СИСТЕМА ФИКСАЦИИ ДЕТАЛЕЙ ПРИ ПОМОЩИ ШПИЛЕК С ВОРОТНИКАМИ
PARTS FIXATION SYSTEM BY MEANS OF STUDS WITH COLLARS

Предлагаемое изобретение относится к системе фиксации, по меньшей мере, двух кольцевых деталей при помощи нескольких шпилек, содержащих воротники, обеспечивающие предотвращение их вращения.
Предлагаемое изобретение применяется, в частности, в роторах турбин, имеющих в своем составе фланцы, связанные спереди и сзади с разрезными кольцами герметизации, однако настоящее изобретение может применяться также для скрепления любых двух деталей при помощи фланцев.
Упомянутые шпильки представляют собой металлические стержни, используемые для соединения двух деталей и содержащие резьбу на своих концах. Обычно такие шпильки закрепляются одним из своих концов в одной из подлежащих соединению деталей, проходят сквозь вторую деталь с одной ее стороны до другой и фиксируются на другом своем конце при помощи гайки стягивания.
В области авиационной техники такие шпильки обычно пропускают сквозь обе соединяемые детали и закрепляют на обоих своих концах гайками стягивания. В роторах турбин такие гайки стягивания обычно бывают труднодоступными, вследствие чего иногда оказывается необходимым устанавливать и жестко фиксировать эти шпильки на одной из соединяемых деталей перед тем, как устанавливать другую деталь. Они позволяют формировать соединенные модульные системы, которые облегчают операции технического обслуживания.
В этом случае шпильки имеют в своей средней зоне воротник с внешним контуром, не являющимся круглым, причем этот воротник размещается в канавке, выполненной в опорной поверхности одной из двух соединяемых деталей, и в процессе затягивания гайки на этой детали упирается в осевую стенку, ограничивающую упомянутую канавку. Таким образом, все шпильки прежде всего устанавливаются и закрепляются на этой первой детали, после чего остается только установить вторую деталь и затянуть комплект вторых стяжных гаек.
Периферийная часть упомянутых воротников имеет лыски, опирающиеся на стенку первой детали в процессе затягивания первых гаек, препятствуя тем самым вращению шпилек. Однако при этом существует опасность повреждения первой детали, которая представляет собой дорогостоящую структурную деталь, тогда как шпилька представляет собой расходное крепежное изделие. Упомянутая опасность возникает в процессе первого монтажа турбины, а также в процессе последующего выполнения операций технического обслуживания, требующих демонтажа ротора турбины.
Кроме того, канавка, предназначенная для размещения упомянутых воротников, является широкой, что влечет за собой значительную гибкость системы, неблагоприятным образом влияющую на динамику системы.
Задача данного изобретения состоит в устранении этих недостатков и разработке новой системы фиксации при помощи шпилек с фланцами, предотвращающую вращения, и в которой эти воротники выполнены таким образом, чтобы они не опирались на подлежащие соединению детали.
Таким образом, предлагаемое изобретение относится к системе фиксации, по меньшей мере, двух деталей, одна из которых содержит по меньшей мере один фланец, опирающийся на поверхность другой детали, посредством множества шпилек, причем каждая такая шпилька содержит два резьбовых конца и представляет в своей средней зоне воротник, внешний контур которого не является круглым и который размещается в канавке, выполненной в опорной поверхности одной из подлежащих фиксации деталей, и упомянутые воротники предназначены для обеспечения предотвращения вращения шпилек.
В соответствии с предлагаемым изобретением эта система отличается тем, что внешний контур каждого воротника содержит две по существу противоположные плоские поверхности, которые служат в качестве взаимного упора для воротников смежных шпилек.
В том случае, когда обе подлежащие соединению детали представляют собой по существу тела вращения относительно одной и той же оси и опорные поверхности этих деталей являются перпендикулярными по отношению к этой оси, плоские поверхности упомянутых воротников проходят в плоскостях, содержащих упомянутую ось.
Предлагаемая система применяется, в частности, в том случае, когда одна из подлежащих соединению деталей представляет собой колесо турбины, а другая деталь представляет собой фланец.
Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания примера его осуществления, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры чертежей, в числе которых:
Фиг.1 представляет собой схематический вид в разрезе крепления трех деталей в виде тел вращения при помощи системы фиксации в соответствии с предлагаемым изобретением, причем разрез выполнен вдоль плоскости, содержащей ось вращения упомянутых деталей и продольную ось одной шпильки,
Фиг.2 представляет собой схематический вид спереди детали, которая содержит канавку, используемую для размещения в ней воротников шпилек,
Фиг.3 представляет собой схематический перспективный вид шпильки в соответствии с предлагаемым изобретением,
Фиг.4 представляет собой схематический вид в разрезе трех примыкающих одна к другой шпилек в положении их взаимной блокировки по вращательному движению.
На фиг.1 и 2 схематически представлена система фиксации трех деталей, по существу являющихся телами вращения относительно одной оси X, которые могут представлять собой, например, фланец 2 колеса турбины, фланец 3 опорного подшипника и фланец 4, на котором закреплено лабиринтное устройство герметизации. Эта система фиксации образована множеством шпилек 5, которые содержат резьбовые концы 5а и 5b, предназначенные для навинчивания на них гаек стягивания 6 и 7, и которые имеют в своей средней зоне воротник 8. Эти шпильки 5 равномерно распределены вокруг оси X и проходят сквозь отверстия 9а, 9b и 9с, выполненные соответствующим образом в соединяемых между собой деталях 2, 3 и 4.
После монтажа упомянутых шпилек и затягивания гаек стягивания оси этих шпилек 5 оказываются параллельными оси X.
При этом опорные поверхности соединяемых деталей 2, 3 и 4 оказываются параллельными между собой и проходят в плоскостях, перпендикулярных оси X.
В примере выполнения, представленном на фиг.1 и 2, деталь 2 содержит на своей поверхности 2а, опирающейся на поверхность 3а детали 3, кольцевую канавку 10, предназначенную для размещения в ней воротников 8 шпилек 5. Эта канавка 10 имеет U-образное поперечное сечение в радиальной плоскости, содержащей упомянутую ось X, и ограничена донной частью 11, перпендикулярной этой оси X, и двумя цилиндрическими с осью X стенками 12а и 12b, отстоящими друг от друга в радиальном направлении на некоторое расстояние d. Отверстия 9а открываются в упомянутой донной части 11 канавки по существу на половине расстояния между ее цилиндрическими стенками 12а и 12b.
В соответствии с предлагаемым изобретением внешний контур воротников 8 определяется таким образом, чтобы в процессе затягивания любой из гаек стягивания 6, 7 упомянутые воротники не имели возможности опираться на цилиндрические стенки 12а и 12b, но взаимно блокировались для предотвращения поворотного движения шпилек 5.
Как это можно видеть на фиг.3, каждый воротник 8 содержит четыре поверхности, а именно внутреннюю в радиальном направлении поверхность 14 и наружную в радиальном направлении поверхность 15, которые выполнены по существу цилиндрическими и отстоят друг от друга на некоторое расстояние d1, меньшее, чем ширина d канавки 10, а также две плоские боковые поверхности 16 и 17, которые образуют между собой некоторый угол А, по существу равный угловому расстоянию В между двумя смежными отверстиями 9а, как это показано на фиг.2.
Для монтажа трех упомянутых деталей 2, 3 и 4 действуют описываемым ниже образом. Прежде всего закрепляют шпильки 5 на детали 2, располагая воротники 8 рядом друг с другом их боковыми сторонами в канавке 10. Плоская поверхность 16 одного воротника 8 и поверхность 17 другого соседнего с ним воротника оказываются, таким образом, в одной и той же радиальной плоскости, содержащей ось X, после чего устанавливают и затягивают гайки 6. Соседние плоские поверхности 16 и 17 двух смежных шпилек, таким образом, упираются одна в другую и препятствуют тем самым вращению шпилек 5 после относительно небольшого поворота этих воротников 8 (как это схематически показано на фиг.4), связанного с определенным зазором, существующим между двумя смежными шпильками. Этот плоский упор между располагающимися рядом друг с другом шпильками при помощи их поверхностей 16 и 17 позволяет обеспечить удовлетворительное распределение механических напряжений, что увеличивает срок службы шпилек. Затем устанавливают детали 3 и 4 на концы этих шпилек 5, которые выступают на поверхности 2а детали 2, после чего устанавливают и затягивают гайки 7.