Внутрішня обойма роликопідшипника турбомашини, роликопідшипник турбомашини і цапфа вала, яка встановлена в такому роликопідшипнику

1. Роликопідшипник (10) турбомашини, в якому, з можливістю обертання відносно нерухомої основи (8), сполученої з корпусом турбомашини, встановлено вал (4), утворений цапфою турбіни високого тиску, причому роликопідшипник (10) містить ролики (12), що знаходяться між зовнішньою обоймою (14), розташованою з боку нерухомої основи (8), і внутрішньою обоймою (16), розташованою з боку цапфи (4) турбіни високого тиску, який відрізняє ться тим, що вн утрішня обойма (16) виступає в аксіальному напрямку за задній кінець цапфи (4) турбіни високого тиску, до якої вона прикріплена за допомогою затискних елементів, причому внутрішня обойма (16) додатково забезпечена засобами, що запобігають її 2. Роликопідшипник за п. 1, (4) турбіни високого провертанню відносно цапфи який відрізняється тим, що тиску. внутрішня обойма (16) розташована всередині цапфи (4) турбіни високого тиску. 3. Роликопідшипник за п. 2, який відрізняється тим, що внутрішня обойма (16) забезпечена щонайменше однією виїмкою (24), що взаємодіє з щонайменше одним виступом (26), передбаченим на задньому кінці цапфи (4) турбіни високого тиску, виключаючи тим самим провертання внутрішньої обойми відносно цапфи турбіни високого тиску. 4. Роликопідшипник за п. 3, який відрізняється тим, що містить гайку (28), яка затягується на пе 2 (19) 1 3 84850 4 тим, що містить гайку (60), яка затягується на передньому краю внутрішньої обойми (16) для забезпечення її фіксації відносно цапфи (4) турбіни високого тиску. 12. Роликопідшипник за п. 10 або 11, який відрізняється тим, що з уби (56, 58) внутрішньої обойми (16) і цапфи (4) турбіни високого тиску мають трапецеїдальну форму. 13. Внутрішня обойма (16) для роликопідшипника (10) турбомашини за будь-яким з пп. 1-12. 14. Цапфа (4) турбіни високого тиску, яка відрізняється тим, що вона встановлена з можливістю обертання відносно нерухомої основи (8), сполученої з корпусом турбомашини, в роликопідшипнику (10) за будь-яким з пп. 1-12. Даний винахід відноситься до області роликопідшипників турбомашин й більш конкретно охоплює роликопідшипник, в якому встановлена цапфа турбіни високого тиску, що обертається відносно нерухомої основи, прикріпленої до корпусу турбомашини. Як правило, цапфа вала каскаду високого тиску турбомашини, що обертається відносно нерухомої основи, прикріпленої до корпусу, встановлюється в роликопідшипнику. Такий роликопідшипник буде описаний з посиланнями на Фіг.6. Як показано на цьому кресленні, каскад високого тиску турбомашини містить, зокрема, диск 100 турбіни високого тиску, на якому навкруг повздовжньої оci X-X турбомашини встановлені робочі (рухомі) лопатки (не представлені). Вал 102, який утворює цапфу основного вала каскаду високого тиску турбомашини (надалі - цапфа турбіни високого тиску), прикріплений до диска 100 турбіни високого тиску за допомогою болтового з'єднання 104. Цапфа 102 турбіни високого тиску, що обертається відносно нерухомої основи 106, яка сполучена з корпусом турбомашини, встановлена в роликопідшипнику 108. Роликопідшипник 108 складається з роликів 110, розташованих між зовнішньою обоймою 112, що знаходиться з боку нерухомої основи 106, й внутрішньою обоймою 114, що знаходиться з боку цапфи 102 турбіни високого тиску. Зовнішня обойма 112 і внутрішня обойма 114 утворюють доріжки кочення роликів 110. Зовнішня обойма 112 підшипника 108 прикріплена безпосередньо до нерухомої основи 106. Внутрішня ж обойма 114 встановлена на зовнішній поверхні цапфи 102 турбіни високого тиску біля її заднього (відносно напряму течії газів в турбомашині) кінця. Затискна гайка, яка розташована за внутрішньою обоймою 114, дозволяє забезпечити аксіальну фіксацію внутрішньої обойми на цапфі 102 турбіни високого тиску. Така конструкція роликопідшипника має численні недоліки. Зокрема, використання внутрішньої обойми, окремої і незалежної