Подшипники опор роторов
Все повреждения и разрушения подшипников, происходящие в условиях эксплуатации, могут быть условно разделены на следующие группы:
разрушения от усталости материала;
повреждения от повышенного износа;
разрушения, вызываемые изменением зазоров и посадок между деталями подшипников и опорами ротора;
повреждения с последующим разрушением из-за недостаточной смазки при запуске, из-за кратковременного или полного прекращения подачи масла при работе двигателя.
Усталостное разрушение подшипников качения проявляется в виде ямок или выкрашивания материала дорожек колец и тел качения, в эксплуатации это происходит из-за черезмерного увеличения нагрузок на подшипник или применения материала с дефектами и нарушения технологии изготовления. Возрастание нагрузок на подшипник является следствием увеличения неуравновешенности ротора, нарушения требований ТУ при монтаже подшипников на заводе-изготовителе или при ремонте.
Износ деталей подшипников выше допустимого, особенно тел качения и поверхностей колец, приводит к увеличению радиальных зазоров в подшипнике и к смещению ротора на величину, превышающую значение, предусмотренное ТУ. Чрезмерный износ тел качения вызывает повреждение других деталей, омываемых маслом. Из-за трения наружного кольца о направляющие борта при расхождении сепаратора под действием центробежных сил происходит износ последнего.
Повреждение подшипников качения от проскальзывания происходит в режиме работы подшипника с повышенным, обычно радиальным, зазором, когда действие определённых небольших нагрузок приводит к относительному проскальзыванию поверхностей качения. Проскальзывание чаще проявляется в роликоподшипниках опор ротора турбины двигателей, реже – в шарикоподшипниках. Основными причинами проскальзывания роликоподшипника в процессе эксплуатации ГТД являются:
снижение нагрузки на подшипник и изменение соотношения сил сопротивления при смещении опор ротора;
увеличение радиального зазора от перепада температур наружного и внутреннего кольца и в результате износа подшипника;
уменьшение числа роликов под нагрузкой и ухудшение условий входа в зону контакта при увеличении радиального зазора.
Повреждение подшипников при масляном голодании возникают при снижении давления в маслосистеме до величины ниже требуемой. Это приводит к нарушению баланса подвода и отвода тепла и, как следствие, к непропорциональному расширению элементов конструкции подшипника, возникновению нерасчётных условий работы, способствующих их разрушению.
При эксплуатации двигателей семейства CFM56 в силу их конструктивных особенностей возникали проблемы, связанные с чрезмерным износом четвёртой опоры, на которую опирается вал ТВД. Роликоподшипник четвёртой опоры является межвальным и опирается на вал ТНД. Из-за трудностей в идентификации условий реальной нагрузки межвальных подшипников обеспечение их работоспособности является достаточно сложной технической задачей. Несмотря на то, что в двигателях семейства CFM56 эта задача была решена, в эксплуатации имели место выходы из строя межвального подшипника четвёртой опоры. Повреждение заключалось в чрезмерном износе внешнего кольца роликоподшипника, что приводило к увеличению действующих на него нерасчётных нагрузок и тем самым к снижению его надёжности.
В связи с этим CFMI выпустило ряд бюллетеней, которые рекомендовали при последующем отходе двигателя в ремонт замену роликоподшипника, изготовленного из стали M50Nil (низкоуглеродистая легированная сталь с содержанием никеля), на роликоподшипник из глубокоазотированной стали марки 32CDV13 (рис. 34).
Рис. 34. Роликоподшипник четвёртой опоры двигателя CFM56-ALL: а – б/у старого образца; б – новый из глубокоазотированной стали