УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОЕДИНЕНИЯ КОЛЬЦЕВЫХ ФЛАНЦЕВ, В ЧАСТНОСТИ, В ТУРБОМАШИНЕ
DEVICE FOR CIRCULAR FLANGES JOINING, PARTICULARLY IN TURBOMACHINE

Изобретение относится к устройству для соединения кольцевых фланцев и, в частности, для скрепления деталей ротора и статора турбомашины.
В ступенях низкого давления турбины турбореактивных двигателей соединение деталей осуществляется с помощью прижатых и прикрепляемых болтами друг к другу кольцевых фланцев (см., например, GB 800491); при этом болты проходят через отверстия в кольцевых фланцах; а эти отверстия расположены равномерно по кольцевым фланцам.
Некоторые фланцы являются «зазубренными», т.е. их сквозные отверстия для крепежных болтов образованы в сплошных частях, которые отделены друг от друга выемками, придающими этим кольцевым фланцам «зазубренную» форму, иначе говоря - форму с зазубренными краями, скругленными или прямоугольными.
В турбине низкого давления турбореактивного двигателя различные детали располагают вертикально одну над другой и затем скрепляют вместе болтами, проходящими заподлицо через отверстия в кольцевых фланцах. Поэтому может случиться так, что зазубренный фланец будет иметь угловое смещение относительно других фланцев на половину шага между сквозными отверстиями для прохождения крепежных болтов; и при этом болты, ввинченные в отверстия в других фланцах, проходят через выемки в смещенном зазубренном фланце, а не через отверстия в сплошных частях этого фланца. В этих случаях смещенный фланец не будет надежно прикреплен к другим фланцам, поскольку он будет просто зажат в осевом направлении между другими фланцами и сможет подвергаться угловым смещениям или смещениям в радиальном направлении в случае либо ослабления крепежных болтов, либо под воздействием центробежных сил.
Для обеспечения необходимого углового позиционирования кольцевых крепежных фланцев в известном уровне техники не имеется соответствующих средств, кроме проявления внимательности со стороны сборщиков; и также отсутствуют средства, которые предупреждали бы сборщиков о возможном неправильном угловом позиционировании.
Изобретение направлено на решение упоминаемой выше проблемы посредством простого, эффективного и недорогого способа.
В этих целях согласно изобретению создано устройство для соединения двух кольцевых фланцев, таких как фланцы для скрепления деталей ротора или статора турбомашины, содержащее: крепежные средства, проходящие через отверстия в упомянутых фланцах; при этом первый фланец имеет зазубренную форму и имеет выемки, образованные между сплошными частями, содержащими отверстия для прохождения через них крепежных средств; а второй кольцевой фланец содержит указывающие средства, взаимодействующие при сборке с первым фланцем при установке фланцев, для информирования сборщика о правильном/неправильном угловом позиционировании между фланцами; при этом указывающие средства содержат, по меньшей мере, один выступающий наружу элемент на поверхности второго фланца, обращенной к первому фланцу; причем упомянутый, по меньшей мере, один выступающий наружу элемент предназначен для зацепления в выемке первого фланца, когда угловое позиционирование этих двух фланцев относительно друг друга является правильным.
Посредством выступающих наружу элементов, зацепляемых в выемках в осевом направлении, расположенные друг над другом фланцы надлежащим образом прижаты друг к другу, когда их взаимное угловое позиционирование правильное. В противном случае два фланца отстоят друг от друга в осевом направлении, и этот осевой зазор может быть замечен сборщиком, которому таким образом станет известно о неправильном угловом позиционировании фланцев и который сможет его исправить.
Предпочтительно, упомянутый, по меньшей мере, один элемент создает зазор между двумя фланцами в осевом направлении, если угловое позиционирование двух фланцев является неправильным.
Предпочтительно, упомянутым, по меньшей мере, одним элементом является штифт, посаженный на втором кольцевом фланце.
Предпочтительно, упомянутым, по меньшей мере, одним элементом является цапфа, выполненная посредством механической обработки или вырезанная из материала второго кольцевого фланца.
В обоих этих вариантах осуществления штифт или цапфа, выступающие наружу из фланца, выполнены с возможностью зацепления в любой из выемок другого фланца, когда взаимное угловое позиционирование двух фланцев правильное. В противном случае штифт или цапфа упираются в сплошную часть и не дают обоим фланцам прижаться друг к другу в осевом направлении.
Предпочтительно, устройство используется для скрепления кольцевых фланцев, являющихся дисками ротора, с помощью кольца для фиксирования хвостовых частей лопаток на одном из дисков ротора и с помощью ступенчатого приводного шкива в турбомашине, в частности в ступени низкого давления турбины турбореактивного двигателя.
