RU2529294C1

RU2529294C1 - Gas turbine engine

Info

Publication number: RU2529294C1
Application number: RU2013137122/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Викторович Дидов; Виктор Дмитриевич Сергеев
Priority date: 2013-08-07
Filing date: 2013-08-07
Publication date: 2014-09-27

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: first cup-like journal of the first magnetic bearing assembly directed by its bottom to turbine wheel is fitted on engine cylindrical bush adjoining the turbine wheel. Note here that second cup-like journal of the second radial thrust magnetic bearing directed with its bottom to compressor wheel is fitted on the shaft free end. First and second thrust gas bearings, centrifugal compressor wheel and equaliser washer are fitted thereon and locked by nut. Every radial magnetic bearing comprises thin-wall sleeve made of nonmagnetic material. Sleeve outer surface has poles arranged regularly in circle and shaped to trapezoid-like strips made of material with high magnetic permeability. Trapezoid-like strips made of magnetic material arranged between the latter to contact with said poles by side faces. The latter magnetised over axial length in tangentially opposite direction. Wide cross-section base of magnetic strips face the thin-wall surface. Wedges made of strips of nonmagnetic materials are arranged on narrow base side rigidly secured flush with side faces of the poles. Said wedges contact with magnetic strip to make the cylindrical surface extending in working clearance of radial magnetic bearing. Circular ledges of the first and second cup-like journals are fitted in circular recesses. Said ledges are furnished with ring of high-strength fibre on binder made of solidifying synthetic resin. Said ledges are fitted in appropriate ring grooves made in spacer arranged between turbine and compressor casings. Note here that one of ring grooves is opened to compressor while another to turbine. Corrugated sleeve with lengthwise crimps is arranged between the surface of ring grooves and made of resilient material. Inner surfaces of cup-like journal is coated with copper layer and finished to high purity. Thrust magnetic bearing comprises toe bearing made of nonmagnetic material and arranged in cylindrical bore of cup-like journal. Sectors of poles of material with high magnetic permeability are secured between journal bottom and toe bearing surface. Sectors of permanent magnets and sectors of poles are composed by trapezoidal-section strips in contact by side edges. Note here that magnetic sectors face the cylindrical recess bottom by their section wide base. Their narrow bases are covered by flat wedges of nonmagnetic material. Their end surfaces are rigidly secured with end surfaces of appropriate poles to make flat surface which makes with cup-journal the working clearance of thrust magnetic bearing. Radial and thrust magnetic bearings are made of magnetic material with Courier point not lower than 900°C. Elastic washer made of resilient material deformed to make circular crimps is arranged between toe bearing and bottom of bore of both magnetic bearings. Magnetic radial and thrust bearings are locked in place. Axial gas-dynamic bearing comprises spacer and seal with spacer ring arranged there between. Note that first and second thrust gas bearings separated by common toe bearing are fitted there between. Radial gas-dynamic bearing is arranged in clearance between the spacer cylindrical cavity and sleeve surface facing the latter.

EFFECT: reliable starting at low temperatures, higher reliability at high dynamic loads and operating efficiency.

2 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано при проектировании, например, газотурбинных двигателей, турбокомпрессоров, турбодетандеров.The invention relates to the field of turbine construction and can be used in the design, for example, gas turbine engines, turbocompressors, turbo expanders.

Известен газотурбинный двигатель, содержащий компрессор и осевую турбину с масляной полостью между ними, в которой расположены подшипники компрессора и турбины [Шварц В.А. Конструкции газотурбинных установок. М.: Машиностроение, 1970, стр.116, рис.72].Known gas turbine engine containing a compressor and an axial turbine with an oil cavity between them, in which the bearings of the compressor and turbine are located [Schwartz V.A. Designs of gas turbine units. M.: Engineering, 1970, p. 116, Fig. 72].

Недостатком такой конструкции является ее низкая надежность из-за увеличенной теплоотдачи в масляную полость, что приводит к перегреву и коксованию масла и выходу из строя подшипников.The disadvantage of this design is its low reliability due to increased heat transfer to the oil cavity, which leads to overheating and coking of the oil and the failure of the bearings.

Известен газотурбинный двигатель, компрессор которого содержит корпус с размещенными в нем несколькими рядами направляющих лопаток, ротор, содержащий обечайку с закрепленными на ней несколькими рядами рабочих лопаток. Две стальные крышки закрывают обечайку ротора с торцов и имеют цапфы, которыми ротор опирается на подшипники. Для уменьшения осевой силы к передней торцевой стенке ротора турбомашины из полости нагнетания компрессора подведен сжатый воздух. Чтобы уменьшить утечку воздуха из разгрузочной камеры, ее снабжают двумя уплотнениями, размещенными на периферии и у цапфы компрессора (см. Скубачевский Г.С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М.: Машиностроение, 1969, рис.2.14).A gas turbine engine is known, the compressor of which contains a housing with several rows of guide vanes located in it, a rotor containing a shell with several rows of vanes mounted on it. Two steel covers cover the rotor shell from the ends and have trunnions with which the rotor rests on bearings. To reduce the axial force, compressed air is supplied to the front end wall of the rotor of the turbomachine from the compressor discharge cavity. To reduce air leakage from the discharge chamber, it is supplied with two seals located on the periphery and at the compressor axle (see G. Skubachevsky, Aircraft gas turbine engines. Design and calculation of parts. M .: Mashinostroenie, 1969, Fig. 2.14).

Недостатком известного устройства является необходимость установки уплотнений на наружной и внутренней поверхностях газовой камеры, через которые происходит утечка рабочего тела ГТД.A disadvantage of the known device is the need to install seals on the outer and inner surfaces of the gas chamber, through which the leak of the gas turbine working fluid occurs.

Известен также газотурбинный двигатель, содержащий корпус, в цилиндрической полости которого установлен ротор с цилиндрической внешней поверхностью, включающий вал, один конец которого жестко скреплен с рабочим колесом турбины, на который насажена втулка ротора, выполненного с возможностью его газодинамического поддержания, а на свободном конце зафиксировано колесо центробежного компрессора, снабженный упорным подшипником (см. RU 2456482, МПК F04D 29/051; F01D 3/04, 2012 г.).A gas turbine engine is also known, comprising a housing in which a rotor with a cylindrical outer surface is mounted in a cylindrical cavity, including a shaft, one end of which is rigidly fastened to the turbine impeller, on which a rotor sleeve is mounted, which is capable of gas-dynamic support, and is fixed on the free end a centrifugal compressor wheel equipped with a thrust bearing (see RU 2456482, IPC F04D 29/051; F01D 3/04, 2012).

При использовании в транспортных газотурбинных двигателях (ГТД) подшипников с масляной смазкой необходима система смазки подшипников, что усложняет установку, увеличивает затраты на эксплуатацию, затрудняет запуск двигателей при низких температурах. Использование лепестковых газодинамических подшипников ограничено массой роторов до 10 кг.When using bearings with oil lubrication in gas turbine gas turbine engines (GTE), a bearing lubrication system is required, which complicates installation, increases operating costs, and makes it difficult to start engines at low temperatures. The use of blade gas-dynamic bearings is limited by the mass of rotors up to 10 kg.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является повышение несущей способности радиального и упорного подшипниковых узлов ГТД, повышение надежности их работы при высоких динамических нагрузках, уменьшение потерь на трение в рабочем режиме, исключение загрязнения рабочего тела турбомашины маслом, повышение механического КПД ГТД.The task to which the proposed technical solution is directed is to increase the bearing capacity of the radial and thrust bearings of a gas turbine engine, increase the reliability of their operation at high dynamic loads, reduce friction losses in the operating mode, eliminate contamination of the working fluid of a turbomachine with oil, increase the mechanical efficiency of a gas turbine engine.

