Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом и турбомашина



Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом и турбомашина
Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом и турбомашина
Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом и турбомашина
Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом и турбомашина
Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом и турбомашина
Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом и турбомашина
Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом и турбомашина
Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом и турбомашина
Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом и турбомашина
Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом и турбомашина
Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом и турбомашина

 


Владельцы патента RU 2492331:

СНЕКМА (FR)

Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом содержит круглое кольцо, радиальные кронштейны, соединяющие кольцо с другим концентричным кольцом и средства для соединения кронштейнов с кольцом. Средства для соединения содержат выступы, фиксаторы, содержащие выступы, отверстия кольца и отверстия фиксаторов и болты, проходящие через выравнивающие средства. Выступы проходят от двух противоположных сторон кронштейна. Выравнивающие средства содержат одно из отверстий кольца и одно из отверстий фиксаторов, и удерживающие фиксаторы на кольце. Выступы, проходящие от кронштейна, удерживаются между выступами фиксаторов и кольцом. Устройство содержит выравнивающие средства других отверстий кольца и отверстий кронштейна. В указанных выравнивающих средствах расположены центрирующие штифты. Кольцо выполнено коническим и содержит приливы, выполненные плоскими или цилиндрическими. Кронштейны окружены обтекателями. Также объектом изобретения является турбомашина, содержащая описанное выше устройство для соединения, в котором кольцо, другое кольцо и кронштейны расположены между турбиной высокого давления и турбиной низкого давления, причем кронштейны проходят через поток продуктов сгорания. Изобретение позволяет облегчить сборку соединений, снизить его вес и объем. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

 

Настоящее изобретение относится к соединению радиальных кронштейнов с круглым кольцом, в частности в авиационных турбомашинах посредством наложения присоединяемых частей.

Некоторые устройства таких турбомашин содержат наружное круглое кольцо, концентричное кольцу внутренней ступицы и присоединенное к нему посредством радиальных кронштейнов и соединяющее кольцевую камеру или участок потока газа, которое также имеет кольцевую форму, но открывается в его осевые торцы. На фиг.1 показан пример, на котором частично и схематично показана турбомашина, обычно содержащая между статором 1 и ротором 2 последовательно расположенные компрессоры низкого давления 3 и высокого давления 4, камеру сгорания 5 и турбины 6, 7 высокого давления и низкого давления. Ротор 2 может быть разделен на две отдельные секции с линией разделения между турбинами 6 и 7, а внутренняя ступица 8 находится между этими двумя секциями для обеспечения гладкого канала газового потока 9 в турбомашине. Внутренняя ступица 8 поддерживается радиально расположенными кронштейнами 10, присоединенными к внутреннему кольцу ступицы и к внешнему кольцу 11 статора 1. При этом она определяет форму газового потока 9 на противоположной внешней стороне. Кронштейны 10 имеют простое, по существу, прямоугольное сечение. Они подвержены высоким температурам, поскольку там проходят газообразные продукты сгорания, а также влияют на их течение. Обтекатели 12, отделенные от кронштейнов, должны быть окружены достаточным пространством, чтобы быть отчасти защищенными от теплового воздействия и для обеспечения хорошего аэродинамического профиля для прохождения газов. Поскольку кронштейны являются частью конструкции машины, они (а также соединительные детали) подвержены сильным нагрузкам и должны обладать надлежащей прочностью.

На фиг.4 показана сборка наружного кольца 11, кронштейнов 12 и внутренней ступицы 8 турбины в изолированном состоянии; для большей ясности показаны установочные фланцы (без ссылочной позиции), крепящиеся к статору 1 и ротору 2.

Трудно прикрепить кронштейны 10 к внешнему кольцу 11, независимо от того, выполнены ли кронштейны заодно с внутренней ступицей 8 или предварительно прикреплены к ней, поскольку зазор между обтекателями 12, расположенными вокруг кронштейнов 10, и наружным кольцом 11 очень небольшой.

Выполнение стыковки кронштейнов 10 со сборочными точками наружного кольца 11 является, таким образом, затруднительным, как и введение внутрь инструментов, необходимых для сборки, через ряд обтекателей 12. Соединение между кронштейнами 10 и внешним кольцом 11 должно выдерживать имеющиеся напряжения, а также большие нагрузки, возникающие при работе кронштейнов и сильном нагреве, которым они подвержены несмотря на наличие обтекателей 12.

