ГЛАВА XV. РОТОР ДВИГАТЕЛЯ И ЕГО ОПОРЫ

Ротор двигателя (рис. 100) состоит из ротора компрессора и ротора турбины, соединенных между собой с помощью основного 7 и заднего 5 валов.

Основной вал 7 изготовлен из стали 18ХНВА в форме цилиндра диаметром 250 мм с двумя фланцами. Большой диаметр вала обеспечивает необходимую жесткость ротора при значительном расстоянии между опорами. Критическая частота вращения такого вала гораздо больше частоты вращения ротора на максимальном режиме работы двигателя.

Передним фланцем вал с помощью 18 призонных. болтов 5 крепится к крыльчатке 4 компрессора, задним — к заднему валу 5. В задней части основного вала имеется восемь отверстий для прохода охлаждающего воздуха в полость силового конуса.

Задний вал 8 изготовлен из той же стали 18ХНВА в форме цилиндра с развитым передним фланцем для крепления к основному валу. В передней части фланца проточен буртик для центровки при сочленении с основным валом, а впереди цилиндрической части — буртик для упора втулки переднего уплотнения. По внешнему диаметру вала нарезаны шлицы для передачи крутящего момента от ротора турбины к основному валу. В передней части шлиц проточены четыре кольцевые канавки под посадочную поверхность внутреннего кольца роликоподшипника. Такая посадка обеспечивает минимальную площадь контакта и тем самым уменьшает подвод тепла к подшипнику. Втулка диска при постановке на задний вал центрируется с помощью кольца.

В задней части вала нарезана резьба для ганки крепления всех деталей, посаженных на вал, и прорезь для усика ее контровки.

Рис. 100. Ротор двигателя:

1 — передний подшипник; 2 — вращающийся направляющий аппарат; 3— передний вал; 4 — крыльчатка; 5 — болт; 6 — винт; 7 — основной вал; 8 — задний вал; 9 — внутреннее кольцо подшипника турбины; 10 — втулка диска; 11 — диск турбины; 12 — лопатка турбины; 13 — балансировочная пробка

Внутри заднего вала запрессован вкладыш, предохраняющий передачу тепла к валу от воздуха, проходящего после охлаждения диска турбины.

Ротор двигателя подвергается динамической балансировке уравновешивающими пробками 13. Максимальная величина дисбаланса не должна превышать 5 гсм.

Передняя опора ротора (рис. 101) состоит из корпуса 2, сферической втулки 1, шарикоподшипника 17 и уплотнения. Шарикоподшипник передней опоры ротора воспринимает как радиальные, так и осевые нагрузки от роторов компрессора и турбины.

Внутреннее кольцо подшипника устанавливается на передний вал 7 с натягом и крепится гайкой 15. Упором для внутреннего кольца подшипника является внутреннее кольцо 9 уплотнения.

Между упором на переднем валу и внутренним кольцом уплотнения устанавливается дистанционная шайба 10, которая обеспечивает регулировку зазора (0,9...1,1 мм) между крыльчаткой и передней стенкой компрессора.

Наружное кольцо шарикоподшипника входит в сферическую стальную втулку 7, которая, в свою очередь, находится в корпусе переднего подшипника, закрепленного восемью болтами на ступице входного корпуса компрессора. Для обеспечения герметичности масляной полости между ступицей входного корпуса и фланцем корпуса подшипника установлено резиновое кольцо 13 круглого сечения. Спереди проточена кольцевая канавка, по выступу которой осуществляется центровка корпуса.

Внутренняя поверхность передней части корпуса выполнена в виде сферы с двумя пазами для установки сферической втулки. Наличие сферического соединения между наружным кольцом подшипника и корпусом обеспечивает компенсацию незначительной несоосности опор ротора и одновременно выполняет роль демпфера для уменьшения вибрации двигателя.

На внутренней поверхности задней части корпуса нарезана резьба для постановки наружного кольца 5 уплотнения, которое заворачивается до упора в буртик, а затем контрится с помощью штифта.

В передней части сферической втулки на внутренней ее поверхности нарезана резьба для гайки 14 крепления наружного кольца подшипника. Контровка этой гайки обеспечивается контровочной шайбой.