від цапфи турбіни високого тиску, збільшує радіальні розміри роликопідшипника і масу конструкції. Крім того, наявність затискної гайки, яка розташована за внутрішньою обоймою і необхідна для фіксації внутрішньої обойми, призводить до збільшення аксіальних розмірів конструкції. Для усунення цих недоліків пропонувалося об'єднати внутрішню обойму підшипника безпосередньо з цапфою високого тиску. Таке рішення також має деякі недоліки. З одного боку, в разі поломки роликопідшипника виявляється необхідною заміна всієї цапфи турбіни високого тиску, що призводить до збільшення витрат. З другого боку, з'єднання між внутрішньою обоймою й цапфою високого тиску, яке виконується методом біметалічного зварювання, має технічні складнощі. Таким чином, задача, на рішення якої направлений даний винахід, полягає в ослабленні зазначених недоліків за рахунок створення компактного роликопідшипника, що має мінімальну масу і простий в обслуговуванні. Для вирішення поставленої задачі згідно з винаходом пропонується роликопідшипник турбомашини, в якому, з можливістю обертання відносно нерухомої основи, сполученої з корпусом турбомашини, встановлено вал, утворений цапфою основного вала каскаду високого тиску турбомашини. Роликопідшипник за винаходом містить ролики, що знаходяться між зовнішньою обоймою, розташованою з боку нерухомої основи, і внутрішньою обоймою, розташованою з боку цапфи турбіни високого тиску. Роликопідшипник характеризується тим, що внутрішня обойма виступає в аксіальному напрямку за задній кінець цапфи турбіни високого тиску, до якої вона прикріплена за допомогою затискних елементів. При цьому внутрішня обойма додатково забезпечена засобами, що запобігають її провертанню відносно цапфи турбіни високого тиску. В такій конфігурації, оскільки внутрішня обойма підшипника не встановлена безпосередньо на цапфі високого тиску, аксіальні і радіальні розміри підшипника можуть бути зменшені. Крім того, оскільки внутрішня обойма є деталлю, що не залежить від цапфи турбіни високого тиску, у разі поломки підшипника не виникає необхідності заміни всієї цапфи. Таким чином, операція по обслуговуванню підшипника спрощується. Внутрішня обойма може бути розташована всередині цапфи турбіни високого тиску. В цьому випадку внутрішня обойма може містити щонайменше одну виїмку, що взаємодіє з щонайменше одним виступом, передбаченим на задньому кінці цапфи турбіни високого тиску, виключаючи тим самим провертання внутрішньої обойми відносно цапфи турбіни високого тиску. Внутрішня обойма також може містити шліци, що передбачені на й передньому краю і взаємодіють з відповідними їм шліцами цапфи турбіни високого тиску, виключаючи тим самим провертання внутрішньої обойми відносно цапфи турбіни високого тиску. В одному з альтернативних варіантів внутрі 5 84850 шня обойма може бути щонайменше частково розташована зовні цапфи турбіни високого тиску. В цьому випадку підшипник може містити щонайменше один штифт, що вста вляється радіально в отвори, передбачені у вн утрішній обоймі і в цапфі високого тиску, виключаючи тим самим провертання внутрішньої обойми відносно цапфи турбіни високого тиску. Згідно з іншим варіантом виконання внутрішня обойма може бути розташована в продовженні цапфи турбіни високого тиску. В цьому випадку внутрішня обойма може містити зуби, переважно трапецеїдальної форми, що передбачені на її передньому краю і що входять в аксіальному напрямку в проміжки між відповідними їм зубами, передбаченими на задньому кінці цапфи турбіни високого тиску. Тим самим виключається провертання внутрішньої обойми відносно цапфи турбіни високого тиску. Фіксація внутрішньої обойми відносно цапфи турбіни високого тиску може бути забезпечена за допомогою затискної гайки. Даний винахід також охоплює внутрішню обойму для вищеописаного роликопідшипника. Крім того, даний винахід також охоплює встановлену цапфу високого тиску, з можливістю обертання, у ви щеописаному роликопідшипнику. Інші властивості і переваги