При обычной сборке, показанной на фиг.2, в конце каждого кронштейна 10 просверлено отверстие, на внешнем кольце 11 предусмотрен просверленный выступ 13. Кронштейн 10 расположен по отношению к выступу 13 таким образом, чтобы выровнять отверстие в кронштейне с отверстием в выступе. Болт 14 пропускается через отверстия и служит несущей осью. Однако нагрузки на кронштейн 10 вызывают еще большие нагрузки на части указанного узла, поскольку узел свешивается с кронштейна и на болт действует большая изгибающая нагрузка. Это нежелательно и требует увеличения размеров деталей узла для выдерживания более высоких изгибающих нагрузок по сравнению с симметричной конструкцией с двумя выступами.

Вот почему в другом варианте конструкции, показанном на фиг.3, внешнее кольцо 11 снабжено двумя параллельными выступами 15 и 16. При этом конец кронштейна 10 расположен между выступами, а болт 17 установлен в отверстиях кронштейна 10 и обоих выступов 15 и 16.

При этом изгибающие нагрузки уменьшены и соединение может быть выполнено более легко. Хотя существует дилемма: если выступы 15 и 16 разнесены (что может быть следствием требования к перемещению кронштейна 10 в направлении, не параллельном к плоскостям выступов 15 и 16, то сборка осуществляется легко, но болт 17 подвержен большим сдвигающим и изгибающим нагрузкам (даже если изгиб происходит более гладко благодаря симметрии конструкции). При этом в узле имеется зазор, а выступы 15 и 16 сближаются друг с другом на этапе сборки, при затягивании болта 17. Это можно считать недостатком, поскольку внутренние напряжения становятся чрезмерными, а болт 17, возможно, будет заедать. Если напротив, выступы 15 и 16 расположены близко друг к другу, то зазор между выступами и кронштейном 10 становится меньше или даже исчезает. При этом изгиб болта 17 исключен. Но в этом случае трудно или даже невозможно вставить кронштейн 10 между выступами 15 и 16, в особенности если кронштейны 10 выполнены с наклоном в угловом направлении машины, что бывает очень часто, поскольку посредством кронштейнов выполняется выравнивание потока. Что касается сборки, то она должна выполняться с движением по спирали, с тем чтобы при вставке избежать нагрузок.

Другие конструкции соединения кронштейнов и внешнего кольца используют промежуточные части, собранные как с кольцом, так и с кронштейнами. Пример приведен в патенте США 5 272 869. Такие конструкции часто имеют такой недостаток, как чрезмерные размеры, затрудняющие этап сборки. Обычно промежуточные части крепятся к кронштейнам на болтах. В случае заедания болтов кронштейн очень сложно вынуть.

Другой недостаток относится и к другим соединениям, в которых кронштейн напрямую присоединяется к кольцу посредством проходящих через него болтов, расположенных параллельно кронштейну. Пример приведен в патенте США 6 439 841. Винты могут быть вкручены в резьбовые ступицы или вставлены с зазором в гладкие отверстия в кронштейне, которые открываются в отверстия, в которые могут быть вставлены и закручены гайки и болты.

Наконец, в некоторых конструкциях, кронштейны имеют выступы или боковые юбки, удерживаемые блокирующими частями, привинченными к кольцу. При этом выступы зажаты между кольцом и другими выступами, которые продолжаются от блокирующих частей. Такая конструкция описана, среди прочего, в патенте Великобритании 2 262 573 и Европейском патенте 0 550 126. В этой конструкции устранены, по существу, все недостатки предыдущих конструкций. Однако имеется тот недостаток, что не гарантируется расположение кронштейна на поверхности кольца в случае неточной сборки или смещения во время работы из-за прилагаемых нагрузок, которые обусловлены расположением кронштейнов между двумя концентрическими кольцами. Вышеуказанные документы скорее относятся к трубам или гибким рукавам, не имеющим конструкционного сопротивления и которые подвержены лишь слабым нагрузкам.

В общем, изобретение относится к устройству для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом, содержащему круглое кольцо, по существу, радиальные кронштейны, соединяющие указанное кольцо с другим концентричным кольцом и средства для соединения кронштейнов с кольцом. Средства для соединения содержат выступы, продолжающиеся от двух противоположных сторон кронштейна, фиксаторы, содержащие выступы, отверстия кольца и отверстия фиксаторов, и болты, проходящие через выравнивающие средства, каждое из которых содержит одно из отверстий кольца и одно из отверстий фиксаторов, и удерживающие фиксаторы на кольце, при этом выступы, продолжающиеся от кронштейна, соответственно удерживаются между выступами фиксаторов и кольцом.