Результат предлагаемого технического решения выражается в обеспечении высокой несущей способности радиального и упорного подшипникового узлов в рабочем режиме при уменьшении в них потерь на трение, надежном запуске ГТД при низких температурах, повышении его надежности работы при высоких динамических нагрузках, а также повышении устойчивости ротора к «полускоростному вихрю», повышении механического КПД ГТД.The result of the proposed technical solution is expressed in providing high bearing capacity of the radial and thrust bearing assemblies in operating mode while reducing friction losses in them, reliably starting the gas turbine engine at low temperatures, increasing its reliability at high dynamic loads, as well as increasing the rotor resistance to “half speed” whirlwind ”, increasing the mechanical efficiency of a gas turbine engine.

Поставленная задача решается тем, что газотурбинный двигатель, содержащий корпус, в цилиндрической полости которого установлен ротор с цилиндрической внешней поверхностью, включающий вал, один конец которого жестко скреплен с рабочим колесом турбины, на который насажена втулка ротора, выполненного с возможностью его газодинамического поддержания, а на свободном конце зафиксировано колесо центробежного компрессора, снабженный упорным подшипником, отличающийся тем, что на цилиндрической втулке со стороны, прилегающей к колесу турбины, надета первая чашеобразная цапфа-пята первого радиально-упорного магнитного подшипника, ориентированная своим дном к колесу турбины, при этом на свободном конце вала последовательно установлены с упором друг в друга, вторая чашеобразная цапфа-пята второго радиально-упорного магнитного подшипника, ориентированная своим дном к колесу компрессора, первый и второй упорные лепестковые газовые подшипники, колесо центробежного компрессора и балансировочная шайба, зафиксированные гайкой, при этом каждый радиальный магнитный подшипник включает в себя тонкостенную втулку, выполненную из немагнитного материала, на внешней поверхности которой равномерно по ее окружности расположены полюса, выполненные в виде планок трапециевидного сечения, из материала с высокой магнитной проницаемостью, между которыми размещены, контактируя с полюсами боковыми гранями, магнитные планки трапециевидного сечения из магнитного материала, которые по всей осевой длине намагничены в тангенциальном встречном направлении, при этом магнитные планки широким основанием своего сечения обращены к поверхности тонкостенной втулки, а со стороны их узкого основания размещены клинья, выполненные в виде полос из немагнитного материала, жестко и заподлицо скрепленные с боковыми гранями полюсов, контактирующих с соответствующей магнитной планкой, образуя цилиндрическую поверхность, выходящую в рабочий зазор радиального магнитного подшипника, кроме того, кольцевые выступы первой и второй чашеобразных цапф-пят, составляющих радиальные магнитные подшипники, снабжены бандажом из высокопрочного волокна на связующем из твердеющих синтетических смол и размещены в кольцевых пазах соответствующего поперечного сечения, выполненных в проставке, размещенной между корпусами турбины и компрессора, при этом один из кольцевых пазов открыт к компрессору, а другой к турбине, причем между поверхностью кольцевых пазов проставки и втулкой размещена гофрированная втулка с продольными гофрами, выполненная из упругого материала, при этом внутренние поверхности цапфы-пяты покрыты слоем меди и обработаны с высокой чистотой поверхности, причем упорный магнитный подшипник содержит подпятник, выполненный из немагнитного материала, размещенный в цилиндрической выточке соответствующей цапфы-пяты, между дном которой и поверхностью подпятника закреплены сектора полюсов из материала с высокой магнитной проницаемостью, при этом сектора постоянных магнитов и сектора полюсов выполнены в виде планок трапециевидного сечения, контактирующих друг с другом боковыми кромками, при этом магнитные сектора широким основанием своего сечения обращены ко дну цилиндрической выемки, причем узкие основания магнитных секторов перекрыты плоскими клиньями из немагнитного материала, жестко скрепленных своими торцевыми поверхностями с торцевыми поверхностями соответствующих полюсов с образованием плоской поверхности, которая образует с цапфой-пятой рабочий зазор упорного магнитного подшипника, кроме того, по меньшей мере, радиальный и упорный магнитный подшипники, размещенные со стороны турбины, выполнены с использованием магнитного материала с точкой Кюри не менее 900°C, при этом между подпятником и обращенным к нему дном выточки обоих магнитных подшипников, установлена упругая шайба, выполненная в виде шайбообразной пластины из упругого материала, деформированной с образованием кольцевых гофров, кроме того, магнитные радиальные и упорные подшипники зафиксированы от поворота вокруг продольной оси вала, кроме того, осевой лепестковый газодинамический подшипник содержит проставку и уплотнение компрессора, между которыми размещено дистанционное кольцо, при этом в полости между ними размещены первый и второй упорные лепестковые газовые подшипники, разделенные общей пятой, при этом в зазоре между поверхностью цилиндрической полости проставки и обращенной к ней поверхностью втулки размещен радиальный газодинамический лепестковый подшипник.The problem is solved in that the gas turbine engine, comprising a housing, in the cylindrical cavity of which a rotor is installed with a cylindrical outer surface, including a shaft, one end of which is rigidly fastened to the turbine impeller, on which the rotor sleeve is mounted, made with the possibility of its gas-dynamic maintenance, and at the free end, a centrifugal compressor wheel is fixed, equipped with a thrust bearing, characterized in that on the cylindrical sleeve from the side adjacent to the turbine wheel, put on the first cup-shaped pin-heel of the first angular contact magnetic bearing, oriented with its bottom to the turbine wheel, while the second cup-shaped pin-heel of the second angular contact magnetic bearing, oriented with its bottom to the compressor wheel, the first and second thrust lobe gas bearings, the centrifugal compressor wheel and the balancing washer fixed by a nut, with each radial magnetic bearing including includes a thin-walled sleeve made of non-magnetic material, on the outer surface of which poles are made uniformly in the form of trapezoidal cross-sections, from a material with high magnetic permeability, between which magnetic trapezoidal cross-sections are placed in contact with the poles of the side faces made of magnetic material that is magnetized along the entire axial length in a tangential opposite direction, while the magnetic strips with their wide section base are turned to the surface of the thin-walled sleeve, and on the side of their narrow base there are wedges made in the form of strips of non-magnetic material, rigidly and flush fastened to the side faces of the poles in contact with the corresponding magnetic strip, forming a cylindrical surface that extends into the working clearance of the radial magnetic bearing, in addition , the annular protrusions of the first and second cup-shaped trunnion-heels constituting radial magnetic bearings are provided with a bandage of high-strength fiber on a binder of hardening synthetic resins and are placed in annular grooves of the corresponding cross-section, made in a spacer placed between the turbine and compressor casings, one of the annular grooves being open to the compressor and the other to the turbine, and a corrugated sleeve with longitudinal is placed between the surface of the annular grooves of the spacer and the sleeve corrugations made of elastic material, while the inner surfaces of the heel trunnion are coated with a layer of copper and processed with high surface purity, and the thrust magnetic bearing contains a spot to, made of non-magnetic material, placed in a cylindrical undercut of the corresponding heel pin, between the bottom of which and the surface of the thrust bearing are secured pole sectors of material with high magnetic permeability, while the sectors of permanent magnets and sectors of the poles are made in the form of trapezoidal sections in contact with each other other lateral edges, while the magnetic sectors with the wide base of their cross section facing the bottom of the cylindrical recess, and the narrow bases of the magnetic sectors are overlapped wedges of non-magnetic material rigidly fastened by their end surfaces to the end surfaces of the corresponding poles to form a flat surface that forms with the fifth axle a working clearance of a thrust magnetic bearing, in addition, at least radial and thrust magnetic bearings located on the turbine side are made using magnetic material with a Curie point of at least 900 ° C, while between the thrust bearing and the bottom of the undercut of both magnetic bearings facing it, angular washer made in the form of a washer-like plate made of elastic material deformed to form annular corrugations, in addition, magnetic radial and thrust bearings are fixed from rotation around the longitudinal axis of the shaft, in addition, the axial gas-dynamic bearing contains a spacer and compressor seal, between which are placed distance ring, while in the cavity between them are placed the first and second thrust lobe gas bearings separated by a common fifth, while in the gap between the surface A radial gas-dynamic lobe bearing is placed by the spacer cylindrical cavity and the sleeve surface facing it.

