Разрывной разъединитель

Разрывной разъединитель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к содержащему винты разрывному разъединителю, предназначенному для использования, в частности, на опоре подшипника вала вентилятора турбореактивного двигателя.

Уровень техники

Содержащий винты разрывной разъединитель описан в публикации FR 2752024.

В этом документе описана опора подшипника, в которой установлен роликовый подшипник. Опора подшипника закреплена на промежуточном кожухе с помощью фланца, соединенного с использованием множества сборочных винтов, каждый из которых установлен параллельно центральной линии двигателя.

При воздействии на опору подшипника большой нагрузки из-за несбалансированной массы, возникающей в результате разрушения лопатки, передача указанной нагрузки на промежуточный кожух и затем на остальную конструкцию предотвращается благодаря наличию разъединителя, установленного между опорой подшипника и промежуточным кожухом.

В первом варианте выполнения устройства, описанного в публикации FR 2752024, разъединение осуществляется благодаря разрыву соединительных винтов между опорой подшипника и промежуточным кожухом. Это обеспечивается с помощью зоны проточки или локально ослабленной зоны на винтах, которые называют "предохранительными винтами".

Разъединитель состоит из комбинации фланца и сборочных винтов.

Во втором варианте выполнения устройства в соответствии с описанием FR 2752024, разъединение должно происходить путем разрушения зоны, расположенной позади опоры подшипника, рядом с местом соединения опоры подшипника с промежуточным кожухом. Это достигается с помощью ослабленной зоны в зоне разрыва опоры подшипника. В этом случае сборочные винты между опорой подшипника и промежуточным кожухом представляют собой обычные винты и не предназначены для разрыва.

В результате возникновения несбалансированной массы на вал прикладывается циклическое радиальное усилие, которое преобразуется в циклическое осевое усилие, действующее в виде силы растяжения на ослабленную зону разъединителя, определяемой с учетом формы и размеров опоры подшипника. В двух вариантах выполнения устройства в соответствии с публикацией FR 2752024 разрыв ослабленной зоны происходит, когда приложенная нагрузка достигает или превышает заранее заданное значение нагрузки, которое, в частности, определяется ее размерами.

На практике предпочтительно обеспечить не только возможность разрыва разъединителя при возникновении значительной несбалансированной массы, но также часто требуется, чтобы разъединитель выдерживал наличие умеренной несбалансированной массы в течение заданного периода времени.

На практике значительная несбалансированная масса может возникать из-за потери лопатки, и в этом случае требуется, чтобы произошло разъединение; умеренная несбалансированная масса может возникать при всасывании двигателем птицы, и при этом в большинстве случаев требуется, чтобы разъединитель выдерживал наличие такой умеренной несбалансированной массы без разъединения.

Когда разъединитель подвергается нагрузке, превышающей заранее заданное значение, он разрушается благодаря разрыву винтов. При этом разъединитель не разрушается, когда на него действует нагрузка, не превышающая заданное значение, но может быть поврежден, когда нагрузка достаточно велика, чтобы вызвать локальное повреждение или деформацию составляющих элементов (предохранительных винтов и/или фланца, что приводит к уменьшению его ресурса стойкости).

Такое требование к уровню усталостной прочности, предпочтительно, должно обеспечиваться без влияния на надежность срабатывания разъединителя.

При использовании разъединителя, описанного в публикации FR 2752024, изготовитель не имеет возможности отдельно управлять усталостной прочностью винтов и их устойчивостью к растягивающему усилию перед разрушением. Другими словами, в таком разъединителе невозможно обеспечить управление усталостной прочностью без необходимости изменения предельной прочности на разрыв. Это представляет собой основной недостаток разъединителя в соответствии с известным уровнем техники.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение представляет собой улучшение первого варианта выполнения разъединителя, описанного в документе FR 2752024, который относится к разъединителю с винтами, напряженными под действием усилия растяжения.

Настоящее изобретение направлено на разъединитель, разрушающийся при растяжении, который не содержит недостатки указанных выше устройств в соответствии с известным уровнем техники.

Одна из целей настоящего изобретения состоит в повышении усталостной прочности данного разъединителя, разработанного таким образом, что он разрушается под действием заданного уровня нагрузки.

