RU2472981C1 - Bolted joint of rotating parts - Google Patents

Bolted joint of rotating parts Download PDF

Info

Publication number
RU2472981C1
RU2472981C1 RU2011125214/12A RU2011125214A RU2472981C1 RU 2472981 C1 RU2472981 C1 RU 2472981C1 RU 2011125214/12 A RU2011125214/12 A RU 2011125214/12A RU 2011125214 A RU2011125214 A RU 2011125214A RU 2472981 C1 RU2472981 C1 RU 2472981C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sleeve
parts
circumferential direction
holes
rotating parts
Prior art date
Application number
RU2011125214/12A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Игорь Леонардович Андрейченко
Людмила Борисовна Полатиди
Ирина Валерьевна Бурцева
Светлана Ильинична Бугреева
Леонид Григорьевич Красинский
Олег Григорьевич Миллер
Николай Николаевич Шумягин
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" filed Critical Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority to RU2011125214/12A priority Critical patent/RU2472981C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2472981C1 publication Critical patent/RU2472981C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: bolted joint of rotating parts combined in a pack with holes arranged in a circumferential direction inside of which there are sleeves installed to the height of parts pack with coupling-bolts arranged in their central holes. Each hole is of oval shape and it is elongated in circumferential direction, and sleeve is with oval section elongated in circumferential direction. At that b/a=1.36-1.5; 0(2.5-3)×b, where a is size of sleeve section in radial direction; b is size of sleeve section in circumferential direction; c is length of circumference between central holes of adjacent sleeves.
EFFECT: increasing cyclic life and reliability of bolted joint of rotating parts under high working parameters by means of relief of stress concentration zones in mentioned parts.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и авиадвигателестроения, может быть использовано для соединения вращающихся деталей ротора газотурбинного двигателя авиационного и наземного применения.The invention relates to the field of mechanical engineering and aircraft engine construction, can be used to connect the rotating parts of the rotor of a gas turbine engine of aviation and ground applications.

Известно болтовое соединение, включающее цилиндрическую разгрузочную втулку с круглым сечением, которую используют для центровки и разгрузки болта, снижения напряжений среза в самом болте и исключения сдвиговых деформаций в соединяемых деталях (Атлас. Детали машин. В.Н.Быков, С.П.Фадеев, Издательство «Высшая школа», 1969 г., с.83, рис.3.4). При вращении деталей в районе отверстий под болты возникают напряжения. Наличие концентратора напряжения, повышающего уровень действующих напряжений в 3-4 раза, является основным недостатком такой конструкции, снижающим циклическую долговечность и ресурс деталей.A bolted connection is known, including a cylindrical unloading sleeve with a circular cross section, which is used for centering and unloading the bolt, reducing shear stresses in the bolt itself and eliminating shear deformations in the connected parts (Atlas. Machine parts. V.N. Bykov, S.P. Fadeev , Higher School Publishing House, 1969, p. 83, Fig. 3.4). When parts rotate around bolt holes, stresses occur. The presence of a stress concentrator, which increases the level of acting stresses by a factor of 3-4, is the main disadvantage of this design, which reduces the cyclic durability and resource of parts.

В авиадвигателестроении широко применяется соединение деталей с помощью стяжных болтов. Отверстия под болты, являющиеся концентраторами напряжений, могут быть расположены в полотне дисков и на выносных фланцах деталей. Выносные фланцы применяют для удаления концентратора в виде отверстия из полотна диска.In the aircraft engine industry, the connection of parts using tie bolts is widely used. Holes for bolts, which are stress concentrators, can be located in the blade web and on the external flanges of the parts. Remote flanges are used to remove the hub in the form of an opening from the disk web.

Наличие концентратора напряжений - круглого отверстия под болт, которое повышает уровень действующих напряжений в 3-4 раза и снижает ресурс деталей, является основным недостатком такой конструкции.The presence of a stress concentrator - a round bolt hole, which increases the level of acting stresses by 3-4 times and reduces the resource of parts, is the main disadvantage of this design.

