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CN111335965A - 一种含冷却压紧结构的涡轮转子装置 - Google Patents

一种含冷却压紧结构的涡轮转子装置 Download PDF

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CN111335965A CN202010157757.7A CN202010157757A CN111335965A CN 111335965 A CN111335965 A CN 111335965A CN 202010157757 A CN202010157757 A CN 202010157757A CN 111335965 A CN111335965 A CN 111335965A
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Abstract

本发明涉及一种含冷却压紧结构的涡轮转子装置，包括通过枞树型榫头和榫槽匹配连接的叶片和轮盘，还包括过盈安装在所述榫头端面和所述榫槽底部间隙的冷却压紧装置，所述冷却压紧装置设有下部主支撑柱和上部对称设置的分支撑柱，所述主支撑柱、所述分支撑柱分别与所述榫齿端面及所述榫槽形成多个冷气通道，使得所述榫齿与所述榫槽相对位置固定，且冷气有效对流面积增大，增加了冷风通道空间及有效对流面积，降低了轮缘部分以及叶片榫头与轮盘榫槽连接部位的温度，减小了叶片榫头的热应力，提高了叶片榫头和轮盘榫槽结构以及轮盘轮缘的蠕变寿命。

Description

一种含冷却压紧结构的涡轮转子装置
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，特别涉及一种含冷却压紧结构的涡轮转子装置。
背景技术
航空发动机涡轮转子通常采用枞树型榫头和榫槽连接结构实现涡轮盘和叶片的装配，此结构是航空发动机结构的重要环节，其结构设计的合理性直接关系到转子部件的强度、寿命和可靠性，并极大地影响发动机的推质比，目前，航空发动机涡轮转子采用的枞树型榫头和榫槽连接结构，高速转动的叶片产生的离心力使得叶片榫头、轮盘榫槽连接部位产生的温度达到甚至超过900K，并产生较高的热应力，同时叶片榫头、轮盘榫槽连接部位间的微动摩擦也会大大降低涡轮转子的使用寿命。随着航空发动机对性能要求的不断提高，涡轮部件的工作环境越发苛刻，传统的枞树型盘榫连接结构中寿命低、可靠性低的缺点越发明显，已无法满足高质量的使用要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种含冷却压紧结构的涡轮转子装置，该装置使得通过枞树型榫头和榫槽配合连接的叶片与轮盘在非工作状态及工作状态下相对位置稳定，同时增加了连接部位的冷风通道空间，增加了有效对流面积，降低了轮缘部分以及叶片榫头与轮盘榫槽连接部位的温度，减小了叶片榫头的热应力，提高了叶片榫头和轮盘榫槽结构以及轮盘轮缘的蠕变寿命。
本发明提供的具体技术方案如下：
一种含冷却压紧结构的涡轮转子装置，包括通过枞树型榫头和榫槽匹配连接的叶片和轮盘，还包括过盈安装在所述榫头端面和所述榫槽底部间隙的冷却压紧装置，所述冷却压紧装置设有主支撑柱和位于所述主支撑柱上端对称设置的分支撑柱，所述主支撑柱、所述分支撑柱分别与所述榫齿端面及所述榫槽形成多个冷气通道，使得所述榫齿与所述榫槽相对位置固定，且冷气有效对流面积增大。
需要说明的是，该冷却压紧装置在非工作状态下给予所述叶片的榫头施加一个向上的压力，使得所述榫头与所述榫槽处于压紧贴合状态，减小了非工作状态下的相对滑移，该冷却压紧装置在工作状态下能为所述榫头提供压力使得所述榫头与所述榫槽间的滑动摩擦力加大,大大减小了叶片的榫头与轮盘的榫槽之间的相对滑移，增加了冷却空间，同时叶片榫头与轮盘榫槽之间留有间隙以保证榫头连接后能自由膨胀以减小榫齿上产生的热应力，同时提高了叶片榫头及轮盘榫槽结构以及轮盘轮缘的蠕变寿命，提高了所述涡轮转子装置乃至整个发动机的寿命。
