полный вал газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий по меньшей мере упомянутый вал. Двигатель полый вал


Составной полый вал газотурбинного двигателя

Составной полый вал газотурбинного двигателя содержит три участка, которые жестко соединены между собой. Средний участок выполнен из титана, причем его длина выбрана в пределах 0,5-0,7 от длины всего составного вала, а его диаметр в пределах 1,15-1,25 от диаметров крайних участков тела вала. Изобретение позволяет повысить критическую частоту вращения вала, а также уменьшить вес вала. 1 ил.

 

Изобретение относится к составным валам с разъемными соединениями.

Известен вал, соединяющий компрессор и турбину, являющийся полым цилиндром, расположенным на 2 подшипниках [1].

Полностью, выполняя свое предназначение, он очень труден в изготовлении, т.к. трудно выполнить центровку внутреннего отверстия, чтобы стенки полого вала имели одну толщину. Разная толщина стенок вала вызывает дисбаланс вала, а это нежелательно.

Ближайшим по техническому решению является составной полый вал ГТД, содержащий три участка, жестко соединенных между собой [2].

Эта конструкция упрощает изготовление вала, но при большой длине вала собственная частота вращения вала будет недостаточной для работы. Собственная частота системы является конструктивной характеристикой данной системы, если есть возможность ее увеличить, то система выигрывает. В данном случае собственная частота незначительно выше рабочей, увеличивая собственную частоту до запаса 25%, мы способствуем бесперебойной работе ГТД. В противном случае это приведет к увеличению уровня вибрации, который не поддается демпфированию, т.к. данная критическая частота вращения вызывает изгиб вала и имеет незначительное смещение в опорах, где располагаются демпферы.

Задачей изобретения является повышение критической частоты вращения вала на 5%-10%, что в некоторых случаях бывает достаточно для получения необходимых запасов по критической частоте вращения вала, кроме этой задачи, также уменьшается вес вала, что также полезно для авиации.

Указанная задача решается тем, что составной полый вал ГТД, содержащий три участка, жестко соединенных между собой, причем средний участок выполнен из титана, причем его длина выбрана в пределах 0,5-0,7 от длины всего составного вала, а его диаметр в пределах 1,15-1,25 от диаметров крайних участков тела вала.

Новым является то, что средний участок выполнен из титана, причем его длина выбрана в пределах 0,5-0,7 от длины всего составного вала, а его диаметр в пределах 1,15-1,25 от диаметров крайних участков тела вала.

Вал, состоящий из трех частей, является двухопорным. Две части выполнены, например, из стали, а средняя - из титана. Две части из стали предполагают расположение на них подшипников и должны быть меньшего диаметра и большей толщины. Средняя часть выполняется большего диаметра, внутренняя обойма одного из подшипников или вала подшипника закрепляется на валу ротора и он определяет возможные размеры диаметра средней части при сохранении возможности передачи крутящего момента.

Увеличенный диаметр средней части и применение более легкого металла, например титана, приводит к тому, что средняя часть становится более легкой и обладающей такой же жесткостью, как и две крайние части, вследствие этого критическая (или собственная) частота возрастает. Увеличение собственной частоты вала не более 10%, но этого достаточно в некоторых случаях, помимо этого из-за применения титана вал становится легче, что также выгодно для ГТД.

Приводим пример расчета вала из трех частей для передачи крутящего момента от компрессора низкого давления к турбине низкого давления, применяемой для авиационного ГТД военного образца.

Исходные данные

длина вала l=1214,7 мм

диаметр левой

крайней части Д1/d1=55/47,5 (мм)

диаметр правой

крайней части Д1/d1=55/37,5 (мм)

диаметр

средней части Д3/d3=64/60 (мм)

длина левой части l1=273 мм

длина правой части l2=279,3 мм

длина средней части l3=662,4 мм

Расчет, выполненный методом начальных параметров, если весь вал из стали:

nкр=1114,3 об/мин m=23,899 кг,

если средняя часть выполнена из титана

nкр=1223,3 об/мин m=20,398 кг,

выигрыш в массе 3,5 кг, а разница критических частот оборотов ≈9%.

На чертеже изображен вал из трех участков, где левая крайняя часть 1, правая крайняя часть 2, середина увеличенного диаметра из титана 3, подшипники 4, 5, конус 6.

Работа осуществляется следующим образом: когда работает двигатель, вал начинает разгоняться и при максимальном режиме достигает максимальной частоты вращения (если запас по критической частоте времени недостаточен, возрастает прогиб вала и необходимым требованием в нормативной документации является величина запасов по критической частоте). Если изгиб вала велик сверх нормы, возрастает нагрузка на подшипники 4, 5, что может вызвать их поломку. Увеличение запасов по критической частоте увеличивает работоспособность подшипников 4, 5.

Из описания видно, что для реализации устройств используются элементы, применяемые в промышленности, что позволяет сделать вывод о промышленной применимости изобретения.

Источники информации

1. Никитин Ю.М. Конструирование элементов, деталей и узлов авиадвигателей (под ред. д-ра тех. наук проф. Г.С.Скубачевского), М.: Машиностроение, 1968, стр. 312-313, рис. 9.6.

2. Там же, стр. 107, рис. 4.11.

Составной полый вал ГТД, содержащий три участка, жестко соединенных между собой, отличающийся тем, что средний участок выполнен из титана, причем его длина выбрана в пределах 0,5-0,7 от длины всего составного вала, а его диаметр в пределах 1,15-1,25 от диаметров крайних участков тела вала.

www.findpatent.ru

Полный вал газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий по меньшей мере упомянутый вал

Полый вал газотурбинного двигателя содержит цилиндрическую стенку и деталь крепления к диску ротора газотурбинного двигателя на одном ее конце. На части внутренней поверхности цилиндрической стенки, ближней к упомянутому концу, закреплен слоистый материал амортизации вибраций. Слоистый материал содержит, по меньшей мере, один слой из вязкоупругого материала в контакте с упомянутой частью поверхности и один противослой из жесткого материала, содержащий боковое продолжение. Боковое продолжение образует деталь механического крепления к валу, опирается на деталь крепления вала к диску ротора и удерживает вязкоупругий слой опирающимся на упомянутую часть внутренней поверхности. Другое изобретение группы относится к газотурбинному двигателю, содержащему указанный выше полый вал. Изобретения позволяют обеспечить амортизацию вибраций вала газотурбинного двигателя. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области газотурбинных двигателей, в частности газотурбинных двигателей, таких как турбореактивные или турбовинтовые двигатели, и касается устройства амортизации вибраций.

Авиационные газотурбинные двигатели содержат множество лопаточных колес, то есть вращающихся дисков, по периферии которых установлены подвижные лопатки. Эти лопаточные колеса соединены с цилиндрическими деталями, которые называют валами или стержнями. Эти компоненты являются особо чувствительными деталями, так как они должны отвечать, говоря об определении размеров, требованиям к механической стойкости при вращении, к температуре и аэродинамической нагрузке. Комплекс этих аспектов таков, что эти конструкции нагружены статически и, с учетом требований к сроку службы, амплитуды вибраций, которые они испытывают, должны оставаться малыми. При проектировании и доводке газотурбинного двигателя, требующих координации нескольких дисциплин, процесс определения размеров является итеративным. Определение размеров с учетом вибраций осуществляется для того, чтобы исключить наличие критических мод в рабочем диапазоне. Комплекс утверждается в конце цикла проектирования путем испытания двигателя, при котором измеряются вибрационные амплитуды. Иногда появляются высокие уровни, вызванные либо ответом синхронных или асинхронных воздействий, либо нестабильностями. Проектирование валов или стержней должно быть, в таком случае, сделано заново, что является особенно длительным и дорогостоящим процессом.

В промышленном плане задачей является предсказание, как можно более ранее, при определении размеров уровней вибрационного ответа конструкций для того, чтобы принять корректирующие меры, которые должны быть внедрены в начале проектирования. Среди этих целей механическая амортизация является важной задачей для разработчиков.

Для обеспечения прочности этих деталей по отношению к вибрационной усталости решение заключается в том, что к конструкции добавляют специальные устройства, являющиеся источником рассеивания энергии. Из документа ЕР 1253290 известно, например, средство амортизации на лопатках подвижного колеса компрессора. Оно содержит слой вязкоупругого материала и напряженный слой. Что касается профиля лопаток, находящихся в тракте газового потока, решение, предложенное в этом документе, предусматривает образование полости в профиле лопаток для размещения в них амортизирующих средств. Таким образом, поверхность профиля лопаток, находящихся в контакте с потоком, не имеет нерегулярности, и газовый поток не нарушается. Такая конструкция требует тщательной механической обработки из-за малой толщины лопаток. Более того, существует риск возникновения неравномерности между различными лопатками одного колеса, приводящий к дисбалансу.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение динамических реакций конструкции под синхронной или асинхронной нагрузкой аэродинамической или иной природы посредством введения динамической амортизации.