Преимущества соединений на болтах, включающих наложение фиксаторов и выступов в соответствии с вышеприведенным описанием, могут быть пояснены следующим образом: сборка соединений осуществляется легко даже при ограниченном доступе вследствие обтекателей. Соединительные части просты в изготовлении, имеют малый объем и вес. Можно избежать дополнительных нагрузок из-за свешивания или деформации при сборке. Болты отделены от кронштейна, контактирующие с ними части менее горячие. Таким образом, можно избежать перегрева и заклинивания.

Устройство согласно настоящему изобретению характеризуется тем, что оно содержит выравнивающие средства других отверстий кольца и отверстий кронштейна, причем в выравнивающих средствах расположены центрирующие штифты, при этом кольцо выполнено коническим и содержит приливы, выполненные плоскими или цилиндрическими, причем фиксаторы обращены к приливам, а кронштейны окружены обтекателями. Сочетание болтового соединения и центрирующих штифтов позволяет надежно закрепить кронштейн на поверхности кольца, при этом также приложенные к кронштейну нагрузки могут быть разложены, поскольку осевые нагрузки воспринимаются болтами, а тангенциальные - штифтами.

В соответствии с изобретением, кольцо, соединенное с кронштейном, как было указано, наружное кольцо 11. Также может быть присоединено и цилиндрическое кольцо внутренней ступицы 8: конструкция может быть такой же, за исключением некоторых изменений в размерах.

Выступы фиксатора и выступы кронштейна предпочтительно контактируют через поверхности, параллельные друг другу.

Выступы фиксатора и выступы кронштейна предпочтительно контактируют через поверхности, образующие углы между ними, при этом выступы фиксатора и кронштейна сужаются от фиксаторов и кронштейна, соответственно.

Приливы предпочтительно выполнены плоскими.

Приливы предпочтительно выполнены цилиндрическими.

Другим аспектом настоящего изобретения является турбомашина, содержащая вышеописанное устройство, при этом кольцо, другое кольцо и кронштейны расположены между турбиной высокого давления и турбиной низкого давления, причем кронштейны проходят через поток продуктов сгорания.

Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на чертежи, на которых:

Фиг.1 представляет собой вышеописанную турбомашину, выполненную в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 и 3 представляют собой вышеописанные два варианта сборки в соответствии с предшествующим уровнем техники;

Фиг.4 представляет собой другой вид вышеописанного кольца и узла кронштейна;

Фиг.5, 6, 7, 8, 9, 10 и 11 показывают более подробно соединение колец и кронштейна. Фигура 5 показывает общий вид, на фиг.6 и 7 показаны отдельные элементы, на фиг.8 и 9 показаны разрезы по линиям VIII - VIII и IX - IX (см. фиг.5), и на фиг.10 и 11 показана альтернативная конструкция выступов.

Конец кронштейна 10, прилегающий к внешнему кольцу 11, имеет два боковых выступа 21, проходящих от его длинных сторон (см. фиг.6). Узел также включает две присоединяемые части 22, называемые фиксаторами, которые аналогичны друг другу и расположены симметрично. Причем каждый фиксатор имеет выступ 23 (см. фиг.7). Выступы 23 фиксаторов 22 расположены ниже выступов 21 кронштейна 10, и посредством полученного таким образом наложения конец кронштейна 10 прилегает к внешнему кольцу 11 (см. фиг.5). Узел дополняется болтами 24, проходящими через выравнивающие средства отверстий 25 во внешнем кольце 11 и отверстий 26 в фиксаторах 22. Имеется четыре выравнивающих средства отверстий и четыре болта 24, по два на каждый фиксатор 22.

Наружное кольцо 11 имеет прилив 27 (см. фиг.5) в каждом месте присоединения кронштейна 10, причем поверхность прилива может быть как плоской, так и цилиндрической (ось цилиндрической поверхности должна совпадать с осью турбомашины). Приливы 27 представляют интерес, поскольку они упрощают конструкцию внешнего кольца 11, которая обычно имеет коническую форму. При этом конструкция из кронштейна 10 и внутренней ступицы 12 может гораздо легче вставляться в устройство.

Существуют также другие выравнивающие средства отверстий 28 и 29, которые проходят соответственно через наружное кольцо 11 и конец кронштейна 10 (см. фиг.9). В них вставляются центрирующие штифты 30 кронштейна 10 (см. фиг.9) и таким образом кронштейн фиксируется. Может быть два таких выравнивающих средства отверстий.