Кроме того, гофры упругой шайбы, размещенной со стороны компрессора, заполнены эластичным материалом, скрепленным с ней.In addition, the corrugations of the elastic washer located on the compressor side are filled with elastic material bonded to it.

Сопоставительный анализ существенных признаков предлагаемого технического решения с существенными признаками прототипа и аналогов свидетельствует о его соответствии критерию «новизна».A comparative analysis of the essential features of the proposed technical solution with the essential features of the prototype and analogues indicates its compliance with the criterion of "novelty."

При этом существенные признаки отличительной части формулы изобретения решают следующие функциональные задачи.In this case, the essential features of the characterizing part of the claims solve the following functional tasks.

Признаки, указывающие, что «на цилиндрической втулке со стороны, прилегающей к колесу турбины, надета первая чашеобразная цапфа-пята первого радиально-упорного магнитного подшипника, ориентированная своим дном к колесу турбины, при этом на свободном конце вала последовательно установлены с упором друг в друга вторая чашеобразная цапфа-пята второго радиально-упорного магнитного подшипника, ориентированная своим дном к колесу компрессора, первый и второй упорные лепестковые газовые подшипники, колесо центробежного компрессора и балансировочная шайба, зафиксированные гайкой» образуют радиальные и упорные магнитные подшипники в дополнение к лепестковым газодинамическим, что позволяет подшипникам воспринимать высокие динамические нагрузки при вибрации корпуса ГТД.Signs indicating that “on the cylindrical sleeve from the side adjacent to the turbine wheel, the first cup-shaped pin-heel of the first angular contact magnetic bearing is mounted, oriented with its bottom to the turbine wheel, while on the free end of the shaft are sequentially installed with an emphasis on each other the second cup-shaped heel-heel of the second angular contact magnetic bearing, oriented with its bottom to the compressor wheel, the first and second thrust lobe gas bearings, the centrifugal compressor wheel and balance the “washer fixed by the nut” form radial and thrust magnetic bearings in addition to the lobed gas-dynamic bearings, which allows the bearings to absorb high dynamic loads during vibration of the gas turbine housing.

Признаки, указывающие, что «каждый радиальный магнитный подшипник включает в себя тонкостенную втулку, выполненную из немагнитного материала, на внешней поверхности которой равномерно по ее окружности расположены полюса, выполненные в виде планок трапециевидного сечения, из материала с высокой магнитной проницаемостью, между которыми размещены, контактируя с полюсами боковыми гранями, магнитные планки трапециевидного сечения из магнитного материала, которые по всей осевой длине намагничены в тангенциальном встречном направлении» обеспечивают возможность использования электродинамической силы для поддержания цапфы, т.е. позволяют дополнительно к газостатическим силам обеспечить электродинамические силы отталкивания при вращении цапфы без прилипания сегментов постоянных магнитов к цапфе. Это повышает несущую способность и жесткость радиального подшипникового узла.Signs indicating that "each radial magnetic bearing includes a thin-walled sleeve made of non-magnetic material, on the outer surface of which poles are arranged uniformly along its circumference, made in the form of trapezoidal cross-sections, from a material with high magnetic permeability, between which are placed, contacting the poles with lateral faces, the magnetic strips of a trapezoidal section of magnetic material that are magnetized along the entire axial length in a tangential opposite direction espechivayut the use of electrodynamic forces to maintain the pin, ie, in addition to gas-static forces, they provide electrodynamic repulsive forces when the pin rotates without sticking the permanent magnet segments to the pin. This increases the bearing capacity and stiffness of the radial bearing assembly.

Признаки, указывающие, что «магнитные планки широким основанием своего сечения обращены к поверхности тонкостенной втулки, а со стороны их узкого основания размещены клинья, выполненные в виде полос из немагнитного материала, жестко и заподлицо скрепленные с боковыми гранями полюсов, контактирующих с соответствующей магнитной планкой, образуя цилиндрическую поверхность, выходящую в рабочий зазор радиального магнитного подшипника» обеспечивают направление основной части магнитного потока в зону рабочего зазора радиального магнитного подшипника для получения значительных электродинамических сил и обеспечивают формирование рабочего зазора с поверхностью цапфы, а также обеспечивают гладкую цилиндрическую поверхность магнитного подшипника.Signs indicating that “the magnetic strips with the wide base of their cross section are facing the surface of the thin-walled sleeve, and on the side of their narrow base there are wedges made in the form of strips of non-magnetic material, rigidly and flush fastened to the side faces of the poles in contact with the corresponding magnetic strip, forming a cylindrical surface that extends into the working gap of the radial magnetic bearing "ensure the direction of the main part of the magnetic flux in the zone of the working gap of the radial magnetic a bearing for significant electrodynamic forces and provide a working air gap with the formation of the trunnion surface, and also provide a smooth cylindrical surface of the magnetic bearing.

Признаки, указывающие, что «кольцевые выступы первой и второй чашеобразных цапф-пят, составляющих радиальные магнитные подшипники, снабжены бандажом из высокопрочного волокна на связующем из твердеющих синтетических смол и размещены в кольцевых пазах соответствующего поперечного сечения, выполненных в проставке, размещенной между корпусами турбины и компрессора» повышают прочность цапфы, уменьшают деформации зазора магнитных подшипников.Signs indicating that the "annular protrusions of the first and second cup-shaped trunnion-heels constituting the radial magnetic bearings are provided with a high-strength fiber bandage on a binder of hardening synthetic resins and are placed in annular grooves of the corresponding cross section made in the spacer placed between the turbine bodies and compressor ”increase the trunnion strength, reduce the deformation of the gap of the magnetic bearings.

Признаки, указывающие, что «между поверхностью кольцевых пазов проставки и втулкой размещена гофрированная втулка с продольными гофрами, выполненная из упругого материала» обеспечивают необходимую жесткость упругой подложки узла в рабочем состоянии и, соответственно, гашение вынужденных колебаний ротора.Signs indicating that "between the surface of the annular grooves of the spacer and the sleeve there is a corrugated sleeve with longitudinal corrugations made of elastic material" provide the necessary rigidity of the elastic substrate of the node in working condition and, accordingly, the damping of forced rotor vibrations.

