Узел крепления колеса турбомашины на валу Советский патент 1975 года по МПК F01D25/28 F01D5/04 F25B11/00 

Изобретение относится к холодильной технике, в частности к турбохоподильникам для охлаждения воздуха. Известны узлы крепления колес на валу, содержащие размещенную в ступице колеса пару втулок с сопряженными коническими поверхностями. Целью изобретения является повышение эксплуатационной надежности, а также обео печенне надежного соединения колеса с в&лом при длинной ступице и облегчение разборки такохО соединения. Для этого наружная втулка выполнена с продольным разрезом и подпружинена в аксиальном направлении тарельчатой пружиной, а внутренняя втулка выполнена из теплоизоляционного материала, например керамики. Причем втулки выполнены с углом конусности, либо больше угла самоторг можения при сопряжении двух поверхностей, например под углом 26 без смазки и под углом 13 со смазкой поверхностей сопряжения, либо меньше угла самоторможения при скольжении по одной поверхности, например под углом 10 без смазки или под углом 5 со смазкой поверхностей сопряжет нши С противоположной стороны колеса может быть установлена дополнительная пара конических втулок с тарельчатыми пружи- нами, либо втулки выполнены секционными и тарельчатые пружины установлены в каждой секции. На фиг. 3- схематически изображен описываемый узел крепле1шя колеса на валу с одной парой -конических втулок; на фиг. 2 - узел крепления на валу колеса с длинной ступицей при помощи двух симметрично расположенных пар ко1шческих втулок; на фиг. 3 - узел крепления колеса с длинной стушщей на валу при секционном выполн&нии пар конических втулок и тарельчатых пружин; на фиг. 4 - наружная коническая втулка, вид с торца; на фиг. 5 - то же, продольный разрез. Узел крепления колеса 1 на валу 2 содержит размещенную в ступице 3 коническую пару, состоящую из разрезанной по образующей наружной втулки 4 и сопряженной с ней внутренней втулки 5, подпружиненную одной или несколькими тарельчатыкш 34 пружинами 6, расположенными во втулке 7 прижатой к (торцу колеса 1 стяжной гайкой 8 с тарельчатой пружиной 9 или без нее. Для уменьшения жесткости наружной конической втулки 4 и обеспечения свободного передвижения ее вдоль оси вала 2 пЬд воздействием тарельчатых пружин 6 н| втулке 4 выполнены продольные пазы Ip (фиг. 4). Для той же цели при сборке у)зла крепления колеса 1 на валу 2 выпЬянен зазор 11 (4иг. 1 и 2), величина 1фторого превышает максимально возможную величину продольного перемещения наружной втулки 4 на всех режимах рабо ть машины. : Для компенсации разницы в тепловом расширении вала 2 и внутренней меташиь ческой или пластмассовой конической втулки 5, возникающей при нагреве узла крепления колес в процессе работы маши- №1, а также для устранения монтажного зазора между втулкой 5 и валом 2 втулке 5 разрезана по образующей подобно наружной втулке 4. При изготовлении втулки 5 из теплоизоляционного материала достигается дополнительный эффект уменьшения интенсивности теплопередачи от горячего коле cia компрессора к валу, а через него к; подшипниковой опоре, что имеет существенное значения для турбохоподильных Машин, так как ведет к снижению темпе- ратуры нагрева и соответственно к уве личе}шю срока службы подшипниковой опоры. Угол конуса при верщине сопряженных конических поверхностей каждой пары вту лок, в зависимости от условий эксплуата Hjut, монтажа и демонтажа колес на валу выбирают следующим образом. Для обеспечения возвратно-поступательного скольжения наружной втулки 4 по двум поверхностям (внешней цилиндри ческой и внутренней конической), требую щегося для возврата этой втулки в исходное положение при прекращен1Ш вращения и остывания нагревающегося в процессе работы колеса 1, а также mifi о15легчения демонтажа колеса, соецннепного с валом двумя симметрично расположенными разнонаправленными парами втулок 4 и 5 (фиг. 2), угол конусности выполняют несколько большим .угла самоторможения при сопряжении двух поверхностей, например под углом 26 без смазки и под углом 13 со смазкой поверхностей сопряжения. В этом случае дополнительные,- радиальные растягиваю щйе напряжения в колесе 1 под воздейст 8- кем тарельчатых гфушш 6 и 4 и 5 имеют минимальную велкчину, причем величина этих дополнительных напряжений постоянна на всех режимах работы машины, в том числе и при ее остановке, ,. При необходимости выпапления узла креп-i ления колеса на валу в минимальных радиальных габаритах, например в случае недостаточности толщины стенки ступицы 3, угол конусности выполняют несколько меньше утла самоторможения при скольже1ши по одной (конической) поверхности, например под углом Ю без смазки или под углом 5 при наличии сма31ш на сопряженных поверхностях цтупок 4 и 5. При такой конусности наружная втулка 4 при прекращеьши вращения колеса в исходное положе}ше не возвращае1С51 и в ступице 3 невращаюшегося колеса 1 остаются ра циальные напряжеНИЯ} соответствующие напряжениям, имеющим место при горячей (прессовой) посадке колеса 1 на вал 2 В этом случае ко.