Способ сборки элементов колеса центробежного компрессора
Владельцы патента RU 2448281:
Закрытое акционерное общество "Научно-исследовательский и конструкторский институт центробежных и роторных компрессоров им. В.Б. Шнеппа" (RU)
Изобретение относится к машиностроению, а именно к компрессорной технике в части создания компрессорного колеса из отдельных составных частей способом комбинированного соединения. Технический результат изобретения - устранение недостатков, вызванных клепаным соединением элементов колеса центробежного компрессора. Указанный технический результат достигается в способе сборки элементов колеса центробежного компрессора, заключающемся в том, что в каждую пару соосных отверстий диска и лопатки колеса вставляют крепежный элемент и фиксируют его, в качестве крепежных элементов используют винты, в каждую пару соосных отверстий диска и лопатки предварительно вставляют промежуточную втулку, причем отверстие лопатки выполнено ступенчатым так, что больший его диаметр соответствует диаметру установленной в нем части промежуточной втулки, а меньший его диаметр в резьбовой части отверстия соответствует диаметру винта и внутреннему диаметру промежуточной втулки, а фиксацию винта осуществляют путем затягивания его в резьбе отверстия лопатки. 2 ил.
Изобретение 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/cyl1/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 изобретения является устранение перечисленных недостатков.
Технический результат изобретения достигается благодаря способу сборки элементов колеса центробежного компрессора, который заключается в том, что в каждую пару соосных отверстий диска и лопатки колеса вставляют крепежный элемент и фиксируют его, при этом в качестве крепежных элементов используют винты, в каждую пару соосных отверстий диска и лопатки предварительно вставляют промежуточную втулку, причем отверстие лопатки выполнено ступенчатым, так что больший его диаметр соответствует диаметру установленной в нем части промежуточной втулки, а меньший его диаметр в резьбовой части отверстия соответствует диаметру винта и внутреннему диаметру промежуточной втулки, а фиксацию винта осуществляют путем затягивания его в резьбе отверстия лопатки.
Изобретение поясняется чертежами, на фиг.1 показано соединение элементов колеса центробежного компрессора, а на фиг.2 - крепежный элемент.
Способ сборки элементов колеса центробежного компрессора заключается в том, что в каждую пару соосных отверстий 1, 2 диска 3 и лопатки 4 соответственно вставляют промежуточную втулку 5 и затем вставляют крепежный элемент, выполненный в виде винта 6. 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. Фиксацию винта 6 осуществляют путем затягивания его в резьбе отверстия 2 лопатки 4. При этом промежуточная втулка 5 раздается, плотно упираясь наружной поверхностью в элементы колеса 3 и 4, а внутренней - в поверхность винта 6.
Таким образом, сборка колеса сводится к двум этапам: в соосные отверстия 1, 2 диска 3 и лопатки 4 вставляются промежуточные втулки 5; диск 3, промежуточная втулка 5 и лопатка 4 соединяются винтом 6 с необходимым усилием затяжки.
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 2 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.
Способ сборки элементов колеса центробежного компрессора, заключающийся в том, что в каждую пару соосных отверстий диска и лопатки колеса вставляют крепежный элемент и фиксируют его, отличающийся тем, что в качестве крепежных элементов используют винты, в каждую пару соосных отверстий диска и лопатки предварительно вставляют промежуточную втулку, причем отверстие лопатки выполнено ступенчатым так, что больший его диаметр соответствует диаметру установленной в нем части промежуточной втулки, а меньший его диаметр в резьбовой части отверстия соответствует диаметру винта и внутреннему диаметру промежуточной втулки, а фиксацию винта осуществляют путем затягивания его в резьбе отверстия лопатки.
