устройство для передачи вращения между валами

Формула изобретения

Устройство для передачи вращения между валами, содержащее промежуточный вал с муфтами на концах, по крайней мере одна из которых является двойной мембранной муфтой, и предохранительное устройство, отличающееся тем, что предохранительное устройство выполнено в виде пар соосных предохранительных стержней, установленных на обращенных друг к другу поверхностях ступиц двойной мембранной муфты, причем в каждой паре соосных предохранительных стержней один из стержней имеет на конце внутреннюю цилиндрическую соосную поверхность, охватывающую с зазором кольцевой выступ на конце противоположного стержня, при этом кольцевые выступы во всех парах соосных предохранительных стержней расположены в плоскости симметрии гибких мембран, проходящей между ними.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к соединению вращающихся валов, например, газотурбинного двигателя и нагнетателя в газоперекачивающих агрегатах с использованием гибких мембран (дисков) для компенсации перекосов и смещений соединяемых валов.

Известно устройство для передачи вращения между валами (Экспресс-информация "Детали машин"- М., 1994, N 2, с. 2-9), содержащее промежуточную гильзу (вал), на концах которой расположены мембранные (одинарные или двойные) муфты, представляющие собой две соосные ступицы, связанные тонкой шайбой (гибкой мембраной). Данное устройство имеет в каждой мембранной муфте предохранительное устройство в виде втулки, запрессованной, например, в одну из ступиц. Свободный конец втулки образует зазор с внутренним диаметром противоположной ступицы данной муфты. При разрешении гибкой мембраны промежуточный вал удерживается предохранительной втулкой на своем месте, предохраняя соединяемые агрегаты, например, газотурбинный двигатель и нагнетатель от разрушения освободившимся концом упомянутого вала, имеющего скорость вращения порядка 3000 - 10000 об/мин.

Недостатком данного устройства для передачи вращения между валами является отсутствие в предохранительном устройстве элементов, передающих крутящий момент от одного вала к другому после аварийного разрешения гибкой мембраны, что, при резком спаде нагрузки, может привести к недопустимой раскрутке (вразнос) турбины газотурбинного двигателя.

Данный недостаток устранен в устройстве для передачи вращения между валами, выбранном в качестве прототипа (см. Апанасенко А.И., Крившич Н.Г., Федоренко Н.Д. Монтаж, испытания и эксплуатация газоперекачивающих агрегатов в блочно-контейнерном исполнении. - Л.: Недра, 1991, с. 26, рис.9). В прототипе предохранительное устройство передает (после разрушения гибкой мембраны) крутящий момент за счет того, что ступицы гибкой мембраны (тонкой шайбы) соединены между собой. Данное зубчатое соединение выполнено с гарантированным зазором и при нормальном функционировании мембранной муфты в работе не участвует.

Недостатки прототипа:

1. Зона соединения ступиц (шлицы) смещена относительно плоскости гибкой мембраны, в которой находится центр поворота промежуточного вала. Вследствие этого шлицы предохранительного устройства, расположенные на промежуточном валу, перемещаются в радиальном направлении при изменении угла перекоса промежуточного вала и требуется увеличение гарантированного радиального зазора между шлицами. Увеличение радиального зазора между шлицами приводит к увеличению перегрузок при ударном сцеплении шплицев в момент разрушения гибкой мембраны, а также к резкому увеличению нагрузок на подшипники валов газотурбинного двигателя и нагнетателя за счет увеличения дисбаланса промежуточного вала при его радиальном смещении на величину зазора в шлицевом соединении. Следствием этого является наличие в прототипе предохранительной втулки, обеспечивающей допустимое радиальное смещение промежуточного вала в аварийной ситуации, что существенно усложняет конструкцию.

