一种提高航空发动机稳健性的涡轮盘轴连接结构的制作方法

1.本申请属于航空发动机设计领域，特别涉及一种提高航空发动机稳健性的涡轮盘轴连接结构。


背景技术：

2.航空发动机的涡轮转子系统的工作环境具有高温、高压的特点，同时涡轮转子重量大，转动惯性矩大，工作转速可达10000转/分以上，涡轮转子的负荷极高。如图1所示，涡轮转子一般由涡轮盘和涡轮轴构成，涡轮盘轴连接结构是否稳健、可靠，会严重影响涡轮转子的连接刚度与连接面的接触状态，进而会对整机的动力学特征、振动特性、主支点轴承的持久使用等造成影响。
3.在进行涡轮盘轴连接结构设计时，需要综合考虑发动机整机结构系统的工作环境，在满足结构强度要求的条件下，还应考虑连接结构及相关构件的变形协调性，以保证在全工况范围内涡轮转子符合发动机安全和可靠性工作需求。
4.1)由于涡轮盘轴连接处结构空间受限，使得涡轮盘工作过程中产生的径向变形、倾斜会向盘轴连接结构传递较大载荷，使连接结构局部静应力偏高，影响连接结构可靠性；
5.2)为满足性能要求，航空发动机转子转速日益提高，在高转速下转子发生弯曲变形，涡轮盘陀螺力矩会传递至盘轴连接结构以及涡轮转子支点轴承处，造成连接结构动应力偏大，支点动载荷偏大，影响整机工作可靠性；
6.3)发动机工作过程中涡轮盘变形、倾斜以及质量不平衡产生的激励，会传递涡轮轴，并通过涡轮轴传递到主支点轴承上，会给整机转子动力学和振动带来不利影响，同时不利于主支点轴承的持久工作。
7.因此如何实现全包线范围内的涡轮盘轴的稳定工作是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

8.本申请的目的是提供了一种提高航空发动机稳健性的涡轮盘轴连接结构，以解决现有技术中涡轮盘轴局部静应力偏大、支点动载荷偏大的问题。
9.本申请的技术方案是：一种提高航空发动机稳健性的涡轮盘轴连接结构，包括涡轮盘和涡轮轴，所述斜涡轮盘上伸出有斜锥壁，所述锥壁包括平直部和竖直部，所述竖直部一体连接于平直部靠近涡轮轴的一端，所述竖直部与涡轮轴的侧壁面相贴，所述平直部沿航空发动机轴向设置并且平直部上设置有加长段。
10.优选地，所述竖直部与涡轮轴通过第一止口径向过盈配合。
11.优选地，所述涡轮轴的侧壁上设有轴后篦齿环，所述轴后篦齿环与涡轮轴、竖直部之间螺纹连接有长螺栓，所述长螺栓上末端螺纹连接有托板螺母，所述轴后篦齿环与涡轮轴之间采用第二止口定位。
12.本申请的一种提高航空发动机稳健性的涡轮盘轴连接结构，包括涡轮盘和涡轮轴，涡轮盘上伸出有斜锥壁，斜锥壁上设有通气孔，斜锥壁包括平直部和竖直部，平直部沿
航空发动机轴向设置并且平直部上设置有加长段。斜锥壁通过竖直部和平直部形成折弯结构，将涡轮盘的斜锥壁加长，使涡轮盘锥壁的通气孔在确保同等通气面积的条件下，减少因开通气孔带来的锥壁强度减弱问题；通过设置加长段，使涡轮盘和涡轮轴的质心距离加大，将涡轮盘转动过程中产生的变形、倾斜以及质量不平衡激励载荷衰减在传力路径上，降低作用在涡轮轴和主支点轴承上的载荷，减小涡轮盘变形造成的支点外环倾斜问题，提高变形协调性。
附图说明
13.为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
14.图1为背景技术中涡轮盘轴结构示意图；
15.图2为本申请盘轴整体结构示意图；
16.图3为本申请涡轮盘轴连接长螺栓分解松脱力矩对比示意图。
17.1、涡轮盘；2、涡轮轴；3、平直部；4、竖直部；5、长螺栓；6、通气孔；7、第一止口；8、第二止口；9、轴后篦齿环；10、托板螺母；11、加长段。
具体实施方式
18.为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
19.一种提高航空发动机稳健性的涡轮盘轴连接结构，如图2所示，包括涡轮盘1和涡轮轴2，涡轮盘1与涡轮轴2之间设有主支点轴承，涡轮盘1、涡轮轴2和主支点轴承的结构与现有结构相同，具体不再赘述。
20.涡轮盘1上伸出有斜锥壁，斜锥壁上设有通气孔6，斜锥壁包括平直部3和竖直部4，竖直部4一体连接于平直部3靠近涡轮轴2的一端，竖直部4与涡轮轴2的侧壁面相贴，平直部3沿航空发动机轴向设置并且平直部3上设置有加长段11。
21.斜锥壁通过竖直部4和平直部3形成折弯结构，将涡轮盘1的斜锥壁加长，使涡轮盘1锥壁的通气孔6在确保同等通气面积的条件下，减少因开通气孔6带来的锥壁强度减弱问题。
22.通过设置加长段11，使涡轮盘1和涡轮轴2的质心距离加大，将涡轮盘1转动过程中产生的变形、倾斜以及质量不平衡激励载荷衰减在传力路径上，降低作用在涡轮轴2和主支点轴承上的载荷，减小涡轮盘1变形造成的支点外环倾斜问题，提高变形协调性。
23.采用上述结构后，选用改进前后涡轮盘1轴连接螺栓分解松脱力矩(表征涡轮盘1轴连接结构稳健性的典型)进行分析，如图3所示，001-01分解松脱力矩和001-02分解松脱力矩是改进前发动机(代号：001台)涡轮盘1轴长螺栓5第1次分解和第2次分解的松脱力矩，002-01分解松脱力矩和002-02分解松脱力矩是改进后发动机(代号：002台)涡轮盘1轴长螺栓5分解松脱力矩，通过对比改进前后发动机两次分解的松脱力矩和装配拧紧力矩，可以发现，改进前两次分解的松脱力矩分别为装配拧紧力矩的3.2倍和1.8倍，两次分解松脱力矩分散度较大，且分解松脱力矩比装配拧紧力矩大较多，说明涡轮盘1轴运行的稳定性不够。改进后两次分解的松脱力矩分别为装配拧紧力矩的1.45倍和1.46倍，两次分解松脱力矩基
本相同，说明涡轮盘1轴运行的稳定性较好。
24.优选地，竖直部4与涡轮轴2通过第一止口7径向过盈配合，以保证径向、周向定位，防止产生转子运动过程中的相对滑移，加强连接结构的稳定性。
25.优选地，涡轮轴2的侧壁上设有轴后篦齿环9，轴后篦齿环9与涡轮轴2、竖直部4之间螺纹连接有长螺栓5，长螺栓5上末端螺纹连接有托板螺母10，轴后篦齿环9与涡轮轴2之间采用第二止口8定位。长螺栓5穿过三层转子件，与施加一定拧紧力矩的托板螺母10共同作用下，使得各转子件轴向压紧，长螺栓5与涡轮轴2采用小间隙配合，保证涡轮盘1的定位，保证压紧量。
26.以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。