Признаки, указывающие, что «внутренние поверхности цапфы-пяты покрыты слоем меди и обработаны с высокой чистотой поверхности» обеспечивают возникновение значительных электродинамических сил, обусловленных взаимодействием вихревых токов, наведенных в цапфе-пяте магнитным полем магнитных планок и секторов постоянных магнитов, с полем этих магнитов, что повышает несущую способность и жесткость радиального и упорного магнитных подшипников.Signs indicating that “the inner surfaces of the trunnion-heel are coated with a layer of copper and processed with high surface cleanliness” provide significant electrodynamic forces due to the interaction of the eddy currents induced in the trunnion by the magnetic field of magnetic strips and sectors of permanent magnets with the field of these magnets , which increases the bearing capacity and stiffness of the radial and thrust magnetic bearings.

Признаки, указывающие, что «упорный магнитный подшипник содержит подпятник, выполненный из немагнитного материала, размещенный в цилиндрической выточке соответствующей цапфы-пяты, между дном которой и поверхностью подпятника закреплены сектора полюсов из материала с высокой магнитной проницаемостью, при этом сектора постоянных магнитов и сектора полюсов выполнены в виде планок трапециевидного сечения, контактирующих друг с другом боковыми кромками» формируют упорный магнитный подшипник.Signs indicating that the "thrust magnetic bearing contains a thrust bearing made of non-magnetic material, placed in a cylindrical recess of the corresponding trunnion-heel, between the bottom of which and the thrust bearing surface are secured pole sectors of a material with high magnetic permeability, while sectors of permanent magnets and sectors of poles made in the form of strips of trapezoidal section in contact with each other by the side edges "form a thrust magnetic bearing.

Признаки, указывающие, что «магнитные сектора, широким основанием своего сечения обращены ко дну цилиндрической выемки, причем узкие основания магнитных секторов перекрыты плоскими клиньями из немагнитного материала, жестко скрепленных своими торцевыми поверхностями с торцевыми поверхностями соответствующих полюсов с образованием плоской поверхности, которая образует с цапфой-пятой рабочий зазор упорного магнитного подшипника» обеспечивают направление основной части магнитного потока в зону рабочего зазора упорного магнитного подшипника для получения значительных электродинамических сил и обеспечивают формирование рабочего зазора с поверхностью цапфы, а также обеспечивают гладкую цилиндрическую поверхность магнитного подшипника.Signs indicating that “the magnetic sectors, with the wide base of their cross section facing the bottom of the cylindrical recess, and the narrow bases of the magnetic sectors are overlapped by flat wedges of non-magnetic material, rigidly fastened by their end surfaces to the end surfaces of the corresponding poles to form a flat surface that forms with a pin - the fifth working gap of the thrust magnetic bearing ”ensures the direction of the main part of the magnetic flux into the zone of the working gap of the thrust magnetic bearing dshipnika to obtain significant electrodynamic forces and provide a working air gap with the formation of the trunnion surface, and also provide a smooth cylindrical surface of the magnetic bearing.

Признак, указывающий, что «по меньшей мере, радиальный и упорный магнитный подшипники, размещенные со стороны турбины, выполнены с использованием магнитного материала с точкой Кюри не менее 900°C» предотвращает размагничивание магнитных планок от действия высоких температур со стороны турбины и тем самым обеспечивает работоспособность магнитных подшипников во всем рабочем диапазоне температур.A sign indicating that "at least the radial and thrust magnetic bearings located on the turbine side are made using magnetic material with a Curie point of at least 900 ° C" prevents the magnetization of the magnetic strips from the action of high temperatures on the turbine side and thereby ensures operability of magnetic bearings in the entire operating temperature range.

Признаки, указывающие, что «между подпятником и обращенным к нему дном выточки обоих магнитных подшипников установлена упругая шайба, выполненная в виде шайбообразной пластины из упругого материала, деформированной с образованием кольцевых гофров» обеспечивают необходимую жесткость упругой подложки магнитного подшипника в рабочем состоянии, а также предотвращают заклинивание упорного магнитного подшипника в рабочем состоянии от неравномерности теплового расширения ротора и проставки.Signs indicating that “between the thrust bearing and the bottom of the recess of both magnetic bearings facing it, there is an elastic washer made in the form of a washer-like plate of elastic material deformed to form annular corrugations” provide the necessary rigidity of the elastic substrate of the magnetic bearing in working condition, and also prevent jamming of the thrust magnetic bearing in working condition from uneven thermal expansion of the rotor and spacers.

Признак, указывающий, что «магнитные радиальные и упорные подшипники зафиксированы от поворота вокруг продольной оси вала» препятствует вращению упорных магнитных подшипников под действием тормозных сил.A sign indicating that the "magnetic radial and thrust bearings are fixed against rotation about the longitudinal axis of the shaft" prevents the rotation of the thrust magnetic bearings under the action of braking forces.

Признаки, указывающие, что «осевой лепестковый газодинамический подшипник содержит проставку и уплотнение компрессора, между которыми размещено дистанционное кольцо, при этом в полости между ними, размещены первый и второй упорные лепестковые газовые подшипники, разделенные общей пятой» позволяют воспринимать осевые нагрузки, действующие на ротор при пуске ГТД, гасить вынужденные осевые колебания ротора.Signs indicating that the "axial lobe gas-dynamic bearing contains a spacer and compressor seal, between which a spacer ring is placed, while the first and second thrust lobe gas bearings separated by a common fifth are placed in the cavity between them" allow the axial loads acting on the rotor to be perceived when starting the gas turbine engine, damp the forced axial vibrations of the rotor.

Признаки, указывающие, что «в зазоре между поверхностью цилиндрической полости проставки и обращенной к ней поверхностью втулки размещен радиальный газодинамический лепестковый подшипник» позволяют воспринимать радиальные нагрузки, действующие на ротор при пуске и останове ГТД, повышают устойчивость ротора за счет демпфирования лепестками.Signs indicating that "in the gap between the surface of the cylindrical cavity of the spacer and facing the sleeve surface there is a radial gas-dynamic flap bearing" allow us to absorb the radial loads acting on the rotor when starting and stopping the gas turbine engine, increase the rotor stability due to damping by the petals.

Признак, указывающий, что «гофры упругой шайбы, размещенной со стороны компрессора, заполнены эластичным материалом, скрепленным с ней» обеспечивает необходимую жесткость и демпфирование упругой подложки узла в рабочем состоянии, а также гашение колебаний ротора, обусловленных осевыми газодинамическими силами турбины и компрессора за счет рассеивания энергии колебаний резиной или полиуретаном.A sign indicating that "the corrugations of the elastic washer placed on the compressor side are filled with elastic material bonded to it" provides the necessary rigidity and damping of the elastic substrate of the assembly in working condition, as well as damping of rotor vibrations caused by axial gas-dynamic forces of the turbine and compressor due to dispersion of vibration energy by rubber or polyurethane.

На фиг.1 показан продольный разрез ГТД, а на фиг.2, 3 - поперечные разрезы по радиально-осевом магнитным подшипникам, а на фиг.4 по радиальному лепестковому газодинамическому подшипнику. На фиг.5, 6 показаны местные сечения по осевым магнитным подшипникам.Figure 1 shows a longitudinal section of a gas turbine engine, and Figures 2, 3 show transverse sections along radial-axial magnetic bearings, and Fig. 4 shows a radial lobe gas-dynamic bearing. 5, 6 show local sections along axial magnetic bearings.