优选地，所述冷却压紧装置呈“Y”状，所述主支撑柱的下端面与所述榫槽底部相贴合，所述分支撑柱对称设置的左支撑柱和右支撑柱的上端面均与所述榫齿端面相贴合，所述左支撑柱和右支撑柱的外侧面均与所述榫槽壁相贴合。
优选地，所述左支撑柱和所述右支撑柱的上端面为平面，与所述榫齿端面相匹配。
优选地，所述主支撑柱的下端面为弧面，与所述榫槽底面相匹配。
优选地，所述左支撑柱和所述右支撑柱形成上部凹槽，所述上部凹槽与所述榫齿端面形成上冷却通道。
优选地，所述主支撑柱与所述左支撑柱及所述右支撑柱分别形成对称设置的左冷却通道和右冷却通道。
优选地，所述上冷却通道在榫头平面内的截面面积约占所述侧冷却通道截面面积的1/4。
优选地，所述榫头设有第一榫齿和第二榫齿，所述榫槽对应设置呈包围状的第一榫槽和第二榫槽，所述第一榫齿的上侧肩与所述第一榫槽的上侧壁相贴合，所述第二榫齿的上侧肩与所述第二榫槽的上侧壁相贴合。
优选地，所述第一榫齿的榫头端面与所述上侧肩通过圆弧过渡，使得所述第一榫齿的圆弧面、所述第一榫槽与所述左支撑柱及所述右支撑柱的上端面形成对称设置的左空间及右空间。
优选地，所述第一榫齿与所述第二榫齿侧面之间的连接均为圆弧过渡，对应的所述第一榫槽与所述第二榫槽的侧面的连接均为圆弧过渡。
需要说明的是，该冷却压紧装置在非工作状态下给予所述叶片的榫头施加一个向上的压力，使得所述榫头与所述榫槽处于压紧贴合状态，减小了所述榫头与所述榫槽接触面在非工作状态下的相对滑移，该冷却压紧装置在工作状态下能为所述榫头提供压力使得所述榫头与所述榫槽间的滑动摩擦力加大,大大减小了叶片的榫头与轮盘的榫槽之间的相对滑移，增加了冷却空间，同时叶片榫头与轮盘榫槽之间留有间隙以保证榫头连接后能自由膨胀以减小榫齿上产生的热应力。
需要说明的是，通过呈“Y”状所述冷却压紧装置的设置，使所述第一榫齿的端部、所述第一榫槽与所述冷却压紧装置之间分别形成左空间、右空间、上冷却通道、左侧冷却通道和右侧冷却通道，科学分布的多个冷气通道，可大大增加冷气的流通面积及流通速度，有效地加大了对流效率，极大地降低了叶片榫头及轮盘榫槽结构以及轮盘轮缘的温度，降低了叶片榫头的热应力，同时提高了叶片榫头及轮盘榫槽结构以及轮盘轮缘的蠕变寿命，提高了所述涡轮转子装置乃至整个发动机的寿命。
本发明的有益效果为：
采用本含冷却压紧结构的涡轮转子装置，该装置使得通过枞树型榫头和榫槽配合连接的叶片与轮盘在非工作状态及工作状态下相对位置稳定，减小了相对滑移，同时增加了连接部位的冷风通道空间，增加了有效对流面积，降低了轮缘部分以及叶片榫头与轮盘榫槽连接部位的温度，同时叶片榫头与轮盘榫槽之间留有间隙以保证榫头连接后能自由膨胀以减小榫齿上产生的热应力，提高了叶片榫头和轮盘榫槽结构以及轮盘轮缘的蠕变寿命，提高了所述涡轮转子装置乃至整个发动机的寿命。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明叶片和轮盘连接结构示意图；
图2是图1的N放大图；
图3是榫头结构示意图；
图4是榫槽结构示意图；
图5是冷却压紧装置结构示意图。
其中：100—叶片；110—榫头；113—榫齿端面；
111—第二榫齿；111-1—第二上齿面；112—第一榫齿；112-1—第一上齿面；
200—轮盘；210—榫槽；
211—第二榫槽；211-1—第二上侧壁；
212—第一榫槽；212-1—第一上侧壁；212-2—榫槽底面；
300—冷却压紧装置；310—分支撑柱；310-1—左上端面、右上端面；310-2—左支撑柱；320—主支撑柱；右支撑柱；320-1—主支撑端面；
A—上冷却通道；B—左冷却通道、右冷却通道；C—第一左空间、第一右空间；D—第二左空间、第二右空间。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；“多个”指等于或多于三个；说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
