UA103453C2 - Робоче колесо відцентрового компресора - Google Patents

Abstract

Робоче колесо відцентрового компресора містить основний диск, виконаний з цілісно вифрезированими на ньому лопатками та цілісно вифрезированими з тіла лопаток заклепками, і покривний диск, виконаний з отворами під заклепки, за допомогою яких покривний диск закріплений на основному диску. На внутрішній поверхні покривного диска виконані виступи за контурами, що повністю співпадають з відповідними контурами лопаток та утворюють між собою пази, в яких защемлені лопатки. Середні лінії виступів дзеркальні середнім лініям контурів лопаток основного диска.

Description

Запропонований винахід належить до будівництва компресорів, зокрема до конструкції робочих коліс, та може бути використаний при виготовленні відцентрових компресорів або їх робочих коліс.

Відоме робоче колесо відцентрового компресора включаючи основний диск, виконаний як одне ціле з лопатками, і покривний диск, з'єднані між собою заклепками, які проходять наскрізь через тіло основного диска, лопатки та покривний диск (1).

Відоме робоче колесо характеризується низькими характеристиками міцності, обумовленими наявністю значних критичних напруг в покривному диску і напруг зрізу та розтягу, виникаючих у тілі заклепок в процесі роботи робочого колеса.

Найбільш близьким за технічною суттю та досягуваному результату до запропонованого винаходу є робоче колесо відцентрового компресора в якому основний диск виконаний з цілісно вифрезированиий з ним лопатками і цілісно вифрезирований з тіла лопаток заклепками, а покривний диск виконаний з отворами під заклепки за допомогою яких покривний диск закріплений на основному диску. Покривний диск виконаний конічним, а заклепки виконані у вигляді циліндричних штирів з галтелями (2).

В процесі роботи цього робочого колеса в кожній його частині виникає розподілена по об'єму відцентрова сила, яка діє в радіальному напрямі. При цьому напружно-деформуючий стан, спричинений дією відцентрових сил, пропорційний квадрату окружної швидкості колеса, і відцентрова сила тим більше, чим дальше точка її прикладання віддалена від осі обертання.

При цьому, враховуючи конічну конструкцію покривного диска, виникає нормальна складова відцентрової сили, як функція окружної швидкості та кута конуса Евн - ї (0; 0), яка створює напругу вигину, підвищуючи цим самим внутрішню статичну напругу покривного диска в зоні зіткнення з лопаткою.

Максимальних значень величин ці напруги досягають на внутрішній поверхні отворів покривного диска в місцях спряження з периферійними заклепками. Зниження конструктивної міцності на втомлюваність металу в цих перетинах обумовлено високим рівнем напруг та наявністю концентратора напруг - отворів, що знаходяться близько від зовнішнього контуру.

Як показує статистика (3), при експлуатації робочих коліс подібної конструкції всі дефекти зароджуються на внутрішній поверхні покривного диску біля кромки периферійних отворів.

Зо Ще одним суттєвим недоліком вищенаведеної конструкції є напруги зрізу та розтягу, виникаючі в тілі заклепок. Ці напруги аналогічні напругам, які виникають у покривному диску і які тим більші, чим далі віддалені заклепки від осі обертання. В абсолютному значенні, виникаючі в заклепках напруги близькі до межі текучості матеріалу даних заклепок, що приводить до їх пластичної деформації (оконтурюванню) і, як наслідок, до поломки.

Відоме робоче колесо (2), як і попереднє, характеризується низькими характеристиками міцності, обумовлюючими недостатньо довгий ресурс роботи робочих коліс.

В основу винаходу поставлена задача удосконалення конструкції робочого колеса віддентрового компресора, в якому шляхом зміни форм виконання елементів робочого колеса, а також зміни в зв'язку з цим форми виконання зв'язків між елементами його конструкції, забезпечується можливість досягнення максимального зменшення напруг вигину в покривному диску, виникаючих в полі відцентрових сил, а також зниження напруг зрізу та розтягу в заклепках, з метою поліпшення міцності та збільшення ресурсу роботи робочого колеса.

Поставлена задача вирішується тим, що в робочому колесі відцентрового компресора, в якому основний диск виконаний з цілісно вифрезированими на ньому лопатками та цілісно вифрезированими з тіла лопаток заклепками, а покривний диск виконаний з отворами під заклепки, за допомогою яких покривний диск закріплений на основному диску, згідно з запропонованим винаходом, на внутрішній поверхні покривного диска виконані виступи за контурами, що повністю співпадають з відповідними контурами лопаток та створюють між собою пази, в яких защемлені лопатки, причому середні лінії виступів дзеркальні середнім лініям контурів лопаток основного диска.

Виконання внутрішньої поверхні покривного диска з виступами забезпечує утворення в даному робочому колесі свого роду ребер жорсткості, які в значній мірі компенсують напруги вигину, виникаючі в покривному диску під дією нормальної складової відцентрової сили, і, як наслідок, розвантажують периферійні отвори в покривному диску та дозволяють суттєво знизити дані напруги. Враховуючи ту обставину, що кожна лопатка по всій своїй довжині защемляється у відповідний паз, розташований між виступами на покривному диску, вона сприймає напруги зрізу та розтягу на себе, які раніше сприймалися заклепками, при цьому напруги зрізу будуть в стільки разів менше, в скільки разів поперечна площа лопаток більша сумарної площі поперечних перетинів заклепок.

Конкретна користь запропонованої конструкції полягає в підвищенні міцності робочого колеса, значному збільшенні ресурсу його роботи за рахунок підвищення жорсткості покривного диску та значного зменшення в ньому критичних напруг; розвантаження заклепок посередництвом передачі напруг зрізу і розтягу на лопатки.