В соответствии с настоящим изобретением разъединитель, соединяющий две детали конструкции, разрушающийся при растяжении, в котором установлены разрушающиеся элементы, разрыв которых приводит к разъединению деталей, отличающийся тем, что содержит:

- первое множество первых разрушающихся элементов, называемых предохранительными разрушающимися элементами, установленных параллельно друг другу,

- второе множество вторых разрушающихся элементов, называемых структурными разрушающимися элементами, установленных параллельно друг другу и параллельно первым разрушающимся элементам,

и тем, что первые предохранительные разрушающиеся элементы и вторые структурные разрушающиеся элементы разработаны так, что они разрушаются только, когда нагрузка, приложенная к разъединителю, достигает или превышает заранее заданное значение нагрузки, и вторые структурные разрушающиеся элементы выполнены так, что они обладают достаточной усталостной прочностью до тех пор, пока приложенная нагрузка не достигнет заранее заданного значения нагрузки.

В соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения разрушающиеся элементы представляют собой предохранительные винты и структурные винты.

В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения разъединитель отличается тем, что первые предохранительные винты содержат ослабленную зону, расположенную между головкой и резьбой, которая под воздействием растяжения работает как спусковой механизм, или место инициирования разрушения.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения вторые структурные винты имеют большую толщину, чем первые предохранительные винты, и они имеют большую жесткость.

В соответствии с другим вариантом выполнения настоящего изобретения разрушающиеся элементы представляют собой предохранительные заклепки и структурные заклепки.

В соответствии с еще одним вариантом выполнения настоящего изобретения разрушающиеся элементы представляют собой предохранительные болты и структурные болты.

Разъединитель, в соответствии с настоящим изобретением, обладает тем преимуществом, что он обеспечивает для изготовителя возможность разрабатывать конструкции с использованием материалов с меньшим весом и/или меньшей стоимостью, например, таких как алюминий.

Краткое описание чертежей

Другие аспекты и преимущества настоящего изобретения будут более очевидны из следующего описания предпочтительного, но не ограничивающего варианта выполнения, совместно с прилагаемыми чертежами, на которых:

фиг.1 - вид в продольном разрезе части турбореактивного двигателя, представляющий общий вид устройства в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.2 - другой вид в продольном разрезе, представляющий увеличенное изображение части, показанной на предыдущем чертеже, более подробно изображающий вариант выполнения настоящего изобретения;

фиг.3 - вид в продольном разрезе предохранительного винта в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.4 - вид в продольном разрезе, представляющий фланец и структурный винт в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.5, 6 и 7 - варианты распределения предохранительных винтов и структурных винтов вдоль внешнего контура фланца.

Подробное описание изобретения

Настоящее изобретение будет описано ниже на примере предпочтительного варианта выполнения, в котором в качестве разрушающихся элементов используются предохранительные винты и структурные винты.

На фигурах 1 и 2 представлен пример общего вида устройства, в котором может использоваться разъединитель в соответствии с настоящим изобретением.

Рассмотрим вначале фигуру 1, на которой вентилятор 6 турбореактивного двигателя с центральной линией 100, установленный на вращающемся валу 2, расположен в передней части низкого давления линии 1 вала. На вентиляторе 6 установлены лопатки 7, которые расположены перед входным отверстием внутреннего потока 8 или основного потока газа, и перед входным отверстием внешнего потока 9, окружающего внутренний поток 8, вдоль которого проходит воздух, соединяющийся с потоком газа. Компрессор 10 низкого давления и компрессор 11 высокого давления расположены во внутреннем потоке 8.

На переднем конце 5 вращающегося вала 2 установлен вентилятор 6, и далее вал 2 установлен на первом подшипнике 3, который расположен позади вентилятора 6, и на втором подшипнике 4, который расположен позади первого подшипника 3.

Как показано на фигуре 2, первый подшипник 3 установлен на кожух 15, окружающий вал 2 и проходящий по направлению назад от первого подшипника 3 до промежуточного кожуха 14, с которым кожух 15 соединен с помощью соединения 17. Задний подшипник 4 установлен на опору 16, которая в свою очередь соединена с кожухом 15 через соединение 18.