Рис. 101. Передняя опора ротора:

1 — сферическая втулка; 2— корпус; 3— кольцо уплотнения; 4 — лабиринтное уплотнение; 5 — наружное кольцо; 6 — заборник колеса компрессора; 7 — передний вал; 8 — заглушка; 9 — внутреннее кольцо; 10 — дистанционная шайба; 11 — гайка крепления заборника; 12 — центрирующий круг; 13 — кольцо резиновое; 14 — гайка; 15 — гайка крепления внутреннего кольца подшипника; 16 — шлицы переднего вала; 17 — шарикоподшипник

Для образования масляной полости шарикового подшипника и предотвращения попадания масла в компрессор выполнено комбинированное лабиринтное уплотнение, состоящее из двух ступеней — контактной и бесконтактной.

В канавках уплотнительной втулки вставлены два чугунных кольца 3. Наружной поверхностью кольца контактируют с внутренней поверхностью уплотнения, а боковой поверхностью — со стенкой уплотнительной втулки. Для уменьшения износа контактирующих поверхностей кольца хромируются, а боковые стенки канавок азотируются.

Бесконтактное лабиринтное уплотнение 4 образуется внутренней поверхностью наружного кольца и наружной поверхностью уплотнительной втулки, на которой нарезаны гребешки.

Смазка подшипника производится маслом, которое ягод давлением подается через форсунку, установленную на корпусе коробки приводов. После смазки и охлаждения подшипника масло стекает в нижнюю часть масляной полости и далее через окно в корпусе передней опоры по полой вертикальной стойке поступает в коробку масляных фильтров.

Задняя опора ротора (рис. 102) состоит из корпуса подшипника, переднего и заднего корпусов уплотнений, роликового подшипника и втулки переднего уплотнения.

Корпус 19 подшипника стальной, представляет собой цилиндр с развитым фланцем в передней части. На фланце выполнено два ряда отверстий: 14 для болтов крепления к фланцу силового конуса и восемь для крепления к корпусу подшипника корпусов переднего и заднего уплотнений.

К верхней части фланца крепится трубка подвода масла для смазки подшипника. По внутренним каналам масло поступает к кольцу 4 форсунок.

В нижней части гайки фланца просверлены отверстия для сообщений передней и задней масляных полостей. Из задней полости масло откачивается по трубопроводу 15 в коробку масляных фильтров. На фланце спереди и сзади проточены буртики для центровки корпусов уплотнений.

Рис. 102. Задняя опора ротора:

1 — кольцо уплотнения; 2 — трубка суфлирования; 3 — внутреннее кольцо роликоподшипника; 4 — кольцо с форсунками; 5 — кольцо уплотнения; 6 — лабиринт; 7 — болт; 8 — диск турбины; 9 — гайка; 10 — втулка диска турбины; 11 — отверстия для суфлирования; 12 — стакан заднего уплотнения; 13 — наружный кожух заднего корпуса уплотнения; 14 — внутренний кожух заднего корпуса уплотнения; 15 — трубка откачки масла; 16 — наружное кольцо подшипника; 17 — наружный кожух переднего корпуса уплотнения; 18 — внутренний кожух переднего кожуха уплотнений; 19 — корпус подшипника; 20 — стакан переднего уплотнения; 21 — теплоизоляционный вкладыш; 22 — задний вал; 23 — лабиринт; 24 — втулка уплотнения

Наружное кольцо 16 роликового подшипника вставляется в корпус подшипника до упора в буртик и зажимается гайкой, которая контрится шплинтом. Между наружным кольцом подшипника и гайкой предварительно устанавливается кольцо 4 форсунок.

Корпус уплотнения стальной, сварной конструкции. Он состоит из фланца, двух штампованных кожухов и цилиндра. После сварки корпуса между внутренним и наружным кожухами образуется воздушная полость. Полости переднего и заднего корпусов сообщены между собой и с помощью трубки суфлирования 2, установленной на переднем корпусе, сообщаются с атмосферой.

Уплотнение масляной полости так же, как и в передней опоре, осуществляется двумя ступенями — контактной и бесконтактной.

Контактное уплотнение обеспечивается двумя чугунными кольцами 5, установленными в канавках втулки уплотнения 24 и втулки 10 диска турбины. Уплотнительные кольца плотно прижимаются к боковой поверхности канавок усилием за счет разности давлений в масляной и суфлирующей полостях.

Бесконтактное уплотнение образовано лабиринтом между внутренней поверхностью цилиндрической части корпуса и гребешками, нарезанными на уплотнительной втулке и фланце турбины.