На чертежах показаны проставка 1 корпуса ГТД, вал 2, рабочее колесо турбины 3, цилиндрическая втулка 4, колесо центробежного компрессора 5, первая чашеобразная цапфа-пята 6, цапфа-пята 7 второго радиально-упорного магнитного подшипника, первый 8 и второй 9 упорные лепестковые газодинамические подшипники (ЛГП), балансировочная шайба 10, гайка 11, тонкостенные втулки 12 и 13, полюса 14, 15 и 16, 17, магнитные планки 18 и 19, клинья 20 и 21, рабочие зазоры 22 и 23, кольцевые выступы 24 и 25, бандажи 26 и 27, кольцевые пазы 28 и 29, гофрированные втулки 30 и 31, корпуса 32 и 33 магнитных подпятников, сектора полюсов 34, 35 и 36, 37 упорных магнитных подшипников, сектора постоянных магнитов 38 и 39, плоские клинья 40 и 41, осевые зазоры 42 43, упругие шайбы 44 и 45, штифты 46 и 47, болты 48 и 49, дистанционное кольцо 50, радиальный газодинамический лепестковый подшипник 51, корпус 52 осевого ЛГП, уплотнение 53 цетробежного компрессора 5, пята 54 упорного ЛГП, бурты 55 и 56 на тонкостенных втулках 12 и 13, бурты 57 и 58 на проставке 1.The drawings show the spacer 1 of the casing of the gas turbine engine, the shaft 2, the impeller of the turbine 3, the cylindrical sleeve 4, the wheel of the centrifugal compressor 5, the first bowl-shaped pin-heel 6, the pin-heel 7 of the second angular contact magnetic bearing, the first 8 and second 9 thrust lobe gas-dynamic bearings (LGP), balancing washer 10, nut 11, thin-walled bushings 12 and 13, poles 14, 15 and 16, 17, magnetic strips 18 and 19, wedges 20 and 21, working clearances 22 and 23, ring ledges 24 and 25 , bandages 26 and 27, annular grooves 28 and 29, corrugated bushings 30 and 31, cases 32 and 33 magnetic thrust bearings, sector of poles 34, 35 and 36, 37 of persistent magnetic bearings, sector of permanent magnets 38 and 39, flat wedges 40 and 41, axial clearances 42 43, elastic washers 44 and 45, pins 46 and 47, bolts 48 and 49, distance ring 50, radial gas-dynamic flap bearing 51, axial LGP body 52, seal 53 of a centrifugal compressor 5, persistent LGP heel 54, collars 55 and 56 on thin-walled bushings 12 and 13, collars 57 and 58 on spacer 1.

Корпус газотурбинного двигателя содержит проставку 1, размещенную между корпусами турбины 3 и центробежного компрессора 5. В цилиндрической полости проставки 1 установлен ротор с цилиндрической внешней поверхностью. Ротор ГТД включает вал 2, один конец которого жестко скреплен с рабочим колесом турбины 3, (например, сваркой трением), на который насажена втулка 4 ротора, выполненного с возможностью его газодинамического поддержания, а на свободном конце зафиксировано колесо центробежного компрессора 5. Цилиндрическая втулка 4 выполнена из немагнитного материала, например алюминиевого сплава АК4-1, подвергнутая микродуговому оксидированию с последующей шлифовкой для получения высокой твердости и высокой чистоты поверхности. На цилиндрической втулке 4 со стороны, прилегающей к колесу турбины 3, размещена чашеобразная цапфа-пята 6 радиально-упорного магнитного подшипника, жестко скрепленная с цилиндрической втулкой 4, например, сваркой, ориентированная своим выступом 24 к колесу центробежного компрессора 5, на наружную поверхность которой надет бандаж 26 из высокопрочного материала, выполненный, например, намоткой углеволокна с пропиткой твердеющими синтетическими смолами. На вал 2 со стороны центробежного компрессора 5 вплотную к торцу втулки 4 насажена цапфа-пята 7 второго радиально-упорного магнитного подшипника, ориентированная своим выступом 25 к колесу турбины 3, на наружную поверхность которой также надет бандаж 27 из высокопрочного материала.The body of the gas turbine engine contains a spacer 1, located between the bodies of the turbine 3 and the centrifugal compressor 5. In the cylindrical cavity of the spacer 1 is installed a rotor with a cylindrical outer surface. The GTE rotor includes a shaft 2, one end of which is rigidly fastened to the impeller of a turbine 3 (for example, by friction welding), on which a rotor sleeve 4 is mounted, which is capable of gas-dynamic support, and a centrifugal compressor wheel 5 is fixed on the free end. A cylindrical sleeve 4 is made of a non-magnetic material, for example, AK4-1 aluminum alloy, subjected to microarc oxidation followed by grinding to obtain high hardness and high surface finish. On the cylindrical sleeve 4 from the side adjacent to the turbine wheel 3, there is a bowl-shaped pin-heel 6 of an angular contact magnetic bearing rigidly fastened to the cylindrical sleeve 4, for example, by welding, oriented with its protrusion 24 to the centrifugal compressor wheel 5, on the outer surface of which wears a bandage 26 of high-strength material, made, for example, by winding carbon fiber impregnated with hardening synthetic resins. A pin 7 of the second angular contact magnetic bearing is mounted on the shaft 2 from the side of the centrifugal compressor 5, close to the end of the sleeve 4, oriented with its protrusion 25 to the turbine wheel 3, on the outer surface of which a bandage 27 of high-strength material is also worn.

Далее на вал 2 вплотную к торцам соответствующих поверхностей насажены следующие детали: пята 54 упорного ЛТП, колесо центробежного компрессора 5, балансировочная шайба 10 и гайка 11.Next, on the shaft 2, close to the ends of the corresponding surfaces, the following parts are mounted: a heel 54 of the resistant LTP, a centrifugal compressor wheel 5, a balancing washer 10 and a nut 11.

Между цилиндрической втулкой 4 и внутренней полостью проставки 1 установлен радиальный ЛГП 51. Симметрично с двух сторон в кольцевых пазах 28 и 29 проставки 1 размещены радиальные магнитные подшипники. Симметрично с двух сторон в цилиндрических выточках проставки 1 размещены упорные магнитные подшипники.Between the cylindrical sleeve 4 and the inner cavity of the spacer 1, a radial LGP 51 is installed. Radial magnetic bearings are placed symmetrically on both sides in the ring grooves 28 and 29 of the spacer 1. Symmetrically on both sides in the cylindrical recesses of the spacer 1 are placed thrust magnetic bearings.