В случае поломки лопатки 7 вентилятора 6 на валу 2 образуется значительная несбалансированная масса, которая создает циклическую нагрузку и вибрацию, передающиеся на неподвижные детали машины, через первый опорный подшипник 3 вала 2, создавая серьезный риск повреждения.

Соединение 18 между кожухом 15 и опорой 16 заднего подшипника 4 выполнено с использованием стандартных винтов.

Соединение 17 между кожухом 15 и промежуточным кожухом 14 выполнено с использованием разъединителя в соответствии с настоящим изобретением.

Это разъединитель будет описан со ссылкой на фигуры 3 и 4. Он содержит фланец 52, соединенный с задней частью кожуха 15.

Фланец 52 имеет приблизительно круглую форму, совмещен по центру с центральной линией 100 и расположен приблизительно перпендикулярно по отношению к центральной линии 100.

Фланец 52 содержит первые сквозные отверстия 42, в которые установлены первые сборочные винты 54, и вторые сквозные отверстия, в которые установлены вторые сборочные винты 72. Размеры сквозных отверстий 42, 44 соответствуют размерам винтов 54 и 72, устанавливаемых в них.

Фланец 52 имеет такие размеры, что усилие, передаваемое на винты, составляет только усилие растяжения.

Средство разъединителя сформировано с помощью винтов 54, 72. При этом используют винты двух различных типов, отличающихся по форме и размерам так, что они могут выполнять различные функции.

Первый комплект винтов состоит из винтов, называемых предохранительными винтами 54, размеры которых выбраны так, что они разрушаются под действием заданной нагрузки растяжения.

Такие винты показаны на фигуре 3 и по существу аналогичны предохранительным винтам, описанным в публикации FR 2752024.

Предохранительные винты 54 содержат головку 56 винта, резьбу 58, гладкую часть 62 между головой 56 и резьбой 58, а также зону слабого места или ослабленную зону, часто называемую предохранительной зоной 64, размеры которой выбирают как функцию заданного значения нагрузки, при которой предохранительные винты 54 должны разрушаться. При использовании на практике резьбу 58 предохранительных винтов 54 устанавливают в отверстие с нарезанной внутренней резьбой, выполненное в промежуточном кожухе 14, при этом головки 56 винтов прижимаются к свободной поверхности 60 фланца 52. При использовании предохранительная зона 64 всегда располагается внутри сквозного отверстия 42 фланца 52, в которое установлен предохранительный винт 54. Например, предохранительная зона 64 может быть получена путем ограничения диаметра, как показано на фигуре 3. Она также может быть получена путем высверливания и/или ослабления предельной прочности на разрыв винта с использованием определенной обработки, например локальной тепловой обработки путем локальной обработки с погружением.

Второй узел винтов состоит из винтов, называемых структурными винтами 72. Размеры этих винтов также выбирают такими, что они разрушаются при заданном уровне нагрузки, но при этом выдерживают нагрузку, не превышающую заранее заданное значение. В связи с этим, в отличие от предохранительных винтов 54, структурные винты 72 позволяют обеспечить устойчивость к усталостному разрушению при заданном значении приложенной нагрузки.

Структурные винты 72 показаны на фигуре 4. Они содержат головку 76 винта и резьбу 78. В отличие от предохранительных винтов 54 эти винты не имеют ослабленную зону и поэтому их резьба 78 предпочтительно проходит по существу по всей длине корпуса винта. При использовании структурные винты 72 с резьбой 78 устанавливают в отверстия с нарезанной внутренней резьбой, высверленные в промежуточном кожухе 14, и головки 76 винтов упираются в свободную поверхность 80 фланца 52.

Структурные винты 72 выполнены более толстыми, чем предохранительные винты 54, и, в частности, диаметр их корпуса больше, чем диаметр предохранительных винтов 54. Жесткость этих винтов также больше, чем жесткость предохранительных винтов 54, например, она может быть в два раза больше.

Усилия, возникающие на валу 2, передаются в основном через структурные винты 72 на промежуточный кожух 14. Передаваемые усилия в основном имеют осевое направление, при этом устойчивость к усилиям сдвига в основном обеспечивается благодаря расположению структурных винтов 72.