技术特征：
1.一种提高航空发动机稳健性的涡轮盘轴连接结构，其特征在于：包括涡轮盘(1)和涡轮轴(2)，所述涡轮盘(1)上伸出有斜锥壁，所述斜锥壁包括平直部(3)和竖直部(4)，所述竖直部(4)一体连接于平直部(3)靠近涡轮轴(2)的一端，所述竖直部(4)与涡轮轴(2)的侧壁面相贴，所述平直部(3)沿航空发动机轴向设置并且平直部(3)上设置有加长段(11)。2.如权利要求1所述的提高航空发动机稳健性的涡轮盘轴连接结构，其特征在于：所述竖直部(4)与涡轮轴(2)通过第一止口(7)径向过盈配合。3.如权利要求1所述的提高航空发动机稳健性的涡轮盘轴连接结构，其特征在于：所述涡轮轴(2)的侧壁上设有轴后篦齿环(9)，所述轴后篦齿环(9)与涡轮轴(2)、竖直部(4)之间螺纹连接有长螺栓(5)，所述长螺栓(5)上末端螺纹连接有托板螺母(10)，所述轴后篦齿环(9)与涡轮轴(2)之间采用第二止口(8)定位。

技术总结
本申请属于航空发动机设计领域，为一种提高航空发动机稳健性的涡轮盘轴连接结构，包括涡轮盘和涡轮轴，涡轮盘上伸出有斜锥壁，斜锥壁上设有通气孔，斜锥壁包括平直部和竖直部，平直部沿航空发动机轴向设置并且平直部上设置有加长段。斜锥壁通过竖直部和平直部形成折弯结构，将涡轮盘的斜锥壁加长，使涡轮盘锥壁的通气孔在确保同等通气面积的条件下，减少因开通气孔带来的锥壁强度减弱问题；通过设置加长段，使涡轮盘和涡轮轴的质心距离加大，将涡轮盘转动过程中产生的变形、倾斜以及质量不平衡激励载荷衰减在传力路径上，降低作用在涡轮轴和主支点轴承上的载荷，减小涡轮盘变形造成的支点外环倾斜问题，提高变形协调性。提高变形协调性。提高变形协调性。


技术研发人员：程荣辉 耿旭 王东 吕春光 刘宇 柳文东 贾鹏志
受保护的技术使用者：中国航发沈阳发动机研究所
技术研发日：2023.03.20
技术公布日：2023/6/7