Полый вал газотурбинного двигателя в соответствии с изобретением, содержащий цилиндрическую стенку с частью внутренней поверхности и на одном конце деталь крепления к диску ротора газотурбинного двигателя, характеризуется тем, что на упомянутой части внутренней поверхности закреплено, по меньшей мере, одно средство амортизации вибраций из слоистого материала, при этом средство амортизации содержит, по меньшей мере, один слой вязкоупругого материала в контакте с упомянутой частью поверхности и один противослой из жесткого материала, при этом упомянутый противослой содержит боковое продолжение, образующее деталь механического крепления к валу, и удерживает вязкоупругий слой, опирающимся к упомянутой части внутренней поверхности. Боковое продолжение закреплено к детали крепления вала к диску ротора газотурбинного двигателя.

Оригинальность настоящего изобретения заключается в использовании слоистого материала из вязкоупругого материала с напряженным слоем, при этом упомянутый слоистый материал опирается на конструкцию таким образом, чтобы рассеивать вибрационную энергию детали.

Рассеивание вибрационной энергии обеспечивается деформацией сдвига вязкоупругого материала между конструкцией, которая деформируется под динамической нагрузкой, и напряженным слоем, вовлеченным по инерции. Этот слоистый материал закреплен внутри валов или стержней и непосредственно гасит моды вибраций рассматриваемых деталей.

Изобретение позволяет увеличить структурную амортизацию металлической детали и решить вибрационную проблему, встречаемую при проектировании: следствием этого является, в конечном итоге, уменьшение времени разработки и связанных с ней доводок, а следовательно, уменьшение затрат.

Оно позволяет также расширить классические области проектирования, ограниченные удовлетворением требований по стойкости к переменным нагрузкам, а косвенно, получить выигрыш в массе.

Изобретение применимо независимо от типа динамической нагрузки: пересечение с гармониками двигателей, асинхронное или акустическое возбуждение, аэроупругая нестабильность или возбуждение в контакте ротор-статор. В соответствии с различными вариантами осуществления:

- средство амортизации покрывает частично, аксиально или по окружности, упомянутую часть внутренней поверхности. Вал содержит множество амортизирующих средств, распределенных по окружности на части внутренней поверхности;

- слои связаны между собой;

- противослой содержит деталь механического крепления;

- деталь механического крепления связывает противослой с валом;

- деталь механического крепления удерживает вязкоупругий слой опирающимся к упомянутой части внутренней поверхности;

- слоистый материал состоит из пакета чередующихся вязкоупругих слоев и жестких слоев;

- характеристики вязкоупругого материала изменяются от одного слоя к другому;

- характеристики вязкоупругого материала являются одинаковыми от одного слоя к другому;

- характеристики жесткого материала изменяются от одного жесткого слоя к другому;

- характеристики жесткого материала являются одинаковыми от одного жесткого слоя к другому.

Изобретение относится также к газотурбинному двигателю, содержащему по меньшей мере один такой вал.

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

фиг.1 схематично изображает турбореактивный двигатель в аксиальном разрезе, содержащий вал по изобретению;

фиг.2 изображает в разрезе амортизирующий слоистый материал по изобретению;

фиг.3 изображает вал, вид в перспекиве, снабженный амортизирующим слоистым материалом в соответствии с изобретением;

фиг.4 показывает вал по фиг.3 в аксиальном разрезе в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

На фиг.1 схематично изображен пример газотурбинного двигателя в виде турбореактивного двигателя 1 с истечением первичного и вторичного воздуха и с двумя корпусами. Вентилятор 2 на входе питает двигатель воздухом. Сжатый вентилятором воздух разделяется на два концентрических потока. Вторичный поток выводится непосредственно в атмосферу и обеспечивает основную часть движущей реактивной тяги. Первичный поток направляется через несколько ступеней 3 и 4 компрессии к камере сгорания 5, где он смешивается с топливом и сжигается. Горячие газы питают различные ступени 6 и 7 турбины, которая приводит в движение вентилятор и ступени компрессии. Далее газы выбрасываются в атмосферу. Конструктивно такой двигатель содержит два ротора, вращающихся с различными скоростями: ротор ВД 4-6, через который проходят газы высокого давления, и ротор НД 2-3-7, через который проходят газы низкого давления. Ротор ВД 4-6, содержащий барабанный ротор компрессора ВД 4 и диск турбины ВД 6 с обеих сторон камеры сгорания 5, связанные валом или цилиндрическим стержнем 14. Ротор НД содержит ротор вентилятора 2 и ротор компрессора 3 наддува, связанные валом 13 с ротором турбины НД.

В соответствии с изобретением средства динамической амортизации вибраций располагают на внутренних частях поверхности валов или цилиндрических стержней, связывающих роторы между собой.

Как видно на фиг.2, амортизирующее средство 30 выполнено в виде слоистого материала с множеством уложенных один на другой слоев. В соответствии с вариантом осуществления слоистый материал содержит слой 32 вязкоупругого материала и противослой 34 из жесткого материала. Слоистый материал 30 накладывается слоем 32 к поверхности амортизируемой конструкции.

Вязкоупругость является свойством твердого тела или жидкости, которые при деформации проявляют одновременно вязкость и упругость одновременным рассеиванием и накоплением механической энергии.

Изотропные или анизотропные характеристики упругости жесткого материала противослоя 34 превышают изотропные или анизотропные характеристики вязкоупругого материала в желаемом диапазоне термического и частотного функционирования. В качестве неограничивающего примера материалом слоя 34 может быть металл или композит, а в качестве материала слоя 32 - каучук, силикон, полимер, стекло или эпоксидная смола. Материал должен быть эффективен в смысле рассеивания энергии в желаемой конфигурации, соответствующей определенным диапазонам температур и частот. Он выбирается, исходя из его характерных модулей сдвига, выраженных в деформации и скорости.

В соответствии с другими вариантами осуществления слоистый материал содержит несколько слоев 32 вязкоупругого материала и несколько слоев 34 из жесткого материала, которые размещены попеременно. Пример на фиг.2 показывает неограничивающим образом слоистый амортизирующий материал, содержащий три слоя 32 из вязкоупругого материала и три противослоя 34 из жесткого материала. В соответствии с чертежами слои 32 вязкоупругого материала и противослои 34 жесткого материала имеют одинаковые размеры или разные размеры. Когда слоистый материал содержит несколько слоев 32, они все могут иметь одинаковые механические характеристики, либо иметь различные механические характеристики. Когда слоистый материал содержит несколько противослоев 34, они все могут иметь одинаковые механические характеристики или различные механические характеристики. Слои 32 и противослои 34 скреплены одни с другими предпочтительно посредством адгезии с помощью клеящей пленки либо полимеризацией.

На фиг.3 представлен первый вариант осуществления. Вал 40, на чертеже показана только ближняя к его концу часть, является полым и содержит цилиндрическую стенку 41. Этот конец снабжен деталью крепления 45 к такой детали, как, например, диск турбины или компрессора. Соединение осуществляется с помощью болтов. Эта деталь крепления 45 содержит цилиндрическую часть с той же осью, что и полый вал, с диаметром, превышающим последний. Она связана с валом 40 частью в форме почти усеченного конуса. Внутренняя поверхность 41i вала содержит, по меньшей мере, одну прямую часть почти цилиндрической формы, параллельную оси вала. Слоистый материал 30, состоящий из двух слоев: вязкоупругого 32 и жесткого противослоя 34, закреплен на этой части поверхности 41i. Слоистый материал 30 закреплен здесь путем приклеивания или полимеризации на части поверхности 41i. Этот слоистый материал размещен на аксиальной части цилиндрической части поверхности 41i. Предпочтительно он размещен по окружности на всей поверхности.

При работе, моды вибраций вала демпфируются слоистым материалом без нарушения аэродинамического потока в газовом тракте.

На фиг.4 представлен второй вариант осуществления. Вал является таким же, как вышеописанный. Конец вала снабжен деталью крепления 45 к такой детали, как, например, диск турбины или компрессора. Соединение осуществляется с помощью болтов. Эта деталь крепления 45 содержит цилиндрическую часть с той же осью, что и полый вал, с диаметром, превышающим диаметр конца последнего. Она соединена частью в форме почти усеченного конуса с валом 40. Слоистый амортизирующий материал 30' здесь также содержит вязкоупругий слой 32' и жесткий противослой 34'. Жесткий противослой 34' содержит боковое продолжение 34а', то есть продолжение по оси вала, которое опирается на часть последнего. В соответствии с этим примером речь идет о детали крепления 45. Боковое продолжение 34а' содержит часть в форме усеченного конуса и цилиндрическую часть. Цилиндрическая часть опирается на внутреннюю поверхность цилиндрической части детали крепления 45. Она соединена болтами или соединена любым другим образом с деталью крепления 45. Предпочтительно крепление содержит болтовое соединение детали крепления 45 к диску, с которым связан вал. Благодаря этому средству обеспечивается наилучшее поведение слоистого амортизирующего материала при различных ситуациях, которым должен противостоять вал. В этом случае слоистый материал необязательно должен быть приклеен к внутренней поверхности вала. Предпочтительное выполнение механического крепления обеспечивает прижатие слоистого материала к этой поверхности таким образом, чтобы пои возникновении вибраций они передавались на вязкоупругий слой.