Ниже будет более подробно описано поведение разъединителя в соответствии с настоящим изобретением, в различных возможных ситуациях, и в сравнении с известным уровнем техники.

Вначале рассмотрим первую ситуацию, при которой структура подвергается воздействию умеренной несбалансированной массы, в результате которого возникает нагрузка, значение которой меньше, чем заранее заданное значение нагрузки, приводящей к разрыву разъединителя. При использовании устройства разъединителя в соответствии с известным уровнем техники, другими словами при отсутствии структурных винтов 72, происходит удлинение предохранительных винтов 54 в результате упругой деформации и затем, возможно, пластической деформации под действием осевой нагрузки растяжения, причем эта деформация не приводит к разрыву предохранительных винтов 54. При большом уровне пластической деформации предохранительных винтов 54 фланец 52 может в свою очередь деформироваться и/или отделяться от промежуточного кожуха 14, что снижает механическую прочность разъединителя. При использования разъединителя в соответствии с настоящим изобретением, другими словами содержащего комбинацию из предохранительных винтов 54 и структурных винтов 72, структурные винты 72 удлиняются незначительно или не удлиняются вообще. Это предотвращает или, по меньшей мере, ограничивает деформацию и/или отделение фланца 52.

Следовательно, присутствие структурных винтов 72 создает эффект повышения усталостной прочности разъединителя и увеличивает его ресурс стойкости при условии, что прилагаемая нагрузка остается меньшей, чем заранее заданная нагрузка, которая приводит к разрыву предохранительных винтов 54.

Рассмотрим теперь вторую ситуацию, в которой структура подвергается воздействию значительной несбалансированной массы, так что прилагаемая нагрузка превышает заранее заданное значение нагрузки или равна ему, что приводит к разрушению разъединителя. При использовании разъединителя в соответствии с известным уровнем техники, другими словами при отсутствии структурных винтов 72, происходит удлинение предохранительных винтов 54 при пластической деформации под действием осевой силы растяжения до тех пор, пока не происходит разрыв предохранительных винтов 54 в соответствии с описанием публикации FR 2752024. При использовании разъединителя в соответствии с настоящим изобретением, другими словами одновременно содержащего предохранительные винты 54 и структурные винты 72, происходит удлинение предохранительных винтов 54 и структурных винтов 72 с пластической деформацией под действием осевой силы растяжения, если приложенная нагрузка будет больше заранее заданного значения нагрузки или равна ему. В результате происходят отделение фланца 52, которое в свою очередь создает внезапно возникающую нагрузку на предохранительные винты 54. Эти винты в результате разрушаются один за другим или одновременно. В результате этого происходят перегрузка и разрушение, в свою очередь, структурных винтов 72. При этом происходит разъединение устройства.

Вследствие этого наличие структурных винтов 72 не препятствует выполнению функции разъединителя, когда на него воздействует нагрузка, превышающая заранее заданное значение нагрузки, приводящей к разъединению.

В устройствах разъединителя, в соответствии с известным уровнем техники, предел упругой прочности на разрыв разъединителя определяется пределом упругой прочности на разрыв предохранительных винтов. В устройствах разъединителя, в соответствии с настоящим изобретением, предел упругой прочности на разрыв разъединителя определяется пределом упругой прочности на разрыв структурных винтов. Поэтому наличие структурных винтов повышает предел упругой прочности на разрыв разъединителя. Например, предохранительные винты 54 и структурные винты 72 могут иметь такие размеры, что предел упругой прочности на разрыв устройства, в соответствии с настоящим изобретением, будет на 40% выше, чем предел упругой прочности на разрыв разъединителя в соответствии с известным уровнем техники.

Было определено, что предохранительные винты 54 имеют размеры, соответствующие заранее заданному значению осевой силы растяжения, то есть значению нагрузки, прикладываемой к входной стороне, которая приводит к разъединению. Кроме того, предохранительные винты 54 и структурные винты 72 устанавливают с соответствующей предварительной затяжкой так, что структурные винты 72 не разрушаются до разрушения предохранительных винтов 54.