2. Наличие шлицев в непосредственной близости от гибкой мембраны предопределяет выполнение ступицы и мембраны как единого целого, так как шлицы занимают пространство, в котором могли бы разместиться элементы механического скрепления гибкой мембраны и ступицы. Изготовление же мембраны из листовой заготовки является более предпочтительным. Во-первых, в этом случае проще подобрать материал, обеспечивающий механические свойства мембраны, и провести ее обработку и доводку до требуемой толщины и жесткости. Во-вторых, при выполнении шлицев в единой детали с гибкой мембраной, возможно повреждение мембраны, к которой предъявляются высокие требования по качеству поверхности.

Технической задачей изобретения является упрощение конструкции устройства для передачи вращения между валами за счет исключения второго предохранительного элемента (втулки) и шлицев, смещенных от плоскости поворота промежуточного вала.

Технический результат заключается в том, что в предлагаемом устройстве, содержащем двойную мембрану, предохранительное устройство выполнено в виде пар соосных предохранительных стержней, установленных в обращенных друг к другу поверхностях ступиц двойной мембранной муфты, причем в каждой паре соосных предохранительных стержней один из стержней имеет на конце внутреннюю цилиндрическую соосную поверхность, охватывающую с зазором кольцевой выступ на конце противоположного стержня, при этом кольцевые выступы во всех парах соосных предохранительных стержней расположены в плоскости симметрии гибких мембран, проходящей между ними, а гибкие мембраны скреплены со ступицами предохранительными стержнями.

На фиг. 1 показано предлагаемое устройство для передачи вращения между валами. Устройство состоит из промежуточного вала 1 с муфтами, установленными на его концах, по крайней мере одна из которых является двойной мембранной муфтой. Двойная мембранная муфта состоит из ступиц 2 и 3, гибких мембран 5 и 6 и соединительного кольца 7. Ступицы 5 и 6 имеют фланцы для соединения с гибкими мембранами и стыкуемыми валами.

Плоскость Б - плоскость симметрии гибких мембран, проходящая между ними.

Точка В - геометрический центр двойной мембранной муфты и точка поворота соединяемых валов. В плоскости Б расположены зоны взаимодействия пар соосных предохранительных стержней 8 и 9, образующих предохранительное устройство.

На фиг. 2 (выносной элемент А) показана одна пара соосных предохранительных стержней, которые соединяют ступицы 2 и 3 с гибкими дисками 5 и 6. Стержень 9 имеет на конце внутреннюю цилиндрическую соосную поверхность Г, охватывающую с зазором кольцевой выступа на конце стержня 8, который расположен в плоскости Б.

При работе предлагаемого устройства для передачи вращения между валами двойная мембранная муфта компенсирует перекос соединяемых валов, оси которых пересекаются в точке В. Вместе с валом относительно точки В разворачиваются и ступицы 5,6 с установленными в них стержнями 2,3. Углы перекоса валов газотурбинного двигателя и нагнетателя обычно не превышают 15 угловых минут. Поэтому в каждой паре предохранительные стержни перемещаются практически соосно друг другу без существенного изменения зазора Д. Это позволяет выполнять относительно небольшой гарантированный зазор Д, обеспечивающий в случае разрушения гибкой мембраны небольшой дисбаланс промежуточного вала и "мягкое" сцепление стержней, передающих крутящий момент. Соосность стержней обеспечивается совместной обработкой отверстий в обеих гибких мембранах с одной установки.

Таким образом, предлагаемое устройство для передачи вращения между валами устраняет указанные недостатки, а именно обеспечивает в одном предохранительном устройстве выполнение двух функций:

- центровку промежуточного вала и передачу крутящего момента (при аварийном разрушении гибкой мембраны) за счет совмещения зон взаимодействия предохранительных штырей с плоскостью симметрии гибких мембран. Использование предохранительных стержней в качестве элементов крепления гибких мембран к ступицам позволяет отказаться от введения специальных элементов крепления и реализовать преимущества изготовления гибких мембран из листового материала. Указанная эффективность предлагаемого устройства подтверждена расчетом, разработана конструкторская документация, запланировано изготовление опытного образца.