даного винаходу з'ясуються з нижченаведеного опису, що містить посилання на додані креслення, які ілюструють приклад здійснення винаходу, що не вносить обмежень. На кресленнях: - на Фіг.1 в аксіальному розрізі зображена частина каскаду високого тиску турбомашини, обладнаного роликопідшипником за одним з варіантів виконання винаходу; - на Фіг.2-4 в аксіальному розрізі зображені роликопідшипники за іншими варіантами виконання винаходу; - на Фіг.5 представлений частковий вигляд в напрямку, позначеному стрілкою V на Фіг.4; - на Фіг.6 зображений роликопідшипник відповідно до рівня техніки. На Фіг.1 зображена в аксіальному розрізі частина каскаду високого тиску турбомашини. Каскад високого тиску турбомашини з повздовжньою віссю X-X містить, зокрема, турбіну високого тиску, що містить робочі (рухомі) лопатки (не представлені), через які проходять гарячі гази, що надходять з камери згоряння (не представлена). Ці лопатки встановлені на диску 2 турбіни високого тиску, через центр якого проходить вісь X-X. Диск 2 турбіни високого тиску приводить в обертальний рух вал 4, що являє собою цапфу основного вала каскаду високого тиску турбомашини. Цапфа 4 турбіни високого тиску складається з, по суті, радіальної частини 4а, прикріпленої до диска 2 турбіни високого тиску за допомогою болтового з'єднання 6, і частини 4b, направленої в аксіальному напрямку до задньої відносно напряму руху газів стороні диска 2. Згідно з винаходом цапфа 4 турбіни високого тиску, що обертається відносно нерухомої основи 6 8, що прикріплена до корпусу турбомашини, встановлена відносно нього за допомогою роликопідшипника 10. З урахуванням радіальних навантажень турбомашини в якості такого підшипника звичайно використовують роликопідшипник кочення. Згідно з конструкцією, відомої як така, роликопідшипник 10 складається з роликів 12, розташованих між зовнішньою обоймою 14, що розташована з боку нерухомої основи 8, і внутрішньою обоймою 16, що розташована з боку цапфи 4 турбіни високого тиску. Таким чином, зовнішня обойма 14 і внутрішня обойма 16 визначають доріжки кочення роликів 12. Зовнішню обойму 14 звичайно прикріплюють безпосередньо до нерухомої основи 8, що сполучена з корпусом турбомашини. До нерухомої основи 8 також прикріплено масляний інжектор 18, розташований за роликопідшипником 10. Цей інжектор забезпечує подачу масла в масляний картер 20, в якому знаходиться роликопідшипник 10. Масло, що знаходиться в цьому картері, призначено, зокрема, для змащування і охолоджування роликів 12 роликопідшипника 10. З цією метою внутрішня обойма 16 роликопідшипника 10 забезпечена отворами 22, що забезпечують надходження масла до роликів 12 для їх змащування і охолоджування під впливом відцентрової сили, викликаної обертанням цапфи 4 турбіни високого тиску навколо ос\ X-X. Згідно з винаходом внутрішня обойма 16 роликопідшипника 10 виступає в аксіальному напрямку за задній кінець цапфи 4 турбіни високого тиску, до якої вона прикріплена за допомогою затискних елементів. Внутрішня обойма 16 додатково обладнана засобами, що дозволяють запобігти її провертанню відносно цапфи 4 турбіни високого тиску. Таким чином, розташування внутрішньої обойми 16 за заднім кінцем цапфи 4 турбіни високого тиску дозволяє зменшити радіальну висоту, необхідну для встановлення доріжок кочення роликів 12, внаслідок чого зменшуються й радіальні розміри роликопідшипника 10. Згідно з варіантом виконання винаходу, проілюстрованого Фіг.1, внутрішня обойма 16 роликопідшипника 10 розташована всередині цапфи 4 турбіни високого тиску. Точніше, вн утрішня обойма 16, що виконана окремо від цапфи 4 турбіни високого тиску, починається в аксіальному напрямку від переднього краю аксіальної частини 4b цапфи турбіни високого тиску і виступає за задній край цієї аксіальної частини. Внутрішня обойма 16 додатково містить щонайменше одну виїмку 24, що взаємодіє з щонайменше одним виступом 26, передбаченим на задньому кінці цапфи 4 турбіни високого тиску для