1. Полый вал газотурбинного двигателя, содержащий цилиндрическую стенку с внутренней поверхностью и на одном конце деталь крепления к диску ротора газотурбинного двигателя, отличающийся тем, что на части внутренней поверхности, ближней к упомянутому концу, закреплен, по меньшей мере, один слоистый материал (30') амортизации вибраций, при этом слоистый материал содержит, по меньшей мере, один слой (32') из вязкоупругого материала в контакте с упомянутой частью поверхности, и один противослой (34') из жесткого материала, содержащий боковое продолжение (34'а), образующее деталь механического крепления к валу, опирающееся об упомянутую деталь крепления вала к диску ротора, и удерживающее вязкоупругий слой опирающимся об упомянутую часть внутренней поверхности.

2. Полый вал по п.1, содержащий множество слоистых материалов, распределенных по окружности на части внутренней поверхности.

3. Полый вал по п.1, в котором слои связаны между собой в частности склеиванием.

4. Полый вал по п.1, в котором слоистый материал образован пакетом чередующихся вязкоупругих слоев и жестких слоев.

5. Полый вал по предыдущему пункту, в котором характеристики вязкоупругого материала изменяются от одного слоя к другому.

6. Полый вал по п.4, в котором характеристики вязкоупругого материала являются одинаковыми от одного слоя к другому.

7. Полый вал по п.4, в котором характеристики жесткого материала изменяются от одного жесткого слоя к другому.

8. Полый вал по п.7, в котором характеристики жесткого материала являются одинаковыми от одного жесткого слоя к другому.

9. Газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один полый вал по одному из предыдущих пунктов.

10. Газотурбинный двигатель по п.9, содержащий компрессор, при этом полый вал связан с диском упомянутого компрессора.

www.findpatent.ru

Китай Полый Вал Двигателя, Китай Полый Вал Двигателя список товаров на ru.Made-in-China.com

Цена FOB для Справки: US $ 3000 / Комплект MOQ: 1Комплект

  • Применение: Промышленное,Универсальное,Бытовая Техника,Электроинструменты,Автомобиль
  • Рабочая скорость: Регулировка Скорости
  • Количество статора: Трехфазный
  • Ротор Структура: Короткозамкнутая
  • Корпус защиты: Защитный
  • Количество поляков: 2
  • Поставщики с проверенными бизнес-лицензиями

    Поставщики, проверенные инспекционными службами

    Shanghai Electric Heavy Machinery Co., Ltd.
  • провинция: Shanghai, China

ru.made-in-china.com

Двигатели с полым валом МАР

Примерами отливок могут служить втулки, маслоты, гильзы цилиндров двигателей, полые валы, прокатные валки, тормозные барабаны, трубы и т. п.  [c.413]

С помощью проушины 8 штока 6 толкатель присоединяется к рычажной систе.че тормоза. Гайка 4 связана с полым валом электродвигателя муфтой 2 свободного хода. При включении двигателя полый вал с элементами муфты 2 и гайка 4 поворачиваются, заставляя перемещаться шпиндель 3. который сжимает замыкающие пружины 7 и выдвигает шток (размыкает тормоз). При выключении тока шток 6 и шпиндель 3 возвращается обратно под действием усилия пружин 7, что приводит к замыканию тормоза, при этом  [c.267]

Корпус сит 3 закреплен па полом валу 2, покоящемся на пружинах 4 и соединенном с приводом от двигателя Ь пружиной 5. Вал , покоящийся в подшипниках, смонтированных внутри вала 2, несет на себе неуравновешенную массу т. Вал 1 приводится в движение двигателем а. Валы 1 н 2 вращаются с различными числами оборотов, при этом сита 3, вращаясь, совершают колебательное движение.  [c.314]

Насосы с пневматическим приводом предназначены для прокачки электролита при нанесении гальванических покрытий на внутренние поверхности полых деталей. Насосы этого типа могут быть использованы для перекачки агрессивных жидкостей (кислот, растворов, щелочей и т. д.) из ванн в емкости, а также для перемешивания растворов. Насос имеет пневматический роторный двигатель, корпус и шнек. Ротором в двигателе служит вал с насаженными на него двумя обоймами, на которых под определенным углом к образующей выфрезерованы пазы прямоугольного сечения. Сжатый воздух через патру-  [c.343]

В реакторах ВВЭР-440 применен синхронный двигатель с вращающимся ротором (рис. 11.3). Статор электродвигателя 12 расположен в герметичном кожухе 7, а ротор 6 находится в среде первого контура. Его полый вал через редуктор 11 передает вращение на реечную шестерню 9, связанную с рейкой 8-К рейке жестко прикреплена штанга, сцепленная с головкой регулирующей кассеты 10. Сверху располагается датчик положения 1, состоящий из катушек 2 и магнитного шунта 3, установленного на шариковой гайке 4, линейно перемещающейся при вращении ходового винта 5, связанного с валом электродвигате-  [c.131]

Однофазные коллекторные тяговые двигатели строятся на напряжение до 500—604 в и мощность при трамвайной подвеске до 500— 600 кет. Двигатели скоростных электровозов с передачей посредством полого вала имеют  [c.421]

В передачах с полым валом применяется привод к оси от одного двигателя. расположенного или над осью, что часто встречается у электровозов однофазного тока, или сбоку оси, аналогично трамвайной подвеске (на моторных вагонах).  [c.466]

На некоторых электровозах французских и австрийских железных дорог установлены двигатели с вертикальным валом и конической передачей к полому валу. При этом двигатели занимают много места в кузове электровоза, затрудняя размещение аппаратуры, вследствие чего эта система не получила распространения.  [c.467]

Недостатки трамвайной подвески в отношении повышенного воздействия на путь имеют существенное значение также для трамвая и метрополитена с их относительно высокой скоростью и густотой движения. Кроме того, износ моторно-осевых подшипников и нарушение централи вызывают ускоренный износ шестерён и резкое усиление шума, особенно нежелательного на улицах городов и в тоннеле. Наконец. трамвайная подвеска лимитирует повышение числа оборотов, позволяющее существенно уменьшить вес и габаритные размеры двигателей. Желательное увеличение передаточного числа не достигается и при передачах с полым валом. Для новейших конструкций вагонов трамвая и метрополитена характерно применение другого типа передач, которые могут быть названы передачами с осевым редуктором.  [c.467]

Фиг. 21. Передача с карданным валом, проходящим через полый вал двигателя 1 — полый вал 2 — приводной рычаг, жёстко связанный с полым валом 1 3 — стальной диск 4—приводной рычаг, приваренный к промежуточному валу 5—промежуточный вал 6 — приводной рычаг, заклиненный на валу 5 7 — стальной диск 8— приводной рычаг на валу 9 шестерни 9 — вал шестерни 10 — шестерня
Применение передачи этого типа для электровозов затруднено тем, что размещение подшипников шестерни и кардана существенно сокращает осевой размер двигателя. Однако на новых электровозах швейцарских железных дорог применена передача (фиг. 21), в которой карданный вал проходит через полый вал двигателя и шарниры кардана заменены упругими дисками. Подшипники утоплены в тело шестерни, что возможно при сравнительно большом диаметре и. следовательно, малом передаточном числе, ограничивающем применение такой системы электровозами пассажирского типа.  [c.468]

Тяговые двигатели жёстко связаны с рамой дизель-электрической группы. Вращающий момент передаётся оси при помощи двух зубчатых колёс, находящихся в зацеплении с двумя колёсами, наглухо сидящими на полом валу, сквозь который проходит ось тепловоза с радиальным зазором 40 мм. Привод каждого  [c.608]

Конструктивные особенности. Вращение барабана моталки с тангенциальной подачей полосы (фиг. 82) осуществляется через зубчатую передачу от вертикально расположенного двигателя мощностью 16 л. с., делающего 950 оборотов в минуту. Барабан закреплён на конце полого вала, установленного на подшипниках качения. Наматываемая проволока поступает по касательной трубке  [c.1006]

Применение двигателей с полым валом см. также на фиг. 122, 140 и 141.  [c.1024]

Фиг. 121. а — рольганговый двигатель с полым валом МАР 72/12 опытного завода МЭП б — посадочный конец оси ролика рольганга, на который надевается полый вал двигателя МАР 72/12.  [c.1025]

Двигатель RB.360 Джем имеет кольцевое входное устройство со встроенным в него планетарным редуктором. Компрессор двигателя — двухкаскадный, состоит из четырехступенчатого осевого компрессора низкого давления с трансзвуковыми ступенями и одноступенчатого центробежного компрессора высокого давления. Камера сгорания — противоточная, кольцевого типа, имеет испарительные форсунки. Турбина высокого давления — одноступенчатая, охлаждаемая, турбина низкого давления также одноступенчатая, неохлаждаемая. Силовая турбина — двухступенчатая. Ее вал проходит внутри полых валов турбокомпрессорной части двигателя и соединяется с редуктором, расположенным в передней части двигателя. В двигателе имеется девять подшипников, причем каждый ротор опирается на три подшипника, расположенные в пяти опорных узлах.  [c.135]

