Устройство для передачи вращения между валами

 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к соединению вращающихся валов, например, газотурбинного двигателя и нагнетателя в газоперекачивающих агрегатах с использованием гибких мембран (дисков) для компенсации перекосов и смещений соединяемых валов. Устройство для передачи вращения между валами содержит промежуточный вал с муфтами на концах, по крайней мере одна из которых является двойной мембранной муфтой, и предохранительное устройство, выполненное в виде соосных пар стержней, установленных на обращенных друг к другу поверхностях ступиц двойной мембранной муфты. В каждой паре соосных стержней один из стержней имеет на конце внутреннюю цилиндрическую соосную поверхность, охватывающую с зазором кольцевой выступ на конце противоположного стержня, при этом кольцевые выступы во всех парах соосных стержней расположены в плоскости симметрии гибких мембран, проходящей между ними. Гибкие мембраны устройства для передачи вращения между валами скреплены со ступицами предохранительными стержнями. Технический результат - упрощение конструкции. 2 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к соединению вращающихся валов, например, газотурбинного двигателя и нагнетателя в газоперекачивающих агрегатах с использованием гибких мембран (дисков) для компенсации перекосов и смещений соединяемых валов.

Известно устройство для передачи вращения между валами (Экспресс-информация "Детали машин"- М., 1994, N 2, с. 2-9), содержащее промежуточную гильзу (вал), на концах которой расположены мембранные (одинарные или двойные) муфты, представляющие собой две соосные ступицы, связанные тонкой шайбой (гибкой мембраной). Данное устройство имеет в каждой мембранной муфте предохранительное устройство в виде втулки, запрессованной, например, в одну из ступиц. Свободный конец втулки образует зазор с внутренним диаметром противоположной ступицы данной муфты. При разрешении гибкой мембраны промежуточный вал удерживается предохранительной втулкой на своем месте, предохраняя соединяемые агрегаты, например, газотурбинный двигатель и нагнетатель от разрушения освободившимся концом упомянутого вала, имеющего скорость вращения порядка 3000 - 10000 об/мин.

Недостатком данного устройства для передачи вращения между валами является отсутствие в предохранительном устройстве элементов, передающих крутящий момент от одного вала к другому после аварийного разрешения гибкой мембраны, что, при резком спаде нагрузки, может привести к недопустимой раскрутке (вразнос) турбины газотурбинного двигателя.

Данный недостаток устранен в устройстве для передачи вращения между валами, выбранном в качестве прототипа (см. Апанасенко А.И., Крившич Н.Г., Федоренко Н.Д. Монтаж, испытания и эксплуатация газоперекачивающих агрегатов в блочно-контейнерном исполнении. - Л.: Недра, 1991, с. 26, рис.9). В прототипе предохранительное устройство передает (после разрушения гибкой мембраны) крутящий момент за счет того, что ступицы гибкой мембраны (тонкой шайбы) соединены между собой. Данное зубчатое соединение выполнено с гарантированным зазором и при нормальном функционировании мембранной муфты в работе не участвует.

Недостатки прототипа: 1. Зона соединения ступиц (шлицы) смещена относительно плоскости гибкой мембраны, в которой находится центр поворота промежуточного вала. Вследствие этого шлицы предохранительного устройства, расположенные на промежуточном валу, перемещаются в радиальном направлении при изменении угла перекоса промежуточного вала и требуется увеличение гарантированного радиального зазора между шлицами. Увеличение радиального зазора между шлицами приводит к увеличению перегрузок при ударном сцеплении шплицев в момент разрушения гибкой мембраны, а также к резкому увеличению нагрузок на подшипники валов газотурбинного двигателя и нагнетателя за счет увеличения дисбаланса промежуточного вала при его радиальном смещении на величину зазора в шлицевом соединении. Следствием этого является наличие в прототипе предохранительной втулки, обеспечивающей допустимое радиальное смещение промежуточного вала в аварийной ситуации, что существенно усложняет конструкцию.

2. Наличие шлицев в непосредственной близости от гибкой мембраны предопределяет выполнение ступицы и мембраны как единого целого, так как шлицы занимают пространство, в котором могли бы разместиться элементы механического скрепления гибкой мембраны и ступицы. Изготовление же мембраны из листовой заготовки является более предпочтительным. Во-первых, в этом случае проще подобрать материал, обеспечивающий механические свойства мембраны, и провести ее обработку и доводку до требуемой толщины и жесткости. Во-вторых, при выполнении шлицев в единой детали с гибкой мембраной, возможно повреждение мембраны, к которой предъявляются высокие требования по качеству поверхности.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции устройства для передачи вращения между валами за счет исключения второго предохранительного элемента (втулки) и шлицев, смещенных от плоскости поворота промежуточного вала.