Каждый радиальный магнитный подшипник включает в себя тонкостенную втулку 12 и 13, выполненную из немагнитного материала, например нержавеющей немагнитной стали или титана, на внешней поверхности которой равномерно по ее окружности расположены полюса 14, 15, и 16, 17, выполненные в виде планок трапециевидного сечения, из материала с высокой магнитной проницаемостью, например из сплава 48КНФ, между которыми размещены магнитные планки 18 и 19, контактирующие с полюсами 14, 15 и 16, 17 соответственно. Магнитные планки 18 и 19 выполнены, например, из материала неодим-железо-бор или самарий-кобальт и по всей осевой длине намагничены в тангенциальном направлении (вдоль окружности). Магнитные планки 18 и 19 имеют трапециевидную форму поперечного сечения, их широкое основание обращено к поверхности тонкостенной втулки 12 и 13, а с узким основанием контактирует клин 20 и 21, выполненный в виде полосы из немагнитного материала, жестко и заподлицо скрепленный с двумя соседними полюсами 14, 15 и 16, 17. При этом поверхность, образованная клиньями 20 и 21 и полюсами 14, 15 и 16, 17, обращенная к внутренней поверхности цапфы 6 и 7, выполнена цилиндрической с образованием радиального зазора 22 и 23 с поверхностью цапфы 6 и 7. Между поверхностью проставки 1 и внутренней поверхностью тонкостенных втулок 12 и 13 размещены гофрированные втулки 30 и 31 с продольными гофрами, выполненные из сплава с заданными упругими свойствами, например 36НХТЮ8М. Каждый радиальный магнитный подшипник зафиксирован от перемещения вдоль продольной оси в пазу проставки 1 с одной стороны буртом 55 и 56 на тонкостенной втулке 12 и 13, а с другой стороны буртом 57 и 58 на проставке 1. Внутренние поверхности цапфы-пяты 6 и 7 покрыты слоем меди и обработаны с высокой чистотой поверхности.Each radial magnetic bearing includes a thin-walled sleeve 12 and 13 made of non-magnetic material, for example stainless non-magnetic steel or titanium, on the outer surface of which poles 14, 15, and 16, 17 are made uniformly in the form of trapezoidal cross-sections , from a material with high magnetic permeability, for example, from 48KNF alloy, between which are placed magnetic strips 18 and 19 in contact with the poles 14, 15 and 16, 17, respectively. The magnetic strips 18 and 19 are made, for example, of neodymium-iron-boron or samarium-cobalt material and are magnetized along the entire axial length in the tangential direction (along the circumference). The magnetic strips 18 and 19 have a trapezoidal cross-sectional shape, their wide base facing the surface of the thin-walled sleeve 12 and 13, and a narrow wedge 20 and 21 is in contact, made in the form of a strip of non-magnetic material, rigidly and flush fastened to two adjacent poles 14 , 15 and 16, 17. Moreover, the surface formed by the wedges 20 and 21 and the poles 14, 15 and 16, 17, facing the inner surface of the journal 6 and 7, is cylindrical with the formation of a radial clearance 22 and 23 with the surface of the journal 6 and 7 . Between the surface is simple ki 1 and the inner surface of the thin-walled sleeves 12 and 13 are arranged corrugated sleeve 30 and 31 with longitudinal corrugations formed from an alloy with desired elastic properties, e.g. 36NHTYU8M. Each radial magnetic bearing is fixed from moving along the longitudinal axis into the groove of the spacer 1 on one side with a shoulder 55 and 56 on the thin-walled sleeve 12 and 13, and on the other hand with a shoulder 57 and 58 on the spacer 1. The inner surfaces of the heels 6 and 7 are covered with a layer copper and processed with high surface finish.

Каждый упорный магнитный подшипник состоит из подпятника и пяты. Подпятник содержит корпус 32 и 33 в виде неглубокого цилиндра, выполненный из немагнитного материала, на дне которого закреплены (например, клеем), по меньшей мере, два сектора постоянных магнитов 38 и 39 трапецеидального сечения (выполненных, например, из сплава неодим-железо-бор), намагниченных в тангенциальном встречном для соседних секторов направлении (вдоль окружности), перекрытых плоскими клиньями 40 и 41, выполненных из немагнитного материала, жестко скрепленных своими торцевыми поверхностями с торцевыми поверхностями полюсов 34, 35 и 36, 37 и размещенных равномерно по окружности между полюсами 34, 35 и 36, 37 из сплава с высокой магнитной проницаемостью, например 48КНФ, закрепленными на дне корпуса 32 и 33 подпятника. Цапфа-пята 6 и 7 выполнена чашеобразной полой из немагнитного электропроводного материала и образует с подпятником осевой зазор 42 и 43.Each thrust magnetic bearing consists of a thrust bearing and a heel. The thrust bearing comprises a housing 32 and 33 in the form of a shallow cylinder made of non-magnetic material, at the bottom of which at least two sectors of permanent magnets 38 and 39 of a trapezoidal section (made, for example, of a neodymium-iron alloy, are fixed (for example, with adhesive) boron), magnetized in a direction tangential to the neighboring sectors (along the circumference), overlapped by flat wedges 40 and 41, made of non-magnetic material, rigidly bonded to their end surfaces with the end surfaces of the poles 34, 35 and 36, 37 and placed evenly around the circumference between the poles 34, 35 and 36, 37 of the alloy with high magnetic permeability, for example 48KNF, mounted on the bottom of the body 32 and 33 of the thrust bearing. The pin-heel 6 and 7 is made in a bowl-shaped hollow of non-magnetic electrically conductive material and forms an axial clearance 42 and 43 with a thrust bearing.

Между подпятником и обращенным к нему дном выточки обоих магнитных подшипников установлены упругие шайбы 44 и 45, выполненные в виде шайбообразной пластины, деформированной с образованием кольцевых гофров, из упругого материала, например сплава 36НХТЮ8М, которые предотвращают заклинивание упорного магнитного подшипника в рабочем состоянии от неравномерности теплового расширения ротора и проставки 1. Гофры упругой шайбы 44 и 45, размещенной со стороны центробежного компрессора 5, заполнены эластичным материалом, скрепленным с ней.Between the thrust bearing and the bottom of the recess of both magnetic bearings facing it, elastic washers 44 and 45 are installed, made in the form of a washer-like plate deformed to form annular corrugations, made of an elastic material, for example, 36НХТЮ8М alloy, which prevents jamming of the thrust magnetic bearing in working condition from thermal unevenness rotor expansion and spacers 1. The corrugations of the elastic washer 44 and 45, placed on the side of the centrifugal compressor 5, are filled with elastic material bonded to it.

Для предотвращения проворачивания радиальных магнитных подшипников под действием тормозных сил они зафиксированы от поворота вокруг продольной оси вала штифтом 46 и 47. Для предотвращения проворачивания упорных магнитных подшипников под действием тормозных сил вокруг продольной оси вала и их осевого смещения в сторону пяты при пуске они зафиксированы болтом 48 и 49.To prevent the rotation of the radial magnetic bearings under the influence of braking forces, they are fixed from turning around the longitudinal axis of the shaft with a pin 46 and 47. To prevent the thrust magnetic bearings from turning around the longitudinal axis of the shaft and their axial displacement towards the heel during start-up, they are fixed with a bolt 48 and 49.

Упорный ЛТП состоит из проставки 1, корпуса 52 упорного ЛТП, уплотнения 53 центробежного компрессора 5, двух упорных ЛГП 8 и 9, расположенных по разные стороны пяты 54, и дистанционного кольца 50.Thrust LTP consists of a spacer 1, body 52 of thrust LTP, seals 53 of a centrifugal compressor 5, two thrust LGPs 8 and 9 located on opposite sides of the heel 54, and a distance ring 50.

Радиальный и упорный магнитные подшипники, размещенные со стороны турбины 3, выполнены с использованием магнитного материала с точкой Кюри не менее 900°C.Radial and thrust magnetic bearings placed on the side of turbine 3 are made using magnetic material with a Curie point of at least 900 ° C.