Важный аспект разъединителя в соответствии с настоящим изобретением состоит в роли предохранительных винтов и структурных винтов. В устройствах, в соответствии с известным уровнем техники, разрыв разъединителя создается путем разрушения предохранительных винтов, и предел усталостной прочности разъединителя определяется разделением фланца, удерживаемого этими предохранительными винтами. В разъединителе, в соответствии с настоящим изобретением, разрыв разъединителя также происходит при разрыве предохранительных винтов 54, при этом предел усталостной прочности разъединителя зависит от разделения фланца, удерживаемого структурными винтами 72.

Вследствие этого при использовании разъединителя в соответствии с настоящим изобретением, одновременно содержащего предохранительные винты 54 и структурные винты 72, предпочтительно обеспечивается возможность отдельного управления разрушением разъединителя и пределом усталостной прочности разъединителя.

Ниже будут описаны примеры компоновок и распределения предохранительных винтов 54 и структурных винтов 72 со ссылками на фигуры 5-7.

Предпочтительно центры сквозных отверстий 42, выполненных для первых предохранительных винтов 54, и сквозных отверстий 44, выполненных для вторых структурных винтов 72, расположены на средней круговой линии 40 фланца 52, и эти отверстия распределены поочередно.

В соответствии с первым вариантом выполнения, представленным на фигуре 5, чередующееся распределение выбрано так, что каждое отверстие 42 для предохранительных винтов 54 расположено между двумя отверстиями 44 для структурных винтов 72 и аналогично каждое сквозное отверстие 44 для структурных винтов 72 расположено между двумя сквозными отверстиями 42 для предохранительных винтов 54.

В соответствии со вторым вариантом выполнения, представленным на фигуре 6, указанное чередующееся распределение выполнено так, что сквозные отверстия 42 для предохранительных винтов 54 и сквозные отверстия для структурных винтов 72 сгруппированы попарно, причем каждая пара сквозных отверстий 42 для предохранительных винтов 54 расположена между двумя парами сквозных отверстий 44 для структурных винтов 72 и аналогично каждая пара сквозных отверстий 44 для структурных винтов 72 расположена между двумя парами сквозных отверстий 42 для предохранительных винтов 54.

На практике также могут быть предусмотрены другие варианты чередования сквозных отверстий 42 для предохранительных винтов 54 и сквозных отверстий 44 для структурных винтов 72.

В соответствии с одним из вариантов выполнения (не показан), винты могут быть распределены в виде зон из нескольких предохранительных винтов 54, чередующихся с зонами из нескольких структурных винтов 72.

В соответствии с третьим вариантом выполнения, показанным на фигуре 7, указанное чередующееся распределение выполнено так, что сквозные отверстия 42 для предохранительных винтов 54 расположены на первой средней линии 40 фланца 52, и сквозные отверстий для структурных винтов 72 распределены на второй средней линии 41 фланца 52, причем вторая средняя линия 41 расположена концентрически с первой средней линией 40 ближе или дальше к центральной линии 100.

Также могут быть предусмотрены другие способы распределения, в которых комбинируются варианты чередования и/или расстояния от центральной линии 100.

Кроме того, хотя выше были описаны три варианта распределения, в которых используется идентичное количество предохранительных винтов 54 и структурных винтов 72, также возможны другие варианты распределения, в которых количество предохранительных винтов 54 больше, чем количество структурных винтов 72, или в которых количество предохранительных винтов 54 меньше, чем количество структурных винтов 72.

Выбор способа распределения винтов двух типов и/или выбор количества винтов всегда зависит от требуемого поведения устройства.

Настоящее изобретение, описанное выше, не ограничивается устройством разъединителя, в котором детали собраны с помощью предохранительных винтов и структурных винтов, но также может включать другие варианты выполнения, в которых в качестве средства разъединения вместо винтов используются наборы предохранительных заклепок и структурных заклепок или наборы предохранительных болтов и структурных болтов.

