Устройство комбинированного цилиндрического и торцевого соединения осесимметричных трубчатых деталей Российский патент 2023 года по МПК F16L23/02 

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности, к устройствам комбинированного цилиндрического и торцевого соединения осесимметричных трубчатых деталей, в частности, типа выходное устройство и реактивное сопло, и предназначено для соединения трубчатых деталей, представляющих собой один из узлов газотурбинного авиационного двигателя.

Из уровня техники известна конструкция турбореактивного двигателя МД-120 (Г.С. Скубачевский «Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей». Москва, «Машиностроение» 1969 г., с. 438-442, рис. 10.02; Чигрин B.C., Белова С.Е. «Конструкция форсажных камер и выходных устройств авиационных ГТД». Министерство образования РФ, Федеральное агентство по образованию РГАТУ им. П.А. Соловьева, Рыбинск, 2004 г., с. 19, рис. 2.1.).

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является конструкция фланцевого соединения выходного устройства с реактивным соплом (Г.С. Скубачевский «Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей». Москва, «Машиностроение» 1969 г., с. 442, рис. 10.07), при которой выходное устройство представляет собой сборочную единицу с двумя и более сварными швами (кольцевым(и) и по образующей цилиндрической и конусной поверхностей), состоящую из листовой детали - обечайки и кольцевой цилиндрической детали - фланца. Конструкция собирается с реактивным соплом при помощи винтового соединения при условии достаточной толщины фланца выходного устройства либо болтовым соединением при облегченной конструкции фланца выходного устройства. Следует заметить, что в конструкции прототипа фланец выполнен с радиусными освобождениями на внешней цилиндрической поверхности между отверстиями.

Недостатком выбранного прототипа являются массивные привариваемые к обечайкам фланцы, большое количество технологических операций, повышенная трудоемкость при выполнении выходного устройства и невысокая точность диаметральных размеров листовых деталей. Обечайка выполняется при помощи резки из листа, гибки заготовки специально спроектированными роликами и сварки заготовки. Технологическая точность диаметров обечайки при этом определяется допусками по ОСТ 1 00022-80.

Технической задачей является устранение указанных недостатков.

Задачей изобретения является создание конструкции соединения осесимметричного выходного устройства (затурбинного, газоотводящего, стоечного устройства; диффузора, выхлопной трубы) или удлинительной трубы, обладающего повышенной технологичностью изготовления с осесимметричным реактивным соплом (насадком).

Технический результат заявленного изобретения заключается в упрощении монтажа соединения за счет снижения количества операций и трудоемкости при выполнении выходного устройства и его сборки с реактивным соплом.

Технический результат достигается тем, что в устройстве комбинированного цилиндрического и торцевого соединения осесимметричных трубчатых деталей, содержащем две осесимметричные трубчатые детали, выполненных с фланцевыми участками для соединения, фланцевые участки осесимметричных трубчатых деталей выполнены в виде цилиндрического углубления, сопряженного с основной частью трубчатой детали и сопряженного посредством реборды с торцевой частью фланцевого участка, причем в торцевой части фланцевого участка первой из трубчатых деталей выполнены посредством технологии сверления трением отверстия для выполнения резьбовых отверстий и на периферии торцевой части выполнен загнутый участок с наружной цилиндрической поверхностью, кроме того в торцевой части фланцевого участка во второй трубчатой детали выполнены сквозные крепежные отверстия, и на периферии торцевой части выполнен загнутый участок с внутренний цилиндрической поверхностью, который направлен в сторону первой трубчатой детали, при этом устройство снабжено двусторонним крепежно-уплотнительным фланцем, выполненным таврового сечения, в котором горизонтальные полки выполнены длиной менее длины упомянутых углублений трубчатых деталей и с образованием посадочных цилиндрических поверхностей, и расположенным между фланцевыми участками трубчатых деталей и в упомянутых углублениях с возможностью образования сопряжения с торцевыми частями фланцевых участков и соединения посадочными цилиндрическими поверхностями горизонтальных полок с цилиндрическими поверхностями фланцевых участков трубчатых деталей, а загнутый участок первой трубчатой детали при соединении охватывает наружную поверхность ребра двустороннего крепежно-уплотнительного фланца и сопряжен с внутренней цилиндрической поверхностью второй трубчатой детали с возможностью обеспечения герметичности цилиндрического соединения.