Изготавливают и собирают радиальный магнитный подшипник следующим образом. На наружной поверхности тонкостенной втулки 12 располагают по разметке равномерно по окружности полюса 14, 15, имитаторы магнитных планок, устанавливают между соседними полюсами 14, 15 немагнитные клинья 20 и приваривают их к полюсам, протачивают и шлифуют наружную поверхность на шлифовальном станке до получения нужного диаметра и шероховатости поверхности. Далее вместо имитаторов устанавливают на клей магнитные планки 18. Полученные комплекты полюсов 14, 15, магнитных планок 18 и немагнитных клиньев 20 в сборе устанавливают на клей на наружную поверхность тонкостенной втулки 12. В паз корпуса ГТД вставляют радиальные магнитные подшипники, между втулкой 12 магнитного подшипника и проставкой 1 вставляют гофрированную втулку 30 до упора в бурт 55 на втулке 12 с одной стороны и в бурт 57 на проставке 1 с другой стороны. Аналогично изготавливают и собирают второй радиальный магнитный подшипник.A radial magnetic bearing is made and assembled as follows. On the outer surface of the thin-walled sleeve 12 are placed on the marking uniformly around the circumference of the poles 14, 15, simulators of magnetic strips, install non-magnetic wedges 20 between adjacent poles 14, 15 and weld them to the poles, grind and grind the outer surface on a grinding machine to obtain the desired diameter and surface roughness. Next, instead of imitators, magnetic strips 18 are mounted on glue 18. The resulting sets of poles 14, 15, magnetic strips 18 and non-magnetic wedges 20 assembled are mounted on glue on the outer surface of a thin-walled sleeve 12. Radial magnetic bearings are inserted into the groove of the TBG housing, between the sleeve 12 of the magnetic bearing and the spacer 1 inserts the corrugated sleeve 30 all the way into the shoulder 55 on the sleeve 12 on one side and in the shoulder 57 on the spacer 1 on the other side. A second radial magnetic bearing is manufactured and assembled in a similar manner.

Упорный магнитный подшипник собирают в следующем порядке. Предварительно изготавливают корпус подпятника 32 из немагнитного материала, например алюминиевого сплава АК4-1, в который между полюсами 34, 35 равномерно по окружности устанавливают имитаторы секторов постоянных магнитов, последние, в свою очередь, перекрывают немагнитными плоскими клиньями 40, сваривают их между собой с образованием плоской поверхности, шлифуют наружную поверхность. В выемки между полюсами 34, 35 вклеивают секторы постоянных магнитов 38 и затем вклеивают полученные комплекты в корпус 32 подпятника. В проставку 1 устанавливают лепестки радиального ЛГП 51. В проставку 1 устанавливают кольцевые упругие шайбы 44 и 45, на них устанавливают собранные магнитные подпятники и фиксируют болтами 48 и 49 от проворачивания и осевого смещения в сторону пяты 54. Аналогично собирают второй упорный магнитный подшипник.Thrust magnetic bearing is assembled in the following order. The thrust bearing housing 32 is preliminarily made of a non-magnetic material, for example, AK4-1 aluminum alloy, into which imitators of the permanent magnet sectors are evenly spaced between the poles 34, 35, the latter, in turn, are overlapped by non-magnetic flat wedges 40, welded together to form flat surface, grind the outer surface. Sectors of permanent magnets 38 are glued into the recesses between the poles 34, 35 and then the resulting sets are glued into the thrust bearing housing 32. In the spacer 1, the petals of the radial LHP 51 are installed. In the spacer 1, the ring elastic washers 44 and 45 are installed, the assembled magnetic thrust bearings are mounted on them and fixed with bolts 48 and 49 from turning and axial displacement towards the heel 54. Similarly, the second thrust magnetic bearing is assembled.

Цапфу-пяту 6 и 7 подвергают микродуговому оксидированию, шлифуют и внутреннюю поверхность покрывают слоем меди и обрабатывают с высокой степенью чистоты поверхности. Ротор подвергают динамической балансировке.The trunnion pins 6 and 7 are subjected to microarc oxidation, they are ground and the inner surface is coated with a layer of copper and treated with a high degree of surface purity. The rotor is subjected to dynamic balancing.

Отбалансированный ротор разбирают по балансировочным меткам. В проставку 1 вставляют ротор, без съемных деталей. Закрепляют в проставке 1 ГТД теплозащитный экран, состоящий из двух половин, насаживают на вал цапфу-пяту 7, устанавливают на винты корпус 52 упорного ЛТП, далее один упорный ЛГП, дистанционное кольцо 50, второй упорный ЛГП и фиксируют винтами уплотнение 53 центробежного компрессора 5. Далее насаживают колесо центробежного компрессора 5, балансировочную шайбу 10 и затягивают гайку 11 необходимым моментом. Остальные детали собирают согласно технологии сборки ГТД.The balanced rotor is disassembled according to the balancing marks. In the spacer 1 insert the rotor, without removable parts. The heat shield consisting of two halves is fixed in the spacer 1 of the gas turbine engine, put on the shaft with the heel 7, install the thrust LTP body 52 on the screws, then one thrust LHP, distance ring 50, the second thrust LHP and the seal 53 of the centrifugal compressor 5 is fixed with screws. Next, the wheel of the centrifugal compressor 5 is inserted, the balancing washer 10 and the nut 11 is tightened with the necessary moment. The remaining parts are assembled according to the assembly technology of the gas turbine engine.

Радиально-упорный подшипниковый узел работает следующим образом. При вращении обечайки цилиндрической втулки 4 радиального ЛГП и пяты 54 упорного ЛГП появляется осевые и радиальные газодинамические реакции газового слоя и ротор всплывает на газовом смазочном слое. Кроме того, при вращении цапфы-пяты 6 и 7 дополнительно возникают электродинамические силы, обусловленные взаимодействием вихревых токов, наведенных магнитным полем магнитных планок 18 и 19 в цапфе-пяте 6 и 7 с этим полем. Радиальные составляющие электродинамических сил действует отталкивающим образом между цапфой-пятой 6 и 7 и полюсами 14, 15 и 16, 17. Эти силы суммируются с силами радиального ЛГП, действующими на обечайку цилиндрической втулки 4. Гофры гофрированных втулок 30 и 31 и радиальные ЛГП демпфируют вынужденные и самовозбуждающиеся колебания ротора, значительно повышают устойчивость ротора в форме «полускоростного вихря». Тангенциальная составляющая электродинамической силы оказывает тормозящее воздействие, но она незначительна. С увеличением линейной скорости на поверхности цапфы-пяты 6, 7 отталкивающая составляющая электродинамической силы увеличивается, а тормозящая уменьшается.Angular contact bearing assembly operates as follows. When the shell of the cylindrical sleeve 4 of the radial LHP and the heel 54 of the persistent LHP rotate, axial and radial gas-dynamic reactions of the gas layer appear and the rotor floats on the gas lubricating layer. In addition, during the rotation of the pin-heel 6 and 7, additional electrodynamic forces arise due to the interaction of the eddy currents induced by the magnetic field of the magnetic strips 18 and 19 in the pin-heel 6 and 7 with this field. The radial components of the electrodynamic forces act in a repulsive manner between the fifth pin 6 and 7 and the poles 14, 15 and 16, 17. These forces are combined with the forces of the radial LHP acting on the shell of the cylindrical sleeve 4. The corrugations of the corrugated bushings 30 and 31 and the radial LHP dampen forced and self-excited oscillations of the rotor, significantly increase the stability of the rotor in the form of a “half-speed vortex”. The tangential component of the electrodynamic force has an inhibitory effect, but it is insignificant. With an increase in the linear velocity on the surface of the heel pin 6, 7, the repulsive component of the electrodynamic force increases, and the braking component decreases.

