RU2472981C1 - Болтовое соединение вращающихся деталей - Google Patents
Болтовое соединение вращающихся деталей Download PDFInfo
- Publication number
- RU2472981C1 RU2472981C1 RU2011125214/12A RU2011125214A RU2472981C1 RU 2472981 C1 RU2472981 C1 RU 2472981C1 RU 2011125214/12 A RU2011125214/12 A RU 2011125214/12A RU 2011125214 A RU2011125214 A RU 2011125214A RU 2472981 C1 RU2472981 C1 RU 2472981C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sleeve
- parts
- circumferential direction
- holes
- rotating parts
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области машиностроения и авиадвигателестроения и может быть использовано для соединения вращающихся деталей ротора газотурбинного двигателя авиационного и наземного применения. Болтовое соединение вращающихся деталей, объединенных в пакет, с расположенными по окружности отверстиями, внутри которых на высоту пакета деталей установлены втулки с размещенными в их центральных отверстиях стяжными болтами. Каждое отверстие выполнено овальной формы и вытянуто в окружном направлении, а втулка - с овальным сечением, вытянутым в окружном направлении. При этом b/a=1,36-1,5; с>(2,5-3)×b, где а - размер сечения втулки в радиальном направлении; b - размер сечения втулки в окружном направлении; с - длина окружности между центральными отверстиями соседних втулок. Обеспечивается повышение циклического ресурса и надежности болтового соединения вращающихся деталей при высоких параметрах работы путем разгрузки зон концентрации напряжений в указанных деталях. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.
Description
Изобретение относится к области машиностроения и авиадвигателестроения, может быть использовано для соединения вращающихся деталей ротора газотурбинного двигателя авиационного и наземного применения.
Известно болтовое соединение, включающее цилиндрическую разгрузочную втулку с круглым сечением, которую используют для центровки и разгрузки болта, снижения напряжений среза в самом болте и исключения сдвиговых деформаций в соединяемых деталях (Атлас. Детали машин. В.Н.Быков, С.П.Фадеев, Издательство «Высшая школа», 1969 г., с.83, рис.3.4). При вращении деталей в районе отверстий под болты возникают напряжения. Наличие концентратора напряжения, повышающего уровень действующих напряжений в 3-4 раза, является основным недостатком такой конструкции, снижающим циклическую долговечность и ресурс деталей.
В авиадвигателестроении широко применяется соединение деталей с помощью стяжных болтов. Отверстия под болты, являющиеся концентраторами напряжений, могут быть расположены в полотне дисков и на выносных фланцах деталей. Выносные фланцы применяют для удаления концентратора в виде отверстия из полотна диска.
Наличие концентратора напряжений - круглого отверстия под болт, которое повышает уровень действующих напряжений в 3-4 раза и снижает ресурс деталей, является основным недостатком такой конструкции.
Практически эта проблема решается путем выполнения выкружек типа «короны» во фланцах, что обеспечивает достаточную разгрузку отверстий. Эффективность подобной доработки деталей подтверждена испытаниями и широко используется, например, во фланцах под балансировочные грузики лабиринтов диска 13-ой ступени ротора компрессора высокого давления (КВД) двигателей ПС-90А, ПС-90А2 (А.А.Иноземцев, М.А.Нихамкин, В.Л.Сандрацкий. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок, том 4,стр.109).
Наиболее близким к заявляемой конструкции соединения является узел соединения, включающий пакет деталей, цилиндрическую втулку и болт с гайкой. В деталях выполнены круглые отверстия (Патент РФ №2263828, F16B 5/02, 2005 г.).
Недостатком известного узла является круглая форма отверстий под втулку, вызывающая повышенные напряжения в болте и в соединяемых деталях, снижающие циклический ресурс и надежность болтового соединения при вращении деталей.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении циклического ресурса и надежности болтового соединения вращающихся деталей при высоких параметрах работы путем разгрузки зон концентрации напряжений в указанных деталях.
Сущность изобретения заключается в том, что в болтовом соединении вращающихся деталей, объединенных в пакет, с расположенными по окружности отверстиями, внутри которых на высоту пакета деталей установлены втулки с размещенными в их центральных отверстиях стяжными болтами, согласно п.1 формулы изобретения, каждое отверстие выполнено овальной формы и вытянуто в окружном направлении, а втулка - с овальным сечением, вытянутым в окружном направлении, при этом
b/а=1,36-1,5; c>(2,5-3)×b,
где а - размер сечения втулки в радиальном направлении;
b - размер сечения втулки в окружном направлении;
с - длина окружности между центральными отверстиями соседних втулок.
Кроме того по п.2 формулы для обеспечения изолированности полостей ступеней компрессора и сохранения необходимой площади контакта между деталями и болтом необходимо соблюдать следующее соотношение:
(a-d)/2>1,4 мм,
где d - диаметр отверстия втулки под болт.
Конфигурация втулки и размеры отверстия под нее выбраны на оснований анализа геометрии дисков и расчетов напряженно-деформированного состояния.
