Характеристика ответственных сопряжений

Ограниченная доступность узла для ремонта требует обеспечения надежной работоспособности всех соединений механизма, к которым подчас предъявляют противоречивые требования. С одной стороны, зазоры в этих соединениях должны быть минимальными для уменьшения протечек масла и исключения возможных значительных перекосов, с другой стороны, — достаточно свободными для обеспечения собираемости и легкости хода. При технологическом анализе механизма необходимо различать неподвижные и подвижные соединения, так как, в зависимости от их функционального назначения и предъявляются требования к обработке деталей рабочего колеса и к его сборке.

Неподвижные сопряжения. Прессовые соединения. К числу указанных относятся, в первую очередь, соединения бронзовых втулок с корпусом по диаметрам D6, D8 и D10 и с серьгой по диаметру D11. Втулки, наружные диаметры которых достигают 1600 мм, подвержены высоким удельным давлениям (до 400 кгс/см²) в условиях знакопеременных нагрузок. Поэтому во избежание расшатывания соединения зазор в нем не допускается. Уровень натяга определяется возможностью запрессовки втулок и тем обстоятельством, что они предохраняются от проворачивания стопорами. Стремление получить внутренний диаметр бронзовой втулки после запрессовки с требуемой точностью без дополнительной механической обработки приводит к необходимости выполнения сопряжения по 2-му классу точности. Принятая посадка А/Пл.

Центрирующая выточка корпуса D2 — буртик крышки (вала). Диаметры сопрягаемых поверхностей достигают 3400 мм. Основное требование, предъявляемое к данному соединению, — обеспечение соосности сопрягаемых деталей для сведения к минимуму неуравновешенности больших вращающихся масс. Наилучшим образом указанному требованию удовлетворяла бы посадка с гарантированным натягом. Расчеты показывают, однако, что практически осуществимая сборка рассматриваемого соединения возможна лишь в том случае, если натяг не превышает верхнего отклонения вала посадки П2а. В этом случае даже при высокой точности изготовления не исключается появление зазоров, а сборка весьма усложнена. Поэтому для облегчения условий сборки принимается посадка А/Д, позволяющая собирать узел без чрезмерных затруднений, а требуемая соосность обеспечивается путем взаимной расцентровки сопряженных деталей с точностью 0,05 мм.

Буртик штока D3 — поршень. Наличие натяга недопустимо из-за усложнений условий сборки. Для уменьшения разноосности наружной поверхности штока и направляющей втулки крышки (вала) принята посадка А/Д.

Буртик лопасти D14 — цапфа; рычаг D9 — цапфа. Диаметры сопрягаемых поверхностей достигают 900 мм. Условия сборки рабочего колеса исключают возможность осуществления данных сопряжений с натягом и требуют наличия гарантированных зазоров. Максимальное значение зазоров ограничено влиянием их на угол установки лопасти и особенностями технологии обработки отверстий под соединительные болты. Эти условия приводят к необходимости осуществлять сопряжение по D14 и D9 посадкой А/Д.

Подвижные сопряжения. Цапфа — корпус рабочего колеса по диаметру D13. Цапфа лопасти по поверхности, достигающей в диаметре 1550 мм, направляется в бронзовой втулке, запрессованной в корпусе рабочего колеса. Минимальный зазор в данном сопряжении должен обеспечивать возможность горизонтальной заводки цапфы при сборке узла, осложненной большими размерами и массой цапфы. С другой стороны, максимальный зазор ограничен опасностью значительного перекоса оси цапфы, и, как следствие этого, заклинивания звеньев механизма поворота. С учетом усадки втулки при запрессовке в пределах поля допуска посадки А/Пл принята посадка А2а/Х2а.

Цапфа D12— корпус рабочего колеса. Характер данного сопряжения полностью соответствует сопряжению цапфы с корпусом по поверхности D13. Относительно небольшие диаметры — до 650 мм — позволяют получать соединение с посадкой А/Х. В некоторых случаях для обеспечения указанного допуска необходима слесарная доводка внутренней поверхности бронзовой втулки шабрением.

Стакан D5 — корпус. Максимальный зазор в сопряжении с диаметрами до 650 мм ограничен уровнем допустимых протечек масла через соединение, отделяющее зону высокого и низкого давления в корпусе рабочего колеса. Минимальный зазор должен обеспечивать легкость хода механизма поворота лопастей. Принятая посадка — А/Д.

Поршень D4 — корпус. Поступательное перемещение поршня в сопряжении, диаметр которого достигает 3400 мм, обеспечивается лишь при наличии зазоров, исключающих возможность заклинивания из-за перекоса поршня в пределах зазоров между стаканами механизма поворота и корпусом. Из геометрического анализа конструкции рабочего колеса следует, что заклинивания не произойдет, если минимальный зазор в анализируемом сопряжении будет больше максимальных зазоров в сопряжениях стаканов с корпусом. При принятой посадке А/Д в сопряжении по поверхности D5 указанному условию удовлетворяет верхнее отклонение вала посадки Х2а.

В современных конструкциях рабочих колес, имеющих уплотняющие поршневые кольца, максимальный зазор, образуемый посадкой А/Х2а, не играет решающей роли с точки зрения ограничения протечек масла. Необходимая соосность поршня и корпуса обеспечивается их взаимной расцентровкой при сборке рабочего колеса с точностью до 0,05 мм.

Шток D1 — крышка; палец рычага D15 и промежуточная втулка стакана D16 — серьга. Данные сопряжения должны рассматриваться особо, так как зазоры в них кроме своего прямого служебного назначения — обеспечения работоспособности узла — определяют собираемость механизма рабочего колеса. В сопряжениях серьги по поверхностям D15 и D16 минимальные зазоры во избежание заклинивания должны быть достаточными, чтобы компенсировать возможные перекосы осей пальцев.

При рассмотрении соединения штока D1 с направляющей бронзовой втулкой необходимо различать два варианта конструктивного исполнения рабочего колеса. В первом варианте, когда крышка рабочего колеса является самостоятельной деталью, при сборке имеется возможность расцентровки втулки относительно поверхности штока. Максимальный зазор посадки А/Х, назначаемый обычно в этом соединении с диаметрами до 650 мм, удовлетворяет эксплуатационным условиям с точки зрения протечек масла. Во втором варианте крышкой рабочего колеса является развитый фланец вала турбины. В этом случае сопряжение по поверхности D1 в процессе сборки рабочего колеса недоступно для расцентровки. Возможная разноосность поверхностей штока и направляющей втулки, возникающая из-за линейных и угловых эксцентриситетов взаимного расположения деталей механизма, может быть больше минимального зазора посадки, назначаемой из условия ограничения протечек. Возникающее при этом боковое усилие, действующее на шток, не должно приводить к удельным давлениям, превышающим допустимые нормы для материала направляющей втулки.

Удовлетворить указанным требованиям в сопряжениях по поверхностям D1, D15 и D16 возможно лишь при условии назначения допусков на основании размерного анализа механизма рабочего колеса. Одним из основных аспектов данного анализа является расчет размерных цепей, при котором устанавливается согласование погрешностей в изготовлении отдельных деталей с отклонениями, возникающими в процессе общей сборки рабочего колеса.

К числу параметров, приемлемость предельных отклонений которых также необходимо проверять путем расчета размерных цепей, относятся длины звеньев механизма поворота лопастей —  А, Б, В, Г и Д на рис.

5.1. Относительные погрешности изготовления одноименных деталей поворотного механизма приводят к неидентичности разворота лопастей, допустимая разность углов установки которых определяется требованиями гидравлики.