Поддержание выступов 21 и 23 кронштейна 10 и фиксаторов 22 может быть выполнено различными способами: либо все поверхности параллельны друг другу и внешнему кольцу 11 (ссылочная позиция 32 на фиг.10), либо - сужающиеся (ссылочная позиция 31 на фиг.7 и 11). В этом случае поверхности расположены под углом и сужаются от кронштейна 10 в виде поверхностей 31 выступов 21 диска 10, и от фиксаторов 22 в виде поверхностей 31 выступов 23 фиксаторов 22. Возможны также сложные ступенчатые сопряжения. Наклон контактирующих поверхностей выступов 21 и 23 должен быть в одну сторону, чтобы гарантировать контакт по всей поверхности.

Изобретение может использоваться в других ситуациях, в частности, в других турбомашинах. Вместо расположения между турбиной 6 высокого давления и турбиной 7 низкого давления, предложенное устройство может быть расположено в другом месте, например, между компрессорами 3 и 4 низкого давления и высокого давления.

1. Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом, содержащее круглое кольцо, по существу, радиальные кронштейны, соединяющие кольцо с другим концентричным кольцом и средства для соединения кронштейнов с кольцом, при этом средства для соединения содержат выступы, проходящие от двух противоположных сторон кронштейна, фиксаторы, содержащие выступы, отверстия кольца и отверстия фиксаторов, и болты, проходящие через выравнивающие средства, каждое из которых содержит одно из отверстий кольца и одно из отверстий фиксаторов, и удерживающие фиксаторы на кольце, при этом выступы, проходящие от кронштейна, соответственно удерживаются между выступами фиксаторов и кольцом, причем устройство содержит выравнивающие средства других отверстий кольца и отверстий кронштейна, причем в указанных выравнивающих средствах расположены центрирующие штифты, при этом кольцо выполнено коническим и содержит приливы, выполненные плоскими или цилиндрическими, причем кронштейны окружены обтекателями.

2. Устройство по п.1, в котором выступы фиксатора и выступы кронштейна контактируют через поверхности, параллельные друг другу.

3. Устройство по п.1, в котором выступы фиксатора и выступы кронштейна контактируют через поверхности, образующие углы между ними, при этом выступы фиксатора и кронштейна сужаются от фиксаторов и кронштейна соответственно.

4. Устройство по п.1, в котором приливы выполнены плоскими.

5. Устройство по п.1, в котором приливы выполнены цилиндрическими.

6. Турбомашина, содержащая устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом по п.1, при этом кольцо, другое кольцо и кронштейны расположены между турбиной высокого давления и турбиной низкого давления, причем кронштейны проходят через поток продуктов сгорания.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в высокотемпературных газовых турбинах. .

Изобретение относится к энергетическим турбинам. .

Турбина // 2459090

Изобретение относится к опоре роторов турбин высокого и низкого давления высокотемпературного газотурбинного двигателя, интегрированной с сопловым аппаратом турбины низкого давления.

Изобретение относится к опоре подшипника для удерживания в нужном направлении вала в турбореактивном двигателе. .

Изобретение относится к газотурбинному двигателестроению и может найти применение в опорах роторов двигателей авиационного и наземного применения с керамическими подшипниками.

Изобретение относится к турбодетандеру с, по меньшей мере, одним установленным в упорном подшипнике ротором. .

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в компрессорах, турбинах, насосах и других устройствах с вращающимися валами, преимущественно в неразъемных подшипниковых камерах.

Изобретение относится к узлам ротора и статора, в которых используются магнитные подшипники и которые можно использовать в коррозийных средах, а также к способу сборки магнитных подшипников.

Изобретение относится к машиностроению, преимущественно к турбиностроению, и предназначено для использования в качестве самоустанавливающихся упорных подшипников роторов турбин, работающих при высокой частоте вращения (n 3000 об/мин) и высокой удельной нагрузке (q 20 кгс/см2).

Изобретение относится к общему машиностроению и может быть использовано при конструировании упорных подшипников турбомашин и корпусов сжатия. .

Устройство соединения радиальных стоек с круглой обечайкой при помощи осей и распорок содержит круглую обечайку, в основном радиальные стойки, соединяющие обечайку с другой концентричной обечайкой, и соединения стоек с обечайкой или с внутренней ступицей. При этом каждое из соединений содержит, по меньшей мере, одно отверстие, проходящее через стойку параллельно обечайке. При этом через каждое от упомянутых отверстий проходит палец. По обе стороны от стойки на пальце выполнена пара отверстий. Соединения также содержат пару распорок, расположенных по обе стороны от стойки между пальцем и обечайкой. Отверстия проходят через обечайку и распорки и образуют линии с отверстиями пальца. Болты проходят через линии отверстий и стягивают обечайку, палец и распорки. Изобретение позволяет облегчить монтаж соединения, упростить соединительные детали, облегчить их, болты меньше подвержены нагреву и заклиниванию. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 9 ил.
Наверх