Тепловой расчет опорного подшипника скольжения для высокоскоростного ротора ГТД на основе теорий кинетики и гидродинамики ротора


Авторы

Мякочин А. С.*, Сводин П. А.**

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: amyakochin@gmail.com
**e-mail: svodin.pavel@gmail.com

Аннотация

Современное проектирование летательных аппаратов направлено, в первую очередь, на повешение их тактико-технических характеристик, что ставит перед инженерами-конструкторами задачу достижения более высоких значений параметров цикла двигателя. Эта задача решается путем внедрения передовых материалов, использования современных технологий изготовления и контроля, более совершенного уровня профилирования элементов лопаточных машин, а также путем обеспечения более высоких частот вращения роторов. Однако, увеличение рабочих частот вращения неминуемо приводит к усложнению эксплуатационных условий роторной системы двигателя, в частности, к повышению силовых и температурных нагрузок на ее элементы, в связи с чем требуются новые конструкторские и технологические решения [1]. Проблемы проектирования и эксплуатации подшипников скольжения опор роторов современных и перспективных авиационных газотурбинных двигателей (АГТД) являются актуальными и ставят перед инженерами-конструкторами ряд передовых разноплановых задач: задача по анализу сроков эксплуатации подшипниковых опор и увеличению срока их эксплуатации [2–4], задача по расчётам и оценке теплового состояния системы подшипник-вал [5], задача по оптимизации подвода смазочного материала в зону трения [6] и т.д. Кроме того, активно ведутся работы по совершенствованию конструкции подшипников с использованием новых перспективных технологий материаловедения [7–13], таких, как пористые керамические композиционные материалы.

Ключевые слова:

опорный подшипник скольжения, газотурбинный двигатель, турбулентное течение, кинетика, гидродинамическая теория смазки, тепловой расчет, испытания подшипников

Библиографический список

  1. Звонарев С.Л., Зубко А.И. О возможных причинах отказов подшипников качения // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. академика С.П. Королева (национального исследовательского университета). 2012. № 3–3(34). С. 16–22.
  2. Зубко А. И., Лукин В. А., Герман Г. К. Разработка мероприятий по уменьшению сил сопротивления при работе подшипников качения // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 4. С. 125–137. DOI: 10.34759/vst-2022-4-125-137.
  3. Семенова А. С., Кузьмин М. В., Леонтьев М. К. Оценка долговечности межроторного подшипника по контактным напряжениям смятия // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 4. С. 138–150. DOI: 10.34759/vst-2022-4-138-150.
  4. Семенова А. С., Кузьмин М. В. Отработка методики численного анализа напряжений смятия в роликовых подшипниках // Вестник Московского авиационного института. 2022. Т. 29. № 3. С. 180–190. DOI: 10.34759/vst-2022-3-180-190.
  5. Рощин В.В. К расчету теплового режима конических роликоподшипников ГТД // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева.2023, в.2.
  6. Рощин В.В. Влияние способа подвода охлаждающего масла на тепловой режим конических роликоподшипников // Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева. 2015, в.1.
  7. I.S. Durazo-Cardenas, J. Corbett, D.J. Stephenson. The performance of a porous ceramic hydrostatic journal bearing // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part J: Journal of Engineering Tribology, Volume 224, Number 1. 2010. pp 81–89.
  8. Критский В.Ю., Зубко А.И. Исследование возможности использования керамических авиационных подшипников скольжения нового поколения в конструкциях опор роторов газотурбинных двигателей // Двигатель. 2013. № 3(87). с. 24–26.
  9. Петров Н.И., Лаврентьев Ю.Л. Пути повышения надежности и ресурса подшипниковых опор роторов современных газотурбинных двигателей и редукторов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. Том 14, №3, ч.1, 2015.
  10. Zaretsky E.V., Erwin V. Ceramic bearings for use in gas turbine engines // American Society of Mechanical Engineers (Paper). 1988.
  11. Петров Н.И., Лаврентьев Ю.Л., Исследования ги бридных (с керамическими шариками) и стальных подшипников качения при моделировании раз личных условий их эксплуатации в опоре высоко оборотного ротора малоразмерного газотурбинного двигателя // Сборник научных трудов. Государственный научный центр РФ «Центральный инсти тут авиационного моторостроения имени П.И. Бара нова». Москва, 2020.
  12. X.Z. Zhao, J.J. Liu, B.L. Zhu. Friction and wear of Si3N4 ceramic/stainless steel sliding contacts in dry and lubricated conditions // Journal of Materials Engineering and Performance, 6(2), 203–208, 1997.
  13. Kato, Tribology of ceramics // Wear, 136 (1990), pp.117–133.
  14. ГОСТ ИСО 7902-1-2001 Гидродинамические радиальные подшипники скольжения, работающие в стационарном режиме. Круглоцилиндрические подшипники. Часть 1. Метод расчета. – Минск, 2002. 31 с.
  15. ГОСТ ИСО 7902-2-2001 Гидродинамические радиальные подшипники скольжения, работающие в стационарном режиме. Круглоцилиндрические подшипники. Часть 2. Функции, используемые для расчета. – Минск, 2002. 31 с.
  16. ГОСТ ИСО 7902-3-2001 Гидродинамические радиальные подшипники скольжения, работающие в стационарном режиме. Круглоцилиндрические подшипники. Часть 3. Допустимые рабочие параметры. – Минск, 2002. 31 с.
  17. Максимов В.А., Баткис Г.С. Высокоскоростные опоры скольжения гидродинамического действия. «ФЭН» - Казань, 2004.
  18. Поскрёбышев В.А., Исько А.Б., Тарновский А.И., Герасимов С.В. Разработка модели определению подъёмной силы масляного клина в подшипниках скольжения. Науч. Жур. Проблемы механики современных машин. ФГБОУ ВПО «БрГУ», г. Братск. 2012, т.1. С. 12–13.
  19. Справочник по триботехнике: В 3 т. Т. 2: Смазочные материалы, техника смазки, опоры скольжения и качения / Под ред. М. Хебды, А. В. Чичинадзе. – М.: Машиностроение, 1990 – 416 с.
  20. Расчет опорных подшипников скольжения: Справочник Е.И. Квитницкий, Н.Ф. Кирнач и др. – М.: Машиностроение, 1979.
  21. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника) / А.В. Чичинадзе, Э.М. Берлинер, Э.Д. Браун и др.; Под общ. ред. А.В. Чичинадзе. – М.: Машиностроение, 2003 – 576 с.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2024