本申請屬于航空發(fā)動機(jī)，特別涉及一種航空發(fā)動機(jī)高壓渦輪盤與軸連接結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)：

1、航空發(fā)動機(jī)高壓渦輪轉(zhuǎn)子的工作環(huán)境具有“溫度高、壓力高、轉(zhuǎn)速高”的特點，目前高性能航空發(fā)動機(jī)的渦輪前溫度已超過2100k，渦輪進(jìn)口燃?xì)饪倝撼^20個大氣壓，最高轉(zhuǎn)速達(dá)10000r/min以上。高壓渦輪轉(zhuǎn)子工作時會受到溫度載荷、氣動載荷、離心載荷和彎曲載荷的共同影響，所承受的負(fù)荷極高。

2、在這種高負(fù)荷條件下，如果高壓渦輪盤和高壓渦輪軸間的連接結(jié)構(gòu)存在應(yīng)力集中，或者穩(wěn)健性、可靠性欠佳，那么會嚴(yán)重影響高壓渦輪轉(zhuǎn)子的連接剛度與連接面的接觸狀態(tài)，進(jìn)而會對航空發(fā)動機(jī)的整機(jī)動力學(xué)特征、振動特性與安全造成影響。

3、目前在高壓渦輪盤與高壓渦輪軸連接結(jié)構(gòu)設(shè)計中，采用最為廣泛的是法蘭-螺栓連接結(jié)構(gòu)，以止口圓柱面定心、端面承載和螺栓壓緊的方式連接。

4、現(xiàn)有技術(shù)的缺點包括：

5、1)存在應(yīng)力集中：高壓渦輪盤法蘭根部為溫度應(yīng)力、離心應(yīng)力和彎曲應(yīng)力的集中區(qū)，易發(fā)生高壓渦輪盤強(qiáng)度破壞，危及飛行安全；

6、2)連接穩(wěn)健性差：在離心載荷和彎矩作用下，高壓渦輪盤與高壓渦輪軸變形不協(xié)調(diào)，易導(dǎo)致定心的止口圓柱面“張開”，產(chǎn)生局部分離，以及螺栓配合界面上產(chǎn)生滑移和磨損，使得整機(jī)振動幅值增大。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述問題，本申請?zhí)峁┝艘环N航空發(fā)動機(jī)高壓渦輪盤與軸連接結(jié)構(gòu)，包括：

2、高壓渦輪盤、高壓渦輪軸、螺栓與自鎖螺母；

3、高壓渦輪盤具有軸向延伸形成的高壓渦輪盤支臂、高壓渦輪盤支臂末端具有徑向向外的高壓渦輪盤法蘭邊；

4、高壓渦輪軸具有法蘭盤，法蘭盤外緣具有與高壓渦輪盤法蘭邊末端接觸限位的止口圓柱面；螺栓穿過法蘭盤與安裝邊的安裝孔與自鎖螺母連接，使高壓渦輪軸與高壓渦輪盤固定連接。

5、優(yōu)選的是，高壓渦輪軸的法蘭盤具有折返結(jié)構(gòu)，折返結(jié)構(gòu)包括位于法蘭盤中部的直壁以及位于直邊徑向外側(cè)的外斜壁與徑向內(nèi)側(cè)的內(nèi)斜壁；直壁的壁面與高壓渦輪軸軸線垂直，外斜壁與內(nèi)斜壁的壁面與直壁的壁面具有夾角。

6、優(yōu)選的是，高壓渦輪盤法蘭邊與法蘭盤的接觸面為平面，所述平面與高壓渦輪軸軸線垂直。

7、優(yōu)選的是，高壓渦輪盤支臂形狀為圓筒狀。

8、優(yōu)選的是，圓筒狀的高壓渦輪盤支臂上具有周向分布的開口槽，提供周向以及徑向的形變余量。

9、優(yōu)選的是，安裝時，高壓渦輪盤通過液氮冷卻。

10、本申請優(yōu)點在于：

11、1)改善應(yīng)力分布。溫度應(yīng)力分布在高壓渦輪盤身上，離心應(yīng)力分布在高壓渦輪盤的支臂上，彎曲應(yīng)力分布在高壓渦輪軸折返結(jié)構(gòu)彎折處，將高壓渦輪盤法蘭根部的集中應(yīng)力分散到不同部分，從而提高了整體的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，避免高壓渦輪盤破壞，提升了飛行安全的可靠性。