Предпочтительно, кольцевой фланец кольца для осевого фиксирования хвостовых частей лопаток зажат в осевом направлении в упор к зазубренному кольцевому фланцу ступенчатого приводного шкива и содержит, по меньшей мере, один выступающий наружу элемент для зацепления в одной из выемок кольцевого фланца ступенчатого приводного шкива, если взаимное угловое позиционирование кольцевых фланцев является правильным.
Изобретение и его прочие отличительные признаки, подробности и преимущества поясняются приводимым ниже описанием, являющимся не ограничивающим примером изобретения, и прилагаемыми чертежами, на которых:
Фиг.1 - схематический частичный вид сечения турбины низкого давления турбореактивного двигателя, показывающий кольцевые фланцы, собранные согласно известному уровню техники;
Фиг.2 - схематический частичный вид в перспективе сечения, показывающий требуемое угловое позиционирование трех фланцев устройства с Фиг.1;
Фиг.3 - схематический частичный вид в перспективе сечения, показывающий неправильное угловое позиционирование трех фланцев с Фиг.1;
Фиг.4 - схематический частичный вид в перспективе сечения, соответствующий Фиг.2 и показывающий первый вариант осуществления устройства согласно настоящему изобретению;
Фиг.5 - схематический частичный вид в перспективе сечения, соответствующий Фиг.3 и показывающий первый вариант осуществления устройства согласно настоящему изобретению; и
Фиг.6 - схематический частичный вид в перспективе сечения, фланца во втором варианте осуществления настоящего изобретения.
Фиг.1 показывает частичный вид турбины 10 низкого давления турбореактивного двигателя, имеющей три ступени подвижных лопаток 12, 14 и 16 и две ступени неподвижных лопаток 18, 20.
Радиально-внешние концы неподвижных лопаток 18, 20 установлены с помощью некоторых средств (не показаны) на корпусе турбореактивного двигателя; и радиально-внутренние концы подвижных лопаток 12, 14 и 16 установлены с помощью соответствующих средств, например с помощью соединений «ласточкиным хвостом» или т.п., на трех дисках 22, 24 и 26 ротора.
Каждый диск 22, 24 и 26 имеет верхний по потоку кольцевой фланец и нижний по потоку кольцевой фланец, и эти фланцы служат для прикрепления дисков друг к другу и к ступенчатому приводному шкиву 28, соединенному с валом турбомашины, и также для крепления колец для фиксирования хвостовых частей лопаток на дисках.
В частности, передний диск 22 имеет передний кольцевой фланец 30 с кольцом 32, прикрепленным к нему болтами; при этом кольцо 32 фиксирует хвостовые части лопаток 12 на диске 22; и также имеет нижний по потоку кольцевой фланец 34, прикрепленный болтами к верхнему кольцевому фланцу 36 промежуточного диска 24 и к кольцу 38 для фиксирования хвостовых частей лопаток 14 на промежуточном диске 24.
Промежуточный диск 24 имеет задний кольцевой фланец 40, прикрепленный болтами к переднему кольцевому фланцу 42 нижнего по потоку диска 26, и к кольцевому фланцу 44 кольца 46 для фиксирования хвостовых частей лопаток 16 на диске 26, и к кольцевому фланцу 48 ступенчатого приводного шкива 28; причем фланцы 44 и 48 зажаты между кольцевыми фланцами 40 и 42 дисков 24 и 26.
Устройство сборки согласно изобретению применимо, в частности, к кольцевым фланцам 40, 42, 44 и 48 дисков 24 и 26, кольца 46 и ступенчатого приводного шкива 28; причем его отличительные признаки наилучшим образом видны на Фиг.2 и 3, хотя оно также, как вариант, применимо как к фланцам 34, 36, так и к кольцу 38.
Фиг.2 и 3 показывают, что кольцевые фланцы 36 и 40 диска 24 и кольцевой фланец 48 ступенчатого приводного шкива являются зазубренными, т.е. имеют сплошные части 50, 52 с отверстиями 54, 56 для введения крепежных болтов 58; причем упомянутые сплошные части 50, 52 отделены друг от друга выемками 60, 62.
Кольцевой фланец 42 нижнего по потоку диска 26 (на Фиг.2 и 3 не показан) также является зазубренным. При этом не зазубренным, на протяжении 360°, является только кольцевой фланец 44 кольца 46 для фиксирования хвостовых частей лопаток 16 на нижнем по потоку диске 26.
