Узел соединения фиксируемого элемента с валом турбомашины Советский патент 1992 года по МПК F04D29/20 

Изобретение относится к турбонасосои компрессоростроению и может быть использовано в конструкциях роторов многоступенчатых насосов, компрессоров и турбин, в частности в конструкциях узлов соединения вала турбомашины с рабочими колесами, муфтой или упорным гребнем осевого подшипника скольжения.

Целью изобретения является повышение надежности путем устранения концентраторов напряжений в сопрягаемых деталях.

На фиг. 1 изображена конструкция вала турбомашины с фиксируемыми элементами, общий вид; на фиг. 2 - сечение Ai.2 - Ai,2 на фиг. 1; на фиг. 3 - то же, с демпфирующими элементами: на фиг. 4 - то же, с демпфирующими элементами, заглубленными в тело фиксируемого элемента; на фиг. 5 - то же, со смещением демпфирующих элементов; на фиг. 6 - то же, с демпфирующими элементами, заглубленными в тело вала; на фиг. 7 то же, с демпфирующими элементами яйцевидной формы; на фиг. 8 - то же, частный случай выполнения перициклоиды.

Узел соединения фиксируемого элемента с валом турбомашины включает в себя расточку 1 в фиксируемом элементе 2 и сопряженный с ним ответный профиль поперечного сечения вала 3, выполненные в виде криволинейного многоугольника с тремя дугообразными выступами 4.

При этом контуры поперечных сечений вала 3 и расточки 1 выполнены в виде удлиненной перициклоиды, каждая из точек которой определяется из уравнений:

Dсо

X -к- cos а cos ,

y -j-sin- -a sin (ft.

Di

1 Da

г 4

эксцентрисигде а -2X 2 2 тет::

г - радиус окружности, которая катится без скрльжения своей внутренней стороной по неподвижной окружности радиуса RH;

Da, Di - диаметры окружностей - описанной и вписанной в перициклоиду;

-угол поворота заготовки в процессе обработки.

Узел может быть снабжен демпфирующими элементами 5, расположенными между валом 3 и фиксируемым элементом 2 в области криволинейных сечений последних и выполненными из фторопласта или капролона. В фиксируемом элементе 2 могут быть выполнены углубления б под демпфирующие элементы 5, контактирующие с валом 3. Углубления 6 с демпфирующими элементами 5 могут быть смещены к максимально удаленным от оси вала 3 точкам перициклоиды в направлении, противоположном направлению вращения вала 3. В валу 3 могут

быть выполнены углубления 7 под демпфирующие элементы 5, контактирующие с фиксируемым элементом 2. Кроме того, демпфирующие элементы 5 могут иметь поперечное, сечение яйцевидной формы и

0 ориентированы тупыми концами в направлении, противоположном направлению вращения вала 3. Как частный случай перициклоиды возможно выполнение расточки 1 и профиля вала 3 с плоскими поверхностями, сопрягаемыми с закругленными выступами 4, т.е. при радиусе неподвижной окружности RH, равной бесконечности.

Узел соединения вала турбомашины с

0 фиксируемым элементом работает следующим образом.

При работе привода турбомашины крутящий момент от него передается валу 3 через полумуфту, являющуюся фиксируемым на валу 3 элементом 2. От вала 3 крутящий момент передается рабочим колесам, также являющимися фиксируемыми элементами 2. Помимо рабочих колес и полумуфты фиксируемым элементом является

0 также упорный гребень осевого подшипника скольжения, воспринимающий остаточное осевое усилие от вала 3 турбомашины. При этом фиксирующие элементы 2 за счет выполнения их расточки 1 и ответной поверхности вала 3 самоцентрируются.и заклиниваются на валу 3, что предотвращает раскрытие посадки и повв1шает нагрузочную способность осевого подшипника и передаваемый крутящий момент через

0 полумуфту и к рабочим колесам. Такая форма расточки 1 фиксируемого элемента 2 и ответной поверхности вала 3 способствует также устранению концентраторов напря жений в сопрягаемых элементах.

