Вузол штифтового з’єднання ротора осьової турбомашини та спосіб його складання

Винахід відноситься до турбомашинобудування, зокрема, до роторів барабанно - дискової конструкції які складаються з окремих секцій, що включають в себе диск із розвиненим циліндричним чи конічним буртом, виконаним разом з диском. Ширина бурту визначається відстанню між дисками. Секції з'єднуються між собою шти фтами, утворюючи барабан, до передніх і задніх дисків якого кріпляться цапфи. При розробці конструкції барабанно - дискових роторів намагаються забезпечити надійну передачу в стиках ротора всіх діючих навантажень. При цьому необхідно забезпечити достатню жорсткість з'єднання без розкриття стиків, надійну взаємну співвісність з'єднання дисків і цапф та фіксацію від зміщення для збереження допустимого значення дисбалансу як в експлуатації, так і при ремонтах та модернізації. Ці вимоги найбільш повно вирішуються при з'єднанні секцій ротора радіально розташованими штифтами. При цьому бурт одного диску запресовується в обід іншого диску. Це виконується для того, щоб зберегти натяг у місці з'єднання дисків при експлуатації у різних умовах . Для запресовування штифтів у кожній парі дисків, що з'єднуються, свердлять і розгортають у пазах для робочих лопаток отвори. У роторі подібної конструкції шти фти передають крутний момент та забезпечують, завдяки радіальному розташуванню, збереження центрування дисків [1, 2]. Встановлені в пази дисків, робочі лопатки надійно фіксують від осьового переміщення радіальні штифти, при цьому кількість штифтів повинна бути рівною чи кратною кількості робочих лопаток у дисках, але розміри діаметрів штифтів обмежені розмірами пазів дисків. При обертанні ротора, радіально розташовані штифти «спливають» та впираються в підошви замкових частин лопаток, додатково навантажуючи їх. Як правило, секції барабана і цапфи виготовляються з різних матеріалів (наприклад, титан-сталь) у яких різні коефіцієнти лінійного розширення, тому для забезпечення гарантованого натягу при роботі циліндричних поясів диска і цапфи, конструктивно виконується їх вилчасте з'єднання. Особливо актуальним є застосування вилчастого з'єднання в стику диска з цапфою задньою ротора компресора високого тиску, а так само при з'єднанні турбінних дисків між собою і турбінними цапфами, тобто в місцях, де високі температури негативно впливають на якість з'єднання. Застосування в конструкції вилчастого з'єднання приводить до збільшення довжин і діаметрів штифтів, що при розташуванні шти фтів під робочими лопатками збільшить навантаження на замкові частини лопаток. При виконанні вилчастого з'єднання пред'являються підвищені вимоги до забезпечення гарантованого фіксування радіальних штифтів. Відомі способи фіксування штифтів методами кернування, зачеканення і завальцювання [3]. Недоліком цих методів є обов'язковий післяопераційний контроль на відсутність тріщин. У випадку появи тріщин, необхідно переходити на ремонтний розмір штифтів, що погіршує балансувальні характеристики ротора. До того ж, ця відповідальна операція виконується вручну і вимагає високої кваліфікації виконавця, тому що випадання штифта може привести до значних поломок двигуна. Найбільш близьким за своєю технічною сутністю до пристрою, що заявляється, є пристрій фіксування шти фтів, з'єднуючи х потрійний стик дисків [4], у якому шти фтове з'єднання фіксується від осьового переміщення нарізними гвинтами, які контрують пластинчастими замками. Недоліками цієї конструкції є: - наявність великої кількості деталей (гвинти, пластинчасті замки), що збігається з кількістю штифтів; - велика трудомісткість при виконанні різьбових отворів і постановці фіксуючи х елементів; - наявність різьблень в обертовій оболонці, що є концентратором напруг. Задачею винаходу є удосконалення вузла шти фтового з'єднання, що забезпечує гарантоване фіксування шти фтів від осьового переміщення і розробка способу складання, його реалізуючого. Поставлена задача вирішується тим, що у відомому вузлі штифтового з'єднання ротора осьової турбомашини, що містить барабан, з'єднаний з цапфою за допомогою вилчастого штифтового з'єднання, відповідно до винаходу, над поясом штифтів вилчастого з'єднання виконаний циліндричний кільцевий виступ з прорізами, розташованими в окружному напрямку по середині крокової відстані між штифтами та циліндринною проточкою як вставлена контрувальна