Тельфер со встроенным в барабан двигателем применяется на кран-балках коиструкции 1960 г. Механизм подъема указанного тельфера, показанный на рис. 5, имеет токоподводящую коробку 1, барабан 2, редуктор 3 и тормоз 4. В токоподводящей коробке находятся. магнитный пускатель электропривода передвижения тельфера, пускатель механизма подъема и контактные кольца. В корпус грузового барабана 2 впрессован статор 5 электродвигателя, а ротор 6 насажен на вал, имеющий яа конце шлицы и соединенный посредством муфты с первым валом редуктора, на конце которого установлен маховик стопорного тормоза 4. На втором валу редуктора находится дисковый грузоупорный тормоз 7, предназначенный для регулирования скорости опускания груза. Вращающий мо-мент от редуктора к барабану передается с помощью полого вала, имеющего зубчатый венец, который постоянно находится в зацеплении со ступицей барабана. Для всего ряда электроталей (кроме грузоподъемностей 0,125 и 0,25 т) предусмотрена единая система индексации (сокращенного обозначения), например ТЭ2-511. Две первые буквы означают — таль электрическая, цифра за ними — грузоподъемность в тоннах, три цифры после черточки соответственно обозначают номер исполнения тали, исполнение барабана и число скоростей механизма подъема.  [c.10]

В случае необходимости механизм отбора мощности для погрузчиков непрерывного действия выполняется независимым (рис. 85). Муфта сцепления 3 обычной конструкции монтируется на валу 7 и приводит его при зажатом ведомом диске. От вала 7 вращение и крутящий момент передаются коробке передач посредством карданного вала. К маховику 2 двигателя 1 присоединен компенсирующий фланец 4 полого вала 8 отбора мощности. Корпус 5 редуктора крепится к картеру маховика 2. На валу 8 посажена ведущая шестерня отбора мощности, находящаяся в постоянном зацеплении с ведомыми  [c.171]

На рис. 105,6 показана передача тягового двигателя с торсионным валом 10, который пропущен через полый вал тягового двигателя 5. Полый вал соединен с торсионным валом 10 шарнирной муфтой 9, а с валом малой шестерни 13 муфтой И. Вал шестер-  [c.199]

Между двумя концами валов, ведущим 1 (двигателя) и ведомым 7 (компрессорной машины), включается измеряющий валик 4, изготовленный из пружинной стали. На концы этого валика надеты наглухо втулки 2 п 6, из которых втулка 2 жестко соединена с полым валом 3, а втулка 6 — с фланцем 9. На левом конце трубы 3 заклинен фланец 17, соединяемый болтами с муфтой 18, насаженной на конце вала 1 фланец 9 присоединяется к концу вала 7 через фланец 8. Для измерения угла ф кручения служат диски 14, 12, И. При работе динамометра валик 4 и диск 11 повернутся на угол ф относительно дисков 14 и 12, которые останутся неподвижными. При помощи зеркала 16 через узкую радиальную щель на диске 14 и прорезь 13 со щелью 19 на диске 12 глаз 15 увидит в увеличенном виде деления на окружности кольца 5 из органического стекла, освещенного сзади лампой 10, и определит угол ф. При числе оборотов, большем 250 в 1 мин, и постоянной величине момента Мкр часто  [c.77]

Конструкции таких приводов весьма разнообразны. Наибольшее распространение получили приводы (рис. 147,6) с подвижными элементами между полым валом 4, охватывающим ведущую ось 3, и колесными центрами. Полый вал и зубчатая передача закреплены в одном комплекте с электродвигателем на раме тележки обеспечен легкий доступ к подвижным элементам. К недостаткам такой конструкции относят повышенный вес тягового двигателя и большой расход цветного металла на изготовление вкладышей опор полого вала.  [c.201]

Разъемный кожух зубчатой передачи (рис. 155), сваренный из стальных листов толщиной 4 мм, укреплен к остову двигателя в шести точках. Стыки кожуха с полым валом и валом якоря двигателя уплотнены войлоком ТС-5, а контур разъема —  [c.208]

Двигатель / толкателя включен параллельно двигателю механизма, т. е. его вращение начинается одновременно с вращением двигателя механизма. При этом, вследствие поворота полого вала, элементов муфты свободного хода и гайки 4, шпиндель 3 совершает поступательное движение, сжимая замыкающие пружины и выдвигая шток 6, что приводит к размыканию тормоза. При выключении тока шток 6 и шпиндель 3 возвращаются обратно под воздействием усилия пружин 7, что приводит к замыканию тормоза. При обратном движении шпинделя муфта свободного хода не препятствует свободному вращению гайки 4. Малая масса гайки приводит к меньшему, чем у других типов толкателей, времени срабатывания устройства. Инерция вращающейся гайки в этом устройстве создает в конце опускания штока дополнительное тормозное усилие.  [c.127]

Аналогичная конструкция электромеханического винтового толкателя приведена на рис. 2.46, б (Франция). При включении двигателя толкателя начинают вращаться ротор 9 двигателя, его полый вал 12 и гайка 4. Нижняя часть штока 3 толкателя имеет нарезку под шарики и направляющую часть 11, обеспечивающую устойчивое положение штока в гайке 4 при его перемещении относительно гайки. Шарики 13 заложены в нарезку гайки и штока и удерживаются посредством каретки 10. Усилие воздействия штока на рычажную систему тормоза определяется мощностью двигателя толкателя и к. п. д. винтовой шариковой передачи. Данная конструкция отличается особой компактностью, так как шток толкателя расположен здесь непосредственно в роторе электродвигателя.  [c.128]

В сплошных валах часть материала, расположенная вблизи оси, малонагружена. Поэтому часто она совершенно удаляется, что приводит к значительному снижению веса вала. Так, при равной прочности, т.е при одинаковых значениях Wp, полый вал с отношением диаметров а = djd = 0,8 получается вдвое легче сплошного. Вот почему валы всех авиационных двигателей, для которых выигрыш в весе имеет весьма большое значение, делают полыми.  [c.53]

Полый вал авиационного двигателя передает на воздушный винт мощность N — 1200 л. с. при числе оборотов п == 1100 об мин. Тяговое усилие винта равно Т ЗО Т. Проверить прочность вала по третьей и четвертой теориям прочности при [а] = 1300 кГ1см . Наружный и внутренний диаметры вала D— 2 см, d=10 см.  [c.163]

Температурные поля различных конструкций шкивов колодочного тормоза ТК-300 представлены на фиг. 366. На фиг. 366, а показано температурное поле тормозного шкива-полумуфты, соединяющего вал двигателя с валом редуктора, а на фиг. 366, б — температурное поле шкива со средним диском, применяющимся в случаях установки тормоза на свободный конец вала двигателя. Как видно, установившаяся температура поверхности трения обода шкива в точках над диском несколько меньше (на 5—15°), чем в других точках обода, что объясняется концентрацией металла и улучшением теплоотвода диском шкива. Температурное полеТшкива ленточного тормоза аналогично представлено на фиг. 366. В дисковых тормозах вследствие малой ширины фрикционных дисков температура по ширине кольца оказалась 632  [c.632]

При нагружении пластины с отверстием напряжениями разного знака на границе невозмущенной области (рис. 7.11) концентрация напряжений сказывается в большей степени и зависит от соотношения ру и рх- Такая концентрация при ру=—Рх встречается при кручении полых валов трансмиссии двигателей и в других конструкциях. В этохм случае а =4 при упругом нагружении [15], а при упругопластическом нагружении пластические деформации появляются при меньших (на 40—45%) нагрузках, чем при одноосном нагружении.  [c.136]

По роду тока различают электровозы постоянного и переменного тока по типам передан — электровозы с индивидуальным и с групповым приводом, причём на электровозах современной конструкции применяется исключительно индивидуальный привод с трамвайной подвеской двигателей или с передачей посредстЕом полого вала по роду слумбы — электровозы товарные и пассажирские. Для маневровой работы на магистральных доро.гах электровозы применяются редко.  [c.417]

Фиг, 140. Подъёмно-качаюшийся стол обжимного стана 600 с индивидуальным приводом рольганга от двигателей с полым валом.  [c.1038]

Схема приспособления представлена на рис. 5. Вращение от двигателя 9 передается клиноременной передачей на шкив 4, сидящий на полом валу. Вал заканчивается конусом, в который вставляется испытуемая цапфа 7. На цапфе 7 крепится однокулачковая шайба 8, по беговой дорожке которой катится ролик 10. Ролик вращается на оси з дарни-ка, укрепленного при помощи шпонки и трех винтов в рычаге, качающемся вокруг оси 5. Другой конец рычага под действием груза 3 прижимает ролик через блок 1 к беговой дорожке шайбы.  [c.62]

