一种低代偿的航空发动机转子系统的制作方法

专利2026-05-02  8


本发明涉及航空发动机,具体涉及一种低代偿的航空发动机转子系统。


背景技术:

1、航空发动机转子工作环境复杂,不仅承受较高的气动负荷,还承受较大的离心负荷等,转子系统设计水平高低直接决定了整个发动机的工作可靠性,转子振动大问题一直困扰航空发动机整个研制及使用周期,同时由于转静子结构设计不合理,带来的旋转盘腔异常温升较为明显,影响了发动机的温熵特性,进而影响了结构可靠性。

2、航空发动机低代偿设计就是通过更优的传力及连接设计、系统级低熵增思维、较为低的结构代价实现整个转子系统工作可靠性。通过查阅资料可知,目前现有技术中的航空发动机转子系统无低代偿详细设计方法,基本根据设计经验开展系统设计。因此开展低代偿转子系统设计,有助于提高整个发动机的工作可靠性。


技术实现思路

1、有鉴于此,本申请实施例提供一种低代偿的航空发动机转子系统,能够满足转子系统高效传力、连接稳健性及较低水平的旋转盘腔低热负荷生成需求,提高整个发动机的工作可靠性。

2、本申请实施例提供以下技术方案:发动机转子传力结构,所述发动机转子传力结构包括固定在压气机转子上的前支点和固定在涡轮转子上的后支点,所述压气机转子与所述涡轮转子连接,与所述前支点和所述后支点共同构成所述发动机转子传力结构,所述压气机转子由多级压气机转子盘组成,所述多级压气机转子盘之间通过连接结构相互连接;其中,每级压气机转子盘上前后两侧的所述连接结构的连接节点高度一致,使所述多级压气机转子盘之间形成的传力路径线性连续,且所述传力路径呈拱形。

3、根据本申请一种实施例,所述发动机转子传力结构还包括压气机前轴颈幅板,所述压气机前轴颈幅板连接在所述多级压气机转子盘的一级转子盘与二级转子盘之间;所述压气机前轴颈幅板的外侧壁与水平方向的夹角为60°,所述压气机前轴颈幅板的内侧壁与水平方向的夹角设计为61°-65°,变斜度设计以保证传力稳健性。

4、根据本申请一种实施例,所述前支点为用于承受轴向与径向载荷的滚珠轴承,所述后支点为用于承受径向载荷的滚棒轴承。

5、根据本申请一种实施例,所述多级压气机转子盘的一级转子盘与二级转子盘之间采用挑担式结构连接。

6、根据本申请一种实施例,所述多级压气机转子盘之间通过螺栓和止口的配合连接结构,并通过止口面定心定位;所述止口面的外侧沿所述压气机转子盘的径向延伸出凸台,形成止口加强环结构。

7、根据本申请一种实施例,所述止口面的长度为3-5mm。

8、根据本申请一种实施例,还包括涡系生成抑制结构,所述涡系生成抑制结构与发动机静子壁面固定连接,且所述涡系生成抑制结构的外型与发动机静子壁面的外型相适配,使发动机转子与静子之间的间隙比l:r为0.1-0.2,以降低系统熵增;其中,l为发动机转子与所述涡系生成抑制结构之间的最小水平距离,r为发动机转静系统的最高半径。

9、根据本申请一种实施例,所述压气机转子和所述涡轮转子之间采用圆弧端齿和精密螺栓的连接结构进行连接。

10、根据本申请一种实施例,还包括封严结构,所述封严结构包括位于所述圆弧端齿内侧的卡槽和封严片,所述圆弧端齿内侧的所述压气机转子和涡轮转子上在圆弧端齿内侧分别开设凹槽,两侧的所述凹槽连接形成所述卡槽,所述封严片安装在所述卡槽中,以在离心载荷的作用下产生附加弯矩,将所述圆弧端齿的内侧封严。

11、根据本申请一种实施例,所述封严片的两端沿径向延伸出用于增强封严效果的径向凸耳结构,所述封严片的两端沿轴向延伸出用于安装的轴向凸耳结构。

12、其中,轴向凸耳结构用于安装在两侧的所述凹槽中,径向凸耳结构用于在离心载荷的作用下增强附加弯矩作用,以增强封严效果。

13、本发明实施例的技术关键点包括:

14、1、以系统工程的思想,提出了一种低代偿的航空发动机转子系统的设计思路,实现了转子高效承传力、连接稳健性、低熵增转静系旋转盘腔设计、转子系统内外流高效封严等关键技术难点的突破;

