Результат интеллектуальной деятельности: Узел крепления трубопровода на корпусе турбомашины

Изобретение относится к конструированию узлов крепежной арматуры трубопроводов в машиностроении, преимущественно в турбомашиностроении.

В качестве наиболее близкого аналога (прототипа) выбран узел крепления трубопровода на корпусе турбомашины, содержащий хомут, охватывающий участок трубопровода и закрепленный при помощи средства фиксации на корпусе турбомашины, при этом хомут снабжен, по меньшей мере, двумя фланцами со сквозными отверстиями под средство фиксации, прокладку, установленную между хомутом и охватываемым участком трубопровода (А.А. Иноземцев, М.А. Нихамкин, В.Л. Сандрацкий, «Газотурбинные двигатели», ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь, 2007 г., стр. 888-889, рис. 13.2.1.6_1 а, б, г, д, е).

Основными недостатками такого технического решения является значительная масса.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение массы устройства с сохранение высокой надежности по аналогии с прототипом в условиях работы при высоких температурах.

Техническим результатом, достигаемым при использовании заявленного устройства, является снижение массы при сохранении требуемой жесткости и прочности и, как следствие, обеспечение ресурса и надежности узла крепления трубопровода на корпусе турбомашины в целом, в том числе и в условии работы при высоких температурах, то есть при температурах, близких к верхним границам температур допустимой работоспособности применяемых материалов.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что узел крепления трубопровода на корпусе турбомашины содержит хомут, охватывающий участок трубопровода и закрепленный при помощи средства фиксации на корпусе турбомашины, при этом хомут снабжен, по меньшей мере, двумя фланцами со сквозными отверстиями под средство фиксации, прокладку, установленную между хомутом и охватываемым участком трубопровода, при этом он снабжен четным количеством плоских ребер жесткости, попарно соединяющих хомут с фланцами, при этом ось сквозных отверстий расположена между соответствующей парой ребер жесткости, а хомут, фланцы и ребра жесткости выполнены из композитного материала, армированного полиимидными или арамидными волокнами.

Кроме того, узел крепления трубопровода на корпусе турбомашины снабжен шарниром с полой осью охватывающим участок трубопровода, при этом шарнир установлен внутри хомута, а прокладка установлена соответственно между хомутом и шарниром или между шарниром и трубопроводом.

При этом, в узле крепления трубопровода на корпусе турбомашины шарнир с полой осью выполнен из антифрикционного материала.

При этом, в узле крепления трубопровода на корпусе турбомашины шарнир с полой осью выполнен из фторопласта.

При этом, в узле крепления трубопровода на корпусе турбомашины узел крепления трубопровода на корпусе турбомашины снабжен по меньшей мере одним крепежным элементом для средства фиксации соосным соответствующему сквозному отверстию.

Кроме того, в узле крепления трубопровода на корпусе турбомашины крепежный элемент выполнен зацело с фланцем.

Кроме того, в узле крепления трубопровода на корпусе турбомашины хомут выполнен в виде цельной детали.

Кроме того, в узле крепления трубопровода на корпусе турбомашины хомут выполнен из двух разъемных частей.

Кроме того, в узле крепления трубопровода на корпусе турбомашины разъемные части хомута выполнены симметричными относительно плоскости их разъема.

Кроме того, в узле крепления трубопровода на корпусе турбомашины между противоположными фланцами разных разъемных частей хомута реализован зазор.

Снабжение четным количеством плоских ребер жесткости, попарно соединяющих хомут с фланцами, обеспечивает требуемую жесткость и прочность узла крепления, который воспринимают нагрузки с трубопровода в работе, что обеспечивает ресурс и надежность узла крепления трубопровода в целом.

Расположение оси сквозных отверстий между соответствующей парой ребер жесткости, обеспечивает требуемую жесткость и прочность узла крепления, который воспринимают нагрузки с трубопровода в работе, что обеспечивает ресурс и надежность узла крепления трубопровода в целом.

Выполнение хомута, фланцев и ребер жесткости из композитного материала, армированного полиимидными или арамидными волокнами, обеспечивает требуемую жесткость и прочность при снижении массы, что обеспечивает ресурс и надежность узла крепления трубопровода в целом, в том числе в условиях работы при высоких температурах.

Снабжение хомута шарниром с полой осью, охватывающим трубопровод, при этом шарнир установлен внутри хомута, а прокладка установлена соответственно между хомутом и шарниром или между шарниром и трубопроводом, снижает нагрузку на хомут с трубопровода, а именно, исключает ее моментную составляющую, что обеспечивает ресурс и надежность узла крепления трубопровода в целом.