Компрессорная и силовая турбины имеют по две ступени. Все лопатки, за исключением рабочих лопаток последней ступени, имеют бандаж. Над рабочими лопатками расположено уплотнительное кольцо, которое крепится к корпусу. Диски компрессорной турбины откованы из сплава Леззорз О. 18. В и соединены друг с другом зубчатой муфтой у втулок. Вращающий момент передается валу компрессора с помощью такой же муфты. Оба диска прижимаются дргу к другу втулкой, привернутой к концу полого вала, который имеет внутреннюю нарезку. Рабочие лопатки компрессорной турбины и входного направляющего аппарата фрезеруются из полосы сплава Нимоник 80. Направляющие лопатки крепятся в диафрагмах из жаропрочной стали, имеющих лабиринтовое уплотнение. Направляющие лопатки третьей и четвертой ступеней сделаны точным литьем из стали. Диски силовой турбины откованы из сплава Леззорз Н. 46 или Рех 448 и соединяются между собой так же, как и диски компрессорной турбины. Все рабочие лопатки крепятся в осевые елочные пазы. Длина двигателя равна 2,7 м, диаметр 1,0 м, вес изолированной установки 1,5 т.  [c.20]

Объясняется это тем, что при сверлении на токарных станках в случае несовпадения оси сверла с осью вращения детали вращающаяся деталь будет способствовать центрированию, т. е. восстановлению правильного положения оси отверстия, чего не бывает при работе на сверлильном станке, где сверло одновременно вращается и подается. Поэтому в тех случаях, когда необходимо получить отверстие с точной осью, необходимо применять второй способ обработки. Этим способом, в частности, пользуются для сверления глубоких и точных отверстий в каналах тволов стрелкового вооружения, полых валов двигателей и т. д.  [c.188]

Большой практический интерес представляет случай действия на границе невозмущенной области пластинки с отверстием растягивающих и сжимающих напряжений (см. рис. 2).Концентрация напряжений в этом случае также зависит от соотношения Р1 и Р2- Такой случай встречается в дисках газовых и паровых турбин, где при большом градиенте температур окружные напряжения могут быть сжимающими, хотя радиальные напряжения растягивающие. Аналогичное напряженное состояние, лищь с равными нагрузками в невозмущенной области (рх = — р. ) имеет место при кручении полых валов трансмиссии двигателей. Теоретический коэффициент кон-  [c.550]

На тепловозе ТЭП60 тяговый двигатель вместе с редуктором и полым валом 1 (рис. 117) подвешен в трех точках к раме тележки. Через редуктор приводится во вращение полый вал. Колесная пара вращается эластичными муфтами, расположенными с обеих сторон. Описание муфт дано в гл. IV. Крутящий момент через пальцы 2 на фланцах полого вала передается на пальцы кривошипов 3 колесной пары. Чтобы разместить между буксой и колесным центром эластичную муфту, увеличивают длину предподступичной части оси. Для снижения веса в оси просверлено отверстие диаметром 70 мм.  [c.160]

Полый вал 4, охватывающий ось колесной пары, смонтирован в моторных подшипниках, бронзовые вкладыши которых залиты слоем баббита Б16 толщиной 3 мм. Со стороны крышки 5 двигателя во вкладышах имеются окна, через которые к шейкам полого вала при помощи шерстяных фитилей 6 подводится смазка. Фитили прижимаются к шейкам вала специальными нажимными устройствами. Осевое масло (ГОСТ 610—48) Л или 3 (в зависимости от времени года), залптое в нижнюю ванну крышки, подается в зону фитильной набивки шестеренчатым насосом, имеющим расчетную производительность 6 см за оборот и приводимым шестерней, укрепленной на полом валу.  [c.207]

mash-xxl.info

полный вал газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель, содержащий по меньшей мере упомянутый вал - патент РФ 2484260

Полый вал газотурбинного двигателя содержит цилиндрическую стенку и деталь крепления к диску ротора газотурбинного двигателя на одном ее конце. На части внутренней поверхности цилиндрической стенки, ближней к упомянутому концу, закреплен слоистый материал амортизации вибраций. Слоистый материал содержит, по меньшей мере, один слой из вязкоупругого материала в контакте с упомянутой частью поверхности и один противослой из жесткого материала, содержащий боковое продолжение. Боковое продолжение образует деталь механического крепления к валу, опирается на деталь крепления вала к диску ротора и удерживает вязкоупругий слой опирающимся на упомянутую часть внутренней поверхности. Другое изобретение группы относится к газотурбинному двигателю, содержащему указанный выше полый вал. Изобретения позволяют обеспечить амортизацию вибраций вала газотурбинного двигателя. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2484260

Настоящее изобретение относится к области газотурбинных двигателей, в частности газотурбинных двигателей, таких как турбореактивные или турбовинтовые двигатели, и касается устройства амортизации вибраций.

Авиационные газотурбинные двигатели содержат множество лопаточных колес, то есть вращающихся дисков, по периферии которых установлены подвижные лопатки. Эти лопаточные колеса соединены с цилиндрическими деталями, которые называют валами или стержнями. Эти компоненты являются особо чувствительными деталями, так как они должны отвечать, говоря об определении размеров, требованиям к механической стойкости при вращении, к температуре и аэродинамической нагрузке. Комплекс этих аспектов таков, что эти конструкции нагружены статически и, с учетом требований к сроку службы, амплитуды вибраций, которые они испытывают, должны оставаться малыми. При проектировании и доводке газотурбинного двигателя, требующих координации нескольких дисциплин, процесс определения размеров является итеративным. Определение размеров с учетом вибраций осуществляется для того, чтобы исключить наличие критических мод в рабочем диапазоне. Комплекс утверждается в конце цикла проектирования путем испытания двигателя, при котором измеряются вибрационные амплитуды. Иногда появляются высокие уровни, вызванные либо ответом синхронных или асинхронных воздействий, либо нестабильностями. Проектирование валов или стержней должно быть, в таком случае, сделано заново, что является особенно длительным и дорогостоящим процессом.

В промышленном плане задачей является предсказание, как можно более ранее, при определении размеров уровней вибрационного ответа конструкций для того, чтобы принять корректирующие меры, которые должны быть внедрены в начале проектирования. Среди этих целей механическая амортизация является важной задачей для разработчиков.

Для обеспечения прочности этих деталей по отношению к вибрационной усталости решение заключается в том, что к конструкции добавляют специальные устройства, являющиеся источником рассеивания энергии. Из документа ЕР 1253290 известно, например, средство амортизации на лопатках подвижного колеса компрессора. Оно содержит слой вязкоупругого материала и напряженный слой. Что касается профиля лопаток, находящихся в тракте газового потока, решение, предложенное в этом документе, предусматривает образование полости в профиле лопаток для размещения в них амортизирующих средств. Таким образом, поверхность профиля лопаток, находящихся в контакте с потоком, не имеет нерегулярности, и газовый поток не нарушается. Такая конструкция требует тщательной механической обработки из-за малой толщины лопаток. Более того, существует риск возникновения неравномерности между различными лопатками одного колеса, приводящий к дисбалансу.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение динамических реакций конструкции под синхронной или асинхронной нагрузкой аэродинамической или иной природы посредством введения динамической амортизации.

Полый вал газотурбинного двигателя в соответствии с изобретением, содержащий цилиндрическую стенку с частью внутренней поверхности и на одном конце деталь крепления к диску ротора газотурбинного двигателя, характеризуется тем, что на упомянутой части внутренней поверхности закреплено, по меньшей мере, одно средство амортизации вибраций из слоистого материала, при этом средство амортизации содержит, по меньшей мере, один слой вязкоупругого материала в контакте с упомянутой частью поверхности и один противослой из жесткого материала, при этом упомянутый противослой содержит боковое продолжение, образующее деталь механического крепления к валу, и удерживает вязкоупругий слой, опирающимся к упомянутой части внутренней поверхности. Боковое продолжение закреплено к детали крепления вала к диску ротора газотурбинного двигателя.

Оригинальность настоящего изобретения заключается в использовании слоистого материала из вязкоупругого материала с напряженным слоем, при этом упомянутый слоистый материал опирается на конструкцию таким образом, чтобы рассеивать вибрационную энергию детали.

Рассеивание вибрационной энергии обеспечивается деформацией сдвига вязкоупругого материала между конструкцией, которая деформируется под динамической нагрузкой, и напряженным слоем, вовлеченным по инерции. Этот слоистый материал закреплен внутри валов или стержней и непосредственно гасит моды вибраций рассматриваемых деталей.

Изобретение позволяет увеличить структурную амортизацию металлической детали и решить вибрационную проблему, встречаемую при проектировании: следствием этого является, в конечном итоге, уменьшение времени разработки и связанных с ней доводок, а следовательно, уменьшение затрат.

Оно позволяет также расширить классические области проектирования, ограниченные удовлетворением требований по стойкости к переменным нагрузкам, а косвенно, получить выигрыш в массе.

