Элемент трансмиссии турбомашины
TRANSMISSION ELEMENT OF TURBOMACHINE

Изобретение относится к роторам турбомашин, используемых в авиации, энергодобывающей и других отраслях, в частности в конструкции элементов трансмиссии, передающих крутящий момент от турбины турбомашины к ее компрессору.
Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является элемент трансмиссии турбомашины, содержащий средство, передающее крутящий момент, выполненное из однородного химического материала с областями повышенной и пониженной плотности в структуре. / RU заявка №94045913 А1, МПК С21С 1/10, B22D 27/00. Дата публикации: 10.09.1996/
Недостатком такой конструкции является сложность изготовления, связанная с необходимостью использования дополнительных средств и материалов при создании областей с повышенной и пониженной плотностью, соответственно большой вес конструкции, связанный с необходимостью передачи большого крутящего момента при воздействии сравнительно высоких температур.
Задача изобретения: разработка элемента трансмиссии из материала структура которого обеспечивает высокую механическую прочность и большую жесткость при повышенных температурах.
Ожидаемый технический результат - снижение веса конструкции без снижения эксплуатационных характеристик (рабочих температур и передаваемого крутящего момента).
Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном элементе трансмиссии турбомашины средство, передающее крутящий момент, выполненное из однородного химического материала с областями повышенной и пониженной плотности в структуре, по предложению, средство выполнено в виде трубчатой муфты, на каждом конце которой с внешней стороны выполнен пояс зубчатых шлиц, а область структуры с пониженной плотностью выполнена в виде кольцевых цилиндрических каналов, заполненных материалом с пониженной плотностью, расположенных по окружности в теле муфты, при этом структура материала муфты сформирована методом аддитивного нанесения. Трубчатая муфта может быть выполнена из хромоникелевого сплава.
Изобретение основано на том, что область структуры с пониженной плотностью выполнена в виде кольцевых цилиндрических каналов. Каналы, расположенные по окружности в теле трубчатой муфты, выполняют роль дополнительных ребер жесткости. Заполнение каналов материалом, из которого изготовлена муфта, но с пониженной плотностью позволяет дополнительно регулировать жесткость муфты, изменяя плотность материала в цилиндрических каналах, и одновременно снижать массу муфты. В рамках предложения муфта может изготавливаться из металлов, сплавов, композитных материалов, смол и других. Предложенное изделие в зависимости от материала и назначения может быть изготовлено методом трехмерной стереолитографии или методом аддитивного формирования трехмерного изделия послойным нанесением конструкционного материала. Конструкционный материал может наноситься плавлением, лазерным, электронно-лучевым, плазменным, индукционным и другими методами. Использование приведенных методов позволяет изготавливать и регулировать жесткость муфты и значительно снижать массу конструкции.
На чертеже приведена схема трубчатой муфты.
Трубчатая муфта 1, в виде тела вращения, в теле которой выполнена область структуры с пониженной плотностью в виде кольцевых цилиндрических каналов 2, расположенных по окружности в теле муфты, заполненных материалом с пониженной плотностью 3, на каждом конце которой с внешней стороны выполнен пояс зубчатых шлиц 4, передающих крутящий момент. Крутящий момент также может передаваться с помощью фланцев, хирт и других элементов.
Крутящий момент, воспринимаемый одним поясом шлиц 4, через тело трубчатой муфты 1, в том числе через материал с пониженной плотностью 3, передается на второй пояс шлиц 4. Материал с пониженной плотностью 3 в кольцевых цилиндрических каналах 2 выполняется таким образом, чтобы его элементы располагались максимально близко к линиям напряжений, возникающих в элементе трансмиссии при передаче крутящего момента. Толщина, расположение и количество элементов материала с пониженной плотностью подбирается таким образом, чтобы прочностные характеристики элемента трансмиссии не уступали прочностным характеристикам элемента трансмиссии аналогичной формы, выполненного сплошным.
Использование предлагаемой конструкции позволяет значительно снизить массу конструкции, снизить напряжения, действующие в трубчатой муфте от воздействия гироскопических моментов, центробежных сил, повысить технологичность за счет сокращения количества используемого материала и более рациональной формы заготовки, получаемой, например: методом лазерного спекания или намотки нитей интерметаллидов с последующим спеканием.