При установке диски располагают вертикально друг на друге, и крепежные болты 58 установлены заподлицо. Головки болтов упираются в нижний по потоку кольцевой фланец 40 промежуточного диска 24, и гайки упираются в кольцевой фланец 42 нижнего по потоку диска 26. Болты вставлены в отверстиях, образованных в сплошном кольцевом фланце 44 кольца 46, без риска ошибки; и они должны быть вставлены в отверстия 56 зазубренного кольцевого фланца 48 ступенчатого приводного шкива 28, как видно на Фиг.2.
Поскольку детали расположены друг над другом в осевом направлении и крепежные болты при этом установлены заподлицо, то может случиться так, что кольцевой фланец 48 ступенчатого приводного шкива 28 не будет иметь должного углового позиционирования относительно других кольцевых фланцев и будет иметь угловое смещение на полшага между отверстиями 56 для прохождения болтов, как показано на Фиг.3.
При этом болты 58 установлены в отверстиях 56 кольцевого фланца 40 диска 24, в отверстиях сплошного кольцевого фланца 44 кольца 46 и в отверстиях, образованных в кольцевом фланце 42 нижнего по потоку диска 26, проходя между сплошными частями 52 кольцевого фланца 48 ступенчатого приводного шкива 28; это означает, что ступенчатый приводной шкив тогда не будет надежно прикреплен к другим фланцам, а будет просто зажат в осевом направлении между кольцевым фланцем 44 кольца 46 и кольцевым фланцем 42 нижнего по потоку диска 26.
Назначение устройства согласно настоящему изобретению заключается в том, чтобы устранить этот недостаток с помощью средств, схематически показанных на Фиг.4-6.
В первом варианте осуществления изобретения (показано на Фиг.4) эти средства содержат цилиндрический штифт 64, выступающий наружу в осевом направлении от поверхности кольцевого фланца 44 кольца 46 и прижимающийся к кольцевому фланцу 48 ступенчатого приводного шкива 28.
Цилиндрический штифт 64 расположен по существу посередине между двумя следующими друг за другом отверстиями, и его диаметр превышает диаметр отверстия 56 для прохождения болтов 58, чтобы он не смог проходить в упомянутые проходы. Как вариант, штифт 64 может иметь произвольный диаметр и радиальное смещение относительно отверстий 56 для прохождения болтов 58.
При этом когда угловое позиционирование кольцевых фланцев правильное и болты 58 проходят через отверстия в кольцевом фланце 48 ступенчатого приводного шкива 28, то штифт 64 располагается - как показано на Фиг.4 - между двумя сплошными частями 52 кольцевого фланца 48 и не мешает прижатию друг к другу кольцевых фланцев 44 и 48.
Напротив, если фланцы 44 и 48 имеют неправильное угловое положение, как показано на Фиг.5, то есть, если болты 58 проходят между сплошными частями 52 углового фланца 48 ступенчатого приводного шкива, то цилиндрический штифт 64 упирается в сплошную часть 52 кольцевого фланца 48 и не дает кольцевым фланцам 44 и 48 прижиматься друг к другу. Осевое смещение между двумя фланцами может быть замечено сборщиком, который тогда сможет выправить угловое позиционирование кольцевых фланцев и вставить на место болты 58, при этом убедившись в том, что они проходят через отверстия 56 в кольцевом фланце 48 ступенчатого приводного шкива.
Естественно, кольцевой фланец 44 кольца 46 может иметь несколько цилиндрических штифтов 64, которые предпочтительно расположены симметрично вокруг оси вращения.
Например, цилиндрический штифт (штифты) 64 вставлен (вставлены) в кольцевой фланец 44 и закреплен (закреплены) в нем винтами, заклепками или другими надлежащими средствами.
Согласно еще одному варианту осуществления, показанному на Фиг.6, кольцевой фланец 44 кольца 46 имеет одну или более цапф 66 на своей поверхности, которая должна прижиматься к кольцевому фланцу 48 ступенчатого приводного шкива; причем эти цапфы позиционированы аналогично упомянутому цилиндрическому штифту (штифтам) 64 между отверстиями, через которые проходят крепежные болты. В противоположность посаженным цилиндрическим штифтам 64 эти цапфы выполнены посредством механической обработки из материала, образующего кольцевой фланец 44.
Разумеется, специалистам в данной области техники будут очевидны различные модификации, которые можно выполнить в поясняемых и показываемых средствах, при том условии, что правильное угловое позиционирование кольцевых фланцев определяется, по меньшей мере, одним выступающим наружу элементом, образованным на одном из фланцев и зацепляющимся в выемке другого фланца.