Ротор турбомашины Советский патент 1991 года по МПК F04D29/20 

Изобретение относится к машиностроению, а именно к конструкциям узлов крепления деталей на валу, и может быть использовано, в частности, для крепления рабочих колес турбомашин на валу.

Цель изобретения - повышение надежности крепления детали на валу и упрощение монтажно-демонтажных операций.

На фиг. 1 изображена конструкция ротора турбомашины, общий вид, с фиксируемым элементом в виде упорного гребня подшипника скольжения; на фиг.2 - то же, с фиксируемой деталью в виде рабочего колеса; на фиг.З - вид А на фиг.2; на фиг.4 - фиксируемая деталь с установочными вкладышами, продольный разрез; на фиг.5 - сечение Б-Б на фиг.4; на фиг.6 - фиксируемая деталь с распорной втулкой, продольный разрез; на фиг.7 - сечение В-В на фиг.6; на фиг.8 - фиксируемая деталь с закрытыми с торца установочными вкладышами, продольный разрез; на фиг.9 - то же, с установочными вкладышами, закрепленными в расточках на поверхности вала; на фиг. 10 - то же, с установочн ыми вкладышами, разме- щенными в сквозных радиальных расточках; на фиг.11 - сечение Г-Г на фиг. 10.

Ротор турбомашины содержит вал 1 с фиксируемой на нем деталью 2, установочные расширяющиеся вкладыши 3, размещенные между валом 1 и деталью 2 в расточках 4, прижимную гайку 5, навернутую на вал 1, и стопорную отгибную шайбу 6.

Ротор снабжен дополнительным стопорным элементом в виде двух расположенных между деталью 2 и гайкой 5 распорных втулок 7, 8, на одной из которых выполнена коническая 9, а на другой - сферическая 10 поверхности, контактирующие между собой. При этом установочные вкладыши 3 изготовлены из материала с коэффициентом объемного расширения, большим, чем у материала фиксируемой детали 2, а стопорная отгибная шайба 6 выполнена за одно

О Јь К О VI 00

целое с гайкой 5 в виде кольцевого бурта, отделенного от гайки 5 проточкой 11. В вале 1 напротив бурта выполнен ряд расположенных по окружности монтажных лунок 12,

Расточки 4 под вкладыши 3 могут быть выполнены в фиксируемой детали 2 или в вале 1 (фиг.9). Расточки 4 в фиксируемой детали 2 могут быть выполнены осевыми, а распорная втулка 7, контактирующая с деталью 2, может быть снабжена со стороны детали 2 упругим элементом 13 и в зоне расположения вкладышей 3 расширительной камерой 14, диаметральные размеры которой превышают диаметральные размеры расточек 4 под вкладыши 3 в детали 2. Расточки 4 могут быть также выполнены сквозными радиальными и снабжены регулирующими элементами 15, установленными на периферии расточек 4 с возможностью радиального перемещения (фиг. 10). Расточки 4 в поперечном сечении могут иметь одну из следующих форм; прямоугольную, полукруглую, серповидную или форму ласточкина хвоста.

Распорные втулки 7, 8 могут быть выполнены за одно целое или с деталью 2 (фиг. 10), или с гайкой 5 (фиг.1, 2).

Монтаж и работа ротора турбомэшины осуществляется следующим образом.

На вал 1 турбомашины в нагретом состоянии устанавливаются фиксируемая деталь 2, например, рабочее колесо или упорный гребень осевого подшипника, которые при остывании жестко скрепляются с валом 1 по какой-либо из прессовых посадок. При этом в профилированные расточки 4 помещаются установочные вкладыши 3, а фиксация детали 2 от осевого перемещения осуществляется с помощью стопорных втулок 7 и 8 и прижимной гайки 5, Стопорение прижимной гайки 5 на валу 1 осуществляется посредством отгибной стопорной шайбы 6 с кольцевым буртом посредством отгиба бурта в одну из монтажных лунок 12, при этом торцы отгибаемых поверхностей бурта заходят за торцовые поверхности лунок 12, препятствуют окружному и осевому переме- щению прижимной гайки 5. Крутящий момент, возникающий в процессе работы турбомашины и стремящийся повернуть гайку 5 относительно вала 1, воспринимается буртом. При этом благодаря наличию демпфирующей проточки 11 между гайкой 5 и шайбой 6 исключается деформация резьб на рабочем участке как гайки 5, так и вала 1. Кроме того, в процессе работы турбомашины наличие демпфирующей проточки 11 исключает прослабление затяжки резьбового соединения, так как возникающие колебания гасятся перемычкой между гайкой 5 и

шайбой 6, что позволяет повысить надежность стопорения и улучшить эксплуатационные качества ротора турбомашины.

