Ротор турбомашины

 

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.

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)s F 04 О 29/20

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4683717/29 (22) 25,04,89 (46) 15.04.91, Бюл. ¹ 14 (71) Сумское машиностроительное научнопроизводственное объединение им, М.В.Фрунзе (72) Ю.С.Зинченко, В,С,Марцинковский, Л.В.Черепов, С.А.Мовчан и В,В.Усенко (53) 621.671 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1231276, кл, F 04 0 29/66, 1984. (54) РОТОР ТУРБОМАШИНЫ (57) Изобретение предназначено для повышения надежности крепления деталей на

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.3 — 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.б — 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 устано„„5U 1642078 Al 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. вочными вкладышами, закрепленными в расточках на поверхности вала; на фиг.10— то же, с установочн ыми вкладышами, размещенными в сквозных радиальных расточках; на фиг.11 — сечение à — Г на фиг.10.

Ротор турбомашины содержит вал 1 с фиксируемой на нем деталью 2, установоч- 1 ные расширяющиеся вкладыши 3, раэме- С) щенные между валом 1 и деталью 2 в расточках 4, прижимную гайку 5, наверну- QQ тую на вал 1, и стопорную отгибную шайбу 6.

Ротор. снабжен дополнительным стопорным элементом в виде двух расположен° юеь ных 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 эа одно

1642078

30

50

55 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 турбомашины 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 перемещению 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 или через несколько лунок 12, что увеличивает многократность использования сгопорной шайбы 6, Демпфированию колебаний ротора турбомашины и сопутствующему ослаблению стопорения фиксируемых деталей 2 на валу

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

При вращении ротора происходит нагрев фиксируемых деталей 2, например рабочих колес, в результате повышения 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 фиксируемой детали 2 на валу 1 и роисходит помимо теплового расширения еще и за счет действия центробежных сил, причем на участках сопряжения фиксируемой детали 2 с валом 1 образуется зазор. Под воздействием тепла от нагретых фиксируемых деталей

2 прогревается материал установочных вкладышей 3, расположенных в профилированных расточках 4, которые под воздействием тепла расширяются и оказывают 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 вращения вала 1 и, таким образом, точность центрирования соединения на рабочих режимах турбомашины не нарушается.

Узлы ротора турбомашины необходимо периодически осматривать и ремонтировать.

При этом фиксируемые детали 2 демонтируются. В процессе эксплуатации центрирующая посадка фиксируемых деталей 2 с валом 1 изнашивается и соединение ослабляется, 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

1642078 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 черезмерных 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

35 дополнительным стопорным элементом в

40 виде двух расположенных между деталью и

5

25 и расширительной камерой 14. При увеличении объема материала вкладышей 3 последние расширяются в сторону камеры 14 до упора в элемент 13, который сжимается, давая воэможность 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 эа 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. Ротор турбомашины, 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, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения надежности крепления детали и упрощения монтажно-демонтажных операций, он снабжен 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 эа 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 и 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 п2, отл и ч а ю щи и с я тем, что расточки выполнены осевыми.

1642078

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 периферии расточек с воэможностью радиального перемещения.

7. Ротор по и 4, отличающийся

5 тем, что расточки в поперечном сечении выполнены прямоугольной или полукруглой, или серповидной формы, или в форме ласточкиного хвоста.

8. Ротор по п.1, отличающийся

10 тем, что одна из распорных втулок выполнена за одно целое илйс деталью, или с гайкой.

1642078

1642078

1642078 фиг. 9

1642078

Составитель В.Девисилов

Редактор T.Êëþêèíà Техред M.Moðãåíòàë Корректор О.Кравцова

Заказ 1429 Тираж 383 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101