Изобретение применимо независимо от типа динамической нагрузки: пересечение с гармониками двигателей, асинхронное или акустическое возбуждение, аэроупругая нестабильность или возбуждение в контакте ротор-статор. В соответствии с различными вариантами осуществления:

- средство амортизации покрывает частично, аксиально или по окружности, упомянутую часть внутренней поверхности. Вал содержит множество амортизирующих средств, распределенных по окружности на части внутренней поверхности;

- слои связаны между собой;

- противослой содержит деталь механического крепления;

- деталь механического крепления связывает противослой с валом;

- деталь механического крепления удерживает вязкоупругий слой опирающимся к упомянутой части внутренней поверхности;

- слоистый материал состоит из пакета чередующихся вязкоупругих слоев и жестких слоев;

- характеристики вязкоупругого материала изменяются от одного слоя к другому;

- характеристики вязкоупругого материала являются одинаковыми от одного слоя к другому;

- характеристики жесткого материала изменяются от одного жесткого слоя к другому;

- характеристики жесткого материала являются одинаковыми от одного жесткого слоя к другому.

Изобретение относится также к газотурбинному двигателю, содержащему по меньшей мере один такой вал.

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

фиг.1 схематично изображает турбореактивный двигатель в аксиальном разрезе, содержащий вал по изобретению;

фиг.2 изображает в разрезе амортизирующий слоистый материал по изобретению;

фиг.3 изображает вал, вид в перспекиве, снабженный амортизирующим слоистым материалом в соответствии с изобретением;

фиг.4 показывает вал по фиг.3 в аксиальном разрезе в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

На фиг.1 схематично изображен пример газотурбинного двигателя в виде турбореактивного двигателя 1 с истечением первичного и вторичного воздуха и с двумя корпусами. Вентилятор 2 на входе питает двигатель воздухом. Сжатый вентилятором воздух разделяется на два концентрических потока. Вторичный поток выводится непосредственно в атмосферу и обеспечивает основную часть движущей реактивной тяги. Первичный поток направляется через несколько ступеней 3 и 4 компрессии к камере сгорания 5, где он смешивается с топливом и сжигается. Горячие газы питают различные ступени 6 и 7 турбины, которая приводит в движение вентилятор и ступени компрессии. Далее газы выбрасываются в атмосферу. Конструктивно такой двигатель содержит два ротора, вращающихся с различными скоростями: ротор ВД 4-6, через который проходят газы высокого давления, и ротор НД 2-3-7, через который проходят газы низкого давления. Ротор ВД 4-6, содержащий барабанный ротор компрессора ВД 4 и диск турбины ВД 6 с обеих сторон камеры сгорания 5, связанные валом или цилиндрическим стержнем 14. Ротор НД содержит ротор вентилятора 2 и ротор компрессора 3 наддува, связанные валом 13 с ротором турбины НД.

В соответствии с изобретением средства динамической амортизации вибраций располагают на внутренних частях поверхности валов или цилиндрических стержней, связывающих роторы между собой.

Как видно на фиг.2, амортизирующее средство 30 выполнено в виде слоистого материала с множеством уложенных один на другой слоев. В соответствии с вариантом осуществления слоистый материал содержит слой 32 вязкоупругого материала и противослой 34 из жесткого материала. Слоистый материал 30 накладывается слоем 32 к поверхности амортизируемой конструкции.

Вязкоупругость является свойством твердого тела или жидкости, которые при деформации проявляют одновременно вязкость и упругость одновременным рассеиванием и накоплением механической энергии.

Изотропные или анизотропные характеристики упругости жесткого материала противослоя 34 превышают изотропные или анизотропные характеристики вязкоупругого материала в желаемом диапазоне термического и частотного функционирования. В качестве неограничивающего примера материалом слоя 34 может быть металл или композит, а в качестве материала слоя 32 - каучук, силикон, полимер, стекло или эпоксидная смола. Материал должен быть эффективен в смысле рассеивания энергии в желаемой конфигурации, соответствующей определенным диапазонам температур и частот. Он выбирается, исходя из его характерных модулей сдвига, выраженных в деформации и скорости.

В соответствии с другими вариантами осуществления слоистый материал содержит несколько слоев 32 вязкоупругого материала и несколько слоев 34 из жесткого материала, которые размещены попеременно. Пример на фиг.2 показывает неограничивающим образом слоистый амортизирующий материал, содержащий три слоя 32 из вязкоупругого материала и три противослоя 34 из жесткого материала. В соответствии с чертежами слои 32 вязкоупругого материала и противослои 34 жесткого материала имеют одинаковые размеры или разные размеры. Когда слоистый материал содержит несколько слоев 32, они все могут иметь одинаковые механические характеристики, либо иметь различные механические характеристики. Когда слоистый материал содержит несколько противослоев 34, они все могут иметь одинаковые механические характеристики или различные механические характеристики. Слои 32 и противослои 34 скреплены одни с другими предпочтительно посредством адгезии с помощью клеящей пленки либо полимеризацией.

На фиг.3 представлен первый вариант осуществления. Вал 40, на чертеже показана только ближняя к его концу часть, является полым и содержит цилиндрическую стенку 41. Этот конец снабжен деталью крепления 45 к такой детали, как, например, диск турбины или компрессора. Соединение осуществляется с помощью болтов. Эта деталь крепления 45 содержит цилиндрическую часть с той же осью, что и полый вал, с диаметром, превышающим последний. Она связана с валом 40 частью в форме почти усеченного конуса. Внутренняя поверхность 41i вала содержит, по меньшей мере, одну прямую часть почти цилиндрической формы, параллельную оси вала. Слоистый материал 30, состоящий из двух слоев: вязкоупругого 32 и жесткого противослоя 34, закреплен на этой части поверхности 41i. Слоистый материал 30 закреплен здесь путем приклеивания или полимеризации на части поверхности 41i. Этот слоистый материал размещен на аксиальной части цилиндрической части поверхности 41i. Предпочтительно он размещен по окружности на всей поверхности.

При работе, моды вибраций вала демпфируются слоистым материалом без нарушения аэродинамического потока в газовом тракте.

На фиг.4 представлен второй вариант осуществления. Вал является таким же, как вышеописанный. Конец вала снабжен деталью крепления 45 к такой детали, как, например, диск турбины или компрессора. Соединение осуществляется с помощью болтов. Эта деталь крепления 45 содержит цилиндрическую часть с той же осью, что и полый вал, с диаметром, превышающим диаметр конца последнего. Она соединена частью в форме почти усеченного конуса с валом 40. Слоистый амортизирующий материал 30' здесь также содержит вязкоупругий слой 32' и жесткий противослой 34'. Жесткий противослой 34' содержит боковое продолжение 34а', то есть продолжение по оси вала, которое опирается на часть последнего. В соответствии с этим примером речь идет о детали крепления 45. Боковое продолжение 34а' содержит часть в форме усеченного конуса и цилиндрическую часть. Цилиндрическая часть опирается на внутреннюю поверхность цилиндрической части детали крепления 45. Она соединена болтами или соединена любым другим образом с деталью крепления 45. Предпочтительно крепление содержит болтовое соединение детали крепления 45 к диску, с которым связан вал. Благодаря этому средству обеспечивается наилучшее поведение слоистого амортизирующего материала при различных ситуациях, которым должен противостоять вал. В этом случае слоистый материал необязательно должен быть приклеен к внутренней поверхности вала. Предпочтительное выполнение механического крепления обеспечивает прижатие слоистого материала к этой поверхности таким образом, чтобы пои возникновении вибраций они передавались на вязкоупругий слой.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Полый вал газотурбинного двигателя, содержащий цилиндрическую стенку с внутренней поверхностью и на одном конце деталь крепления к диску ротора газотурбинного двигателя, отличающийся тем, что на части внутренней поверхности, ближней к упомянутому концу, закреплен, по меньшей мере, один слоистый материал (30') амортизации вибраций, при этом слоистый материал содержит, по меньшей мере, один слой (32') из вязкоупругого материала в контакте с упомянутой частью поверхности, и один противослой (34') из жесткого материала, содержащий боковое продолжение (34'а), образующее деталь механического крепления к валу, опирающееся об упомянутую деталь крепления вала к диску ротора, и удерживающее вязкоупругий слой опирающимся об упомянутую часть внутренней поверхности.

2. Полый вал по п.1, содержащий множество слоистых материалов, распределенных по окружности на части внутренней поверхности.

3. Полый вал по п.1, в котором слои связаны между собой в частности склеиванием.

4. Полый вал по п.1, в котором слоистый материал образован пакетом чередующихся вязкоупругих слоев и жестких слоев.

5. Полый вал по предыдущему пункту, в котором характеристики вязкоупругого материала изменяются от одного слоя к другому.

6. Полый вал по п.4, в котором характеристики вязкоупругого материала являются одинаковыми от одного слоя к другому.