Было обнаружено, что выполнение отверстий овальной формы, вытянутых в окружном направлении, и выполнение втулки с соответствующим овальным при соотношениях:
b/a=1,36-1,5; c>(2,5-3)×b,
позволяет эффективно разгружать зоны концентрации напряжений и повышать расчетные значения циклического ресурса деталей, оцененного по условной кривой малоцикловой усталости для дисковых сплавов (Технический отчет №12045, М., ЦИАМ, 1993. Развитие методики управления ресурсами авиационного ГТД с целью повышения прочностной надежности, увеличения ресурсов и сокращения затрат при ресурсных испытаниях (применительно к двигателю ПС-90А и его модификациям)).
Втулки с овальным сечением выполняют в заявляемой конструкции следующие функции:
- обеспечивают фиксацию деталей относительно друг друга;
- сохраняют необходимую площадь контакта между фланцами и стандартным болтом круглой формы;
- обеспечивают изолированность полостей секций (ступеней) компрессора.
Кроме того, применение втулок заявляемой конструкции упрощает процесс сборки деталей компрессора, а при изготовлении втулок из легкого и прочного материала - позволяет снижать массу фланцев дисков и всего ротора в целом.
Анализ результатов расчетов показывает, что заявляемое болтовое соединение имеет перспективу использования в современных двигателях последнего поколения.
В случае если b/а<1,36, форма отверстия стремится к окружности, возрастает уровень окружных напряжений в отверстиях соединяемых деталей, следовательно, снижается циклическая долговечность.
В случае если b/а>1,5, отверстие больше вытянуто в окружном направлении, при этом уменьшается площадь цилиндрического сечения сопрягаемых деталей, что повышает риск потери несущей способности, возрастает уровень радиальных напряжений и снижается циклическая долговечность.
В случае если с≤2,5b, расстояние между центрами отверстий уменьшается, пропорционально уменьшается и площадь цилиндрического сечения соединяемых деталей, что повышает риск потери несущей способности.
Соотношение с>3b приводит к тому, что расстояние между центрами отверстий увеличено, линии действий окружных напряжений при этом выравниваются, а эффект снижения концентраций напряжений уменьшается.
Кроме того, по п.2 формулы изобретения, для сохранения необходимой площади контакта между деталями и болтом, а также из технологических соображений необходимо соблюдать следующее соотношение: (a-d)/2>1,4 мм. В противном случае возникают технологические сложности с изготовлением втулки, т.к. толщина стенки втулки слишком мала. Кроме того, в тонкой стенке втулки возникают недопустимо высокие напряжения.
Таким образом, при высоких параметрах работы использование данной конструкции болтового соединения дает возможность не только выравнивать напряжения по толщине пакета деталей и в болтах, но и значительно снижать уровень действующих напряжений в соединяемых деталях, повышая их ресурс.
На фиг.1 представлено сечение пакета соединяемых деталей с втулкой, имеющей овальное сечение, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. На фиг.3 показано болтовое соединение в сборке деталей ротора КВД в аксонометрии.
Болтовое соединение включает пакет вращающихся деталей газотурбинного двигателя (ГТД), например, фланца 1 диска первой ступени (КВД), фланца 2 вала КВД и диска 3 второй ступени КВД. В деталях 1, 2, 3 выполнены овальные отверстия 4, вытянутые в окружном направлении под втулку 5 с таким же овальным сечением и размерами а и b в радиальном и окружном направлениях, соответственно. В отверстии 4 втулка 5 размещена на всю толщину пакета деталей 1, 2, 3. Во втулке 5 имеется круглое центральное отверстие 6 диаметром d под стандартный стяжной болт 7 круглого сечения. Диаметр головки болта 7 и наружный диаметр гайки 8 перекрывают при сборке радиальный размер а втулки 5 при соблюдении условия
(a-d)/2>1,4 мм.
Втулка 5 обеспечивает изолированность полостей ступеней компрессора, сохраняет необходимую площадь контакта между фланцами и стяжным болтом 7.
Отверстия 6 расположены равномерно по всей длине окружности соединяемых деталей 1, 2, 3, при этом длина окружности С между ними зависит от размера сечения b втулки 5 в окружном направлении.
Болтовое соединение собирают следующим образом.
В овальное отверстие 4 пакета вращающихся деталей 1, 2, 3 вставляют втулку 5, в которой размещают стандартный болт 7 и закрепляют гайкой 8. В процессе работы КВД концентрация напряжений в зоне отверстий 4 в полотне и во фланцах 1, дисков будут минимальной, что позволяет работать при высоких заданных параметрах двигателя, повышая циклический ресурс и надежность болтового соединения.
