本發(fā)明涉及航空發(fā)動機，特別地，涉及一種燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、設(shè)計方法、裝配方法以及航空發(fā)動機。

背景技術(shù)：

1、中小航空發(fā)動機為了提高熱效率和功率輸出水平而不斷地提升渦輪效率與燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子進(jìn)口溫度(rit)。當(dāng)前中小航空發(fā)動機渦輪進(jìn)口燃?xì)鉁囟瘸^1500k時，為提高燃?xì)鉁u輪效率、降低轉(zhuǎn)子級負(fù)荷，一般通過優(yōu)化渦輪轉(zhuǎn)靜子葉片型線、采用多級渦輪構(gòu)型、提高轉(zhuǎn)子中徑切線速度等措施實現(xiàn)。前兩種措施是當(dāng)前中小航空發(fā)動機渦輪氣動設(shè)計時常用措施，在保證渦輪氣動效率的前提下，能夠較好地實現(xiàn)渦輪壽命水平。在相同設(shè)計條件下提高渦輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速(即渦輪轉(zhuǎn)子中徑切線速度)，也能很好地提高渦輪效率，同時可降低渦輪級數(shù)、減少結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)雜性，但是會大幅增加渦輪結(jié)構(gòu)強度設(shè)計難度，已知國內(nèi)外中小航空發(fā)動機單級渦輪轉(zhuǎn)子中徑切線速度均在480m/s以下，雙級則更低，中徑切線速度均小于350m/s。而優(yōu)化轉(zhuǎn)靜子葉型會增加空心氣冷葉片冷卻結(jié)構(gòu)的設(shè)計與鑄造難度，使得成本增加；通過采用雙級渦輪設(shè)計會增加渦輪軸向長度、零件數(shù)、重量等，不利于發(fā)動機功重比提高，同時增加裝配復(fù)雜性等。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、設(shè)計方法、裝配方法以及航空發(fā)動機，以解決現(xiàn)有技術(shù)中中小型航空發(fā)動機燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速提升結(jié)構(gòu)強度設(shè)計難度高的技術(shù)問題。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供一種燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括渦輪盤、導(dǎo)流盤、轉(zhuǎn)子冷卻葉片，

3、所述渦輪盤的輻板部位的外壁設(shè)置呈減厚構(gòu)造，所述減厚構(gòu)造的厚度由所述渦輪盤的端部向所述輻板方向逐漸減小，所述渦輪盤的盤心的低應(yīng)力區(qū)開設(shè)減重槽；

4、所述導(dǎo)流盤遠(yuǎn)離所述渦輪盤的一側(cè)為第一表面，朝向所述渦輪盤的一側(cè)為第二表面，

5、所述導(dǎo)流盤的第二表面于第一止口向徑向外端區(qū)域構(gòu)造呈第一平直結(jié)構(gòu)并于第一止口向徑向內(nèi)端構(gòu)造呈第二平直結(jié)構(gòu)且第二平直結(jié)構(gòu)呈預(yù)設(shè)角度傾斜布設(shè)；所述導(dǎo)流盤的第一表面于主要承載區(qū)域由第一止口至第二止口方向依次構(gòu)造呈第一弧面結(jié)構(gòu)、第三平直結(jié)構(gòu)以及第二弧面結(jié)構(gòu)，所述導(dǎo)流盤的第二表面于主要承載區(qū)域由第一止口至第二止口方向依次構(gòu)造呈第三弧面結(jié)構(gòu)、第四平直結(jié)構(gòu)以及第四弧面結(jié)構(gòu)，第一弧面結(jié)構(gòu)、第三弧面結(jié)構(gòu)以及第四弧面結(jié)構(gòu)的圓心位于遠(yuǎn)離軸向的一側(cè)，第二弧面結(jié)構(gòu)的圓心位于靠近軸向的一側(cè)；

6、所述導(dǎo)流盤的徑向內(nèi)端壁面的低應(yīng)力區(qū)設(shè)置分段平直結(jié)構(gòu)。

7、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述導(dǎo)流盤的第一表面的徑向外端部分的篦齒的重心偏離軸向以及偏離第一止口布設(shè)。

