Колесо турбопривода

 

Сущность изобретения: полудиски с лопатками выполнены как одно целое. Полудиски соединены между собой. Лопатки одного полудиска размещены между лопатками другого. Полудиски соединены между собой торцовыми шлицами, боковые грани которых расположены под углом 5 6° к оси колеса. Торцовые шлицы одного полудиска размещены между торцовыми шлицами другого и сварены по периметру их соединения. Лопатки расположены по одной на боковой поверхности каждого шлица. 10 ил.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, в частности к туpбобуpам для бурения скважин.

Известно рабочее колесо осевой турбомашины, содержащее диск и установленные на нем при помощи замков лопатки.

Недостатком данного колеса является высокая себестоимость, обусловленная раздельным изготовлением диска и лопаток с последующей подгонкой лопаток по пазам диска.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является цельнолитое колесо турбопривода, включающее ступицу и лопатки.

Недостатком колеса-прототипа является то, что оно не технологично для получения его прогрессивными способами литья, например литье металлов с подачей и кристаллизацией под давлением. Это обусловлено тем, что колесо имеет частые лопатки. Пресс-форма, изготовленная под колесо с частыми лопатками, имеет тонкие перемычки, которые при больших давлениях и температурах быстро выходят из строя. Получение же литых колес по традиционной технологии в песчано-глинистых формах не обеспечивает нужного качества и создает весьма вредные и тяжелые условия труда для работающих.

Целью изобретения является повышение технологичности колеса и его качества.

Поставленная цель достигается тем, что ступица выполнена из двух частей, поверхность разъема которых проходит между лопатками с полуоткрытым огибанием их контура и в последовательно чередующемся порядке, при этом поверхность разъема каждой части ступицы имеет форму торцовых шлицев, которые имеют боковые грани, расположенные наклонно к оси колеса, например под углом 5-6^о.

Сопоставительный анализ заявляемого решения с прототипом показывает, что у заявляемого колеса ступица выполнена из двух частей, поверхность разъема которых проходит между лопатками с полуоткрытым огибанием их контура и в последовательно чередующемся порядке, при этом поверхность разъема каждой части ступицы имеет форму торцовых шлицев, а шлицы поверхности разъема имеют боковые грани, расположенные наклонно к оси колеса. Таким образом, заявляемое колесо соответствует критерию "новизна".

В доступных заявителю источниках отсутствуют решения с отличительными признаками заявляемого колеса, следовательно, предлагаемое решение соответствует критерию изобретения "существенные отличия".

На фиг. 1 показано колесо ротора турбобура; на фиг. 2 вертикальный разрез колеса ротора; на фиг. 3 разрез А-А на фиг. 2; на фиг. 4 вертикальный разрез полуротора; на фиг. 5 разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 вертикальный разрез пресс-формы для литья металлов с подачей и кристаллизацией под давлением на этапе заполнения пресс-формы металлом; на фиг. 7 то же, на этапе получения отливки; на фиг. 8 то же, на этапе раскрытия пресс-формы и освобождения отливки от пуансонов; на фиг. 9 вид сверху на пресс-форму; на фиг. 10 вид сбоку на фасонный профиль сомкнутых полуматриц для получения полуротора турбобура.

На фиг. 1-8 показаны ротор и полуротор турбобура с лопатками без наклона (это сделано для упрощения чертежей); на фиг. 10 полости в сомкнутой матрице показаны наклонными (как они выполнены в фактической пресс-форме).

Колесо турбопривода состоит из ступицы 1 и лопатки 2. Ступица 1 выполнена из двух частей 3, 4, поверхность разъема 5 которых проходит между лопатками 2 с полуоткрытым огибанием их контура и в последовательно чередующемся порядке, при этом поверхность разъема 5 каждой части ступицы 1 имеет форму торцовых шлицев 6, которые имеют боковые грани 7, расположенные наклонно к оси OO под углом α (фиг. 2), например 5-6.

Пресс-форма для литья металлов с подачей и кристаллизацией под давлением состоит из полуматриц 8, 9, пуансонов 10-13, штоков 14-24 цилиндров, направляющих колонок. В пресс-форме показаны жидкий металл 25, отливка 26, литниковые остатки 27, 28.

Полуротор турбобура получают следующим образом.

Пресс-форму устанавливают на печь и создают в печи газовое давление 1-5 кгс/см². Под действием газового давления металл поднимается по металлопроводу и заполняет литниковый канал в пуансоне 10 (печь на чертеже не показана), а затем заполняет и всю полость пресс-формы. Опускают пуансон 11 (соединенный со штоками 20, 23), которым отсекают металл, находящийся в пресс-форме, от металла литниковой системы, а затем на металл в полости пресс-формы создают высокое механическое давление (до 2000 кгс/см² и более), под которым получают отливку полуротора турбобура.

Пуансон 13 (соединенный со штоком 24) опускают до верхнего торца пуансона 10 и отделяют литниковый остаток 27 от остатка 28. В печи стравливают газовое давление, поднимают пресс-форму (штоками 16, 17) и отводят ее в сторону, опускают пуансон 13 и освобождают литниковый канал пуансона 10 от литникового остатка 27. Поднимают пуансон 13, пуансон 12 (соединенный со штоками 21, 22), полуматрицу 9 (соединенную со штоками 14, 19) и полуматрицу 8 (соединенную со штоками 15, 18), отливку 26 извлекают из полуматрицы 8. С торца пуансона 10 удаляют литниковый остаток 28. На стенки пресс-формы наносят теплоизоляционную краску, смывают пресс-форму и получают следующую отливку. Аналогичным образом получают (в другой пресс-форме) второй (ответный) полуротор. Полуроторы можно соединить между собой сваpкой давлением или другими видами сварки, после чего произвести механическую обработку сваренных стыков и получить неразъемное соединение ротора (или статора).

Если изготовлять полуматрицы 8 и 9 (фиг. 10) под полное количество лопаток, то размер с составил бы для реального колеса ротора турбобура 1,4 мм, а при такой толщине стенки стойкость пресс-формы была бы катастрофически низкой и использование прогрессивных процессов было бы неприемлимо. Изготовление на каждом колесе только половины лопаток существенно увеличивает размер с (ориентировочно 15 мм) и делает приемлимым применение прогрессивных технологий для изготовления колес трубоприводов.

Таким образом, расчленение колеса турбопривода на две части, поверхность разъема которых проходит между лопатками с полуоткрытым огибанием их контура в последовательно чередующемся порядке, и выполнение поверхности разъема каждой половины ступицы в форме торцовых шлиц позволяют получать отливки колес наиболее прогрессивным способом литья металлов (стали) с подачей и кристаллизацией под давлением. Данный способ обеспечивает получение стальных отливок с механическими свойствами, не уступающими кованому металлу. Выполнение боковых граней шлиц наклоненными к оси колеса упрощает извлечение из отливки пуансона 10. Появилась возможность механизации, а в перспективе и полной автоматизации процесса изготовления колес.

Известная технология изготовления роторов и статоров турбобура цельными методом литья в кокили с песчаными стержнями не обеспечивает необходимого качества, колеса имеют высокую себестоимость, условия для рабочих исключительно тяжелые. Заявляемая конструкция колеса является более технологичной. Способ литья стали с подачей и кристаллизацией под давлением, примененный для составной конструкции колеса, снизит себестоимость колес на 25% повысит качество и улучшит условия труда при изготовлении.

Формула изобретения

КОЛЕСО ТУРБОПРИВОДА, содержащее полудиски с лопатками, выполненными с полудисками как одно целое, причем полудиски соединены между собой, а лопатки одного полудиска размещены между лопатками другого полудиска, отличающееся тем, что полудиски соединены между собой посредством торцевых шлицев, боковые грани которых расположены под углом 5 6^o к оси колеса, причем торцевые шлицы одного полудиска размещены между торцевыми шлицами второго полудиска и сварены по периметру их соединения, а лопатки полудисков расположены по одной на боковой поверхности каждого шлица.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10