-хи­ мических характеристик и чистоты масла, посту­ пающего к поверхностям качения подшипников;

-защита подшипников от попадания на их рабочие поверхности твердых частиц загряз­ нений, содержащихся в воздухе, поступающем

вмасляные полости опор из системы наддува уплотнений;

-исключение попадания на рабочие повер­

хности подшипников продуктов приработки (в частности, недопустимость работы подшип­ ников в «масляной ванне» во всем предусмот­ ренном условиями работы диапазоне положе­ ний осей ГТД);

- исключение задержки продуктов износа (стружки) в масляных полостях опор.

Результатом конструирования опор являются их эскизные или рабочие компоновки (в зависи­ мости от этапа проектирования ГТД), на основе которых определяются геометрические парамет-

Глава 4. Силовые схамы Г Т Д

ры различных элементов, необходимые для про­ ектирования или подбора подшипников, а также для выполнения расчетов теплового и напряжен­ но-деформированного состояния опор.

4.4.6.4. Проектирование или подбор подшипников

Проектирование или подбор подшипников производится на основании технического зада­ ния, в котором, в частности, оговариваются:

-значения расчетной долговечности под­ шипников;

-диапазон внешних осевых и радиальных

нагрузок;

-диапазон рабочих температур деталей под­ шипников;

-диапазон рабочих частот вращения роторов;

-тип, марка, а также значения физико-хими­ ческих характеристик и чистоты масла;

-предельные внешние габариты подшипни­ ков, значения посадочных диаметров валов и кор­ пусов и т.д.

Выбор подшипников ГТД и определение их расчетной долговечности производится в соот­ ветствии с ГОСТ 18855-94 (ИСО 251-90) [4.5], Справочником-каталогом [4.6] и Ограничитель­ ным перечнем подшипников [4.7] по методике, изложенной в [4.8].

Расчет на долговечность подшипников произ­ водится по формуле

а= 3 - для шарикоподшипников;

а= 3,33 - для роликоподшипников. Динамическая радиальная грузоподъемность

подшипников определяется следующим образом:

где С/ТОГТбазовая динамическая радиальная гру­ зоподъемность подшипника по ката­ логу [4.6], Н;

/Сан - коэффициент влияния качества, зависит от точности изготовления, материала деталей и конструкции подшипника

(Я™ =1,0.. .1,8);

КФ - коэффициент влияния тонкости филь­ трации масла, (Кф= 0,9... 1,3);

Км - коэффициент влияния окружной скоро­ сти поверхностей тел качения, зависит от величины dmN {dm- диаметр окруж­ ности центров тел качения, N - час­ тота вращения подшипника, об/мин) (KdN= 1... 1,2);

К», -коэффициент влияния вязкости масла, (К,= 0,8... 1,2).

Эквивалентная динамическая радиальная нагрузка Ргвычисляется по формуле

Проектирование подшипников может выпол­ няться или специализированными фирмами, или непосредственно самим разработчиком ГТД. Подбор готовых подшипников осуществляется разработчиком ГТД по согласованию с разработ­ чиком или поставщиком упомянутых подшип­ ников. Результатом проектирования или подбо­ ра подшипников являются подробные данные

о конфигурации, размерах, а также материалах их основных компонентов (колец, тел качения, се­ параторов), необходимые для выполнения расче­ тов теплового и напряженно-деформированного состояния опор.

4.4.6.5. Расчет теплового состояния опор

Впроцессе работы двигателя детали опор,

втом числе и подшипники, подвергаются на­ греву. Причинами нагрева являются внутреннее тепловыделение в подшипнике, обусловленное процессами трения, а также воздействие внешних тепловых потоков от расположенных в непос­ редственной близости от опор нагретых деталей ротора и статора. Источником внешних тепловых потоков может являться также горячий воздух, находящийся в полостях, непосредственно при­ мыкающих к опоре.

Тепло от подшипников отбирается маслом, которое подается на смазку подшипников. Таким же образом осуществляется отвод тепла и от дру­ гих омываемых маслом элементов опоры, таких как силовые элементы, внутренние поверхности оболочки масляных полостей, элементы валов, контактные уплотнения и т.д.

Врезультате происходящих сложных про­ цессов теплообмена между деталями опор, дру­ гими деталями ГТД, а также потоками воздуха

имасла устанавливается определенный уровень температуры каждого из перечисленных компо­ нентов, участвующих в процессах теплообмена. Температура компонентов при этом, очевидно, будет зависеть как от режима работы ГТД, так

иот внешних условий (например, от температу­ ры атмосферного воздуха, температуры масла на входе в двигатель и т.д.). Работоспособность подшипников в течение заданного ресурса мо­ жет быть обеспечена при условии, если уровень температуры их деталей, а также масла в зоне контакта поверхностей качения не будет превы­ шать предельно-допустимых значений, которые

восновном определяются:

-материалами деталей подшипников;

-типом и марками применяемых масел. Предельно допустимые значения температу­

ры деталей подшипников и масел принимаются во внимание разработчиком ГТД при назначе­ нии максимальных рабочих температур упо­ мянутых компонентов. Максимальные рабочие температуры, как указано выше, затем вносятся в техническое задание на проектирование под­ шипников и учитываются при выборе конфигу­ рации, размеров, а также материалов их основ­ ных деталей.

Для проектирования подшипника, наиболее подходящего для данной конкретной опоры, час­

4.4. Опоры роторов ГТД

то оказывается недостаточным знание только максимальной рабочей температуры его деталей. В ряде случаев требуется проведение подробного анализа влияния изменения температуры деталей подшипника на его работу по всему диапазону режимов полетного цикла. Для высоконагруженных скоростных подшипников иногда быва­ ет необходимым выполнить оценку изменения температуры деталей и на неустановившихся режимах работы двигателя. Эти температуры необходимы для оценки изменения радиальных зазоров и углов контакта в подшипниках, ко­ торыми, в свою очередь, определяются возни­ кающие в подшипниках внутренние нагрузки. И, наконец, радиальные зазоры и углы контакта в подшипниках, особенно «горячих» опор, мо­ гут определяться не только температурой самих колец подшипников, но и температурными де­ формациями непосредственно сопряженных с кольцами подшипников деталей двигателя (си­ ловых элементов статора, валов и т.д.).

Сказанным выше в основном и обусловлена необходимость выполнения расчета теплового состояния при проектировании опор ГТД.

Расчет теплового состояния опор выполняет­ ся с целью определения:

-температуры деталей подшипников;

-температуры непосредственно сопряжен­ ных с кольцами подшипников деталей двигателя (силовых элементов статора, валов и т.д.);

-температуры масла на выходе из опор. Результаты расчета теплового состояния опор

вдальнейшем используются для оценки соот­ ветствия выбранных конструкции и параметров как собственно опор, так и систем обеспечения работоспособности подшипников (маслосистемы и воздушной системы наддува уплотнений

иохлаждения) требованиям по поддержанию ра­ бочей температуры подшипников, масла, деталей, контактирующих с маслом, и т.д. в заданных пре­ делах. Кроме этого, результаты расчета теплового состояния используются для анализа напряженнодеформированного состояния деталей опор.

Расчет теплового состояния опор на стадии проектирования проводится, как правило, как проверочный в следующем порядке:

1) разработка исходных данных для расчета;

2) расчет рабочей температуры подшипников, масла, деталей, контактирующих с маслом, сило­ вых элементов и т.д. на всех интересующих ре­ жимах работы двигателя;

3) анализ результатов расчета и разработка (при необходимости) рекомендаций по коррек­ тировке конструкции и параметров опор и сис­ тем обеспечения работоспособности подшип­ ников.