стрічка, контрувальні елементи якої мають розміри, що відповідають розмірам прорізів циліндричного кільцевого виступу. У циліндричному кільцевому виступі два проріза виконані в одній кроковій відстані між штифтами, інші прорізи розташовані рівномірно, кратно кількості шти фтів. Контрувальна стрічка виконана різної товщини, а саме, її контрувальні елементи виконані більш тонкими в порівнянні з основною полотниною і мають товщину, наприклад, 0,8...1,0мм. Поставлена задача вирішується тим, що складання відомого вузла шти фтово го з'єднання ротора осьової турбомашини виконується таким чином, барабан з'єднують з цапфою вилчастим штифтовим з'єднанням, відповідно до винаходу, конрувальну стрічку вставляють циліндричну проточку кільцевого виступ у, виконаного над штифтами, а контрувальну стрічку елементами для контрування вставляють у прорізи циліндричного кільцевого виступу методом згинання і фіксують її від осьового переміщення. За рахунок спрощення конструкції з'являється можливість збільшення діаметрів штифтів зі зменшенням їхньої кількості, забезпечується надійність фіксування штифтів від осьового переміщення. На Фіг.1 представлений поперечний розріз ротора з вилчастим з'єднанням останньої секції барабану з цапфою. На Фіг.2 зображена контрувальна стрічка з контрувальними елементами, розташованими на витонченій частині. На Фіг.3 показана схема взаємного розташування штифтів і прорізів. На Фіг.4 зображений циліндричний кільцевий виступ із прорізами. Ротор барабанно - дискової конструкції Фіг.1 складається з окремих секцій 1, що включають у себе диск 2 з розвитим циліндричним буртом 3, виконаним разом з диском, ширина бурту 3 визначається відстанню між дисками 2. Секції 1 з'єднані між собою штифтами 4 та утворюють барабан 5. Передній і задній диски барабана з'єднані з цапфами 6 (з'єднання переднього диска з цапфою не показане). Для забезпечення гарантованого натягу при роботі циліндричних поясів крайнього диска і цапфи виконане вилчасте штифтове з'єднання, що включає в себе циліндричні пояски 7, упорний торець 8, штифт 9 і пристрій фіксації штифтів 10. Пристрій фіксації штифтів вилчастого з'єднання виконаний таким чином. Над поясом штифтів 9 виконаний кільцевий циліндричний виступ 11 з прорізами 12 (Фіг.4), розташованими в окружному напрямку посередині міжштифтової відстані (Фіг.3), у виступ 11 і проріз 12 вставлена контрувальна стрічка 13 (Фіг.4, 1). Контрувальна стрічка 13 (Фіг.2) являє собою металеву смужку різної товщини, довжиною рівній довжині окружності кільцевого виступу, витончена частина якої являє собою контрувальні елементи 14, які мають розміри, що відповідають розмірам прорізів 12 (Фіг.4), а товщину, наприклад, 0,8...1,0мм, що дозволяє легко відгинати їх у пазах кільцевого виступу. Щоб при обертанні ротора кінці стрічки не розгиналися, контрувальні елементи 14 виконані на кінцях стрічки. Відстань між контрувальні елементами 14 дорівнює відстані між прорізами 12 (Фіг.2, 3) у розгорненні окружності на площину. Складання вузла шти фтового з'єднання ротора виконують таким чином, барабан 5 з'єднують з цапфою 6 вилчастим штифтовим з'єднанням. Підводять контрувальні елемент 14 контрувальної стрічки 13 до прорізу В, діаметрально протилежному двом суміщеним прорізам (Фіг.3), потім методом згинання контрувальної стрічки 13 по циліндричній поверхні сполучають контрувальні елементи 14 із прорізами 12 і стрічку вставляють у циліндричну проточку кільцевого виступу, утворюючи оболонку, розташовану над усіма штифтами, що перешкоджує осьовому переміщенню штифтів. Виступаючі кінці контрувальних елементів 14 відгинають нагору по стрілці Б (Фіг.1), що дозволяє виключити переміщення кoнтpyвaльнoї стpiчки 13 в осьовому напрямку. В теперішній час конструкція, по гаданому винаходу, пройшла дослідно-доводочні іспити в складі газотурбінного двигуна ДН80. Конструктивне виконання вузла шти фтово го з'єднання впроваджується в серійну документацію. Джерела інформації 1. Скубачевский ГС. Авиационные газотурбинные двигатели. -M.: Машиностроение, 1966, с.126. 2. Никитин Ю.М. Конструирование элементов двигателей и узлов авиадвигателей. - M.: Ма шиностроение, 1968, с.66. 3. Никитин Ю.М. Конструирование элементов двигателей и узлов авиадвигателей. - M.: Ма шиностроение, 1968, с.96. 4. Никитин Ю.М. Конструирование элементов двигателей и узлов авиадвигателей. - M.: Ма шиностроение, 1968, с.126.