参照图1—图5，本发明的一个实施例，一种含冷却压紧结构的涡轮转子装置，包括通过枞树型榫头110和榫槽210匹配连接的叶片100和轮盘200，还包括过盈安装在所述榫头端面和所述榫槽底部间隙的冷却压紧装置300，所述冷却压紧装置300设有主支撑柱320和位于所述主支撑柱上端对称设置的分支撑柱310，所述主支撑柱320、所述分支撑柱310分别与所述榫齿端面113及所述榫槽210形成多个冷气通道，使得所述榫齿与所述榫槽相对位置固定，且冷气有效对流面积增大。
需要说明的是，该冷却压紧装置在非工作状态下给予所述叶片的榫头施加一个向上的压力，使得所述榫头与所述榫槽处于压紧贴合状态，减小了非工作状态下的相对滑移，该冷却压紧装置在工作状态下能为所述榫头提供压力使得所述榫头与所述榫槽间的滑动摩擦力加大,大大减小了叶片的榫头与轮盘的榫槽之间的相对滑移，增加了冷却空间，同时叶片榫头与轮盘榫槽之间留有间隙以保证榫头连接后能自由膨胀以减小榫齿上产生的热应力，同时提高了叶片榫头及轮盘榫槽结构以及轮盘轮缘的蠕变寿命，提高了所述涡轮转子装置乃至整个发动机的寿命。
优选地，所述冷却压紧装置300呈“Y”状，所述主支撑柱320的主支撑端面320-1与所述榫槽210的榫槽底面212-2相贴合，所述分支撑柱310对称设置的左支撑柱310-2的左上端面310-1和右支撑柱310-2的右上端面310-1均与所述榫齿端面113相贴合，所述左支撑柱310-2和右支撑柱310-2的外侧面均与所述榫槽壁相贴合。
优选地，所述左支撑柱310-2的左上端面310-1和所述右支撑柱310-2的右上端面310-1均为平面，与所述榫齿端面113相匹配。
优选地，所述主支撑柱320的下部的主支撑端面320-1为弧面，与所述榫槽底面212-2相匹配。
优选地，所述左支撑柱310-2和所述右支撑柱310-2形成上部凹槽，所述上部凹槽与所述榫齿端面113形成上冷却通道A。
优选地，所述主支撑柱320与所述左支撑柱310-2及所述右支撑柱310-2与第一榫槽212的壁分别形成对称设置的左冷却通道B和右冷却通道B。
优选地，所述上冷却通道A在榫头平面内的截面面积约占所述左冷却通道B或右冷却通道B截面面积的1/4。
优选地，所述榫头110设有第一榫齿112和第二榫齿111，所述榫槽210对应设置呈包围状的第一榫槽212和第二榫槽211，所述第一榫齿112的第一上齿面112-1与所述第一榫槽212的第一上侧壁212-1相贴合，所述第二榫齿111的第二上齿面111-1与所述第二榫槽211的第二上侧壁211-1相贴合。
优选地，所述第一榫齿112的榫齿端面113与所述第一上齿面112-1通过圆弧过渡，使得所述第一榫齿112的圆弧面、所述第一榫槽212与所述左支撑柱310-2的左上端面310-1及所述右支撑柱310-2的右上端面310-1形成对称设置的第一左空间C、第一右空间C。
优选地，所述第一榫齿112与所述第二榫齿111侧面之间的连接均为圆弧过渡，对应的所述第一榫槽212与所述第二榫槽211的侧面的连接均为圆弧过渡。
需要说明的是，该冷却压紧装置300在非工作状态下给予所述叶片100的榫头110施加一个向上的压力，使得所述榫头110与所述榫槽210处于压紧贴合状态，减小了所述榫头110与所述榫槽210接触面在非工作状态下的相对滑移，该冷却压紧装置300在工作状态下能为所述榫头110提供压力使得所述榫头110与所述榫槽210间的滑动摩擦力加大,大大减小了叶片的榫头110与轮盘200的榫槽210之间的相对滑移，使冷却空间增大，同时叶片榫头与轮盘榫槽之间留有间隙以保证榫头连接后能自由膨胀以减小榫齿上产生的热应力，同时提高了叶片榫头及轮盘榫槽结构以及轮盘轮缘的蠕变寿命，提高了所述涡轮转子装置乃至整个发动机的寿命。
需要说明的是，相互配合的所述主支撑端面320-1与所述榫槽底面212-2也可设为平面或其他形式的接触面；所述左上端面310-1、所述右上端面310-1与相互配合的所述榫齿端面113，也可设为弧面或其他形式的接触面；满足本发明功能的接触面均在本发明的保护范围之内。