Кроме того, в качестве осесимметричных трубчатых деталей используются выходное устройство и реактивное сопло авиационного двигателя.

Также каждая из трубчатых деталей выполнена в виде единой детали из листовой заготовки при помощи технологии ротационной вытяжки.

Особенностью конструкции соединения выходного устройства с реактивным соплом является наличие общего крепежно-уплотнительного фланца, обеспечивающего жесткое и герметичное соединение.

Устройство содержит трубчатую деталь, представляющую собой облегченное бесшовное выходное устройство (1) с фланцевой частью и трубчатую деталь, представляющую собой облегченное бесшовное реактивное сопло (2) также выполненное с фланцевой частью, которые соединяются при помощи расположенного между ними двустороннего крепежно-уплотнительного фланца (3) разборным винтовым соединением (на чертежах не показано). При монтаже выходное устройство (1) и реактивное сопло (2) сопрягаются (соприкасаются) при сборке торцевыми поверхностями фланцевых участков с торцевыми поверхностями крепежно-уплотнительного фланца.

При этом, с одной стороны выходное устройство (1) содержит цилиндрическую поверхность (4) с ребордой (4а) в которую входит цилиндрическая поверхность (5) крепежно-уплотнительного фланца (3) с обеспечением сопряжения и герметичности получаемого цилиндрического соединения. Также выходное устройство (1) содержит цилиндрическую поверхность (6) с ребордой (6а) в которую входит цилиндрическая поверхность (7) крепежно-уплотнительного фланца (3) с обеспечением герметичности получаемого цилиндрического соединения. С другой стороны, реактивное сопло (2) содержит цилиндрическую поверхность (8) с ребордой (8а) в которую входит цилиндрическая поверхность (9) крепежно-уплотнительного фланца (3) с обеспечением герметичности получаемого цилиндрического соединения. Также внешняя цилиндрическая поверхность (10) загнутого участка выходного устройства (1) при соединении деталей конструкции входит во внутреннюю цилиндрическую поверхность (11) с ребордой (11а) реактивного сопла (2) с обеспечением герметичности цилиндрического соединения. Реборды (4а), (6а), (8а) и (11а) кроме обеспечения герметичности соединения придают конструкции осесимметричных трубчатых деталей устройства дополнительную жесткость.

На фиг. 1 показана конструкция соединения в разборном виде, на фиг. 2 - конструкция соединения в собранном виде, на котором крепежные элементы (винты) не показаны.

Для обеспечения разборного винтового соединения конструкция может предусматривать резьбовые участки (12), получаемые методом сверления трением во фланцевой части обечайки выходного устройства. Для обеспечения достаточной длины резьбы в местах сверления предусмотрены местные утолщения листового материала, получаемые путем наплавки присадочного материала со стороны конуса обечайки выходного устройства. Образующийся бурт в месте входа сверла трения допускается не удалять, но в этом случае отверстия в крепежно-уплотнительном фланце должны быть выполнены с фасками или цековками. Общая масса обечайки выходного устройства с фланцевым и цилиндрическими участками, а также крепежно-уплотнительного фланца составляет сопоставимое значение с массой конструкции прототипа. Так, масса выходного устройства малогабаритного газотурбинного двигателя на рассматриваемом участке, выполненного по технологии прототипа составляет 0,708 кг (без учета массы присадочного материала сварных швов), в то время как масса предлагаемой конструкции с учетом местного наращивания материала для обеспечения достаточной длины резьбы составляет 0,707 кг.

Двусторонний крепежно-уплотнительный фланец предлагается выполнять с сохранением внешней цилиндрической поверхности (7) для достижения наибольшей герметичности конструкции, но с большим количеством отверстий, выполненных между основными отверстиями для винтового соединения конструкции.

Ожидаемый технический результат - снижение количества операций и трудоемкости при выполнении выходного устройства и сборки выходного устройства с реактивным соплом.

Таким образом, предлагаемое изобретение с вышеуказанными отличительными признаками, в совокупности с известными признаками, позволяет жестко и герметично соединять осесимметричные трубчатые детали, такие как выходное устройство и реактивное сопло авиационного двигателя, и выполнять выходное устройство бесшовным, что позволяет уменьшить количество технологических операций, применяемых при изготовлении выходного устройства, снизить трудоемкость выполнения конструкции.