При появлении дефектов на кольцевой

поверхности бурта в результате многократных отгибов ее в одну и ту же лунку 12 при многократных разборках ротора, может быть использована соседняя поверхность бурта, расположенная напротив следующей

0 или через несколько лунок 12, что увеличивает многократность использования стопорной шайбы 6.

Демпфированию колебаний ротора турбомашины и сопутствующему ослаблению

5 стопорения фиксируемых деталей 2 на валу

1препятствует также выполнение взаимодействия распорных втулок 7 и 8 между собой по конической 9 и сферической 10 поверхностям, что позволяет компенсиро0 вать осевые колебания при перемещении конуса по сфере.

При вращении ротора происходит нагрев фиксируемых деталей 2, например рабочих колес, в результате повышения

5 температуры в процессе сжатия газа или же трения упорного гребня осевого подшипника об упорные колодки. Кроме того, с выходом турбомашины на рабочие параметры ослабление центрирующей посадки фикси0 руемой детали 2 на валу 1 происходит помимо теплового расширения еще и за счет действия центробежных сил, причем на участках сопряжения фиксируемой детали 2 с валом 1 образуется зазор. Под воздействи5 ем тепла от нагретых фиксируемых деталей

2прогревается материал установочных вкладышей 3, расположенных в профилированных расточках 4, которые под воздействием тепла расширяются и оказывают

0 силовое действие на центрирующую поверхность вала 1. Равномерно обжимая по окружности вал 1, материал вкладышей 3 не дает возможности радиально сместиться фиксируемой детали 2 относительно оси

5 вращения вала 1 и, таким образом, точность центрирования соединения на рабочих режимах турбомашины не нарушается.

Узлы ротора турбомашины необходимо периодически осматривать и ремонтиро0 вать.

При этом фиксируемые детали 2 демонтируются. В процессе эксплуатации центрирующая посадка фиксируемых деталей 2 с валом 1 изнашивается и соединение ослаб5 ляется, за счет чего к первоначальным погрешностям добавляются дополнительные биения фиксируемых деталей 2 на рабочих режимах турбомашины. В конструкции ротора турбомашины фиксируемые детали 2 на валу 1 могут быть заведомо установлены

на валу 1 по переходной посадке, улучшающей условия сборочно-разборочных операций, а точность центрирования обеспечивается расширяющимся материалом вкладышей 3, что повышает надежность работы ротора турбомашины на всех режимах его работы.

Установка вкладышей в сквозных радиальных расточках 4 позволяет несколько уменьшить осевые габариты элементов фиксации, а наличие на периферии расточек 4 регулирующих элементов 15 в виде винтов позволяет установить фиксируемые детали 2 с заранее заданным натягом, величина которого определяется расчетным путем, а также позволяет производить балансировку вала 1 в сборе с фиксируемыми элементами за счет неравномерного обжатия центрирующей поверхности вала 1 по окружности и смещения фиксируемых деталей 2 на рабочем режиме в положение минимального дисбаланса, величина которого также может быть определена расчетом в процессе балансировки.

После остановки машины материал вкладышей 3 в профилированных расточках 4 остывает совместно со всеми деталями ротора турбомашины. Уменьшаясь в объеме, материал вкладышей 3 возвращается в исходное положение, освобождая таким образом вал 1 от силового воздействия, и в этом положении фиксируемые детали 2 легко демонтируются с вала 1. При этом выполнение поперечного сечения расточек 4 в виде ласточкина хвоста благодаря наличию в них боковых наклонных поверхностей способствует лучшему условию возвращения остывающего материала вкладышей 3 в исходное состояние, обеспечивает снижение износа как материала вкладышей 3, так и центрирующих поверхностей вала 1 при сборочно-разборочных операциях ротора турбомашины.