需要说明的是，通过呈“Y”状所述冷却压紧装置300的设置，使所述第一榫齿112的榫齿端面113、所述第一榫槽212与所述冷却压紧装置300之间分别形成第一左空间C、第一右空间C、上冷却通道A、左冷却通道B、右冷却通道B，再加上第二榫齿111与第二榫槽211形成的第二左空间D、第二右空间D，科学分布的多个冷气通道，可大大增加冷气的流通面积及流通速度，有效地加大了对流效率，极大地降低了叶片榫头及轮盘榫槽结构以及轮盘轮缘的温度，降低了叶片榫头的热应力，同时提高了叶片榫头及轮盘榫槽结构以及轮盘轮缘的蠕变寿命，提高了所述涡轮转子装置乃至整个发动机的寿命。
本发明的有益效果为：
采用本含冷却压紧结构的涡轮转子装置，该装置使得通过枞树型榫头和榫槽配合连接的叶片与轮盘在非工作状态及工作状态下相对位置稳定，减小了相对滑移，同时增加了连接部位的冷风通道空间，增加了有效对流面积，降低了轮缘部分以及叶片榫头与轮盘榫槽连接部位的温度，同时叶片榫头与轮盘榫槽之间留有间隙以保证榫头连接后能自由膨胀以减小榫齿上产生的热应力，减小了叶片榫头的热应力，提高了叶片榫头和轮盘榫槽结构以及轮盘轮缘的蠕变寿命，提高了所述涡轮转子装置乃至整个发动机的寿命。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种含冷却压紧结构的涡轮转子装置，包括通过枞树型榫头和榫槽匹配连接的叶片和轮盘，其特征在于：还包括过盈安装在所述榫头端面和所述榫槽底部间隙的冷却压紧装置，所述冷却压紧装置设有主支撑柱和位于所述主支撑柱上端对称设置的分支撑柱，所述主支撑柱、所述分支撑柱分别与所述榫齿端面及所述榫槽形成多个冷气通道，使得所述榫齿与所述榫槽相对位置固定，且冷气有效对流面积增大。
2.根据权利要求1所述含冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述冷却压紧装置呈“Y”状，所述主支撑柱的下端面与所述榫槽底部相贴合，所述分支撑柱对称设置的左支撑柱和右支撑柱的上端面均与所述榫齿端面相贴合，所述左支撑柱和右支撑柱的外侧面均与所述榫槽壁相贴合。
3.根据权利要求2所述含冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述左支撑柱和所述右支撑柱的上端面为平面，与所述榫齿端面相匹配。
4.根据权利要求3所述含冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述主支撑柱的下端面为弧面，与所述榫槽底面相匹配。
5.根据权利要求4所述含冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述左支撑柱和所述右支撑柱形成上部凹槽，所述上部凹槽与所述榫齿端面形成上冷却通道。
6.根据权利要求5所述含冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述主支撑柱与所述左支撑柱及所述右支撑柱分别形成对称设置的左冷却通道和右冷却通道。
7.根据权利要求6所述含冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述上冷却通道在榫头平面内的截面面积约占所述侧冷却通道截面面积的1/4。
8.根据权利要求7所述含冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述榫头设有第一榫齿和第二榫齿，所述榫槽对应设置呈包围状的第一榫槽和第二榫槽，所述第一榫齿的上侧肩与所述第一榫槽的上侧壁相贴合，所述第二榫齿的上侧肩与所述第二榫槽的上侧壁相贴合。
9.根据权利要求8所述含冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，
所述第一榫齿的榫头端面与所述上侧肩通过圆弧过渡，使得所述第一榫齿的圆弧面、所述第一榫槽与所述左支撑柱及所述右支撑柱的上端面形成对称设置的左空间及右空间。
10.根据权利要求9所述含冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述第一榫齿与所述第二榫齿侧面之间的连接均为圆弧过渡，对应的所述第一榫槽与所述第二榫槽的侧面的连接均为圆弧过渡。
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