Опоры (подшипники) ротора

Классификация опор (подшипников) роторов:

1. Подшипники скольжения и качения.

Тяжелые тихоходные роторы барабанного типа устанавливаются только в опорах скольжения. Более быстроходные и легкие роторы барабанно-дискового типа (авиационные и судовые ГТУ) устанавливаются в опорах качения (шариковых и роликовых подшипниках).

Преимущества подшипников качения:

– более низкий пусковой момент и коэффициент трения;

– меньший расход смазывающего масла;

– работоспособность в более широком диапазоне температур, в том числе возможность запуска при низких температурах наружного воздуха;

– меньшие осевые размеры.

2. Подшипники опорные и упорные.

Опорный подшипник (как качения, так и скольжения) воспринимает только радиальную нагрузку от массы ротора, но не препятствует перемещению ротора в осевом направлении.

Упорный подшипник помимо радиальной нагрузки несет и осевую нагрузку, препятствуя перемещению ротора под действием осевых сил. Упорные подшипники ставят только с одной стороны ротора, чтобы обеспечить возможность его теплового расширения в осевом направлении в противоположную сторону.

Лабиринтные уплотнения

Для обеспечения нормальной работы ГТУ требуются уплотнения:

– проточной части газовоздушного тракта (чтобы поток воздуха двигался только по межлопаточным каналам);

– масляных полостей опор (чтобы предотвратить выброс масла из этих полостей).

Лабиринтное уплотнение – тип бесконтактного уплотнения. Принцип действия – многократное дросселирование газа, протекающего через каналы с резко меняющимся проходным сечениями (рис. 18).

Рис. 18. Лабиринтное уплотнение

а – работа камеры ( – потери энергии на трение в зазоре

между гребешком и втулкой);

б – конструкция:

1 – втулка с гребешками; 2 – графитовое покрытие; 3 – втулка; 4 – канал

подвода уплотняющего воздуха; 5 – камера; 6 – изменение давления воздуха по длине уплотнения

Эффективность работы лабиринтного уплотнения зависит от:

– числа гребешков (двух-трехъярусные лабиринты при необходимости);

– конфигурации гребешков (кромки должны быть острыми);

– величины зазоров (0, 1-0, 4 мм);

– радиуса, на котором организовано уплотнение (меньше радиус – меньше суммарная площадь щели, а значит меньше утечка через нее).

Лабиринтные уплотнения – расходного типа, то есть через них всегда в одном из направлений (из зоны с более высоким давлением) идет расход рабочей среды.

Газовая динамика осевого компрессора

Основными элементами ОК являются венцы подвижных и неподвижных лопаток. Лопатки рабочего колеса РК, направляющего аппарата НА составляют ступень осевого компрессора (рис. 19). ВНА (входной направляющий аппарат) необходим для закрутки воздуха в сторону вращения ротора, что позволяет увеличить напор осевого компрессора. Количество ступеней различное и для ГТУ ГТК-10-4 составляет порядка 10.

Рис. 19. Ступени осевого компрессора

ОК (осевой компрессор), в лопаточном аппарате которого происходит обратный процесс, преобразование механической работы в Е_к и в Е_п.

Межлопаточные каналы НА и РК выполнены диффузорно, т. е. расширяющиеся

Графически газовая динамика осевого компрессора приведена на рис. 20.

Рис. 20. Газовая динамика осевого компрессора

При вращении ротора воздух входит в межлопастной канал с относительной скоростью W₁. Так как канал расширяющийся, относительная скорость падает до W₂, то есть Е_к в рабочем колесе преобразуется в Е_п и внутреннюю энергию, происходит повышение давления и температуры. Воздух со скоростью С₂ поступает на лопатку НА, межлопаточный канал которой выполнен диффузорно, что приводит к снижению абсолютной скорости до С₃ и дальнейшему повышению давления и температуры.

При сжатии удельный объем (масса единицы объема) воздуха уменьшается, вследствие чего уменьшается площадь проходного сечения канала, согласно уравнению неразрывности:

В большинстве случаев при проектировании проточной части выбирают такое соотношение:

Выходная скорость потока из НА по числовому значению и направлению была равна скорости потока на вход в канал рабочего колеса, то есть С₃ = W₁. Тогда условия входа в следующую ступень будут такими же, как и в предшествующей ступени:

C₃=W₁.

Осевые компрессоры выполнены многоступенчатыми потому, что степень сжатия одной ступени равна π_ст ≈ 1,13, а для того, чтобы получить необходимое давление на входе из ОК, например, π_к = 4,6 необходимо 10 ступеней, то есть степени сжатия умножаются.

Вопросы для самопроверки

1. Каковы назначение и состав осевого компрессора?

2. Какова конструкция, способы крепления и материал лопаток?

3. Что представляет собой конструкции ротора?

4. Что такое лабиринтное уплотнение?

5. Что можно рассказать о газовой динамике осевого компрессора?