Выполнение профилированных расточек 4 на цилиндрической поверхности вала 1 целесообразно по условиям прочности фиксируемых деталей 2, поскольку прочность вала 1 более высокая, кроме того, выполнение расточек 4 на валу 1, особенно кольцевых, более технологично. При остывании материала вкладышей 3 и вала 1 последний уменьшается в размерах, что улучшает условия сборочно-разборочных операций.

Для предотвращения появления чрезмерных напряжений в центрирующем соединении фиксируемой детали 2 с валом 1 из-за нагрева материала вкладышей 3 и, следовательно, излишнего увеличения в объеме предусмотрено одну из распорных втулок 7 выполнять с упругим элементом 13

и расширительной камерой 14. При увеличении объема материала вкладышей 3 последние расширяются в сторону камеры 14 до упора в элемент 13, который сжимается, давая возможность осевого перемещения удлиняющегося материала вкладышей 3, и, таким образом, обеспечивает допустимые напряжения в центрирующих соедине. иях фиксируемых деталей 2 с валом 1.

Таким образом, конструкция ротора турбомашины обеспечивает достижение положительного технико-экономического эффекта в результате повышения надежности за счет улучшения вибрационных характеристик ротора путем обеспечения центрирования фиксируемых деталей на валу на рабочих режимах машины, улучшения сборочно-разборочных операций за счет применения переходных посадок в соединении

фиксируемой детали с валом, повышения долговечности соединения фиксируемой детали с валом за счет меньшего его износа с применением переходных посадок, повышения надежности фиксации стопорными

элементами за счет их многократного использования.

Формула изобретения

1. Ротортурбомашины, содержащий вал с фиксируемой на нем деталью, установочные расширяющиеся вкладыши, размещенные между валом и деталью в расточках, прижимную гайку, навернутую на вал, и стопорную отгибную шайбу, отличающий- с я тем, что, с целью повышения надежности крепления детали и упрощения монтаж- но-демонтажных операций, он снабжен дополнительным стопорным элементом в

виде двух расположенных между деталью и гайкой распорных втулок, на одной из которых выполнена коническая, а на другой - сферическая поверхности, контактирующие между собой, при этом установочные вкладыши изготовлены из материала с коэффициентом объемного расширения, большим, чем у материала фиксируемой детали, а стопорная отгибная шайба выполнена за одно целое с гайкой в виде кольцевого бурта,

отделенного от гайки проточкой, при этом в вале напротив бурта выполнены ряд расположенных по окружности монтажных лунок.

2.Ротор по п.1, отличающийся тем, что расточки под вкладыши выполнены

в фиксируемой детали.

3.Ротор по п.1,отличающийся тем, что расточки под вкладыши выполнены в вале.

4.Ротор по п.2, отличающийся тем, что расточки выполнены осевыми.

5.Ротор по п.4, отличающийся тем; что распорная втулка, контактирующая с деталью, снабжена со стороны детали упругим элементом и в зоне расположения вкладышей расширительной камерой, диаметральные размеры которой превышают диаметральные размеры расточек под вкладыши в детали.

6.Ротор по п.2, отличающийся тем, что расточки выполнены сквозными радиальными и снабжены регулирующими элементами, установленными на перифе0

рии расточек с возможностью радиального перемещения.

7.Ротор по п.4, отличающийся тем, что расточки в поперечном сечении выполнены прямоугольной или полукруглой, или серповидной формы, или в форме ласточкиного хвоста.

8.Ротор по п. 1,отличающийся тем, что одна из распорных втулок выполнена за одно целое деталью, или с гайкой.

Изобретение предназначено для повышения надежности крепления деталей на валу и упрощения монтажно демонтажных операций. Фиксация деталей 2 в окружном направлении осуществляется за счет расширяющихся вкладышей 3, расположенных в расточках 4 и имеющих больший коэффициент объемного расширения, чем материал детали 2, Осевая фиксация детали 2 осуществляется распорными втулками 7, 8 и прижимной гайкой 5, которая стопорится от отворачивания отгибной шайбой, выполненной за одно целое с гайкой в виде кольцевого бурта. При нагреве детали 2 вкладыши 3 расширяются и надежно фиксируют деталь, при остывании же деталь 2 свободно может быть снята с вала 1. 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Фиг. 2

фиг.З

7 глй

810ZWI

Фиг. 8

7 i 10 в

шш$

Фиг. 10 Я

Г

Г

г-г

фиг. 11