Технічний результат запропонованої конструкції - підвищення характеристик міцності робочого колеса, значне збільшення ресурсу його роботи. Запропонована конструкція робочого колеса включає наступні елементи: - основний диск; - покривний диск; причому основний диск виконаний з цілісно вифрезированими на ньому лопатками і цілісно вифрезированими та сформованими з тіла лопаток заклепками; - внутрішня поверхня покривного диска виконана з виступами, які за контурами повністю співпадають з відповідними контурами лопаток та створюють між собою пази, в яких защемляються лопатки, причому середні лінії виступів дзеркальні середнім лініям контурів лопаток основного диску. Покривний диск виконаний з отворами під заклепки, з допомогою яких він закріплений на основному диску. Форма виконання заклепок сформована під виступи розташовані на внутрішній поверхні покривного диску.

Запропонована конструкція робочого колеса пояснюється кресленням.

Фіг. 1 Фрагмент робочого колеса, поздовжній розріз;

Фіг. 2 Вид зверху Фіг. 1;

Фіг. З Розріз за А-А на Фіг. 2;

Фіг. 4 Основний диск;

Фіг. 5 Вид зверху Фіг. 4, фрагмент;

Фіг. 6 Розріз за Б-Б на Фіг. 5;

Фіг. 7 Покривний диск;

Фіг. 8 Вид знизу Фіг. 7, фрагмент;

Фіг. 9 Розріз за Д-Д на Фіг. 8;

Фіг. 10 Розріз за Е-Е на Фіг. 8.

На кресленнях Фіг. 1-10 показані: основний диск 1; покривний диск 2; лопатки 3; заклепки 4; виступи 5, пази 6, отвори 7. На кресленнях Фіг. 3, 7, 9 показано, що виступи 5 розташовані на внутрішній поверхні покривного диска 2, за контурами повністю співпадають з відповідними контурами лопаток З і утворюють між собою пази 6, в яких защемляються лопатки, причому середні лінії виступів 5 дзеркальні середнім лініям контурів лопаток З основного диска 1.

На кресленнях Фіг. 3, б показана форма виконання заклепок 4 під виступи 5, розташовані на внутрішній поверхні покривного диску 2.

В процесі збірки робочого колеса покривний диск 2 встановлюють на основний диск 1 так, щоб заклепки 4 пройшли в отвори 7 покривного диска 2, при цьому лопатки З защемляються в пазах 6. Виступаючі кінці заклепок 4 розклепують для утворення замикаючої головки.

Робоче колесо працює наступним чином.

При обертанні робочого колеса лопатки З діють на перекачуваний газ, в результаті чого здійснюється приріст кінетичної енергії газу з наступним переходом газу в дифузори в яких кінетична енергія перетворюється в потенційну, тобто здійснюється приріст тиску.

В процесі роботи робочого колеса напруга вигину в покривному диску 2, виникаюча під дією нормальної складової відцентрової сили, яка підвищує при цьому внутрішню статичну напругу покривного диску в зоні стику з лопатками 3, компенсується так званими ребрами жорсткості сформованими виступами 5, в результаті чого розвантажуються периферійні отвори 7 в покривному диску 2 та суттєво знижується ця напруга. Оскільки кожна лопатка З по всій своїй довжині защемляється у відповідний паз 6, вона сприймає напруги зрізу та розтягу на себе, які раніше сприймалися заклепками. При цьому напруги зрізу знижуються в стільки разів менше, в скільки разів поперечна площа лопаток більше сумарної площі поперечних перетинів заклепок.

Джерела інформації: 1. Ястребова Н.А., Кондаков А.И., Лубенец В.Д., Виноградов А.Н. Технология компрессоростроения. М. Машиностроение, 1987, с. 223, рис.138 а, б, в; с. 226, таблица 6. 2. Патент ОА 66 369 РО040 17/08, 29/28, по заявке Ме и 2011 10982 от 13.09.2011 г.

З. Райер Г.А. Динамика и прочность центробежньх компрессорньїх машин. Изд.

Машиностроение, Ленинград 1968 г. с. 108.

Claims (1)

1. ФОРМУЛА ВИНАХОДУ Робоче колесо відцентрового компресора, що містить основний диск, виконаний з цілісно вифрезированими на ньому лопатками та цілісно вифрезированими з тіла лопаток заклепками, і покривний диск, виконаний з отворами під заклепки, за допомогою яких покривний диск закріплений на основному диску, яке відрізняється тим що, на внутрішній поверхні покривного диска виконані виступи за контурами, що повністю співпадають з відповідними контурами лопаток та утворюють між собою пази, в яких защемлені лопатки, причому середні лінії виступів дзеркальні середнім лініям контурів лопаток основного диска. пон на и оон ки ї в нн знав А Ох 2 пен нннннннннннни ре а ШИ нення попе це ох ах й ше мн ов ИН тут ит нен Ше У о ще НЕ -ю 2 хи : мож ее ке ач Ї ї щх шт Ух : а ї ГЕ х рід хх і КО ре Миття о а а ! ЕКО ТА ! : Н й ЩІ М ван і їх х То Ж Е гі ха М ! ' Н ШНМ НН 1 У ЖА УТ з аитуя вч рр й січе : і чо ЧА М У ут н нки | У Ку Мі 4 - пе и щу Ди я ен нн 7 ! п СНИ Я в, | : п І сі

   Фіг. 2 : сх ох може кини ши ех не щ і ШЕ я ИЙ ТК Я Бен нт п БЮ ! Фіг4

   Фіг. З