Практически эта проблема решается путем выполнения выкружек типа «короны» во фланцах, что обеспечивает достаточную разгрузку отверстий. Эффективность подобной доработки деталей подтверждена испытаниями и широко используется, например, во фланцах под балансировочные грузики лабиринтов диска 13-ой ступени ротора компрессора высокого давления (КВД) двигателей ПС-90А, ПС-90А2 (А.А.Иноземцев, М.А.Нихамкин, В.Л.Сандрацкий. Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок, том 4,стр.109).In practice, this problem is solved by performing fillets of the "crown" type in the flanges, which ensures sufficient unloading of the holes. The effectiveness of such refinement of parts is confirmed by tests and is widely used, for example, in flanges for balancing weights of labyrinths of the disk of the 13th stage of the high-pressure compressor rotor (HPC) of the PS-90A, PS-90A2 engines (A.A. Inozemtsev, M.A. Nikhamkin , VL Sandratsky, Fundamentals of Designing Aircraft Engines and Power Plants, Volume 4, p. 109).

Наиболее близким к заявляемой конструкции соединения является узел соединения, включающий пакет деталей, цилиндрическую втулку и болт с гайкой. В деталях выполнены круглые отверстия (Патент РФ №2263828, F16B 5/02, 2005 г.).Closest to the claimed design of the connection is the connection node, comprising a package of parts, a cylindrical sleeve and a bolt with a nut. Round holes are made in the details (RF Patent No. 2263828, F16B 5/02, 2005).

Недостатком известного узла является круглая форма отверстий под втулку, вызывающая повышенные напряжения в болте и в соединяемых деталях, снижающие циклический ресурс и надежность болтового соединения при вращении деталей.A disadvantage of the known site is the round shape of the holes for the sleeve, causing increased stresses in the bolt and in the connected parts, reducing the cyclic life and reliability of the bolted connection during rotation of the parts.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении циклического ресурса и надежности болтового соединения вращающихся деталей при высоких параметрах работы путем разгрузки зон концентрации напряжений в указанных деталях.The technical problem solved by the invention is to increase the cyclic life and reliability of the bolted connection of rotating parts at high operating parameters by unloading the zones of stress concentration in these parts.

Сущность изобретения заключается в том, что в болтовом соединении вращающихся деталей, объединенных в пакет, с расположенными по окружности отверстиями, внутри которых на высоту пакета деталей установлены втулки с размещенными в их центральных отверстиях стяжными болтами, согласно п.1 формулы изобретения, каждое отверстие выполнено овальной формы и вытянуто в окружном направлении, а втулка - с овальным сечением, вытянутым в окружном направлении, при этомThe essence of the invention lies in the fact that in the bolted connection of rotating parts, combined in a package, with holes located around the circumference, inside of which, to the height of the package of parts, bushings are installed with coupling bolts located in their central holes, according to claim 1, each hole is made oval in shape and elongated in the circumferential direction, and the sleeve with an oval section elongated in the circumferential direction, while

b/а=1,36-1,5; c>(2,5-3)×b,b / a = 1.36-1.5; c> (2.5-3) × b,

где а - размер сечения втулки в радиальном направлении;where a is the size of the cross section of the sleeve in the radial direction;

b - размер сечения втулки в окружном направлении;b is the cross-sectional dimension of the sleeve in the circumferential direction;

с - длина окружности между центральными отверстиями соседних втулок.C is the circumference between the Central holes of adjacent bushings.

Кроме того по п.2 формулы для обеспечения изолированности полостей ступеней компрессора и сохранения необходимой площади контакта между деталями и болтом необходимо соблюдать следующее соотношение:In addition, according to claim 2 of the formula, in order to ensure the isolation of the cavities of the compressor stages and to maintain the necessary contact area between the parts and the bolt, the following ratio must be observed:

(a-d)/2>1,4 мм,(a-d) / 2> 1.4 mm,

где d - диаметр отверстия втулки под болт.where d is the diameter of the hole of the sleeve for the bolt.

Конфигурация втулки и размеры отверстия под нее выбраны на оснований анализа геометрии дисков и расчетов напряженно-деформированного состояния.The configuration of the sleeve and the dimensions of the holes for it are selected on the basis of analysis of the geometry of the disks and calculations of the stress-strain state.

Было обнаружено, что выполнение отверстий овальной формы, вытянутых в окружном направлении, и выполнение втулки с соответствующим овальным при соотношениях:It was found that the implementation of the holes are oval, elongated in the circumferential direction, and the execution of the sleeve with the corresponding oval with the ratios:

b/a=1,36-1,5; c>(2,5-3)×b,b / a = 1.36-1.5; c> (2.5-3) × b,

позволяет эффективно разгружать зоны концентрации напряжений и повышать расчетные значения циклического ресурса деталей, оцененного по условной кривой малоцикловой усталости для дисковых сплавов (Технический отчет №12045, М., ЦИАМ, 1993. Развитие методики управления ресурсами авиационного ГТД с целью повышения прочностной надежности, увеличения ресурсов и сокращения затрат при ресурсных испытаниях (применительно к двигателю ПС-90А и его модификациям)).allows you to efficiently unload stress concentration zones and increase the calculated values of the cyclic resource of parts, estimated from the conditional low-cycle fatigue curve for disk alloys (Technical Report No. 12045, M., TsIAM, 1993. Development of an aviation gas turbine engine resource management technique to increase strength reliability, increase resources and cost reduction during life tests (in relation to the PS-90A engine and its modifications)).