Магнитная и газодинамическая части предлагаемого радиального подшипникового узла автоматически реализуют отрицательную обратную связь по отклонению обечайки цилиндрической втулки 4 и цапфы-пяты 6, 7 от соосного положения относительно точки подвижного равновесия обечайки цилиндрической втулки 4 и цапфы-пяты 6, 7 в подшипниковом узле и не требуют дополнительных устройств (датчиков отклонения и быстродействующих регуляторов).The magnetic and gas-dynamic parts of the proposed radial bearing assembly automatically implement negative feedback on the deviation of the shell of the cylindrical sleeve 4 and the heel pin 6, 7 from the coaxial position relative to the point of movable equilibrium of the shell of the cylindrical sleeve 4 and the heel pin 6, 7 in the bearing assembly and do not require additional devices (deviation sensors and high-speed regulators).

Упорный подшипниковый узел работает следующим образом. В результате вращения ротора пята 54 всплывает на газовом смазочном слое. При вращении цапфы-пяты 6 и 7 дополнительно возникают электродинамические силы, обусловленные взаимодействием вихревых токов, наведенных в цапфе-пяте 6 и 7 магнитным полем сегментов постоянных магнитов 38 и 39 с полем этих магнитов. Осевая составляющая электродинамических сил действует отталкивающим образом между цапфой-пятой 6 и 7 и постоянными магнитами 38 и 39, и эта сила суммируется с газовыми силами, действующими на пяту 54. Тангенциальная составляющая электродинамической силы оказывает тормозящее воздействие, но она незначительна. С увеличением линейной скорости на поверхности цапфы-пяты 6 и 7 отталкивающая составляющая электродинамической силы увеличивается, а тормозящая - уменьшается. Для увеличения электродинамической силы осевого подшипникового узла можно применить омеднение поверхности цапфы-пяты 6 и 7, обращенной к секторам постоянных магнитов 38 и 39 и полюсам 34, 35 и 36, 37, а также подвергнуть ее последующей полировке.The thrust bearing assembly operates as follows. As a result of the rotation of the rotor, the heel 54 floats on the gas lubricating layer. During rotation of the axle heels 6 and 7, additional electrodynamic forces arise due to the interaction of eddy currents induced in the axle heels 6 and 7 by the magnetic field of the permanent magnet segments 38 and 39 with the field of these magnets. The axial component of the electrodynamic forces acts in a repulsive manner between the fifth axle 6 and 7 and the permanent magnets 38 and 39, and this force is combined with the gas forces acting on the heel 54. The tangential component of the electrodynamic force has an inhibitory effect, but it is insignificant. With an increase in the linear velocity on the heel trunnion surfaces 6 and 7, the repulsive component of the electrodynamic force increases, and the braking one decreases. To increase the electrodynamic force of the axial bearing assembly, it is possible to apply copper plating on the heel pin 6 and 7 facing the sectors of permanent magnets 38 and 39 and poles 34, 35 and 36, 37, and also polish it.

При двусторонней симметричной конструкции осевого подшипникового узла магнитная и газодинамическая составляющие силы реакции предлагаемого подшипникового узла, действуя симметрично и противоположно направленно, автоматически реализуют отрицательную обратную связь по отклонению пяты 54 и цапфы-пяты 6 и 7 от равновесного положения и не требуют дополнительных устройств (датчиков отклонения и быстродействующих регуляторов).With a bilateral symmetrical design of the axial bearing assembly, the magnetic and gas-dynamic components of the reaction force of the proposed bearing assembly, acting symmetrically and in the opposite direction, automatically implement negative feedback on the deviation of the heel 54 and the axle-heel 6 and 7 from the equilibrium position and do not require additional devices (deviation sensors and high-speed regulators).

Claims

1. A gas turbine engine comprising a housing in which a rotor with a cylindrical outer surface is mounted in a cylindrical cavity, including a shaft, one end of which is rigidly fastened to the turbine impeller, on which a rotor hub is mounted, which is capable of gas-dynamic support, and is fixed on the free end a centrifugal compressor wheel equipped with a thrust bearing, characterized in that on the cylindrical sleeve from the side adjacent to the turbine wheel, the first bowl-shaped axle is fitted that of the first angular contact magnetic bearing, oriented with its bottom to the turbine wheel, while at the free end of the shaft, the second bowl-shaped heel of the second angular contact magnetic bearing, oriented with its bottom towards the compressor wheel, is sequentially installed, the first and second thrust lobe gas bearings, the centrifugal compressor wheel and the balancing washer fixed by a nut, each radial magnetic bearing includes a thin-walled bushing, you made of non-magnetic material, on the outer surface of which poles are arranged uniformly along its circumference, made in the form of trapezoidal section strips, from a material with high magnetic permeability, between which magnetic trapezoidal section strips of magnetic material are placed in contact with the poles of the side faces, which along the entire axial length are magnetized in the tangential opposite direction, while the magnetic strips with the wide base of their cross section are facing the surface of the thin-walled sleeve, and with the sides of their narrow base are wedges made in the form of strips of non-magnetic material, rigidly and flush fastened to the side faces of the poles in contact with the corresponding magnetic strip, forming a cylindrical surface that extends into the working gap of the radial magnetic bearing, in addition, the annular protrusions of the first and second of cup-shaped trunnion-heels constituting radial magnetic bearings are provided with a bandage of high-strength fiber on a binder of hardening synthetic resins and are placed in ring rings The basics of the corresponding cross-section are made in a spacer placed between the turbine and compressor housings, one of the ring grooves being open to the compressor and the other to the turbine, and a corrugated sleeve with longitudinal corrugations made of elastic material is placed between the surface of the annular grooves of the spacer and the sleeve while the inner surfaces of the trunnion-heel are coated with a layer of copper and processed with high surface finish, and the thrust magnetic bearing contains a thrust bearing made of a non-magnetic mat a rial placed in a cylindrical recess of the corresponding heel pin, between the bottom of which and the surface of the thrust bearing are secured pole sectors of a material with high magnetic permeability, while the sectors of permanent magnets and the sectors of the poles are made in the form of trapezoidal sections in contact with each other by lateral edges, In this case, the magnetic sectors with the wide base of their cross section facing the bottom of the cylindrical recess, and the narrow bases of the magnetic sectors are covered with flat wedges made of non-magnetic material. hinges rigidly fastened by their end surfaces to the end surfaces of the respective poles to form a flat surface that forms with the fifth axle a working clearance of the thrust magnetic bearing, in addition, at least the radial and thrust magnetic bearings placed on the turbine side are made using a magnetic material with a Curie point of at least 900 ° C, while between the thrust bearing and the bottom of the undercut of both magnetic bearings facing it is installed an elastic washer made in the form of washers a shaped plate of elastic material deformed with the formation of annular corrugations, in addition, the magnetic radial and thrust bearings are fixed from rotation around the longitudinal axis of the shaft, in addition, the axial tabular gas-dynamic bearing contains a spacer and compressor seal, between which a distance ring is placed, while the cavities between them are the first and second thrust lobe gas bearings, separated by a common fifth, while in the gap between the surface of the cylindrical cavity and and the facing surface of the sleeve situated radially gasdynamic petalled bearing.

2. The gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the corrugations of the elastic washer located on the compressor side are filled with elastic material bonded to it.