Технический результат заключается в том, что в предлагаемом устройстве, содержащем двойную мембрану, предохранительное устройство выполнено в виде пар соосных предохранительных стержней, установленных в обращенных друг к другу поверхностях ступиц двойной мембранной муфты, причем в каждой паре соосных предохранительных стержней один из стержней имеет на конце внутреннюю цилиндрическую соосную поверхность, охватывающую с зазором кольцевой выступ на конце противоположного стержня, при этом кольцевые выступы во всех парах соосных предохранительных стержней расположены в плоскости симметрии гибких мембран, проходящей между ними, а гибкие мембраны скреплены со ступицами предохранительными стержнями.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство для передачи вращения между валами. Устройство состоит из промежуточного вала 1 с муфтами, установленными на его концах, по крайней мере одна из которых является двойной мембранной муфтой. Двойная мембранная муфта состоит из ступиц 2 и 3, гибких мембран 5 и 6 и соединительного кольца 7. Ступицы 5 и 6 имеют фланцы для соединения с гибкими мембранами и стыкуемыми валами.

Плоскость Б - плоскость симметрии гибких мембран, проходящая между ними.

Точка В - геометрический центр двойной мембранной муфты и точка поворота соединяемых валов. В плоскости Б расположены зоны взаимодействия пар соосных предохранительных стержней 8 и 9, образующих предохранительное устройство.

На фиг. 2 (выносной элемент А) показана одна пара соосных предохранительных стержней, которые соединяют ступицы 2 и 3 с гибкими дисками 5 и 6. Стержень 9 имеет на конце внутреннюю цилиндрическую соосную поверхность Г, охватывающую с зазором кольцевой выступа на конце стержня 8, который расположен в плоскости Б.

При работе предлагаемого устройства для передачи вращения между валами двойная мембранная муфта компенсирует перекос соединяемых валов, оси которых пересекаются в точке В. Вместе с валом относительно точки В разворачиваются и ступицы 5,6 с установленными в них стержнями 2,3. Углы перекоса валов газотурбинного двигателя и нагнетателя обычно не превышают 15 угловых минут. Поэтому в каждой паре предохранительные стержни перемещаются практически соосно друг другу без существенного изменения зазора Д. Это позволяет выполнять относительно небольшой гарантированный зазор Д, обеспечивающий в случае разрушения гибкой мембраны небольшой дисбаланс промежуточного вала и "мягкое" сцепление стержней, передающих крутящий момент. Соосность стержней обеспечивается совместной обработкой отверстий в обеих гибких мембранах с одной установки.

Таким образом, предлагаемое устройство для передачи вращения между валами устраняет указанные недостатки, а именно обеспечивает в одном предохранительном устройстве выполнение двух функций: - центровку промежуточного вала и передачу крутящего момента (при аварийном разрушении гибкой мембраны) за счет совмещения зон взаимодействия предохранительных штырей с плоскостью симметрии гибких мембран. Использование предохранительных стержней в качестве элементов крепления гибких мембран к ступицам позволяет отказаться от введения специальных элементов крепления и реализовать преимущества изготовления гибких мембран из листового материала. Указанная эффективность предлагаемого устройства подтверждена расчетом, разработана конструкторская документация, запланировано изготовление опытного образца.

Формула изобретения

Устройство для передачи вращения между валами, содержащее промежуточный вал с муфтами на концах, по крайней мере одна из которых является двойной мембранной муфтой, и предохранительное устройство, отличающееся тем, что предохранительное устройство выполнено в виде пар соосных предохранительных стержней, установленных на обращенных друг к другу поверхностях ступиц двойной мембранной муфты, причем в каждой паре соосных предохранительных стержней один из стержней имеет на конце внутреннюю цилиндрическую соосную поверхность, охватывающую с зазором кольцевой выступ на конце противоположного стержня, при этом кольцевые выступы во всех парах соосных предохранительных стержней расположены в плоскости симметрии гибких мембран, проходящей между ними.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2