Охлаждение и смазка подшипников

Для охлаждения и смазки подшипников ТНА применяют консистентную смазку, жидкое масло от специальных насосов или основные компоненты топлива.

Обычно подшипники ТНА охлаждают компонентом топлива, подаваемым насосом (рис. 5.3). В случае консистентной смазки подшипника ТНА специальную «пластичную» смазку закладывают в подшипник при сборке. Для удержания смазки в полости подшипника применяются контактные уплотнения, например манжеты. Консистентная смазка в настоящее время практически не применяется, так как в случае длительного хранения требуется периодическая добавка или смена ее в полости подшипника. Кроме того, в подшипниках, расположенных рядом с газовой турбиной, смазка должна быть тугоплавкой, а в насосе с криогенным компонентом, наоборот – хладостойкой.

Рис. 5.3. Схема смазки и охлаждения подшипников (а – компонентом топлива; б – консистентной смазкой): 1 – уплотнение; 2 – подшипник; 3 – центробежное колесо; 4 – шнек

Подшипник вместе с уплотнениями является хорошим разделителем полостей насосов окислителя и горючего, или насоса и турбины, что представляет большие возможности при выборе взаимного расположения и взаимной ориентации насосов и турбины в ТНА. Однако работа подшипника сопровождается выделением большого количества тепла, вследствие чего возникает проблема его интенсивного охлаждения. По этой причине применение консистентной смазки в подшипниках ТНА ограничено.

Применение для охлаждения и смазки подшипников основных компонентов топлива существенно упрощает систему уплотнений на валу ТНА, его конструкцию и повышает надежность ТНА. Компонент топлива в подшипник должен отбираться только не нагретым. После подшипника компонент топлива поступает на вход в насос.

Отвод компонента топлива из полости подшипника ко входу насоса может осуществляться по каналу в корпусе насоса или по наружной магистрали. Однако наиболее просто компонент отводить через пустотелый вал насоса ТНА. В последнем случае несколько ухудшается циркуляция компонента-смазки из-за необходимости преодоления центробежных сил в полости вала, препятствующих движению компонента от подшипника к насосу.

На рис. 5.3 показаны принципиальные схемы организации проточного охлаждения подшипника. По первой схеме рабочая жидкость протекает через внутреннее уплотнение насоса из полости высокого давления в полость «А» и далее частично в полость подшипника, откуда направляется на вход в насос по специальному трубопроводу. По второй схеме рабочая жидкость подводится в полость «Б» подшипника из зоны высокого давления насоса, а далее направляется во входную полость насоса.

Система смазки и охлаждения ТНА компонентом топлива применяется в тех случаях, когда компонент обладает достаточной вязкостью и неагрессивен по отношению к материалу подшипника. К таким компонентам, в частности, относятся горючие. Подшипники могут смазываться также и азотной кислотой; при этом система смазки выполняется так, чтобы кислота поступала к подшипникам непосредственно перед запуском двигателя. В двигателях многоразового запуска в этом случае потребуется промывка подшипников, смазываемых азотной кислотой, после каждого останова.

Для улучшения смазывающей способности некоторых типов горючих применяются присадки, вводимые в горючее непосредственно перед его поступлением к подшипнику. Смазка и охлаждение жидким маслом под давлением применяются обычно в ТНА с сильно нагруженными подшипниками, с большой продолжительностью работы двигателя, и особенно при наличии редуктора. Недостатком системы жидкой смазки ТНА является возможность загустевания масла в подшипниках, расположенных вблизи насосов с криогенными компонентами. Тогда в конструкции ТНА предусматривается возможность подогрева подшипника перед запуском двигательной установки.

В отдельных случаях применение криогенных жидкостей в качестве ракетного топлива заставляет использовать подшипники скольжения, надежно работающие в условиях смазки жидким кислородом. В низкооборотных ТНА смазываться жидким кислородом могут и подшипники качения.

Долговечность и ресурс работы ТНА можно увеличить, устанавливая два шариковых подшипника, объединенных в блок. Общий недостаток подшипников качения заключается в жесткой их работе, отсутствии демпфирования при колебании нагрузки, сложности установки и монтажа, повышенной чувствительности к неточностям установки, высоком уровне шума, обусловленном погрешностями формы элементов подшипника.

Заключение. Многие факторы, влияющие на выбор компоновочной схемы ТНА, являются противоречивыми. Поэтому недопустимо при выборе схемы ТНА учитывать лишь один какой-либо фактор. Основными критериями выбора должны быть простота конструкции, технологичность, надежность работы, наименьшая масса как самого ТНА, так и ДУ в целом.