Результат интеллектуальной деятельности: Узел соединения агрегата внешней обвязки с корпусом турбомашины

Узел соединения агрегата внешней обвязки с корпусом турбомашины.

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно, авиадвигателестроения, а именно, к системам крепления внешней обвязки на корпусе газотурбинного двигателя.

Известен узел соединения агрегата внешней обвязки с корпусом турбомашины (далее узел соединения), содержащий кронштейн, жестко соединенный с агрегатом внешней обвязки, причем на кронштейне, зацело с ним, выполнен выступ (фланец), соединенный с корпусом турбомашины посредством фланцевого соединения (А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий, «Газотурбинные двигатели», ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь, 2007 г., стр. 896, рис. 13.2.3_1).

Недостатками известного узла соединения агрегата внешней обвязки с корпусом турбомашины является наличие фланцевого соединения кронштейна с корпусом турбомашины, что снижает жесткость соединения и увеличивает массу узла в целом.

Техническим результатом, достигаемом при использовании заявленного изобретения, является увеличение жесткости соединения, что приводит к повышению прочности и надежности узла соединения в случае динамической нагруженности, а именно при воздействии вибраций, а также снижение массы узла соединения в целом.

Указанные технические эффекты достигаются тем, что в известном узле соединения агрегата внешней обвязки с корпусом турбомашины, содержащем кронштейн, жестко соединенный с агрегатом внешней обвязки, причем на кронштейне, зацело с ним, выполнен выступ, жестко соединенный с корпусом, согласно настоящему изобретению выступ жестко зафиксирован в пазу посредством неразъемного соединения, выполненном в свою очередь в силовом элементе корпуса.

Общеизвестно, что снижение массы и увеличение жесткости конструкции увеличивает значения собственных частот колебаний последней. В случае турбомашины, которая ввиду специфики своей работы является очень вибронагруженной, желательно выводить собственные частоты колебаний ее деталей и узлов из рабочего диапазона частот вращения роторов. Это снижает общий уровень вибраций и повышает прочность и надежность турбомашины в целом.

Выполнение узла соединения с жесткой фиксацией выступа в пазу реализуется неразъемным соединением, что по причине отсутствия плоскости разъема увеличивает жесткость соединения, что повышает прочность и надежность узла в целом. Кроме того, при таком соединении происходит замена материала корпуса в пазу материалом кронштейна, а также исключено наличие крепежных элементов, что снижает массу узла соединения в целом.

Выполнение паза в силовом элементе корпуса (фланце, ребре, шпангоуте и т.д.) увеличивает жесткость узла соединения в целом.

В частном случае реализации:

Паз повторяет геометрическую форму выступа по сопрягаемым поверхностям.

Выступ жестко зафиксирован в пазу посредством сварки.

Повторение пазом геометрической формы выступа позволяет реализовать качественное жесткое соединение, например, посредством сварки, что увеличивает жесткость и прочность соединения.

Сопрягаемая поверхность выступа с пазом находится на расстоянии от места перехода кронштейна к выступу большем, чем ширина зоны термического влияния сварного шва.

Зона перехода основного тела кронштейна к выступу является зоной максимальных динамических напряжений, вызванных вибрацией. Поэтому выполнение сопрягаемых поверхностей выступа с пазом на расстоянии от места перехода основного тела кронштейна к выступу большем, чем ширина зоны термического влияния сварного шва, позволяет исключить влияние снижения свойств материала кронштейна в результате сварки в данной области, что повышает прочность и надежность последнего и всего узла соединения в целом. Для сварных соединений данного рода деталей турбомашины зона термического влияния на свойства материала не превышает 10 мм.

Силовой элемент корпуса в области паза имеет локальное усиление, например, возможно увеличение высоты боковых участков силового элемента, прилегающих к пазу (см. фиг. 1). Выполнение локального усиления силового элемента корпуса в области паза увеличивает жесткость и прочность конструкции.

Совокупность описанных признаков позволяет повысить собственные частоты колебаний узла соединения и вывести их выше рабочего диапазона частот вращения роторов турбомашины за счет снижения массы и увеличения жесткости конструкции, что повышает прочность и надежность последней.

На фиг. 1 представлен узел соединения агрегата внешней обвязки с корпусом турбомашины.

На фиг. 2 представлен паз в силовом элементе корпуса турбомашины.

Узел соединения агрегата внешней обвязки с корпусом турбомашины (фиг. 1), содержащий кронштейн 1, жестко соединенный с агрегатом внешней обвязки 2 (например, посредством фланцевого соединения). На кронштейне 1, зацело с ним, выполнен выступ 3, жестко соединенный с корпусом 4, а именно выступ 3 жестко зафиксирован в пазу 5 (фиг. 2) посредством сварки, выполненном в свою очередь в силовом элементе 6 корпуса 4. В частном случае реализации силовой элемент 6 выполнен в виде окружного ребра. Агрегат внешней обвязки 2 соединен с кронштейном 1 посредством болтового соединения.

При сборке узла соединения выступ 3 кронштейна 1 заводят в паз 5, выполненный на силовом элементе 6 корпуса 4, и приваривают один к другому. После чего на кронштейн 1 устанавливают агрегат внешней обвязки 2.

В процессе работы турбомашины узел соединения вместе с агрегатом внешней обвязки 2 (например, топливным насосом, топливным дозатором, трубопроводами и т.д.) испытывает вибрационное воздействие и начинает неким образом колебаться. В случае отсутствия собственных частот колебания в рабочем диапазоне частот вращения роторов значительно снижается вероятность возникновения резонансных эффектов, что обеспечивает низкий уровень динамических напряжений. При этом конструктивное исполнение обеспечивает реализацию максимума динамических напряжений не в области сварного шва. В результате при работе турбомашины материалы деталей узла соединения меньше накапливают усталость.

Реализация узла соединения меньшей массы и большей жесткости позволяет снизить динамические напряжения при колебаниях конструкции за счет вывода собственных частот колебаний последней выше рабочего диапазона частот вращения роторов турбомашины и снижения общего уровня вибраций, что повышает прочность и надежность узла соединения в целом.