Выполнение шарнира с полой осью из антифрикционного материала снижает износ шарнира, что обеспечивает ресурс и надежность узла крепления трубопровода в целом.

Выполнение шарнира с полой осью из фторопласта снижает массу узла крепления трубопровода в целом.

Снабжение, по меньшей мере, одним крепежным элементом (ответная часть может быть частью корпуса турбомашины) для средства фиксации, соосным соответствующим сквозным отверстиям, обеспечивает требуемую жесткость, ресурс и надежность узла крепления трубопровода в целом.

Выполнение крепежного элемента зацело с фланцем замещает объем материала фланца материалом крепежного элемента, что снижает массу узла крепления трубопровода в целом.

Выполнение хомута в виде цельной детали увеличивает жесткость, что обеспечивает ресурс и надежность узла крепления трубопровода в целом. Требуется в случае необходимости крепить хомут на корпусе турбомашины в одной точке.

Выполнение хомута из двух разъемных частей повышает прочность фланцев узла крепления трубопровода, с которого приходит усилие и передается через фланцы на две точки крепления, что обеспечивает ресурс и надежность узла крепления трубопровода в целом.

Выполнение разъемных частей хомута симметричными относительно плоскости их разъема позволяет равномерно (пополам) распределить нагрузку с трубопровода между ними. Свойство равнопрочности разъемных частей хомута обеспечивает требуемые ресурс и надежность узла крепления трубопровода в целом.

Реализация зазора между противоположными фланцами разных разъемных частей хомута обеспечивает гарантированное стягивание разъемных частей хомута крепежным элементом или крепежными элементами, в случае неточности их изготовления, то есть исключает возможность упереться одной разъемной части хомута в другую до обеспечения требуемого усилия обжатия участка трубопровода с прокладкой, что обеспечивает требуемую жесткость, ресурс и надежность узла крепления трубопровода в целом.

Сущность настоящего изобретения поясняется чертежами.

На фиг. 1 - представлен частный случай реализации узла крепления трубопровода из композитного материала на корпусе турбомашины;

На фиг. 2 - представлен вид А - вид сверху на узел крепления трубопровода из композитного материала на корпусе турбомашины.

В частном случае реализации узел крепления трубопровода 1 на корпус 2 турбомашины содержит хомут 3 (фиг. 1), состоящий из двух разъемных частей 4, 5, выполненных из композитного материала, армированного полиимидными или арамидными волокнами, что позволяет сохранять работоспособность при высоких температурах, средства фиксации 6 и прокладку 7, выполняющую функцию демпфера. Хомут 3 снабжен двумя парами плоских ребер 8, выполненных на разъемной части 4 и соединяющих хомут 3 с фланцами 9 разъемной части 4. Разъемная часть 5 также снабжена фланцами 10. Плоские ребра 8 и фланцы 9, 10 также выполнены из композитного материала, армированного полиимидными или арамидными волокнами, зацело с хомутом 3 (фиг. 2).

Сборка узла осуществляется следующим образом: на закрепляемый участок трубопровода 1 устанавливают прокладку 7. Охватывают ее с двух сторон разъемными частями 4, 5. После чего крепят последние средствами фиксации 6 на корпусе 2 турбомашины, в представленном случае исполнения конструкции узла - это два винтовых соединения.

В работе конструкция при помощи хомута 3 связывает трубопровод 1 с корпусом 2 и образует между ними более жесткую систему, чем трубопровод 1 в отдельности. Из-за высокой динамической нагруженности турбомашины все элементы ее конструкции подвергаются динамическому воздействию, что приводит к их вынужденным колебаниям. Представленное крепление снижает амплитуды колебаний трубопровода 1 и привносит в систему дополнительное демпфирование за счет свойств прокладки 7, тем самым снижая динамические напряжения в трубопроводе 1. При этом трубопровод 1 нагружает хомут 3. Поэтому хомут 3, а именно разъемные части 4, 5 и их средство фиксации 6, удерживают трубопровод 1 в месте соединения не корпусе 2 турбомашины, обеспечивая их совместные колебания за счет своих жесткостных и прочностных свойств.

Исполнение заявленной конструкции из композитного материала, армированного полиимидными или арамидными волокнами, позволяет значительно снизить массу и обеспечить требуемые ресурс и надежность, в том числе и при работе в условиях высоких температур всего узла в целом.