Втулки с овальным сечением выполняют в заявляемой конструкции следующие функции:Bushings with an oval cross-section perform the following functions in the claimed design:

- обеспечивают фиксацию деталей относительно друг друга;- provide fixation of parts relative to each other;

- сохраняют необходимую площадь контакта между фланцами и стандартным болтом круглой формы;- maintain the necessary contact area between the flanges and the standard round bolt;

- обеспечивают изолированность полостей секций (ступеней) компрессора.- provide isolation of the cavities of the sections (steps) of the compressor.

Кроме того, применение втулок заявляемой конструкции упрощает процесс сборки деталей компрессора, а при изготовлении втулок из легкого и прочного материала - позволяет снижать массу фланцев дисков и всего ротора в целом.In addition, the use of bushings of the claimed design simplifies the process of assembling compressor parts, and in the manufacture of bushings of lightweight and durable material, it allows to reduce the mass of disk flanges and the entire rotor as a whole.

Анализ результатов расчетов показывает, что заявляемое болтовое соединение имеет перспективу использования в современных двигателях последнего поколения.Analysis of the calculation results shows that the claimed bolted connection has the prospect of use in modern engines of the latest generation.

В случае если b/а<1,36, форма отверстия стремится к окружности, возрастает уровень окружных напряжений в отверстиях соединяемых деталей, следовательно, снижается циклическая долговечность.If b / a <1.36, the shape of the hole tends to circle, the level of circumferential stresses in the holes of the connected parts increases, therefore, the cyclic durability decreases.

В случае если b/а>1,5, отверстие больше вытянуто в окружном направлении, при этом уменьшается площадь цилиндрического сечения сопрягаемых деталей, что повышает риск потери несущей способности, возрастает уровень радиальных напряжений и снижается циклическая долговечность.If b / a> 1.5, the hole is more elongated in the circumferential direction, while reducing the area of the cylindrical section of the mating parts, which increases the risk of loss of bearing capacity, increases the level of radial stresses and reduces cyclic durability.

В случае если с≤2,5b, расстояние между центрами отверстий уменьшается, пропорционально уменьшается и площадь цилиндрического сечения соединяемых деталей, что повышает риск потери несущей способности.If с≤2.5b, the distance between the centers of the holes decreases, the area of the cylindrical section of the connected parts decreases proportionally, which increases the risk of loss of bearing capacity.

Соотношение с>3b приводит к тому, что расстояние между центрами отверстий увеличено, линии действий окружных напряжений при этом выравниваются, а эффект снижения концентраций напряжений уменьшается.The ratio c> 3b leads to the fact that the distance between the centers of the holes is increased, the lines of action of the circumferential stresses are aligned, and the effect of reducing the concentration of stresses decreases.

Кроме того, по п.2 формулы изобретения, для сохранения необходимой площади контакта между деталями и болтом, а также из технологических соображений необходимо соблюдать следующее соотношение: (a-d)/2>1,4 мм. В противном случае возникают технологические сложности с изготовлением втулки, т.к. толщина стенки втулки слишком мала. Кроме того, в тонкой стенке втулки возникают недопустимо высокие напряжения.In addition, according to claim 2, in order to maintain the necessary contact area between the parts and the bolt, as well as for technological reasons, it is necessary to observe the following ratio: (a-d) / 2> 1.4 mm. Otherwise, there are technological difficulties with the manufacture of the sleeve, because The wall thickness of the sleeve is too small. In addition, unacceptably high voltages occur in the thin wall of the sleeve.

Таким образом, при высоких параметрах работы использование данной конструкции болтового соединения дает возможность не только выравнивать напряжения по толщине пакета деталей и в болтах, но и значительно снижать уровень действующих напряжений в соединяемых деталях, повышая их ресурс.Thus, at high operating parameters, the use of this design of the bolted connection makes it possible not only to equalize the stresses along the thickness of the package of parts and in the bolts, but also to significantly reduce the level of acting stresses in the connected parts, increasing their service life.

