Конструкции соединений лопаток с дисками

Требования, предъявляемые к соединениям

Соединения лопаток с дисками

Соединение представляет собой сочетание хвостовика лопатки 3 и продольных или кольцевых пазов на ободе диска 4 (см. рис. 3.12) или поверхности барабана, в которых устанавливаются лопатки.

Соединения лопаток с дисками должны удовлетворять следующим требованиям:

- позволять размещать необходимое количество лопаток надиске;

- обеспечивать необходимую прочность крепления без увеличения массы обода;

- обеспечивать высокую точность установки лопаток на диске и неизменяемость их положения при работе;

- создавать одинаковую жесткость крепления всех лопаток для обеспечения предусмотренного конструктором разброса частот собственных колебаний;

- обладать технологичностью при изготовлении и обеспечивать простоту сборки и замены лопаток в условиях эксплуатации.

Для установки лопаток на ободе диска выполняются продольные пазы вдоль или под углом к образующей обода. Пазы под углом позволяют на ободе диска разместить большее число лопаток, если угол паза согласуется с углом установки профиля корневого сечения лопатки.

Пазы в диске изготавливаются протяжкой.

В компрессоре наибольшее распространение получило соединение лопаток с дисками типа «ласточкин хвост». В данной конструкции хвостовик лопатки и паз в диске в сечении, перпендикулярном оси паза, имеют трапециевидный профиль (рис. 3.12, 3.15). Угол при вершине трапециевидного профиля равен 30... 40° (60).

Рис. 3.15. Элементы соединения лопаток с дисками типа «ласточкин хвост» P=N/2 Sin α/2

Сила Р определяет прочность замка. Она вызывает напряжения смятия.

Чем меньше угол α (угол при вершине замка), тем меньше размеры, масса и нагрузка от замков. При этом увеличивается количества лопаток в диске за счёт уменьшения размера В замка.

Кривизна профиля пера лопатки является причиной неравномерности по длине замка распределения нормальных напряжений на радиусе перехода пера лопатки к замку.

Варианты соединения лопаток с дисками типа «ласточкин хвост»  

Максимальные напряжения у кромки к лопатки снижаются для замков типа 2 и 3.

Лопатки в пазы диска могут устанавливаться с зазором 0,01...0,04 мм (свободная посадка) или с натягом до 0,015 мм (жесткое крепление).

Свободная посадка лопатки в паз допускает качку в окружном направлении, из-за чего происходит некоторое демпфирование колебаний силами трения при перемещении лопатки в замке до частот вращения (0,5... 0,7) n_max, легкий монтаж и демонтаж лопаток. Выше этой частоты вращения центробежные силы прижимают лопатку к диску, и крепление становится жестким. Свободная посадка лопаток в диск применяется наиболее часто.

Посадка лопаток с натягом до 0,015 мм используется для повышения частоты собственных колебаний. Такая сравнительно небольшая величина натяга выбирается для того, чтобы не допустить перенапряжений в ободе при монтаже лопаток и разрушение диска (с началом от паза) при работе двигателя.

Для устранения надиров на поверхностях и лучшего монтажа и демонтажа лопатки ее хвостовик покрывается слоем меди или серебра толщиной 0,003... 0,005мм, который при запрессовке служит смазкой.

Пазы в диске могут быть прямыми и наклонными к оси диска.

Прямые пазы более технологичны в изготовлении.

Если профиль лопатки сильно изогнут, то используют косые пазы, при это возникает дополнительная нагрузка на замок (возникает скручивающий момент).

Для вентиляторных лопаток применяют криволинейные пазы.

Достоинством замков «ласточкин хвост» - технологичность при изготовлении.

Недостаток - ограниченная прочность.

Замок типа «ёлочка»

Выполняется по ОСТ 110 975. В комрессоре применяется для крепления

Схема замка «ёлочка»  

вентиляторных лопаток. Замок имеет меньшую ширину, что позволяет разместить на ободе больше лопаток.

Достоинство:

- имеет повышенную прочность, из-за снижение нагрузок на боковые грани.

Недостатки:

- соединение «ёлочка» более сложное, чем «ласточкин хвост»;

- этот замок требует повышенную точность изготовления.

Для крепления лопаток вентилятора на диске может использоваться елочный элемент соединения, имеющий один крупный зуб. Данный вид соединения меньше ослабляет диск с небольшим значением относительно диаметра втулки (d_во=D_в/D_колеса), чем соединение типа «ласточкин хвост».

Шарнирное крепление является еще одним видом соединения лопаток с диском (рис. 3.20).

Конструкция данного соединения предусматривает установку лопатки 4 с зазором относительно штифта 2 и обода диска 1. От осевого перемещения штифт 2 фиксируется втулкой 5 и заклепкой 3, развальцованной на втулку 5. Наличие зазоров позволяет лопатке под действием изгибающих моментов от газовых и центробежных сил поворачиваться относительно штифта 2, установленного в диске с натягом.

1 - диск; 2 - штифт; 3 - заклепка; 4 – лопатка (самоустанавливается); 5 - втулка

При этом осуществляется практически полное взаимное уравновешивание действующих изгибающих моментов (напряжения изгиба в лопатке при оценке её прочности можно не учитывать).

При шарнирном соединении лопаток с дисками устраняются резонансные колебания по низшим формам.

Из-за трения проскальзывания в шарнире и аэродинамического демпфирования снижаются вибрационные напряжения по другим формам в два-три раза по сравнению с вибрационными напряжениями в соединениях лопаток с дисками типа «ласточкин хвост»

Для устранения износа и схватывания поверхностей элементов соединения в шарнире применяют твердый смазочный материал на основе двусернистого молибдена. Им покрывают проушину лопатки изнутрии с торцов и наружную поверхность штифта, что позволяет лопатке легко поворачиваться в замке.

По условиям прочности штифта и проушин шарнирное крепление можно применять при умеренных окружных скоростях на периферии лопаток – не более 320 м/с.

Шарнирное крепление лопаток применяется как на дисках, так и на барабане ротора.

{Возможно также такое шарнирное крепление лопатки, в котором относительно диска с зазором устанавливаются и лопатка, и штифт. Данное крепление должно обеспечивать отстройку от резонансных колебаний в более широком диапазоне частот. Однако этот вид соединения требует еще специальных исследований}.

Дата добавления: 2014-01-05