Возникающие в процессе работы турбомашины аэродинамические пульсации рабочей среды воспринимаются его корпусом и ротором, в частности валом 3 и фиксируемыми элементами 2. Демпфирующие элементы 5 воспринимают пульсирующую нагрузку и за счет сил упругости в самих элементах 5 и фрикционного трения поверхностей элементов 5 о расточку 1 элементов

5 5 и сопрягающуюся с ней поверхность вала 3. Кроме того, демпфирующие элементы 5 выполняют как бы роль элементов предварительного натяга при монтаже и установке фиксируемых элементов 2 на вал 3. Эти же элементы 5 позволяют предотвратить угловые перемещения элементов 2 относительно вала 3.

При смещении демпфирующих элементов 5 к максимально удаленным от оси вала 3 точкам перициклоиды, т.е. дугообразным выступам 4 в направлении, противоположном направлению вращения вала 3. повь1шается их демпфирующая способность, поскольку крутящий момент от привода и пульсирующая нагрузка воспринимаются в наиболее нагруженных точках контакта вала 3 с фиксируемыми элементами 2, где наибольшая величина плеча сил, действующих на контактирующие поверхности.

Повышению расклинивающей способкости демпфирующих элементов 2 способствует выполнение их яйцеобразной формы и ориентация их тупыми концами 8 в направлении, противоположном направлению вращения вала 3, поскольку наибольшая ширина демпфирующих элементов 5 приходится на наиболее нагруженную часть узла соединения.

В случае выполнения углублений 7 под демпфирующие элементы 5 в теле вала 3, перемычки между углублениями 7 выполняют как быть роль ребер жесткости, что повышает жесткость вала 3.

Возможна конструкция узла соединения с плоскими сопрягаемыми поверхностями расточки 1 и вала 3, что повышает технологичность изготовления элементов, входящих в данный узел.

Технологически выполнить поверхность вала 3 и ответную поверхность расточки 1 фиксируемого элемента 2 не представляет особых сложностей, так как внутренняя поверхность расточки 1 можбт быть получена как шлифовкой, так и путем протяжки. Наружна Я поверхность вала 3 также может быть получена шлифовкой.

/

-1/

Формула изобретения

Т. Узел соединения фиксируемого элемента с валом турбомашины, включающий расточку в фиксируемом элементе и сопрягаемый с ним ответный профиль поперечного сечения вала, выполненные в виде криволинейного многоугольника с тремя дугообразными выступами, отличающ и и с я тем, что, с целью повышения надежности путем устранения концентраторов напряжений в сопрягаемых деталях, контуры поперечных сечений вала и расточки выполнены в виде удлиненной перициклоиды.

2.Узел по П.1, от л и ч а ю щ и и с я тем, что он снабжен демпфиру1С)Щими элементами, расположенными между валом и фиксируемым элементом в области криволинейных сечений последних и выполненными из фторопласта или капролона.

3.Узел по п.2, отличающийся тем, что в фиксируемом элементе выполнены углубления под демпфирующие элементы, контактирующие с валом.

4.Узел по п.З, отличающийся тем, что углубления с демпфирующими элементами смещены к максимально удаленным от оси вала точкам перициклоиды в направлении, противоположном направлению вращения вала.

5.Узел по П.2, отличающийся тем, что в вале выполнены углубления под демпфирующие элементы, контактирующие с фиксируемым элементом.

6.Узел по П.2, отличающийся тем, что демпфирующие элементы имеют поперечное сечение яйцевидной формы и ориен- тированы тупым концом в направлении, противоположном направлению вращения вала,

Фиг.1

Й/г.7

Изобретение предназначено дли повышения надежности узла крепления детали на валу путем устранения концентраторов напряжений. Контуры сопрягаемых се(чений валаЛ и расточки 1 фиксируемого элемента 2, имеющие выступы 4, выполнены в виде удлиненной перициклоидь(. При этом узел снабжён демпфирующими элементами 5, расположенными между валом З'и фикЬиру- емым элементом 2 в области криволинейных сечений последних. Элементы 5 выполнены из фторопласта или кап рол она. 5 з.п. ф-лы, 8 ил.фиг?-5Ию о о о

5.

ФШ

14

5 6

5

Фш.6