На фиг.1 представлено сечение пакета соединяемых деталей с втулкой, имеющей овальное сечение, на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1. На фиг.3 показано болтовое соединение в сборке деталей ротора КВД в аксонометрии.In Fig.1 shows a cross section of the package of connected parts with a sleeve having an oval section, in Fig.2 - section aa in Fig.1. Figure 3 shows a bolted connection in the assembly of parts of the rotor of the HPC in a perspective view.

Болтовое соединение включает пакет вращающихся деталей газотурбинного двигателя (ГТД), например, фланца 1 диска первой ступени (КВД), фланца 2 вала КВД и диска 3 второй ступени КВД. В деталях 1, 2, 3 выполнены овальные отверстия 4, вытянутые в окружном направлении под втулку 5 с таким же овальным сечением и размерами а и b в радиальном и окружном направлениях, соответственно. В отверстии 4 втулка 5 размещена на всю толщину пакета деталей 1, 2, 3. Во втулке 5 имеется круглое центральное отверстие 6 диаметром d под стандартный стяжной болт 7 круглого сечения. Диаметр головки болта 7 и наружный диаметр гайки 8 перекрывают при сборке радиальный размер а втулки 5 при соблюдении условия A bolted connection includes a package of rotating parts for a gas turbine engine (GTE), for example, flange 1 of a disk of the first stage (KVD), flange 2 of the shaft of the KVD and disk 3 of the second stage of the KVD. In parts 1, 2, 3, oval holes 4 are made, elongated in the circumferential direction under the sleeve 5 with the same oval section and dimensions a and b in the radial and circumferential directions, respectively. In the hole 4, the sleeve 5 is placed over the entire thickness of the package of parts 1, 2, 3. In the sleeve 5 there is a round central hole 6 of diameter d for a standard round-neck coupling bolt 7. The diameter of the bolt head 7 and the outer diameter of the nut 8 overlap during assembly the radial dimension of the sleeve 5, subject to the conditions

(a-d)/2>1,4 мм.(a-d) / 2> 1.4 mm.

Втулка 5 обеспечивает изолированность полостей ступеней компрессора, сохраняет необходимую площадь контакта между фланцами и стяжным болтом 7.The sleeve 5 provides isolation of the cavities of the compressor stages, maintains the necessary contact area between the flanges and the coupling bolt 7.

Отверстия 6 расположены равномерно по всей длине окружности соединяемых деталей 1, 2, 3, при этом длина окружности С между ними зависит от размера сечения b втулки 5 в окружном направлении.The holes 6 are evenly spaced along the entire circumference of the parts 1, 2, 3 to be connected, while the circumference C between them depends on the size of the section b of the sleeve 5 in the circumferential direction.

Болтовое соединение собирают следующим образом.The bolted connection is collected as follows.

В овальное отверстие 4 пакета вращающихся деталей 1, 2, 3 вставляют втулку 5, в которой размещают стандартный болт 7 и закрепляют гайкой 8. В процессе работы КВД концентрация напряжений в зоне отверстий 4 в полотне и во фланцах 1, дисков будут минимальной, что позволяет работать при высоких заданных параметрах двигателя, повышая циклический ресурс и надежность болтового соединения.A sleeve 5 is inserted into the oval hole 4 of the package of rotating parts 1, 2, 3, in which a standard bolt 7 is placed and secured with a nut 8. During the operation of the HPC, the stress concentration in the area of the holes 4 in the blade and in the flanges 1 of the disks will be minimal, which allows work at high preset engine parameters, increasing the cyclic life and reliability of the bolted connection.

Claims (2)

1. Болтовое соединение вращающихся деталей, объединенных в пакет, с расположенными по окружности отверстиями, внутри которых на высоту пакета деталей установлены втулки с размещенными в их центральных отверстиях стяжными болтами, отличающееся тем, что каждое отверстие выполнено овальной формы и вытянуто в окружном направлении, а втулка - с овальным сечением, вытянутым в окружном направлении, при этом b/a=1,36-1,5; c>(2,5-3)·b,
где а - размер сечения втулки в радиальном направлении;
b - размер сечения втулки в окружном направлении;
с - длина окружности между центральными отверстиями соседних втулок.
1. Bolted connection of rotating parts, combined in a package, with holes located around the circumference, inside of which, to the height of the package of parts, bushings are installed with coupling bolts located in their central holes, characterized in that each hole is oval and elongated in the circumferential direction, and sleeve - with an oval cross section elongated in the circumferential direction, with b / a = 1.36-1.5; c> (2.5-3) b
where a is the size of the cross section of the sleeve in the radial direction;
b is the cross-sectional dimension of the sleeve in the circumferential direction;
C is the circumference between the Central holes of adjacent bushings.
2. Болтовое соединение вращающихся деталей по п.1, отличающееся тем, что (a-d)/2>1,4 мм, где d - диаметр отверстия втулки под болт. 2. Bolt connection of rotating parts according to claim 1, characterized in that (a-d) / 2> 1.4 mm, where d is the diameter of the bore of the sleeve for the bolt.
RU2011125214/12A 2011-06-17 2011-06-17 Bolted joint of rotating parts RU2472981C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011125214/12A RU2472981C1 (en) 2011-06-17 2011-06-17 Bolted joint of rotating parts