### ОСНОВНЫЕ НЕИСПРАВНОСТИ ОПОР В ЭКСПЛУАТАЦИИ,
ПРИЧИНЫ ВОЗНИКНОВЕНИЯ И МЕРОПРИЯТИЯ
ПО ИХ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЮ

Опоры ротора двигателя М701 в основном работают надежно и при эксплуатации двигателя не вызывают каких-либо затруднений. Однако в отдельных случаях выявляются нарушения их нормальной работы. Диагностическими признаками таких нарушений являются:

уменьшение времени выбега ротора при остановке двигателя;

появление металлической стружки в масле и на масляных фильтрах;

повышение температуры масла;

увеличение вибрации двигателя;

появление характерных шумов при запуске и остановке двигателя.

Появление хотя бы одного из перечисленных признаков, как правило, сопровождается и другими признаками. Поэтому в процессе эксплуатации двигателя при появлении одного из признаков нужно более тщательно оценивать состояние двигателя. Особенно важно регулярно записывать время выбега ротора двигателя. Уменьшение времени выбега, даже если оно остается больше минимально допустимого, может свидетельствовать о начале разрушения подшипника. Точно так же повышение температуры газов на 20...30° должно явиться поводом для тщательной проверки состояния двигателя по всем параметрам.

Причинами разрушения подшипников опор ротора могут быть:

недостаточная подача масла на охлаждение и смазку подшипника (масляное голодание);

усталостное выкрашивание материала колец подшипника;

уменьшение радиального зазора в подшипнике (вплоть до полного устранения) при нарушениях правил эксплуатации;

разрушение или ослабление затяжки гаек, закрепляющих кольца подшипника.

Шариковый подшипник передней опоры ротора является наиболее нагруженным, поскольку он воспринимает как радиальные, так и осевые нагрузки, действующие на ротор. Характерными признаками разрушения шарикового подшипника, кроме перечисленных ранее, являются:

смещение ротора назад или вперед, в зависимости от направления действия осевой силы;

износ, вырывы материала лопаток воздухозаборника вследствие касания их торцами о корпус воздухозаборника;

металлизация (покрытие расплавленным металлом) лопаток соплового аппарата и турбины.

Поскольку на двигателе М701 роликовый подшипник турбины работает в тяжелых температурных условиях, то в случае масляного голодания он обычно разрушается в первую очередь.

Процесс усталостного разрушения подшипника в большинстве случаев идет постепенно с нарастанием скорости разрушения, т. е. носит длительный характер.

Поэтому разрушение подшипника можно выявить на ранней стадии, а следовательно, предохранить двигатель от вторичных разрушений и от отказа в полете.

Разрушение роликовых подшипников задней опоры может происходить также от резкого уменьшения радиального зазора в подшипнике в результате несоблюдения времени прогрева при запусках и опробовании двигателей в условиях низких температур.

Процесс уменьшения радиального зазора и последующего разрушения подшипника происходит следующим образом. Внутреннее кольцо подшипника устанавливается на задний вал, соединенный с втулкой диска турбины. Наружное же кольцо подшипника устанавливается в корпус из алюминиевого сплава. Коэффициент линейного расширения алюминиевого сплава почти в два раза больше, чем у стали. Поэтому при низких температурах наружное кольцо будет сжиматься корпусом. Если теперь нагревать только внутреннее кольцо подшипника, то оно будет увеличиваться в размере, в то время как наружное кольцо останется без изменений в зажатом состоянии. Такое явление наблюдается после запуска двигателя.

Радиальный зазор при этом уменьшается тем больше, чем ниже была начальная температура. Если после запуска не провести достаточного прогрева двигателя, как этого требует инструкция по эксплуатации, а перейти на повышенные режимы работы, то радиальный зазор может выбраться полностью и ролики окажутся зажатыми между кольцами. Кроме того, процесс усугубляется еще и тем, что циркуляция холодного масла из-за большой его вязкости недостаточна и отвод тепла от внутреннего кольца подшипника осуществляется гораздо медленнее, чем подвод его от диска турбины. Таким образом, прогрев двигателя необходим для того, чтобы уравнять температуры внутреннего и наружного колец подшипника.

Для предотвращения разрушения подшипников от масляного голодания в процессе эксплуатации двигателей необходимо:

регулярно проверять наличие и количество масла в баке;

контролировать закрытие горловины маслобака;

проверять герметичность масляной системы при опробовании двигателя;

следить за давлением и температурой масла на протяжении всего полета;

соблюдать режимы прогрева и охлаждения двигателя (особенно зимой).