1. Разрывной разъединитель, соединяющий две детали (14, 15) конструкции, в котором используются разрушающиеся элементы (54, 72), разрушение которых приводит к разъединению указанных деталей (14, 15), отличающийся тем, что содержит множество первых разрушающихся элементов, называемых предохранительными разрушающимися элементами (54), установленных параллельно друг другу, множество вторых разрушающихся элементов, называемых структурными разрушающимися элементами (72), установленных параллельно друг другу и параллельно первым предохранительным разрушающимся элементам (54), причем первые предохранительные разрушающиеся элементы (54) и вторые структурные разрушающиеся элементы (72) выполнены с возможностью разрушения только, когда нагрузка, приложенная к разъединителю, достигает заранее заданного значения нагрузки, при этом первые разрушающие элементы (54) выполнены с возможностью деформироваться при нагрузке, приложенной к разъединению, меньше, чем заданное значение нагрузки, а вторые структурные разрушающиеся элементы (72) выполнены так, что они обладают достаточной усталостной прочностью при нагрузке, приложенной к разъединению, меньше, чем заданное значение нагрузки, предотвращая или ограничивая упомянутую деформацию первых разрушающих элементов (54).

2. Разъединитель по п.1, отличающийся тем, что количество предохранительных разрушающихся элементов (54) равно количеству структурных разрушающихся элементов (72).

3. Разъединитель по п.1, отличающийся тем, что количество предохранительных разрушающихся элементов (54) больше, чем количество структурных разрушающихся элементов (72).

4. Разъединитель по п.1, отличающийся тем, что количество предохранительных разрушающихся элементов (54) меньше, чем количество структурных разрушающихся элементов (72).

5. Разъединитель по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что предохранительные разрушающиеся элементы и структурные разрушающиеся элементы распределены по окружности круглого фланца (52) и тем, что предохранительные разрушающиеся элементы (54) и структурные разрушающиеся элементы (72) расположены на фланце (52) с правильным чередованием на, по меньшей мере, одной средней линии (40, 41).

6. Разъединитель по п.5, отличающийся тем, что каждый из предохранительных разрушающихся элементов (54) расположен между двумя структурными разрушающимися элементами (72).

7. Разъединитель по п.5, отличающийся тем, что предохранительные разрушающиеся элементы (54) сгруппированы в пары, и структурные разрушающиеся элементы (72) сгруппированы в пары, и каждая пара предохранительных разрушающихся элементов (54) расположена между двумя парами структурных разрушающихся элементов (72).

8. Разъединитель по любому из пп.5-7, отличающийся тем, что все предохранительные разрушающиеся элементы (54) и структурные разрушающиеся элементы (72) распределены на одной средней линии (40) фланца (52).

9. Разъединитель по любому из пп.5-7 отличающийся тем, что все предохранительные разрушающиеся элементы (54) расположены на первой средней линии (40) фланца (52) и что все структурные разрушающиеся элементы (72) расположены на второй средней линии (41) фланца (52), причем эти две средние линии (40, 41) расположены концентрично.

10. Разъединитель по любому из пп.1-9, отличающийся тем, что структурные разрушающиеся элементы (72) выполнены более жесткими, чем предохранительные разрушающиеся элементы (54).

11. Разъединитель по любому одному из пп.1-10, отличающийся тем, что структурные разрушающиеся элементы (72) выполнены более толстыми, чем предохранительные разрушающиеся элементы (54).

12. Разъединитель по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что первые предохранительные разрушающиеся элементы представляют собой первые предохранительные винты (54), и вторые структурные разрушающиеся элементы представляют собой вторые структурные винты (72).

13. Разъединитель по п.12, отличающийся тем, что первые предохранительные винты (54) содержат ослабленную зону (64) между головкой (56) и резьбой (58), которая инициирует разрушение под действием растяжения.

14. Разъединитель по п.13, отличающийся тем, что ослабленная зона (64) содержит участок с уменьшенным поперечным сечением.

15. Разъединитель по п.13, отличающийся тем, что ослабленная зона (64) содержит участок, из которого материал был удален путем высверливания.

16. Разъединитель по п.13, отличающийся тем, что ослабленная зона (64) была выполнена с помощью локальной тепловой обработки.

17. Разъединитель по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что первые предохранительные разрушающиеся элементы представляют собой первые предохранительные заклепки, и вторые структурные разрушающиеся элементы представляют собой вторые структурные заклепки.

18. Разъединитель по любому из пп.1-11, отличающийся тем, что первые предохранительные разрушающиеся элементы представляют собой первые предохранительные болты, и вторые структурные разрушающиеся элементы представляют собой вторые структурные болты.