СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 1996 года по МПК F01D25/00 F16B5/02 

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к авиационным газотурбинным двигателям.

Известно фланцевое соединение деталей турбомашины, например наружных корпусов турбины высокого и низкого давления с помощью болтов с гайками [1] Также фланцевое соединение дает возможность взаимному радиальному перемещению соединяемых корпусов турбины в пределах зазора между болтами и отверстиями, через которые проходят эти болты, но при этом нарушается взаимная центровка корпусов.

Известно также фланцевое соединение невращающихся деталей проточной части турбомашины, например дефлектора соплового аппарата к верхней пластине соплового аппарата с помощью трубчатого резьбового соединения и гайки [2] Такое соединение является жестким и не позволяет взаимно перемещаться соединяемым деталям при нагреве, что приводит к повышенным напряжениям в соединении и поломке. Соединение имеет повышенную массу.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечении возможности взаимного перемещения и центровки при взаимном расширении невращающихся деталей турбомашины.

Данная техническая задача решается за счет того, что соединение деталей турбомашины, содержащее фланцы с отверстиями, выполненное за одно целое с деталями, соединенными между собой крепежными элементами, снабжено центрирующими элементами с цилиндрическими поверхностями, выполненными эксцентрично одна относительно другой и размещенными в отверстиях фланцев, а оси отверстий расположены по окружности фланцев. Кроме того, центрирующие элементы могут выполняться в виде болтов, штифтов или втулок.

На фиг. 1 изображен частичный разрез турбины с сопловым аппаратом; на фиг. 2 вид по стрелке А на соединение сопловых лопаток и кольца с сотами; на фиг.3 вид по стрелке Б на болтовое соединение; на фиг.4 иллюстрация зависимости взаимного радиального перемещения Δ от взаимного радиального перемещения соединяемых деталей.

Внешняя деталь 1 соплового аппарата 2 турбомашины 3 укреплена в кольце наружного корпуса 4 соплового аппарата 2 с помощью крепежных элементов 5 и 6. Внутренняя деталь 7 соединения жестко соединена фланцами 8 с радиальными выступами 9 деталей 1 с помощью центрирующих элементов 10 и 11. Соединяемые детали центрируются теми же элементами 10, обе центрирующие поверхности 12 и 13 которых, расположены соответственно в отверстиях фланцев 8 и 9 соединяемых деталей 1 и 7 эксцентрично относительно друг друга. Оси отверстий фланцев 8 и 9 расположены по окружности фланцев 8 и 9. Между фланцем 9 и центрирующим элементом 11 расположены шайбы 14.

П р и м е р. Сопловые лопатки 1 соплового аппарата 2 турбины 3 укреплены в кольце наружного 4 соплового аппарата 2 с помощью выступов 5 и радиальных штифтов 6. Внутренняя деталь фланцевого соединения статорное кольцо 7 лабиринтного уплотнения жестко соединено фланцем 8 с радиальными выступами 9 сопловых лопаток 1 при помощи болтов 10 и гаек 11. Соединяемые детали центрируются теми же болтами 10, обе центрирующие поверхности 12 и 13 которых, расположенные соответственно в отверстиях фланцев 8 и 9 соединяемых деталей 7 и 1, концентричны относительно друг друга. Между фланцем 9 и гайкой 11 расположены шайбы 14.

При работе двигателя сопловые лопатки 1 от нагревания газом радиально удлиняются. При этом выступы 9 перемещаются радиально внутрь к оси турбины, так как корпус 4 турбины 3 нагревается меньше, чем сопловые лопатки. Тепловое расширение статорного кольца 7 лабиринтного уплотнения направлено наружу от оси турбины. Такому противоположному перемещению фланцев 8 и 9 не препятствуют эксцентрические крепежные элементы, например болты 10, у которых эксцентриситет е центрирующих поверхностей 12 и 13 расположен по окружности. Крепежные элементы 10 поворачиваются в отверстиях соединяемых деталей в соответствии со взаимным радиальным перемещением этих деталей. Вместе с болтами 10 поворачиваются шайбы 14 и гайки 11, законтренные относительно болта 10 путем местного вдавливания "юбочки" гайки 15 в паз 16 болта 10.

Величина затяжки гайки 11 выбирается таким образом, чтобы обеспечить плотное прилегание выступов 9 лопаток 1 к фланцу 8 и одновременно обеспечить плотное прилегание выступов 9 лопаток 1 к фланцу 8 и одновременно обеспечить их взаимное перемещение.

Расчеты показывают, что при эксцентриситете е центрирущих поверхностей 3 мм и радиальном перемещении сцентрированных деталей δ 1,5 мм их взаимное окружное перемещение составит Δ= 0,4 мм.

Таким образом, предлагаемое фланцевое соединение деталей соплового аппарата турбины в отличие от известных конструкций удовлетворяет сразу четырем разноречивым требованиям: допускает свободное взаимное расширение лопаток и статорного кольца лабиринтного уплотнения соплового аппарата, обеспечивает хорошую центровку статорного кольца, а также осевое крепление статорного кольца на сопловых лопатках и имеет малую массу. Аналогичное соединение можно получить, если вместо болтов с эксцентрическими центрирующими поверхностями использовать, например штифты или втулки.

Использование: в теплоэнергетике, преимущественно в двигателестроении. Сущность изобретения: турбомашина содержит фланцы с отверстиями, выполненные за одно целое с деталями. Фланцы соединены крепежными элементами. Указанное фланцевое соединение снабжено центрирующими элементами с цилиндрическими поверхностями, выполненными эксцентрично одна относительно другой и размещенными в отверстиях фланцев, а оси указанных отверстий расположены по окружности фланцев, 3 з. п. ф-лы, 4 ил.

1. СОЕДИНЕНИЕ ДЕТАЛЕЙ ТУРБОМАШИНЫ, содержащее фланцы с отверстиями, выполненные за одно целое с деталями, соединенные между собой крепежными элементами, отличающееся тем, что оно снабжено центрирующими элементами с цилиндрическими поверхностями, выполненными эксцентрично одна относительно другой и размещенными в отверстиях фланцев, причем оси отверстий расположены по окружности фланцев. 2. Соединение по п.1, отличающееся тем, что центрирующие элементы выполнены в виде болтов. 3. Соединение по п.1, отличающееся тем, что центрирующие элементы выполнены в виде штифтов. 4. Соединение по п.1, отличающееся тем, что центрирующие элементы выполнены в виде втулок.