8、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述轉(zhuǎn)子冷卻葉片的榫頭型線與所述渦輪盤的榫槽型線間隙為0.03-0.05mm。

9、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述導(dǎo)流盤的軸向延伸部分沿周向均勻分布的開設(shè)有通氣孔，用于引入外部冷卻氣至所述導(dǎo)流盤和所述渦輪盤之間間隙；所述渦輪盤上于第一止口位置周向均勻分布的設(shè)置有通氣槽，用于將所述導(dǎo)流盤和所述渦輪盤之間間隙內(nèi)的冷卻氣引至轉(zhuǎn)子冷卻葉片的內(nèi)腔以及引出至渦輪盤的后端面。

10、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述導(dǎo)流盤采用預(yù)緊裝配且所述導(dǎo)流盤的第二止口于徑向過盈0.05-0.06mm，所述導(dǎo)流盤的第一止口采用小間隙配合且徑向配合間隙0.05-0.07mm。

11、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述第二平直結(jié)構(gòu)的直線度大于0且小于3.5°。

12、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述渦輪盤的頂部一側(cè)設(shè)置凸臺結(jié)構(gòu)，用于對所述轉(zhuǎn)子冷卻葉片軸向限位。

13、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種設(shè)計方法，用于設(shè)計上述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述設(shè)計方法包括：

14、s1.基于有限元分析對渦輪盤的輻板部位設(shè)計減厚構(gòu)造；

15、s2.基于有限元分析對渦輪盤的盤心低應(yīng)力區(qū)進(jìn)行減重開槽設(shè)計；

16、s3.基于有限元分析對導(dǎo)流盤主要承載部位優(yōu)化設(shè)計；

17、s4.基于有限元分析對導(dǎo)流盤低應(yīng)力區(qū)減重設(shè)計。

18、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種裝配方法，用于裝配上述燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)還包括封嚴(yán)絲、螺母與鎖片，所述裝配方法包括：

19、a1.將各轉(zhuǎn)子冷卻葉片由渦輪盤前端榫槽位置依次放入，軸向移動轉(zhuǎn)子冷卻葉片至凸臺結(jié)構(gòu)位置；

20、a2.將導(dǎo)流盤加熱至200℃以上并將封嚴(yán)絲放入導(dǎo)流盤的安裝槽內(nèi)；

21、a3.由渦輪盤前端軸頸轉(zhuǎn)入導(dǎo)流盤，沿軸向移動導(dǎo)流盤至導(dǎo)流盤貼合轉(zhuǎn)子冷卻葉片的前端面；

22、a4.依次放入鎖片旋入螺母至導(dǎo)流盤達(dá)到預(yù)設(shè)壓縮量，完成裝配。

23、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種航空發(fā)動機，其包括上述燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

24、本發(fā)明具有以下有益效果：

25、本燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)的渦輪盤相較于常規(guī)渦輪盤設(shè)計，設(shè)計減厚構(gòu)造減少了渦輪盤中上方輻板區(qū)域的體積，同時設(shè)計減重槽降低輪心低應(yīng)力區(qū)的體積，實現(xiàn)在渦輪盤重量不增加的前提下適當(dāng)增加輻板區(qū)域的徑向應(yīng)力水平，實現(xiàn)渦輪盤盤心最大應(yīng)力顯著下降；通過優(yōu)化導(dǎo)流盤主要承載區(qū)域，主要承載區(qū)域整體呈傾斜水滴狀構(gòu)型，實現(xiàn)承載能力的提升，通過增加旋轉(zhuǎn)盤體主承載區(qū)盤體寬度增強導(dǎo)流盤盤體內(nèi)徑承載能力，基于弧形結(jié)構(gòu)之間的平直結(jié)構(gòu)設(shè)計控制重量增加，結(jié)合導(dǎo)流盤低應(yīng)力區(qū)分段平直結(jié)構(gòu)的減重設(shè)計減少主要承載區(qū)域水滴狀結(jié)構(gòu)導(dǎo)致的重量增加帶來的影響，較好地提升了導(dǎo)流盤的抗破裂能力與壽命，為實現(xiàn)高溫高切線速度下渦輪轉(zhuǎn)子整體強度與壽命提升做出重要貢獻(xiàn)。