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2011125214/12A RU2472981C1 (en) 2011-06-17 2011-06-17 Bolted joint of rotating parts

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2472981C1 true RU2472981C1 (en) 2013-01-20

Family

ID=48806596

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011125214/12A RU2472981C1 (en) 2011-06-17 2011-06-17 Bolted joint of rotating parts

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2472981C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU176199A1 (en) * METHOD OF SPLITTING A NATURAL STONE ON SEPARATE BLOCKS
SU1751463A1 (en) * 1991-02-15 1992-07-30 Харьковский авиационный институт им.Н.Е.Жуковского Method of making bolted joint process for parts
WO2004099632A1 (en) * 2003-05-05 2004-11-18 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement made of a plastic part and a metal insert with a captive screw
DE202004012044U1 (en) * 2004-08-02 2005-04-14 Friedrich, Leonhard Arrangement for joining cover as well as piece of furniture to inner surface of camper van, comprising transversal pin, screw, and sleeve
RU2263828C1 (en) * 2004-03-02 2005-11-10 Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия Connecting unit for members of machines

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU176199A1 (en) * METHOD OF SPLITTING A NATURAL STONE ON SEPARATE BLOCKS
SU1751463A1 (en) * 1991-02-15 1992-07-30 Харьковский авиационный институт им.Н.Е.Жуковского Method of making bolted joint process for parts
WO2004099632A1 (en) * 2003-05-05 2004-11-18 Siemens Aktiengesellschaft Arrangement made of a plastic part and a metal insert with a captive screw
RU2263828C1 (en) * 2004-03-02 2005-11-10 Кабардино-Балкарская государственная сельскохозяйственная академия Connecting unit for members of machines
DE202004012044U1 (en) * 2004-08-02 2005-04-14 Friedrich, Leonhard Arrangement for joining cover as well as piece of furniture to inner surface of camper van, comprising transversal pin, screw, and sleeve

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2543828B1 (en) A Joint Assembly for an Annular Structure
RU2668297C1 (en) Method of assembling set of impellers through tie rods, impeller and turbomachine
ES2793175T3 (en) Directly driven compressor coupling
US20160327098A1 (en) Bearing supports
US20130180199A1 (en) Flange connection for a wind turbine and method of connecting parts of a wind turbine
US8651820B2 (en) Dovetail connection for turbine rotating blade and rotor wheel
US8118540B2 (en) Split ring for a rotary part of a turbomachine
RU2638227C2 (en) Structure with connecting shaft of gas turbine, comprising sleeve arranged between connecting shaft and rotor
US10260348B2 (en) Compressor for an axial turbine engine with double contra-rotating rotors
US10451204B2 (en) Low leakage duct segment using expansion joint assembly
US9903229B2 (en) Joint assembly and a method of using the same
US9388697B2 (en) First stage compressor disk configured for balancing the compressor rotor assembly
US11009009B2 (en) Shaft for a wind turbine
RU2472981C1 (en) Bolted joint of rotating parts
US9404367B2 (en) Gas turbine engine compressor rotor assembly and balancing system
CN203925894U (en) A kind of flange or class flange reinforcing ring, linkage structure and wind power generating set
US10100961B2 (en) Joint assembly and a method of using the same
EP2568125A2 (en) Turbine casing assembly mounting pin
RU149739U1 (en) DISC OF THE THIRD STEP OF THE TURBOJET ENGINE LOW PRESSURE COMPRESSOR ROTOR
EP3502498A1 (en) Bearing centering spring
EP2568126A2 (en) Turbine casing assembly mounting pin
RU2411383C1 (en) Gas-turbine engine support
RU2606295C1 (en) Gas turbine engine compressor rotor
RU2514820C1 (en) Gas turbine engine rotor
KR102365584B1 (en) Guide blade arrangement of a turbomachine

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20160618