ОПОРА КОРПУСА ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 1999 года по МПК F01D25/28 

Изобретение относится к области турбостроения, может быть использовано для сопряжения узлов турбомашин, в частности корпусов цилиндров и подшипника.

Известна опора корпуса турбомашины, содержащая закрепленный на основании нижний опорный элемент, между которым и верхним опорным элементом размещена вставка, сопряженная с последним, на который опирается корпус, причем вставка снабжена цилиндрическим выступом, установленным вертикально в выполненном в нижнем опорном элементе отверстии, а верхний опорный элемент и вставка сопряжены по цилиндрическим поверхностям. ("Опора корпуса турбомашины" В. С. Шаргородский, С.Ш. Розенберг, Л.А. Хоменок, В.И. Илыш, А.Г. Коган, /п. России N 1617159, F 01 D 25/28//бюл. N 48, 1990).

Недостатком данного устройства является возможность углового перемещения лапы относительно основания в вертикальной плоскости. При тепловом удлинении лап корпуса верхний опорный элемент перемещается по цилиндрической поверхности, по которой сопрягается со вставкой и. как следствие, происходит вертикальное перемещение лапы, которое может превысить допустимое, что может привести, в свою очередь, к нарушению центровки турбомашины.

Другим недостатком вышеуказанного устройства является его относительно невысокая способность передавать осевые усилия.

Предлагаемое устройство устраняет эти недостатки. Для этого верхний опорный элемент и вставка выполняются заодно целое.

На фиг. 1 показано продольное сечение предлагаемого устройства:
1 - основание;
2 - нижний опорный элемент;
3 - цилиндрическое отверстие в нижнем опорном элементе;
4 - вставка;
5 - ось цилиндрического отверстия;
6 - цилиндрическая поверхность сопряжения;
7 - верхний опорный элемент;
8 - лапа корпуса.

Опора корпуса подшипника содержит закрепленный на основании 1 нижний опорный элемент 2, в котором выполнено вертикальное отверстие 3; вставку 4, выполненную в виде цилиндра и установленную вертикально и соосно по оси 5 в отверстие 3 нижнего опорного элемента 2, с которым она сопрягается по поверхности 6; верхний опорный элемент 7, выполненный в виде призмы, на который опирается лапа корпуса 8; верхний опорный элемент 7 выполнен за одно целое со вставкой 4.

Устройство работает следующим образом. При температурных деформациях корпуса турбомашины лапа корпуса 8 вместе со вставкой 4 имеет возможность поворачиваться в горизонтальной плоскости относительно нижнего опорного элемента 2, компенсируя изменение положения лапы 8 в горизонтальной плоскости. При этом передача усилия по оси турбины происходит за счет взаимодействия лапы 8, выполненных заодно целое верхнего опорного элемента 7 и вставки 4, нижнего опорного элемента 2, основания 1. В результате взаимное положение лапы 8 и основания 1 в вертикальной плоскости сохраняется, обеспечивая неизменность центровки турбомашины.

Предельное осевое усилие, передаваемое предлагаемым устройством, определяется допустимыми напряжениями смятия σ_см в цилиндрической части вставки 4 при ее изгибе в результате "опрокидывания" призматического верхнего опорного элемента 7. Расчетная схема приведена на фиг. 2.

Максимальное напряжение, возникающее в паре вставка 4 - отверстие 3 определяется как

При этом момент, действующий на цилиндрическую часть вставки 4 окажется
M_ц.вст = P_{ос.пред} • (h + 0,5H) - G • 0,8 В (2)
(Плечо действия весовой нагрузки G принято равным 0,8 В).

Окончательно, передаваемая предлагаемым устройством предельная осевая нагрузка

Для предлагаемого устройства с высотой нижнего опорного элемента H = 70 мм, (такое устройство может быть использовано, например, для турбины Т-175-130), G = 25000 кг; [σ] = 4000 кг/см² (сталь 40Х); B = 80 мм; D = 70 мм; h = 14 мм, согласно (3) P_{ос.пред} = 64000 кг.

Предельное осевое усилие, передаваемое устройством по патенту N 1617159 (прототип) (фиг. 3), определяется условиями равновесия верхнего опорного элемента 3 и вставки 4 относительно оси O
G • 0,4 В - P_{ос.пред} • h = 0 (4)
и относительно ребра O₁
G(1 + 0,4 В) - P_{ос.пред} • C = 0 (5)
В виду малости высоты шипа 5 моментом в нем можно пренебречь.

В результате оценочных расчетов для устройства по прототипу предельное осевое усилие определяется из системы неравенств:

Для устройства по прототипу с высотой нижнего опорного элемента H = 70 мм и размерами B = 80 мм, l = 75 мм, C = 70 мм, h = 14 мм и весовой нагрузкой G = 25000 кг. которое может быть также использовано, например, в турбине Т-175-130, передаваемое предельное осевое усилие составляет 38000 кг, что существенно меньше, чем усилие, передаваемое предлагаемым устройством тех же габаритов.

Отметим также следующие обстоятельства. Как следует из формул (6) и (7), осевая нагрузка, передаваемая устройством по прототипу ограничивается условием равновесия вставки 4 по формуле (7), которое является более "жестким", чем условие равновесия верхнего опорного элемента 3 по формуле (6).

Уменьшение размера "1" в устройстве по прототипу существенно снижает предельное осевое усилие, передаваемое им. В то же время конструкция предлагаемого устройство (фиг. 1) допускает смещение оси цилиндрической части 4 по отношению к оси призматической части вставки 7 без снижения передаваемого осевого усилия.

Опора корпуса турбомашины может быть использована для сопряжения узлов турбомашины. Опора содержит закрепленный на основании нижний опорный элемент, верхний опорный элемент, выполненный в виде призмы, на который опирается лапа корпуса, и вставку в виде цилиндра. По поверхности цилиндра вставка сопряжена с нижним опорным элементом, в котором выполнено вертикальное цилиндрическое отверстие. Верхний опорный элемент и вставка выполнены заодно целое. Такое выполнение опоры исключает угловое перемещение лапы корпуса относительно основания и допускает смещение оси цилиндра по отношению к оси призмы без снижения передаваемого осевого усилия. 3 ил.

Опора корпуса турбомашины, содержащая закрепленный на основании нижний опорный элемент, верхний опорный элемент, выполненный в виде призмы, на который опирается лапа корпуса, вставку, выполненную в виде цилиндра, по поверхности которого вставка сопрягается с нижним опорным элементом, в котором выполнено вертикальное цилиндрическое отверстие, отличающаяся тем, что верхний опорный элемент и вставка выполнены за одно целое.