запобігання провертання внутрішньої обойми відносно цапфи 4 турбіни високого тиску. Точніше, виїмка або виїмки 24 передбачена (передбачені) на радіальному виступі 16а внутрішньої обойми 16. Для забезпечення кріплення внутрішньої 7 84850 обойми 16 на цапфі 4 турбіни високого тиску передбачена затискна (фіксуюча) гайка 28, що нагвинчується на передній край внутрішньої обойми. З цією метою передній край внутрішньої обойми 16 дещо виступає в аксіальному напрямку за передній край аксіальної частини 4b цапфи 4 турбіни високого тиску. Гайка 28, що нагвинчується на передній край внутрішньої обойми 16, упирається в передній край аксіальної частини 4b цапфи 4 турбіни високого тиску і, таким чином, виключає будь-який аксіальний зсув вн утрішньої обойми 16 відносно цапфи 4 турбіни високого тиску. Гайка 28 розташована перед роликопідшипником 10 на відміну від відомих роликопідшипників, в яких затискна гайка звичайно розташована за роликопідшипником. Завдяки цьому може бути досягнуто зменшення аксіальних розмірів масляного картера 20, розташованого за роликопідшипником 10. Слід зазначити, що згідно з даним варіантом виконання винаходу вн утрішня обойма 16 і цапфа 4 турбіни високого тиску забезпечені декількома отворами, відповідно, 30 і 32, що забезпечують можливість проходження вентилюючого повітря з повітряної порожнини 34, передбаченої перед масляним картером 20, назовні. Зрозуміло, що ці отвори 30, 32 взаємно узгоджені в радіальному напрямку. Далі, з посиланнями на Фіг.2-5, слідує опис інших варіантів виконання винаходу. Згідно з варіантом виконання винаходу, проілюстрованого Фіг.2, внутрішня обойма 16 роликопідшипника 10, виконана окремо від цапфи 4 турбіни високого тиску, також розташована всередині останньої Цей варіант виконання винаходу відрізняється від попереднього засобами блокування провертання і затискними (фіксуючими) засобами. Провертання внутрішньої обойми 16 відносно цапфи 4 турбінам високого тиску запобігає за допомогою шліців 36, що передбачені на зовнішній поверхні переднього краю внутрішньої обойми і взаємодіючих з відповідними їм шліцами 38, що передбачені на внутрішній поверхні переднього краю аксіальної частини 4b цапфи турбіни високого тиску. Кріплення внутрішньої обойми 16 на цапфі 4 турбіни високого тиску забезпечується за допомогою гайки 40, яка затягується на внутрішній обоймі в районі заднього кінця цапфи 4 турбіни високого тиску, а точніше, упирається в задній край її аксіальної частини 4b. Для забезпечення осьової фіксації внутрішньої обойми 16 відносно цапфи турбіни високого тиску може бути передбачене байонетне з'єднання. В такій конструкції затискна гайка 40 має виїмку 41, в яку входить радіальний виступ, передбачений на задньому кінці цапфи турбіни високого тиску. Таким чином, затискна гайка 40 встановлюється перед роликопідшипником 10, що також дозволяє зменшити аксіальні розміри підшипника. Згідно з варіантом виконання винаходу, проілюстрованого Фіг.3, внутрішня обойма 16 роликопідшипника 10 щонайменше частково, знаходить 8 ся зовні цапфи 4 турбіни високого тиску. Точніше, внутрішня обойма 16, незалежна від цапфи 4 турбіни високого тиску, має передню частину, розташовану зовні аксіальної частини 4b цапфи турбіни високого тиску і перехідну в задню частину, яка розташована за межами цієї аксіальної частини. Внутрішня обойма 16 забезпечена щонайменше одним штифтом 42, який вставляється в радіальному напрямку в отвори, відповідно, 44 і 46, що передбачені у внутрішній обоймі 16 і в цапфі 4 турбіни високого тиску, для запобігання провертання внутрішньої обойми відносно цапфи турбіни високого тиску. Отвори 44, 46 можуть, наприклад, бути передбачені поблизу заднього краю аксіальної частини 4b цапфи 4 турбіни високого тиску. Згідно з даним варіантом виконання винаходу роликопідшипник 10 містить також додаткове кільце 48, що розташоване всередині цапфи 4 турбіни високого тиску. Це додаткове кільце 48 починається в аксіальному напрямку від переднього краю