15、2、提出传力路径上节点进行归一化的技术思路,传力节点空间类拱式结构,提高转子传力效果,采用短止口+凸台结构实现了转子连接稳健性。

16、3、通过数值仿真及试验验证结合方式,提出通过设计涡系生成抑制结构控制间隙比,建立了旋转盘腔低熵增设计方法。

17、4、提出一种双凸耳结构形式的封严片结构,通过离心力及附加弯矩共同作用实现了转子系统内外流的高效封严,解决了圆弧端齿低代偿封严技术难题。

18、与现有技术相比,本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括:本发明实施例在常规航空发动机转子结构设计基础上,提出了低代偿设计思想,通过支承传力设计的有机结合,实现了整个转子系统传力优化,应力水平合理。通过数值仿真分析寻优获得了小止口定心的高稳健性连接设计技术。通过建立转静系旋转盘腔一体化设计技术,采用数值仿真结合试验研究,控制间隙比在0.1-0.2即可满足旋转盘腔低熵增设计要求。通过设计一种双凸耳结构形式的封严片,实现了转子系统中内外流的高效封严。本
技术实现要素:
可实现航空发动机转子系统的高效低代偿设计需求。



技术特征:

1.一种低代偿的航空发动机转子系统,其特征在于,包括:

2.根据权利要求1所述的低代偿的航空发动机转子系统,其特征在于,所述发动机转子传力结构还包括压气机前轴颈幅板,所述压气机前轴颈幅板连接在所述多级压气机转子盘的一级转子盘与二级转子盘之间;所述压气机前轴颈幅板的外侧壁与水平方向的夹角为60°,所述压气机前轴颈幅板的内侧壁与水平方向的夹角为61°-65°。

3.根据权利要求1所述的低代偿的航空发动机转子系统,其特征在于,所述前支点为用于承受轴向与径向载荷的滚珠轴承,所述后支点为用于承受径向载荷的滚棒轴承。

4.根据权利要求1所述的低代偿的航空发动机转子系统,其特征在于,所述多级压气机转子盘的一级转子盘与二级转子盘之间采用挑担式结构连接。

5.根据权利要求1所述的低代偿的航空发动机转子系统,其特征在于,所述多级压气机转子盘之间通过螺栓和止口的配合连接结构,并通过止口面定心定位;所述止口面的外侧沿所述压气机转子盘的径向延伸出凸台,形成止口加强环结构。

6.根据权利要求5所述的低代偿的航空发动机转子系统,其特征在于,所述止口面的长度为3-5mm。

7.根据权利要求1所述的低代偿的航空发动机转子系统,其特征在于,还包括涡系生成抑制结构,所述涡系生成抑制结构与发动机静子壁面固定连接,且所述涡系生成抑制结构的外型与发动机静子壁面的外型相适配,使发动机转子与静子之间的间隙比l:r为0.1-0.2;其中,l为发动机转子与所述涡系生成抑制结构之间的最小水平距离,r为发动机转静系统的最高半径。

8.根据权利要求1所述的低代偿的航空发动机转子系统,其特征在于,所述压气机转子和所述涡轮转子之间采用圆弧端齿和精密螺栓的连接结构进行连接。

9.根据权利要求8所述的低代偿的航空发动机转子系统,其特征在于,还包括封严结构,所述封严结构包括位于所述圆弧端齿内侧的卡槽和封严片,所述压气机转子和涡轮转子上在圆弧端齿内侧分别开设凹槽,两侧的所述凹槽连接形成所述卡槽,所述封严片安装在所述卡槽中,以在离心载荷的作用下产生附加弯矩,将所述圆弧端齿的内侧封严。

10.根据权利要求9所述的低代偿的航空发动机转子系统,其特征在于,所述封严片的两端沿径向延伸出用于增强封严效果的径向凸耳结构,所述封严片的两端沿轴向延伸出用于安装的轴向凸耳结构。


技术总结
本发明提供了一种低代偿的航空发动机转子系统,涉及航空发动机技术领域,包括:发动机转子传力结构,所述发动机转子传力结构包括固定在压气机转子上的前支点和固定在涡轮转子上的后支点,所述压气机转子与所述涡轮转子连接,与所述前支点和所述后支点共同构成所述发动机转子传力结构,所述压气机转子由多级压气机转子盘组成,所述多级压气机转子盘之间通过连接结构相互连接;其中,每级压气机转子盘上前后两侧的所述连接结构的连接节点高度一致,使所述多级压气机转子盘之间形成的传力路径线性连续,且所述传力路径呈拱形。本发明实现了航空发动机转子系统的低代偿设计,提高了转子系统的工作可靠性。

技术研发人员:赵丹,贺进,谢宇,薛艳,兰梅,赵春雷
受保护的技术使用者:中国航发四川燃气涡轮研究院
技术研发日:
技术公布日:2024/7/25
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