26、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點。下面將參照圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

技術(shù)特征：

1.一種燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，包括渦輪盤、導(dǎo)流盤、轉(zhuǎn)子冷卻葉片，其特征在于，

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)流盤的第一表面的徑向外端部分的篦齒的重心偏離軸向以及偏離第一止口布設(shè)。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述轉(zhuǎn)子冷卻葉片的榫頭型線與所述渦輪盤的榫槽型線間隙為0.03-0.05mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)流盤的軸向延伸部分沿周向均勻分布的開設(shè)有通氣孔，用于引入外部冷卻氣至所述導(dǎo)流盤和所述渦輪盤之間間隙；所述渦輪盤上于第一止口位置周向均勻分布的設(shè)置有通氣槽，用于將所述導(dǎo)流盤和所述渦輪盤之間間隙內(nèi)的冷卻氣引至轉(zhuǎn)子冷卻葉片的內(nèi)腔以及引出至渦輪盤的后端面。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述導(dǎo)流盤采用預(yù)緊裝配且所述導(dǎo)流盤的第二止口于徑向過盈0.05-0.06mm，所述導(dǎo)流盤的第一止口采用小間隙配合且徑向配合間隙0.05-0.07mm。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述第二平直結(jié)構(gòu)的直線度大于0且小于3.5°。

7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，其特征在于，所述渦輪盤的頂部一側(cè)設(shè)置凸臺結(jié)構(gòu)，用于對所述轉(zhuǎn)子冷卻葉片軸向限位。

8.一種設(shè)計方法，其特征在于，用于設(shè)計權(quán)利要求1-7任一項所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述設(shè)計方法包括：

9.一種裝配方法，其特征在于，用于裝配權(quán)利要求7所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)，所述燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)還包括封嚴(yán)絲、螺母與鎖片，所述裝配方法包括：

10.一種航空發(fā)動機，其特征在于，應(yīng)用有權(quán)利要求1-7任一項所述的燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種燃?xì)鉁u輪轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)、設(shè)計方法、裝配方法以及航空發(fā)動機，包括渦輪盤、導(dǎo)流盤，渦輪盤的輻板部位的設(shè)置減厚構(gòu)造，渦輪盤的盤心低應(yīng)力區(qū)開設(shè)減重槽；導(dǎo)流盤的第二表面于第一止口向徑向外端區(qū)域構(gòu)造呈第一平直結(jié)構(gòu)并于第一止口向徑向內(nèi)端構(gòu)造呈第二平直結(jié)構(gòu)且第二平直結(jié)構(gòu)呈預(yù)設(shè)角度傾斜布設(shè)；第一表面于主要承載區(qū)域依次構(gòu)造呈第一弧面結(jié)構(gòu)、第三平直結(jié)構(gòu)以及第二弧面結(jié)構(gòu)，第二表面于主要承載區(qū)域依次構(gòu)造呈第三弧面結(jié)構(gòu)、第四平直結(jié)構(gòu)以及第四弧面結(jié)構(gòu)，第一弧面結(jié)構(gòu)、第三弧面結(jié)構(gòu)以及第四弧面結(jié)構(gòu)的圓心位于遠(yuǎn)離軸向的一側(cè)，第二弧面結(jié)構(gòu)的圓心位于靠近軸向的一側(cè)；導(dǎo)流盤的徑向內(nèi)端壁面的低應(yīng)力區(qū)設(shè)置分段平直結(jié)構(gòu)。

技術(shù)研發(fā)人員：鄧麗君,成本林,李維,周澤堂,錢正明,向立軍,李軍,何立強,董武
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國航發(fā)湖南動力機械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/12/19