12、2)連接結(jié)構(gòu)穩(wěn)健性提高。將離心應(yīng)力、溫度應(yīng)力和彎曲應(yīng)力分布在螺栓連接之外的結(jié)構(gòu)上，因而螺栓連接結(jié)構(gòu)相對剛度較高，不會發(fā)生過大的變形，避免發(fā)生連接強(qiáng)度失效。

技術(shù)特征：

1.一種航空發(fā)動機(jī)高壓渦輪盤與軸連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括：

2.如權(quán)利要求1所述的航空發(fā)動機(jī)高壓渦輪盤與軸連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，高壓渦輪軸(2)的法蘭盤具有折返結(jié)構(gòu)(2-1)，折返結(jié)構(gòu)(2-1)包括位于法蘭盤中部的直壁(2-1a)以及位于直邊徑向外側(cè)的外斜壁(2-1b)與徑向內(nèi)側(cè)的內(nèi)斜壁(2-1c)；直壁(2-1a)的壁面與高壓渦輪軸(2)軸線垂直，外斜壁(2-1b)與內(nèi)斜壁(2-1c)的壁面與直壁(2-1a)的壁面具有夾角。

3.如權(quán)利要求2所述的航空發(fā)動機(jī)高壓渦輪盤與軸連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，高壓渦輪盤法蘭邊(1-2)與法蘭盤的接觸面為平面(n)，所述平面(n)與高壓渦輪軸(2)軸線垂直。

4.如權(quán)利要求2所述的航空發(fā)動機(jī)高壓渦輪盤與軸連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，高壓渦輪盤支臂(1-1)形狀為圓筒狀。

5.如權(quán)利要求4所述的航空發(fā)動機(jī)高壓渦輪盤與軸連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，圓筒狀的高壓渦輪盤支臂(1-1)上具有周向分布的開口槽，提供周向以及徑向的形變余量。

6.如權(quán)利要求4所述的航空發(fā)動機(jī)高壓渦輪盤與軸連接結(jié)構(gòu)，其特征在于，安裝時，高壓渦輪盤(1)通過液氮冷卻。

技術(shù)總結(jié)
本申請屬于航空發(fā)動機(jī)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種航空發(fā)動機(jī)高壓渦輪盤與軸連接結(jié)構(gòu)，包括：高壓渦輪盤、高壓渦輪軸、螺栓與自鎖螺母；高壓渦輪盤具有軸向延伸形成的高壓渦輪盤支臂、高壓渦輪盤支臂末端具有徑向向外的高壓渦輪盤法蘭邊；高壓渦輪軸具有法蘭盤，法蘭盤外緣具有與高壓渦輪盤法蘭邊末端接觸限位的止口圓柱面；螺栓穿過法蘭盤與安裝邊的安裝孔與自鎖螺母連接，使高壓渦輪軸與高壓渦輪盤固定連接，本申請能夠改善應(yīng)力分布。溫度應(yīng)力分布在高壓渦輪盤身上，離心應(yīng)力分布在高壓渦輪盤的支臂上，彎曲應(yīng)力分布在高壓渦輪軸折返結(jié)構(gòu)彎折處，將高壓渦輪盤法蘭根部的集中應(yīng)力分擔(dān)到不同部分，提升了飛行安全的可靠性。

技術(shù)研發(fā)人員：柳文東,王東,黃晨雨,劉宇,耿旭,韓君
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國航發(fā)沈陽發(fā)動機(jī)研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/10