Особую ценность предлагаемая конструкция выходного устройства и соединения, выполненная по рекомендуемой технологии, представляет для изготовления опытных образцов газотурбинных двигателей, поскольку конструкция предполагает возможность быть выполненной без специально разработанного оборудования и инструмента.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, в частности к устройствам комбинированного цилиндрического и торцевого соединения осесимметричных трубчатых деталей, в частности, типа выходное устройство и реактивное сопло, и предназначено для соединения трубчатых деталей, представляющих собой один из узлов газотурбинного авиационного двигателя. Особенностью конструкции соединения является наличие общего крепежно-уплотнительного фланца, обеспечивающего жесткое и герметичное соединение. Устройство содержит трубчатую деталь, представляющую собой облегченное бесшовное выходное устройство (1) с фланцевой частью и трубчатую деталь, представляющую собой облегченное бесшовное реактивное сопло (2), также выполненное с фланцевой частью, которые соединяются при помощи расположенного между ними двустороннего крепежно-уплотнительного фланца (3) разборным винтовым соединением. При монтаже выходное устройство (1) и реактивное сопло (2) сопрягаются при сборке торцевыми поверхностями фланцевых участков с торцевыми поверхностями крепежно-уплотнительного фланца. При этом с одной стороны выходное устройство (1) содержит цилиндрическую поверхность (4) с ребордой (4а), в которую входит цилиндрическая поверхность (5) фланца (3) с обеспечением сопряжения и герметичности получаемого цилиндрического соединения. Также выходное устройство (1) содержит цилиндрическую поверхность (6) с ребордой (6а), в которую входит цилиндрическая поверхность (7) фланца (3) с обеспечением герметичности получаемого цилиндрического соединения. С другой стороны реактивное сопло (2) содержит цилиндрическую поверхность (8) с ребордой (8а), в которую входит цилиндрическая поверхность (9) фланца (3) с обеспечением герметичности получаемого цилиндрического соединения. Также внешняя цилиндрическая поверхность (10) загнутого участка выходного устройства (1) при соединении деталей конструкции входит во внутреннюю цилиндрическую поверхность (11) с ребордой (11а) реактивного сопла (2) с обеспечением герметичности цилиндрического соединения. Технический результат - снижение количества операций и трудоемкости при выполнении выходного устройства и сборки выходного устройства с реактивным соплом. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство комбинированного цилиндрического и торцевого соединения осесимметричных трубчатых деталей, содержащее две осесимметричные трубчатые детали, выполненные с фланцевыми участками для соединения, отличающееся тем, что фланцевые участки осесимметричных трубчатых деталей выполнены в виде цилиндрического углубления, сопряженного с основной частью трубчатой детали и сопряженного посредством реборды с торцевой частью фланцевого участка, причем в торцевой части фланцевого участка первой из трубчатых деталей выполнены посредством технологии сверления трением отверстия для выполнения резьбовых отверстий и на периферии торцевой части выполнен загнутый участок с наружной цилиндрической поверхностью, кроме того, в торцевой части фланцевого участка во второй трубчатой детали выполнены сквозные крепежные отверстия, и на периферии торцевой части выполнен загнутый участок с внутренней цилиндрической поверхностью, который направлен в сторону первой трубчатой детали, при этом устройство снабжено двусторонним крепежно-уплотнительным фланцем, выполненным таврового сечения, в котором горизонтальные полки выполнены длиной менее длины упомянутых углублений трубчатых деталей и с образованием посадочных цилиндрических поверхностей, и расположенным между фланцевыми участками трубчатых деталей и в упомянутых углублениях с возможностью образования сопряжения с торцевыми частями фланцевых участков и соединения посадочными цилиндрическими поверхностями горизонтальных полок с цилиндрическими поверхностями фланцевых участков трубчатых деталей, а загнутый участок первой трубчатой детали при соединении охватывает наружную поверхность ребра двустороннего крепежно-уплотнительного фланца и сопряжен с внутренней цилиндрической поверхностью второй трубчатой детали с возможностью обеспечения герметичности цилиндрического соединения.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве осесимметричных трубчатых деталей используются выходное устройство и реактивное сопло авиационного двигателя.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что каждая из трубчатых деталей выполнена в виде единой детали из листовой заготовки при помощи технологии ротационной вытяжки.