Claims (2)
1. Болтовое соединение вращающихся деталей, объединенных в пакет, с расположенными по окружности отверстиями, внутри которых на высоту пакета деталей установлены втулки с размещенными в их центральных отверстиях стяжными болтами, отличающееся тем, что каждое отверстие выполнено овальной формы и вытянуто в окружном направлении, а втулка - с овальным сечением, вытянутым в окружном направлении, при этом b/a=1,36-1,5; c>(2,5-3)·b,
где а - размер сечения втулки в радиальном направлении;
b - размер сечения втулки в окружном направлении;
с - длина окружности между центральными отверстиями соседних втулок.
где а - размер сечения втулки в радиальном направлении;
b - размер сечения втулки в окружном направлении;
с - длина окружности между центральными отверстиями соседних втулок.
2. Болтовое соединение вращающихся деталей по п.1, отличающееся тем, что (a-d)/2>1,4 мм, где d - диаметр отверстия втулки под болт.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011125214/12A RU2472981C1 (ru) | 2011-06-17 | 2011-06-17 | Болтовое соединение вращающихся деталей |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011125214/12A RU2472981C1 (ru) | 2011-06-17 | 2011-06-17 | Болтовое соединение вращающихся деталей |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2472981C1 true RU2472981C1 (ru) | 2013-01-20 |
Family
ID=48806596
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011125214/12A RU2472981C1 (ru) | 2011-06-17 | 2011-06-17 | Болтовое соединение вращающихся деталей |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2472981C1 (ru) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU176199A1 (ru) * | Способ раскалывания природного камня на отдельные блоки | |||
SU1751463A1 (ru) * | 1991-02-15 | 1992-07-30 | Харьковский авиационный институт им.Н.Е.Жуковского | Способ получени болтового соединени деталей |
WO2004099632A1 (de) * | 2003-05-05 | 2004-11-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Anordnung aus kunststoffteil und metallischem einsatz mit unverlierbarer schraube |
DE202004012044U1 (de) * | 2004-08-02 | 2005-04-14 | Friedrich, Leonhard | Anordnung zur Befestigung der Wandverkleidung in einem Fahrzeug |
RU2263828C1 (ru) * | 2004-03-02 | 2005-11-10 | Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия | Узел соединения деталей машин |
-
2011
- 2011-06-17 RU RU2011125214/12A patent/RU2472981C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU176199A1 (ru) * | Способ раскалывания природного камня на отдельные блоки | |||
SU1751463A1 (ru) * | 1991-02-15 | 1992-07-30 | Харьковский авиационный институт им.Н.Е.Жуковского | Способ получени болтового соединени деталей |
WO2004099632A1 (de) * | 2003-05-05 | 2004-11-18 | Siemens Aktiengesellschaft | Anordnung aus kunststoffteil und metallischem einsatz mit unverlierbarer schraube |
RU2263828C1 (ru) * | 2004-03-02 | 2005-11-10 | Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия | Узел соединения деталей машин |
DE202004012044U1 (de) * | 2004-08-02 | 2005-04-14 | Friedrich, Leonhard | Anordnung zur Befestigung der Wandverkleidung in einem Fahrzeug |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2543828B1 (en) | A Joint Assembly for an Annular Structure | |
RU2668297C1 (ru) | Способ сборки набора рабочих колес с помощью стяжных стержней, рабочее колесо и турбомашина | |
ES2793175T3 (es) | Acoplamiento para compresor directamente accionado | |
US20160327098A1 (en) | Bearing supports | |
US20130180199A1 (en) | Flange connection for a wind turbine and method of connecting parts of a wind turbine | |
US8651820B2 (en) | Dovetail connection for turbine rotating blade and rotor wheel | |
US8118540B2 (en) | Split ring for a rotary part of a turbomachine | |
RU2638227C2 (ru) | Конструкция с соединительным валом газовой турбины, содержащая гильзу, расположенную между соединительным валом и ротором | |
US10260348B2 (en) | Compressor for an axial turbine engine with double contra-rotating rotors | |
US10451204B2 (en) | Low leakage duct segment using expansion joint assembly | |
US9903229B2 (en) | Joint assembly and a method of using the same | |
US9388697B2 (en) | First stage compressor disk configured for balancing the compressor rotor assembly | |
US11009009B2 (en) | Shaft for a wind turbine | |
RU2472981C1 (ru) | Болтовое соединение вращающихся деталей | |
US9404367B2 (en) | Gas turbine engine compressor rotor assembly and balancing system | |
CN203925894U (zh) | 一种法兰或类法兰加强环、连接结构及风力发电机组 | |
US10100961B2 (en) | Joint assembly and a method of using the same | |
US8992167B2 (en) | Turbine casing assembly mounting pin | |
RU149739U1 (ru) | Диск третьей ступени ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя | |
EP3502498A1 (en) | Bearing centering spring | |
EP2568126A2 (en) | Turbine casing assembly mounting pin | |
RU2411383C1 (ru) | Опора газотурбинного двигателя | |
RU2606295C1 (ru) | Ротор компрессора газотурбинного двигателя | |
RU2514820C1 (ru) | Ротор газотурбинного двигателя | |
KR102365584B1 (ko) | 터보 기계의 가이드 블레이드 배열체 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160618 |