ническая пара втулок 4 и 5 выполняет, также как и во всех остальных случаях креплелия колеса на валу, свои основные функции: предотвращает радиа11ыи)1й сдвиг быстро вращающегося колэса 1 относительно оси вращения при увеличегши диаметра отверстия в ступице 3 под воздействием центробежных сил и зозниксиощей по этой причине разбатансировкя иращающегося ротора, а также облегчает демолтаж колеса 1 и обеспечивает возмоклость съема его без порчи (задира) поверхности вала 2,, При снятии колеса 1 с валл 2 скольжение происходит только по ко1шческой поверхности, что обуславливает выбор угла конуспости (10 и 5 )j Угол наклона Q когшческой поверхности шры втулок 4 и 5 равен половине угла KOifyca при вершине и составляет в симости от наличия смазки соответственно 13 и 6 ЗО при первом KpenjieifflH (с автоматическим возвраще1шем втулки 4 в иоходное положение) либо 5 и 2 30 при втором варианте креплешш.| Для-облегчения разборки соединения вала 2 с колесом 1, имеющим длинную сту- шщу, втулки 4 и 5 выдапнены сскщшнными (фиг. 3) и тарельчатые пружины 6 предусмотрены в каждой секции. Для предот вращения возможности проворота колеса 1 относительно вала 2 при наличии больших крутящих моментов может быть применена конструкция показанная на фиг, 1 и 3, состоящая из зафиксированной аксиальной шпонкой 12 на валу 2 втулки 13, на торцовой обращенной к колесу 1 поверхности которой выполнены, например, радиальные насечки, врезающиеся в торец ступицы 3 | 5 колеса 1 при затягивании гайки 8 на валу 2. При быстром вращении диаметр стушьцы 3 колеса 1 увеличивается, а ее длина несколько уменьшается, что ослабляет . первоначальную величину затяжки на валу 2/колеса 1, втулки 7, шпон1Ш 12 и может создать опасность проворота колеса 1 относительно втулки 13. Для предотвращения этого в проточке на торце гайки 8 размещена тарельчатая 1аружина 9, обеспечиваюшая постоянство заданной величины затяжки деталей, укрепленных на валу 2. Сила пружины 9 должна в несколько раз превосходить силу пружин 6 и быть близкой или равной величине осевого усилия, создаваемого гайкой 8 при затяжке тарированным ключом. В процессе раскрутки -ротора машины до рабочего числа оборотов колесо 1 рао«тягивается центробежной силой в радиальгном направле ши, при этом диаметр осево го отверстия ступицы 3 увеличивается. В .образующийся зазор между цилиндрическими поверхностями отверстия ступицы 3 и втулки 4 последняя автоматически проталкивается пружиной 6, что сохраняет ко центричность положения колеса 1 относительно оси вала и предотвращает разбалансировку ротора по причине радиального смеще1шя колеса на рабочих числах оборотов. При прекращении вращения втулка 4 . возвращается в исходное положение, если угол конусности сопряженных поверхностей -втулок 4 и 5 больше угла самоторможени либо .остается во вдвинутом (затянутом состоянии, если угол конусности меньше угла самоторможения. Предмет изобретения 1. Узел крепления колеса турбомашины на валу, преимущественно в высокообороо 86ной турбохолодильной машине, содержащий размещенную в ступице колеса пару втулок с сопряженными коническими поверхностями, отлича-ющийся тем, что, с целью повышения эксплуатационной надежности, наружная втулка выполнена с продолы ым разрезом и подпружинена в аксиальном направлении тарельчатой пружиной. 2.Узел, по п. 1, о т л и ч а ю- щ и йс я тем, что. внутренняя втулка выполнена из теплоизоляционного материала, нагпример керамики. 3.Узел по п. 1, отличающий- с я тем, что втулки выполнены с углом конусности, большим угла самоторможения при сопряжении двух поверхностей, например под углом 26 без смазки и под ут лом 13 со смазкой поверхностей сопряжения. 4.Узел по п. 1, отличающий-. с я тем, что втулки выполнены с углом конусности, меньшим угла самоторможения при скольжении по одной поверхности, например под углом 10 без смазки или под углом 5 со смазкой поверхностей соприжени я. 5.Узел по пп. 1-4, отличающийся тем, что, с целью обеспечения надежного соедине1шя колеса с валом при длинной ступице, с противоположной стороны колеса установлена дополнительная пара конических втулок с тарельчатыми , пружинами. 6.Узел по пп. 1-4, отличающийся тем, что, с целью облег4е1шя разборки соединения вала с колесом, имеющим длинную ступицу, втулки выполнены секционными и тарельчатые пружины установлены в каждой секции.

д 9

2 5

. 1

ФигЗ