СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ КОЛЕСА ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к машиностроению, а именно к компрессорной технике в части создания компрессорного колеса из отдельных составных частей способом комбинированного соединения.
Известно соединение элементов колеса центробежного компрессора, включающее крепежные элементы в виде заклепок, проходящих через соосные отверстия диска и лопаток, причем в лопатках отверстие под заклепки выполнено сквозным. Сборку данного соединения производят при высоких температурах путем клепания заклепки, установленной в соосных отверстиях диска и лопаток (см. сайт Интернет http://www.remontcompressorov.ru/termin/cvl1/centrob_compr/).
К недостаткам данного соединения элементов колеса центробежного компрессора можно отнести следующее:
- в виду конструктивной сложности колеса, под действием инерционных и газодинамических сил заклепка кроме срезывающих сил испытывает также и силы растяжения. Заклепочное соединение не предназначено для восприятия сил растяжения;
- необходимо просверливать лопатку по всей ширине одним проходом, что неизбежно приводит к отклонению от диаметра отверстия, заданного чертежом;
- необходимость сквозного отверстия ограничивает использование клепаного соединения для колес с пространственными лопатками;
- процесс клепания связан с нагревом прутка до температуры 750-950°С. После остывания в заклепке возникают, практически неконтролируемые, остаточные напряжения растяжения. За счет различной ширины канала и, как следствие, переменной длины прутка остаточные напряжения различны для каждого ряда заклепок. Это может привести к недопустимым напряжениям растяжения в заклепке уже в момент сборки колеса;
- в результате воздействия высокой температуры происходят структурные изменения в материале заклепки, что приводит к ухудшению его механических свойств;
- в случае разрушения в процессе эксплуатации одной или нескольких заклепок замена их на новые представляет большие трудности;
- технологический процесс клепки накладывает существенные ограничения на конечную геометрическую форму заклепки: трудно добиться необходимого галтельного перехода от головки заклепки к ее цилиндрической части;
- в процессе клепки, по наружному диаметру замыкающей головки, как правило, образуются острые кромки, которые, выкрашиваясь в процессе эксплуатации, могут идентифицироваться как дефект.
Техническим результатом полезной модели является устранение перечисленных недостатков.
Технический результат достигается благодаря тому, что соединение элементов колеса центробежного компрессора включает крепежные элементы, расположенные в каждой паре соосных отверстий диска и лопатки колеса, при этом в каждой паре соосных отверстий расположена промежуточная втулка, а каждый крепежный элемент представляет собой винт, установленный в этой втулке и взаимодействующий с резьбой отверстия лопатки.
Полезная модель поясняется чертежом, на фиг.1 которого показано соединение элементов колеса центробежного компрессора, а на фиг.2 - крепежный элемент.
Соединение элементов колеса центробежного компрессора включает крепежные элементы, выполненные в виде винтов 6, установленных в промежуточных втулках 5, расположенных в каждой паре соосных отверстий 1, 2 диска 3 и лопатки 4 колеса соответственно, при этом винты 6 установлены в промежуточных втулках 5 с возможностью взаимодействия с резьбой отверстия 2 лопатки 4.
Промежуточная втулка 5 служит для восприятия силы среза и наиболее жесткой фиксации винтом 6 элементов колеса. Глубина отверстия 2 лопатки 4 соответствует длине резьбовой части винта 6, вворачиваемой в отверстие 2, либо больше нее, причем данное отверстие 2 выполнено ступенчатым, где больший его диаметр соответствует наружному диаметру установленной в нем части промежуточной втулки 5, а меньший - резьбовая часть отверстия 2 - диаметру винта 6 и внутреннему диаметру промежуточной втулки 5.
Предварительно, для определения геометрических размеров и материала элементов крепления, проводится расчет напряженно-деформированного состояния колеса с целью определения максимальных растягивающих и срезывающих усилий, возникающих в зоне крепления. Исходя из полученных расчетных усилий, определяются:
- рабочая длина резьбы и диаметр винта 6;
- необходимое усилие предварительной затяжки крепления;
- необходимое сечение промежуточной втулки 5;
- геометрическая форма головки винта 6 в зоне галтели.
Использование при сборке элементов колеса центробежного компрессора для соединения диска 3 и лопаток 4 крепежного элемента в виде винта 6 и промежуточной втулки 5 позволяет достичь ряд преимуществ, а именно:
- винт 6 испытывает только силу растяжения, тогда как сила среза воспринимается промежуточной втулкой 5;
- нет необходимости выполнять отверстие 4 по всей ширине лопатки 4;
- соединение является резьбовым, что делает возможным, в случае необходимости, легко произвести замену крепежа;
- имеется возможность увеличения диаметра головки винта 6 относительно его стержня и создания необходимого радиуса R в галтели для уменьшения коэффициента концентрации напряжений;
- в головке винта 6 имеется цилиндрический участок 1 для исключения возможного выкрашивания в процессе эксплуатации;
- имеется возможность использования данного соединения в колесах с пространственными лопатками;
- монтаж производится при нормальной температуре, что исключает возможность возникновения остаточных неконтролируемых напряжений и позволяет обеспечить необходимые механические свойства материала.
Экономический эффект складывается из следующих преимуществ:
- удобство сборки благодаря отсутствию необходимости использования дополнительного оборудования: (в отличие от клепаного соединения не требуется специального технологического оборудования);
- использование данного способа соединения в колесах с пространственными лопатками;
- раздельное восприятие срезывающих и растягивающих усилий элементами крепежа положительно влияет на работоспособность соединения и, как следствие, на его долговечность;
- в случае возможных нерасчетных ситуаций, в результате которых может произойти разрушение крепежа, данный способ соединения позволяет качественно и в короткие сроки провести замену поврежденного элемента.
Удобство ремонта позволит во многих случаях продлить ресурс центробежного колеса.