7. Полый вал по п.4, в котором характеристики жесткого материала изменяются от одного жесткого слоя к другому.

8. Полый вал по п.7, в котором характеристики жесткого материала являются одинаковыми от одного жесткого слоя к другому.

9. Газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один полый вал по одному из предыдущих пунктов.

10. Газотурбинный двигатель по п.9, содержащий компрессор, при этом полый вал связан с диском упомянутого компрессора.

www.freepatent.ru

составной полый вал газотурбинного двигателя - патент РФ 2260149

Составной полый вал газотурбинного двигателя содержит три участка, которые жестко соединены между собой. Средний участок выполнен из титана, причем его длина выбрана в пределах 0,5-0,7 от длины всего составного вала, а его диаметр в пределах 1,15-1,25 от диаметров крайних участков тела вала. Изобретение позволяет повысить критическую частоту вращения вала, а также уменьшить вес вала. 1 ил.

Рисунки к патенту РФ 2260149

Изобретение относится к составным валам с разъемными соединениями.

Известен вал, соединяющий компрессор и турбину, являющийся полым цилиндром, расположенным на 2 подшипниках [1].

Полностью, выполняя свое предназначение, он очень труден в изготовлении, т.к. трудно выполнить центровку внутреннего отверстия, чтобы стенки полого вала имели одну толщину. Разная толщина стенок вала вызывает дисбаланс вала, а это нежелательно.

Ближайшим по техническому решению является составной полый вал ГТД, содержащий три участка, жестко соединенных между собой [2].

Эта конструкция упрощает изготовление вала, но при большой длине вала собственная частота вращения вала будет недостаточной для работы. Собственная частота системы является конструктивной характеристикой данной системы, если есть возможность ее увеличить, то система выигрывает. В данном случае собственная частота незначительно выше рабочей, увеличивая собственную частоту до запаса 25%, мы способствуем бесперебойной работе ГТД. В противном случае это приведет к увеличению уровня вибрации, который не поддается демпфированию, т.к. данная критическая частота вращения вызывает изгиб вала и имеет незначительное смещение в опорах, где располагаются демпферы.

Задачей изобретения является повышение критической частоты вращения вала на 5%-10%, что в некоторых случаях бывает достаточно для получения необходимых запасов по критической частоте вращения вала, кроме этой задачи, также уменьшается вес вала, что также полезно для авиации.

Указанная задача решается тем, что составной полый вал ГТД, содержащий три участка, жестко соединенных между собой, причем средний участок выполнен из титана, причем его длина выбрана в пределах 0,5-0,7 от длины всего составного вала, а его диаметр в пределах 1,15-1,25 от диаметров крайних участков тела вала.

Новым является то, что средний участок выполнен из титана, причем его длина выбрана в пределах 0,5-0,7 от длины всего составного вала, а его диаметр в пределах 1,15-1,25 от диаметров крайних участков тела вала.

Вал, состоящий из трех частей, является двухопорным. Две части выполнены, например, из стали, а средняя - из титана. Две части из стали предполагают расположение на них подшипников и должны быть меньшего диаметра и большей толщины. Средняя часть выполняется большего диаметра, внутренняя обойма одного из подшипников или вала подшипника закрепляется на валу ротора и он определяет возможные размеры диаметра средней части при сохранении возможности передачи крутящего момента.

Увеличенный диаметр средней части и применение более легкого металла, например титана, приводит к тому, что средняя часть становится более легкой и обладающей такой же жесткостью, как и две крайние части, вследствие этого критическая (или собственная) частота возрастает. Увеличение собственной частоты вала не более 10%, но этого достаточно в некоторых случаях, помимо этого из-за применения титана вал становится легче, что также выгодно для ГТД.

Приводим пример расчета вала из трех частей для передачи крутящего момента от компрессора низкого давления к турбине низкого давления, применяемой для авиационного ГТД военного образца.

Исходные данные

длина вала l=1214,7 мм

диаметр левой

крайней части Д1/d1=55/47,5 (мм)

диаметр правой

крайней части Д1/d 1=55/37,5 (мм)

диаметр

средней части Д 3/d3=64/60 (мм)

длина левой части l1=273 мм

длина правой части l2=279,3 мм

длина средней части l3=662,4 мм

Расчет, выполненный методом начальных параметров, если весь вал из стали:

nкр=1114,3 об/мин m=23,899 кг,

если средняя часть выполнена из титана

nкр=1223,3 об/мин m=20,398 кг,

выигрыш в массе 3,5 кг, а разница критических частот оборотов 9%.

На чертеже изображен вал из трех участков, где левая крайняя часть 1, правая крайняя часть 2, середина увеличенного диаметра из титана 3, подшипники 4, 5, конус 6.

Работа осуществляется следующим образом: когда работает двигатель, вал начинает разгоняться и при максимальном режиме достигает максимальной частоты вращения (если запас по критической частоте времени недостаточен, возрастает прогиб вала и необходимым требованием в нормативной документации является величина запасов по критической частоте). Если изгиб вала велик сверх нормы, возрастает нагрузка на подшипники 4, 5, что может вызвать их поломку. Увеличение запасов по критической частоте увеличивает работоспособность подшипников 4, 5.

Из описания видно, что для реализации устройств используются элементы, применяемые в промышленности, что позволяет сделать вывод о промышленной применимости изобретения.

Источники информации

1. Никитин Ю.М. Конструирование элементов, деталей и узлов авиадвигателей (под ред. д-ра тех. наук проф. Г.С.Скубачевского), М.: Машиностроение, 1968, стр. 312-313, рис. 9.6.

2. Там же, стр. 107, рис. 4.11.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

Составной полый вал ГТД, содержащий три участка, жестко соединенных между собой, отличающийся тем, что средний участок выполнен из титана, причем его длина выбрана в пределах 0,5-0,7 от длины всего составного вала, а его диаметр в пределах 1,15-1,25 от диаметров крайних участков тела вала.

www.freepatent.ru

ПОЛНЫЙ ВАЛ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, СОДЕРЖАЩИЙ ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ УПОМЯНУТЫЙ ВАЛ

Настоящее изобретение относится к области газотурбинных двигателей, в частности газотурбинных двигателей, таких как турбореактивные или турбовинтовые двигатели, и касается устройства амортизации вибраций.

Авиационные газотурбинные двигатели содержат множество лопаточных колес, то есть вращающихся дисков, по периферии которых установлены подвижные лопатки. Эти лопаточные колеса соединены с цилиндрическими деталями, которые называют валами или стержнями. Эти компоненты являются особо чувствительными деталями, так как они должны отвечать, говоря об определении размеров, требованиям к механической стойкости при вращении, к температуре и аэродинамической нагрузке. Комплекс этих аспектов таков, что эти конструкции нагружены статически и, с учетом требований к сроку службы, амплитуды вибраций, которые они испытывают, должны оставаться малыми. При проектировании и доводке газотурбинного двигателя, требующих координации нескольких дисциплин, процесс определения размеров является итеративным. Определение размеров с учетом вибраций осуществляется для того, чтобы исключить наличие критических мод в рабочем диапазоне. Комплекс утверждается в конце цикла проектирования путем испытания двигателя, при котором измеряются вибрационные амплитуды. Иногда появляются высокие уровни, вызванные либо ответом синхронных или асинхронных воздействий, либо нестабильностями. Проектирование валов или стержней должно быть, в таком случае, сделано заново, что является особенно длительным и дорогостоящим процессом.

В промышленном плане задачей является предсказание, как можно более ранее, при определении размеров уровней вибрационного ответа конструкций для того, чтобы принять корректирующие меры, которые должны быть внедрены в начале проектирования. Среди этих целей механическая амортизация является важной задачей для разработчиков.

Для обеспечения прочности этих деталей по отношению к вибрационной усталости решение заключается в том, что к конструкции добавляют специальные устройства, являющиеся источником рассеивания энергии. Из документа ЕР 1253290 известно, например, средство амортизации на лопатках подвижного колеса компрессора. Оно содержит слой вязкоупругого материала и напряженный слой. Что касается профиля лопаток, находящихся в тракте газового потока, решение, предложенное в этом документе, предусматривает образование полости в профиле лопаток для размещения в них амортизирующих средств. Таким образом, поверхность профиля лопаток, находящихся в контакте с потоком, не имеет нерегулярности, и газовый поток не нарушается. Такая конструкция требует тщательной механической обработки из-за малой толщины лопаток. Более того, существует риск возникновения неравномерности между различными лопатками одного колеса, приводящий к дисбалансу.

Задачей настоящего изобретения является уменьшение динамических реакций конструкции под синхронной или асинхронной нагрузкой аэродинамической или иной природы посредством введения динамической амортизации.

