Долговечность подшипников опор ротора авиационного ГТД

Опоры ротора ГТД состоят из ряда элементов, основными из которых являются подшипники качения (рис. 2.18). Подшипники качения являются весьма ответственными деталями двигателя, отказы которых могут привести к серьезным последствиям: разрушениям двигателя, пожару и т.д. Поэтому корректное обоснование долговечности подшипников имеет большое значение для обеспечения высокой эксплуатационной надежности ГТД. Долговечность подшипников качения

,

где С – коэффициент быстроходности, зависящий от типа подшипника и его геометрических характеристик; P _пр– приведенная сила, действующая на подшипник; п — число оборотов вала в мин. В табл. 2.6 приведены соотношения для определения коэффициента быстроходности шарико- и роликоподшипников.

Рис 2.18. Опора ротора ГТД:

1 – вал; 2 – подшипник; 3 – форсунка для масла; 4 –установочное кольцо;
5 – крышка подшипника; 6 – лабиринтное уплотнение

Таблица 2.6. Коэффициент быстроходности подшипников качений

Приведенная сила, действующая на подшипник,

Р _пр = K_TK _н K _s(Р_{i ш}+ Р_ij + mР _ос),

где K _к– коэффициент, учитывающий, какое кольцо вращается (при вращении внутреннего кольца K _к = 1, а при вращении наружного K _к = 1,35); K _s– коэффициент, зависящий от характера нагружения, K _s=1–3 (возрастает при ударном нагружений); m – коэффициент приведения осевой нагрузки к условной радиальной, m = 0,6–1,5; K_T – температурный коэффициент, K_T = 1,0–1,4; P_{i ш}– радиальная сила, приходящаяся на подшипник от массы ротора; Р_ij – радиальная сила, обусловленная дисбалансом массы ротора; Р _ос– осевая сила, действующая на подшипник.

На рис. 2.19 приведено статистическое распределение отказов подшипников одного из турбовинтовых двигателей. Как следует из приведенных данных, отказы подшипников можно разделить на две группы: отказы на начальной стадии эксплуатации и отказы при наработке, близкой к расчетному значению долговечности. Анализ уравнения для долговечности подшипника конкретного двигателя показывает, что изменение долговечности в процессе эксплуатации может произойти из-за повышения частоты вращения ротора n, характера динамического нагружения подшипника K _sи температурного режима его работы K_T. Поскольку выбор подшипника проводится по максимальной эксплуатационной частоте вращения, а при эксплуатации отклонения частоты вращения не превышают 10–15 %, то определяющее влияние на изменение долговечности оказывают характер динамического силового нагружения и температурный режим работы подшипника.

Рис. 2.19. Распределение отказов подшипников

Как известно, при ударном нагружении элементов подшипника коэффициент динамического нагружения может достигать значений K _s=2–3, что приводит к изменению долговечности в 5–10 раз. Ранние разрушения подшипников могут вызываться ударными нагружениями, разрушениями сепараторов подшипников, выкрашиваниями тел качения и т. д. Относительная доля ранних отказов (как следует из рис. 2.19) невелика и составляет
20–25 % от общего числа отказов. В связи с этим основная доля отказов подшипников до выработки ими расчетной долговечности обусловлена изменением температурного режима работы подшипника. На рис. 2.20 приведена зависимость отношения долговечности от температуры подшипника. Как следует из приведенных данных, с увеличением температуры подшипника долговечность его монотонно уменьшается. При достижении температуры отжига металла происходит изменение формы тел качения, что приводит к резкому увеличению температуры, заклиниванию и спонтанному разрушению подшипника. В связи с этим для обеспечения высоконадежной работы опор двигателя недопустим перегрев подшипников. Измерения температур (рис. 2.21) показали, что в реальных условиях эксплуатации после выключения двигателя температура форсуночного кольца опоры, через которое поступает масло для охлаждения и смазки подшипников, может достигать 225–240 °С. Эта температура соответствует температуре образования твердого кокса внутри форсуночного отверстия, в результате чего уменьшается расход масла через подщипник и изменяется тепловой режим работы. Повышение рабочей температуры из-за нарушения режима охлаждения приводит к росту температуры тел качения, их перегреву, отжигу и разрушению подшипника.

Рис. 2.20. Влияние температуры на долговечность подшипника.
Ось ординат – отношение долговечности при повышенной температуре к долговечности
при Т = 100°С, t_T / i _100°C; ось абсцисс – температура Т

Рис. 2.21. Изменение температуры подшипника при внезапном останове двигателя
(МГ – режим «малый газ»; НОМ – номинальный режим; останов – полное выключение ГТД)

Существенное влияние на число отказов подшипников вследствие их перегрева после остановки оказывают климатические условия района эксплуатации ГТД (рис. 2.22). Таким образом, дляобеспечения расчетной долговечности подшипников качения в эксплуатации не должно иметь места повышение рабочей температуры до значений, близких к температуре отжига.

Рис. 2.22. Влияние района эксплуатации на интенсивность отказов подшипников ГТД

Из сказанного следует, что работоспособность ГТД в процессе эксплуатации зависит от значительного числа труднорегулируемых факторов и неуправляемых внешних условий, что обусловливает значительную сложность корректного установления ресурса основных деталей двигателя по рассмотренным соотношениям. Вместе с тем рассмотренные зависимости позволяют обосновать приближенные соотношения для определения остаточного ресурса.

Что вызывает тренды на фондовых и товарных рынках Объяснение теории грузового поезда Первые 17 лет моих рыночных исследований сводились к попыткам вычис­лить, когда этот...

ЧТО ПРОИСХОДИТ ВО ВЗРОСЛОЙ ЖИЗНИ? Если вы все еще «неправильно» связаны с матерью, вы избегаете отделения и независимого взрослого существования...

ЧТО ТАКОЕ УВЕРЕННОЕ ПОВЕДЕНИЕ В МЕЖЛИЧНОСТНЫХ ОТНОШЕНИЯХ? Исторически существует три основных модели различий, существующих между...

Живите по правилу: МАЛО ЛИ ЧТО НА СВЕТЕ СУЩЕСТВУЕТ? Я неслучайно подчеркиваю, что место в голове ограничено, а информации вокруг много, и что ваше право...

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском гугл на сайте: