Турбомашина, содержащая опорную прокладку

Турбомашина содержит фланец, закрепленный на крепежном фланце, и опорную прокладку. Опорная прокладка имеет первую и вторую наружные поверхности, параллельные друг другу. Первая наружная поверхность опорной прокладки выполнена в виде кольца или сегмента кольца и содержит первую серию отверстий для прохода средств крепления. Вторая наружная поверхность опорной прокладки содержит множество поверхностей для удержания головок средств крепления, при этом поверхности для удержания содержат вторую серию отверстий, расположенных напротив первой серии отверстий, для прохода средств крепления через отверстия опорной прокладки. Первая наружная поверхность опорной прокладки разделяет фланец и крепежный фланец и образована из материала, позволяющего препятствовать гальванической коррозии, способной возникнуть между ними. Изобретение позволяет обеспечить защиту от гальванической коррозии крепежных фланцев без повышения сложности сборки турбомашины. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение касается опорной прокладки, предназначенной для размещения между фланцами в турбомашине.

Изобретение касается также турбомашины, содержащей такую опорную прокладку.

Известный уровень техники

В турбомашине (см. фиг. 1) некоторые детали содержат фланец 110, который закреплен на крепежном фланце 111, обычно с помощью винтов 108. Эти два фланца являются обычно кольцевыми или выполненными из кольцевого сегмента.

Речь идет, например, о фланце 110 кожуха 112, закрепленном на крепежном фланце 111.

Фланец и крепежный фланец содержат, каждый, множество отверстий, расположенных одно напротив другого, для обеспечения прохода средств крепления, например винтов крепления.

Крепежный фланец иногда выполняют фестонным. В некоторых случаях он служит для удержания оборудования, необходимого для работы турбомашины. Держатели оборудования, таким образом, равномерно закреплены болтами, расположенными в отверстиях, выполненных в крепежном фланце.

При работе между фланцем и крепежным фланцем существуют механические напряжения, в частности, вследствие вибраций детали, несущей фланец.

Таким образом, наблюдаются повреждения вследствие смятия внутренней поверхности отверстий, в частности отверстий фланца. Это, в частности, приводит к сжатию крепежных болтов.

Собственно, фланец подвергается напряжениям, которые могут его повредить.

Задачи, направленные на решение этих проблем, включают, например, увеличение количества винтов для увеличения зон стягивания. Другие решения требуют добавление шайб.

Поверхность фланца, контактирующая с крепежным фланцем, подвержена, кроме того, явлению гальванической коррозии. Это, в частности, может быть в случае, когда крепежный фланец выполнен из алюминия и когда деталь, несущая фланец, выполнена из композитного материала.

Кроме того, граница контакта, расположенная между винтами, обеспечивающими крепление фланца с крепежным фланцем, и упомянутый фланец также являются местом возникновения явления гальванической коррозии.

Известным средством борьбы с гальванической коррозией является размещение приклеенных слоев стекла.

В решениях, существующих в настоящее время, добавление многочисленных присоединяемых деталей является необходимым для решения различных упомянутых проблем.

Таким образом, это является невыгодным, так как умножение количества деталей приводит к увеличению производственных операций, которые иногда являются сложными. Кроме того, добавление новых деталей усложняет операции монтажа турбомашины, например шайб, которые не удерживаются на месте, когда винты крепления фланца к крепежному фланцу вынимаются.

Изобретение направлено на простое и эффективное решение упомянутых проблем.

Сущность изобретения

Для этого в изобретении предлагается турбомашина, содержащая фланец, крепежный фланец, на который крепится фланец, отличающаяся тем, что турбомашина содержит опорную прокладку, при этом опорная прокладка содержит первую наружную поверхность и вторую наружную поверхность, по существу, параллельные, причем первая наружная поверхность опорной прокладки выполнена в виде непрерывного кольца или сегмента непрерывного кольца и содержит первую серию отверстий для прохода средств крепления, а вторая наружная поверхность опорной прокладки содержит множество поверхностей для удержания головок средств крепления, при этом поверхности для удержания содержат вторую серию отверстий, расположенных напротив первой серии отверстий для прохода средств крепления через отверстия опорной прокладки, причем первая наружная поверхность опорной прокладки образована из материала, позволяющего препятствовать гальванической коррозии, способной возникнуть между фланцем и крепежным фланцем, и первая наружная поверхность разделяет фланец и крепежный фланец.

Изобретение, предпочтительно, дополнено следующими характеристиками, взятыми по отдельности или в любых технически возможных комбинациях:

- вторая наружная поверхность опорной прокладки образована из материала, позволяющего препятствовать гальванической коррозии, способной возникнуть между средствами крепления и фланцем;

- вторая наружная поверхность является непрерывной поверхностью;

- вторая наружная поверхность является прерывистой поверхностью;

- вторая наружная поверхность является фестонной поверхностью, фестоны которой являются поверхностями для удержания головок средств крепления;

- первая и вторая наружные поверхности разнесены таким образом, что опорная прокладка сжимает фланец;

- фланец прикреплен к крепежному фланцу с помощью средств крепления, проходящих через отверстия первой и второй наружных поверхностей опорной прокладки.

Изобретение позволяет одновременно решить проблему смятия и проблемы гальванической коррозии с помощью единственной детали.

Кроме того, изобретение позволяет упростить операции монтажа/демонтажа.

В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

- фиг. 1, уже описанная, представляет турбомашину, содержащую деталь и крепежный фланец по известному уровню техники;

- фиг. 2 представляет вариант воплощения опорной прокладки согласно изобретению;

- фиг. 3 изображает в разрезе сечение опорной прокладки в соответствии с вариантом воплощения изобретения;

- фиг. 4 изображает турбомашину, содержащую опорную прокладку, размещенную между деталью и крепежным фланцем турбомашины, в соответствии с вариантом воплощения изобретения;

- фиг. 5 изображает вид в разрезе фиг. 4;

- фиг. 6 представляет другой вариант воплощения опорной прокладки согласно изобретению.

Детальное описание

Фиг. 2 представляет вариант воплощения опорной прокладки 1 согласно изобретению.

Как изображено на фиг. 4 и 5, эта опорная прокладка предназначена для размещения между фланцами 10, 11 в турбомашине.

Фланец 10 является фланцем детали 12, причем упомянутый фланец 10 должен быть скреплен с крепежным фланцем 11. Деталью 12, например, может являться, но без ограничения, корпус турбомашины.

Фланцы являются, обычно, крепежными деталями, кольцевыми или в виде тел вращения.

Опорная прокладка 1 содержит первую наружную поверхность 4 и вторую наружную поверхность 5.

Эти поверхности 4 и 5 связаны таким образом, чтобы образовать сечение U-образной формы. Под U-образной формой понимают, что поверхности 4, 5 являются, по существу, параллельными (в виде двух вертикальных планок «U») и соединенными соединительной поверхностью 13 (в виде горизонтальной планки «U»).

Таким образом, сечение опорной площадки необязательно точно соответствует U в той мере, что сечения в разрезе поверхностей 4, 5 могут иметь различные длины.

В варианте воплощения увеличивают контактную поверхность между первой наружной поверхностью 4 и фланцем 10. Это, в частности, достигается путем размещения контактной лапки 4₁ на конце первой наружной поверхности опорной прокладки, которая упирается во фланец 10 (см. фиг. 3). Эта лапка 4₁ имеет, обычно, искривленный конец. Это обеспечивает механическое усиление фланца 10 по отношению к испытываемым усилиям.

Первая наружная поверхность 4 опорной прокладки 1 выполнена в виде непрерывного кольца или сегмента непрерывного кольца. Эта первая наружная поверхность 4 содержит первую серию 6 отверстий для прохода средств 8 крепления. Эти отверстия необязательно разнесены равномерно, они, кроме того, могут иметь отличные одни от других формы и размеры. Средства 8 крепления представляют собой, например, но необязательно, винты или заклепки.

Вторая наружная поверхность 5 опорной прокладки 1 содержит множество поверхностей 5₁, 5₂, 5₃, … для удержания головок 9 средств крепления.

Поверхности 5₁, 5₂, 5₃, … для удержания содержат вторую серию отверстий 7, расположенных напротив первой серии 6 отверстий для прохода средств 8 крепления через опорную прокладку 1.

Эти поверхности для удержания выполнены таким образом, чтобы удерживать головки 9 средств 8 крепления, предназначенных для прохода через отверстия 6, 7 опорной прокладки.

Вторая наружная поверхность 5 может быть непрерывной, как изображено на фиг.6. В этом случае различные поверхности 5₁, 5₂, 5₃, … для удержания соединены. Вторая наружная поверхность 5 является, таким образом, кольцом или непрерывным сегментом кольца.

Альтернативно, вторая наружная поверхность 5 является прерывистой поверхностью. В этом случае различные поверхности 5₁, 5₂, 5₃, … для удержания не являются соединенными и разнесены одна от другой. Такая конфигурация обеспечивает выигрыш в массе вследствие уменьшения количества используемого материала.

Возможно также смешанное решение, содержащее непрерывные части второй наружной поверхности 5 и прерывистые части.

В варианте воплощения вторая наружная поверхность 5 является фестонной поверхностью (см. фиг. 2 и 4), фестоны которой представляют собой поверхности (5₁, 5₂, 5₃ …) для удержания головок средств крепления. Форма поверхностей для удержания может быть различной: речь может идти о прямоугольных, квадратных, треугольных вырезах или любой другой геометрической форме, предназначенной для удержания головок средств крепления.

Поверхности крепления могут иметь различные между собой геометрии и/или размеры.

Как уже указано, при креплении фланцев наблюдается явление гальванической коррозии.

Гальваническая коррозия наблюдается в том случае, если одновременно совпадают три следующих условия:

- два металла различной природы (или один металл и один материал, более благородный или более проводящий, нежели углерод). Они образуют электроды системы: более благородный является катодом, и он является местом реакций восстановления; менее благородный является анодом и местом окисления. Разность потенциалов по меньшей мере 100 мВ является причиной окислительно-восстановительных реакций.

- Электролит в контакте с двумя фазами. Его наличие обеспечивает перенос ионов и, таким образом, ток в жидкой среде.

- Электрический контакт между двумя материалами. Эта электрическая связь обеспечивает перенос электронов между двумя фазами.

В варианте воплощения по меньшей мере первая наружная поверхность 4 образована из материала, не поддающегося гальванической коррозии. В частности, материал первой наружной поверхности 4 выбран так, чтобы воспрепятствовать гальванической коррозии, могущей появиться между фланцем 10 и крепежным фланцем 11.

Речь идет, например, но без ограничения, о материале ТА6V или о сплаве титана. Этот материал изолирован нейтральной пленкой (пассивирующим слоем), образующейся естественным образом на поверхности при контакте с воздухом и которая останавливает гальваническую коррозию. Возможно использование других материалов, таких, например, как слои стекла.

Обычно, крепежный фланец 11 является металлическим, например алюминиевым, а фланец 10 выполнен из углерода или углеродных волокон.

Другие примеры материалов для первой наружной поверхности 4 включают:

- непроводящие элементы, такие как пластические материалы или композиты из стеклянных волокон;

- титан, некоторые материалы «Inconel», сплавы NiCrMo или нержавеющие стали. Эти материалы имеют малую разность потенциалов с углеродом.

В соответствии с возможным вариантом выполняют анодирование. В частности, если первая поверхность является титановой, а крепежный фланец является алюминиевым, то титан анодируют. Это позволяет улучшить изоляцию элементов с точки зрения гальванической коррозии.

В случае пары углерод/алюминий, алюминий анодируют (шлифуют углерод по отношению к алюминию).

В варианте воплощения вторая наружная поверхность 5 опорной прокладки образована из материала, позволяющего препятствовать гальванической коррозии, способной возникнуть между средствами 8 крепления и фланцем 10. Могут быть использованы материалы, идентичные материалам, описанным для первой наружной поверхности 4.

Фиг. 4 и 5 изображают турбомашину, содержащую:

- фланец 10 детали 12 и

- крепежный фланец 11, на котором закреплен фланец 10.

Крепежный фланец 11 в некоторых случаях служит для удержания оборудования, необходимого для работы турбомашины. Держатели оборудования, таким образом, закреплены равномерно болтами в отверстиях, выполненных в крепежном фланце 11.

Турбомашина содержит описанную выше опорную прокладку 1, расположенную между фланцем 10 и крепежным фланцем 11. Опорная прокладка 1 размещена между фланцем 10 и крепежным фланцем 11.

В частности, первая наружная поверхность 4 закрывает поверхность фланца 10, контактирующую с крепежным фланцем 11. Таким образом, фланец 10 больше не находится в прямом контакте с крепежным фланцем 11.

Первая наружная поверхность 4 отделяет фланец 10 от крепежного фланца 11.

Кроме того, крепежные средства 8 связывают фланец 10 с крепежным фланцем 11, проходя через отверстия 6, 7 первой наружной поверхности 4 и второй наружной поверхности 5.

В варианте воплощения первая и вторая наружные поверхности 4, 5 разнесены таким образом, что опорная прокладка 1 сжимает фланец 10. В частности, наружные поверхности 4, 5 опорной прокладки 1 сжимают фланец 10.

Это позволяет удержать опорную прокладку в своем положении, даже если крепежные средства 8 вынуты или отсутствуют.

С другой стороны, опорная прокладка 1 обеспечивает разделение между фланцем 10 и крепежным фланцем 11.

Как упомянуто выше, первая наружная поверхность 4 опорной прокладки образована из материала, позволяющего препятствовать гальванической коррозии, способной возникнуть между фланцем 10 и крепежным фланцем 11.

В соответствии с этим вариантом вторая наружная поверхность 5 опорной прокладки образована из материала, позволяющего препятствовать гальванической коррозии, способной возникнуть между средствами 8 крепления и фланцем 10. В частности, вторая поверхность 5 отделяет головки 9 средств 8 крепления от фланца 10.

В зависимости от выбора соответствующего материала первой наружной поверхности 4 и второй наружной поверхности 5 проблемы гальванической коррозии устраняются.

Кроме того, опорная прокладка 1 позволяет исключить проблему смятия отверстий 7 во фланце 10 благодаря поверхностям 5₁, 5₂, … для удержания головок средств крепления. Трения между средствами крепления и поверхностями отверстий, таким образом, уменьшены.

Кроме того, когда опорная прокладка 1 имеет конфигурацию, при которой она сжимает фланец 10, опорная прокладка 1 удерживается в положении даже в процессе операций монтажа/демонтажа средств 8 крепления и элементов, закрепленных на крепежном фланце 11 турбомашины. Операции монтажа/демонтажа, таким образом, упрощаются.

Опорная прокладка позволяет, благодаря выполнению в виде единой детали, решить много технических проблем, что уменьшает стоимость, сложность и операции обслуживания турбомашины.

1. Турбомашина, содержащая:

- фланец (10),

- крепежный фланец (11), на котором закреплен фланец (10),

отличающаяся тем, что турбомашина содержит опорную прокладку (1), при этом:

- опорная прокладка (1) содержит первую наружную поверхность (4) и вторую наружную поверхность (5), по существу параллельные;

- первая наружная поверхность (4) опорной прокладки (1) выполнена в виде кольца или сегмента кольца и содержит первую серию (6) отверстий для прохода средств (8) крепления;

- вторая наружная поверхность (5) опорной прокладки (1) содержит множество поверхностей (5₁, 5₂, 5₃, …) для удержания головок (9) средств крепления, при этом поверхности (5₁, 5₂, 5₃, …) для удержания содержат вторую серию (7) отверстий, расположенных напротив первой серии (6) отверстий, для прохода средств (8) крепления через отверстия (6, 7) опорной прокладки (1);

- первая наружная поверхность (4) опорной прокладки образована из материала, позволяющего препятствовать гальванической коррозии, способной возникнуть между фланцем (10) и крепежным фланцем (11), и

- первая наружная поверхность (4) разделяет фланец (10) и крепежный фланец (11).

2. Турбомашина по п. 1, в которой вторая наружная поверхность (5) опорной прокладки образована из материала, позволяющего препятствовать гальванической коррозии, способной появиться между средствами (8) крепления и фланцем (10).

3. Турбомашина по одному из пп. 1 или 2, в которой вторая наружная поверхность (5) является непрерывной поверхностью.

4. Турбомашина по одному из пп. 1 или 2, в которой вторая наружная поверхность (5) является прерывистой поверхностью.

5. Турбомашина по п. 4, в которой вторая наружная поверхность (5) является фестонной поверхностью, фестоны которой являются поверхностями (5₁, 5₂, 5₃, …) для удержания головок средств (8) крепления.

6. Турбомашина по одному из пп. 1 или 2, в которой первая и вторая наружные поверхности (4, 5) разнесены так, что опорная прокладка (1) сжимает фланец (11).

7. Турбомашина по одному из пп. 1 или 2, в которой фланец (10) закреплен к крепежному фланцу (11) с помощью средств (8) крепления, проходящих через отверстия первой и второй наружных поверхностей (4, 5) опорной прокладки (1).