аксіальної частини 4b цапфи 4 турбіни високого тиску і продовжується до заднього краю внутрішньої обойми 16. Задній край додаткового кільця 48 забезпечений радіальним виступом 50, який повинен упиратися в аксіальному напрямку в задній край внутрішньої обойми 16. Крім того, передбачена затискна (фіксуюча) гайка 52, встановлена з можливістю затягування на передньому краю додаткового кільця 48 для забезпечення фіксації внутрішньої обойми 16 відносно цапфи 4 турбіни високого тиску. З цією метою передній край додаткового кільця 48 дещо виступає в аксіальному напрямку за передній край аксіальної частини 4b цапфи 4 турбіни високого тиску. Як і у варіанті виконання винаходу, описаному з посиланнями на Фіг.1, при затягуванні гайки 52 на передньому краю додаткового кільця 48 воно упирається в передній край аксіальної частини 4b цапфи 4 турбіни високого тиску і запобігає будьякому аксіальному зсуву вн утрішньої обойми 16 відносно цапфи 4 турбіни високого тиску. Гайка 52 розташована перед роликопідшипником 10, що дозволяє зменшити аксіальні розміри підшипника. Слід зазначити, що для забезпечення ефективного відведення вентилюючого повітря з повітряної порожнини додаткове кільце 48 також повинна бути забезпечено отворами 54, злагодженими в радіальному напрямку з отворами 30, 32, передбаченими, відповідно, у вн утрішній обоймі 16 й в цапфі 4 турбіни високого тиску. В порівнянні з попередніми варіантами виконання винаходу роликопідшипник, описаний з посиланнями на Фіг.3, має ту перевагу, що вн утрішня обойма, яка використовується в ньому, більш проста у вигото вленні. Згідно з варіантом виконання винаходу, проілюстрованого Фіг.4 і 5, внутрішня обойма 16 роликопідшипника 10, що виконана окремо від цапфи 4 турбіни високого тиску, розташована так, що вона 9 84850 продовжує останню і, зокрема, продовжує її аксіальну частину 4b. Для запобігання провертання внутрішньої обойми 16 відносно цапфи 4 турбіни високого тиску вона містить зуби 56, що розташовані на її передньому краю. Ці зуби 56 входять в аксіальному напрямку в проміжки між відповідними їм зубами 58, передбаченими на задньому краю цапфи турбіни високого тиску, а точніше, на задньому краю її аксіальної частини 4b. Фіксація внутрішньої обойми 16 відносно цапфи 4 турбіни високого тиску забезпечується за допомогою затискної гайки 60, яку затягують на передньому краю внутрішньої обойми 16. Точніше, гайка 60 розташована усередині цапфи 4 турбіни високого тиску і внутрішньої обойми 16, причому її різьба розташована на її зовнішній поверхні. На передньому краю гайки 60 передбачений радіальний виступ 62. При затягуванні гайки 60 на внутрішній обоймі 16 виступ 62 упирається у відповідний йому радіальний виступ 64 цапфи 4 турбіни високого тиску, щоб виключити будь-який аксіальний зсув вн утрішньої обойми відносно цапфи 10 4 турбіни високого тиску. Розташування затискної гайки 60 перед роликопідшипником 10 дозволяє зменшити аксіальні розміри підшипника. Як показано на Фіг.5, зуби 56, 58 внутрішньої обойми 16 і цапфи 4 турбіни високого тиску переважно утворюють з'єднання типу Curvic®. З'єднання типу Curvic® відрізняється тим, що рух передається за допомогою аксіальних спряжених деталей, що мають трапецієподібні зуби. Як добре видно з Фіг.5, зуби 56, 58 мають трапецеїдальну форму. Використання з'єднання цього типу особливо вигідно, тому що воно допускає циркуляцію повітря через зуби 56, 58. В даному додатку це дозволяє забезпечити циркуляцію через дане з'єднання вентилюючого повітря, що надходить з повітряної порожнини. Крім того, необхідно, щоб затискна гайка 60 мала отвори 66, злагоджені в радіальному напрямку із зубами 56, 58 з'єднання. Інша перевага з'єднання цього типу полягає в тому, що воно полегшує центрування внутрішньої обойми 16 відносно цапфи 4 турбіни високого тиску при збірці роликопідшипника 10. 11 84850 12 13 84850 14 15 Комп’ютерна в ерстка А. Крулевський 84850 Підписне 16 Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601