Полый вал газотурбинного двигателя в соответствии с изобретением, содержащий цилиндрическую стенку с частью внутренней поверхности и на одном конце деталь крепления к диску ротора газотурбинного двигателя, характеризуется тем, что на упомянутой части внутренней поверхности закреплено, по меньшей мере, одно средство амортизации вибраций из слоистого материала, при этом средство амортизации содержит, по меньшей мере, один слой вязкоупругого материала в контакте с упомянутой частью поверхности и один противослой из жесткого материала, при этом упомянутый противослой содержит боковое продолжение, образующее деталь механического крепления к валу, и удерживает вязкоупругий слой, опирающимся к упомянутой части внутренней поверхности. Боковое продолжение закреплено к детали крепления вала к диску ротора газотурбинного двигателя.

Оригинальность настоящего изобретения заключается в использовании слоистого материала из вязкоупругого материала с напряженным слоем, при этом упомянутый слоистый материал опирается на конструкцию таким образом, чтобы рассеивать вибрационную энергию детали.

Рассеивание вибрационной энергии обеспечивается деформацией сдвига вязкоупругого материала между конструкцией, которая деформируется под динамической нагрузкой, и напряженным слоем, вовлеченным по инерции. Этот слоистый материал закреплен внутри валов или стержней и непосредственно гасит моды вибраций рассматриваемых деталей.

Изобретение позволяет увеличить структурную амортизацию металлической детали и решить вибрационную проблему, встречаемую при проектировании: следствием этого является, в конечном итоге, уменьшение времени разработки и связанных с ней доводок, а следовательно, уменьшение затрат.

Оно позволяет также расширить классические области проектирования, ограниченные удовлетворением требований по стойкости к переменным нагрузкам, а косвенно, получить выигрыш в массе.

Изобретение применимо независимо от типа динамической нагрузки: пересечение с гармониками двигателей, асинхронное или акустическое возбуждение, аэроупругая нестабильность или возбуждение в контакте ротор-статор. В соответствии с различными вариантами осуществления:

- средство амортизации покрывает частично, аксиально или по окружности, упомянутую часть внутренней поверхности. Вал содержит множество амортизирующих средств, распределенных по окружности на части внутренней поверхности;

- слои связаны между собой;

- противослой содержит деталь механического крепления;

- деталь механического крепления связывает противослой с валом;

- деталь механического крепления удерживает вязкоупругий слой опирающимся к упомянутой части внутренней поверхности;

- слоистый материал состоит из пакета чередующихся вязкоупругих слоев и жестких слоев;

- характеристики вязкоупругого материала изменяются от одного слоя к другому;

- характеристики вязкоупругого материала являются одинаковыми от одного слоя к другому;

- характеристики жесткого материала изменяются от одного жесткого слоя к другому;

- характеристики жесткого материала являются одинаковыми от одного жесткого слоя к другому.

Изобретение относится также к газотурбинному двигателю, содержащему по меньшей мере один такой вал.

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

фиг.1 схематично изображает турбореактивный двигатель в аксиальном разрезе, содержащий вал по изобретению;

фиг.2 изображает в разрезе амортизирующий слоистый материал по изобретению;

фиг.3 изображает вал, вид в перспекиве, снабженный амортизирующим слоистым материалом в соответствии с изобретением;

фиг.4 показывает вал по фиг.3 в аксиальном разрезе в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения.

На фиг.1 схематично изображен пример газотурбинного двигателя в виде турбореактивного двигателя 1 с истечением первичного и вторичного воздуха и с двумя корпусами. Вентилятор 2 на входе питает двигатель воздухом. Сжатый вентилятором воздух разделяется на два концентрических потока. Вторичный поток выводится непосредственно в атмосферу и обеспечивает основную часть движущей реактивной тяги. Первичный поток направляется через несколько ступеней 3 и 4 компрессии к камере сгорания 5, где он смешивается с топливом и сжигается. Горячие газы питают различные ступени 6 и 7 турбины, которая приводит в движение вентилятор и ступени компрессии. Далее газы выбрасываются в атмосферу. Конструктивно такой двигатель содержит два ротора, вращающихся с различными скоростями: ротор ВД 4-6, через который проходят газы высокого давления, и ротор НД 2-3-7, через который проходят газы низкого давления. Ротор ВД 4-6, содержащий барабанный ротор компрессора ВД 4 и диск турбины ВД 6 с обеих сторон камеры сгорания 5, связанные валом или цилиндрическим стержнем 14. Ротор НД содержит ротор вентилятора 2 и ротор компрессора 3 наддува, связанные валом 13 с ротором турбины НД.

В соответствии с изобретением средства динамической амортизации вибраций располагают на внутренних частях поверхности валов или цилиндрических стержней, связывающих роторы между собой.

Как видно на фиг.2, амортизирующее средство 30 выполнено в виде слоистого материала с множеством уложенных один на другой слоев. В соответствии с вариантом осуществления слоистый материал содержит слой 32 вязкоупругого материала и противослой 34 из жесткого материала. Слоистый материал 30 накладывается слоем 32 к поверхности амортизируемой конструкции.

Вязкоупругость является свойством твердого тела или жидкости, которые при деформации проявляют одновременно вязкость и упругость одновременным рассеиванием и накоплением механической энергии.

Изотропные или анизотропные характеристики упругости жесткого материала противослоя 34 превышают изотропные или анизотропные характеристики вязкоупругого материала в желаемом диапазоне термического и частотного функционирования. В качестве неограничивающего примера материалом слоя 34 может быть металл или композит, а в качестве материала слоя 32 - каучук, силикон, полимер, стекло или эпоксидная смола. Материал должен быть эффективен в смысле рассеивания энергии в желаемой конфигурации, соответствующей определенным диапазонам температур и частот. Он выбирается, исходя из его характерных модулей сдвига, выраженных в деформации и скорости.

В соответствии с другими вариантами осуществления слоистый материал содержит несколько слоев 32 вязкоупругого материала и несколько слоев 34 из жесткого материала, которые размещены попеременно. Пример на фиг.2 показывает неограничивающим образом слоистый амортизирующий материал, содержащий три слоя 32 из вязкоупругого материала и три противослоя 34 из жесткого материала. В соответствии с чертежами слои 32 вязкоупругого материала и противослои 34 жесткого материала имеют одинаковые размеры или разные размеры. Когда слоистый материал содержит несколько слоев 32, они все могут иметь одинаковые механические характеристики, либо иметь различные механические характеристики. Когда слоистый материал содержит несколько противослоев 34, они все могут иметь одинаковые механические характеристики или различные механические характеристики. Слои 32 и противослои 34 скреплены одни с другими предпочтительно посредством адгезии с помощью клеящей пленки либо полимеризацией.

На фиг.3 представлен первый вариант осуществления. Вал 40, на чертеже показана только ближняя к его концу часть, является полым и содержит цилиндрическую стенку 41. Этот конец снабжен деталью крепления 45 к такой детали, как, например, диск турбины или компрессора. Соединение осуществляется с помощью болтов. Эта деталь крепления 45 содержит цилиндрическую часть с той же осью, что и полый вал, с диаметром, превышающим последний. Она связана с валом 40 частью в форме почти усеченного конуса. Внутренняя поверхность 41i вала содержит, по меньшей мере, одну прямую часть почти цилиндрической формы, параллельную оси вала. Слоистый материал 30, состоящий из двух слоев: вязкоупругого 32 и жесткого противослоя 34, закреплен на этой части поверхности 41i. Слоистый материал 30 закреплен здесь путем приклеивания или полимеризации на части поверхности 41i. Этот слоистый материал размещен на аксиальной части цилиндрической части поверхности 41i. Предпочтительно он размещен по окружности на всей поверхности.

При работе, моды вибраций вала демпфируются слоистым материалом без нарушения аэродинамического потока в газовом тракте.

На фиг.4 представлен второй вариант осуществления. Вал является таким же, как вышеописанный. Конец вала снабжен деталью крепления 45 к такой детали, как, например, диск турбины или компрессора. Соединение осуществляется с помощью болтов. Эта деталь крепления 45 содержит цилиндрическую часть с той же осью, что и полый вал, с диаметром, превышающим диаметр конца последнего. Она соединена частью в форме почти усеченного конуса с валом 40. Слоистый амортизирующий материал 30' здесь также содержит вязкоупругий слой 32' и жесткий противослой 34'. Жесткий противослой 34' содержит боковое продолжение 34а', то есть продолжение по оси вала, которое опирается на часть последнего. В соответствии с этим примером речь идет о детали крепления 45. Боковое продолжение 34а' содержит часть в форме усеченного конуса и цилиндрическую часть. Цилиндрическая часть опирается на внутреннюю поверхность цилиндрической части детали крепления 45. Она соединена болтами или соединена любым другим образом с деталью крепления 45. Предпочтительно крепление содержит болтовое соединение детали крепления 45 к диску, с которым связан вал. Благодаря этому средству обеспечивается наилучшее поведение слоистого амортизирующего материала при различных ситуациях, которым должен противостоять вал. В этом случае слоистый материал необязательно должен быть приклеен к внутренней поверхности вала. Предпочтительное выполнение механического крепления обеспечивает прижатие слоистого материала к этой поверхности таким образом, чтобы пои возникновении вибраций они передавались на вязкоупругий слой.

edrid.ru