CN104929779A - 轮盘连接结构和具有其的燃气涡轮发动机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种使用在涡轮机中的轮盘连接结构，包括：中心筒，中心筒内部限定有盘心孔，所述盘心孔适于连接到中心轴上，所述盘心孔与中心轴机械配合以向中心轴传递机械能，中心轴具有旋转轴线；多个肋板，每一个肋板的径向内端连接到所述中心筒的外壁，所述多个肋板在圆周方向上均匀间隔开地布置；和环状体，所述环状体以中心筒为中心环绕中心筒布置，所述多个肋板的径向外端连接到所述环状体的径向内端，其中，所述环状体的径向外端设置有轮盘安装部，涡轮轮盘适于安装到所述轮盘安装部上。本发明还涉及一种具有上述轮盘连接结构的燃气涡轮发动机。

Description

轮盘连接结构和具有其的燃气涡轮发动机

技术领域

本发明涉及燃气轮机涡轮领域，尤其是航空发动机涡轮领域，更具体地，涉及一种对涡轮机中传统的低压涡轮转子轮盘与中心轴轴颈的连接方式的改进。

技术背景

作为航空发动机的关键件，涡轮盘不仅需要对转子叶片提供支撑，同时需要完成涡轮的传扭输功任务，处于高温、高转速的恶劣工作环境下，载荷情况复杂，工作应力高，是航空发动机最主要的承力构件之一。

为保证涡轮盘有足够的应力储备，尤其是保证低压涡轮转子组件在运行过程中的工作刚性，避免其在工作状态下失效，尤其是轮盘盘心的失效，涡轮盘的盘心往往设计的特别宽，导致涡轮整体盘身偏厚，这对提高发动机的推重比是相当不利的。

在提高轮盘应力承载能力的同时，为减轻涡轮轮盘盘体重量，在以往的发动机中，先后采用的减重技术方案有等强度盘设计、轮盘形状优化设计以及双辐板结构优化设计等。这些方法在一定程度上的确起到了减轻轮盘重量的作用，对发动机性能的提高起到了积极的作用，在过去的一定时期内也满足了发动机对于工作盘体减重的要求。但是这些传统的技术方案往往是在轮盘的轴向尺寸上做文章，尤其是靠近盘心的部位，通过减小轮盘局部厚度，或者改变厚度在径向上的分布规律，逼近轮盘工作极限的方式来达到优化减重的目的，对于轮盘径向尺寸的控制效果并不理想。

在现代的大涵道比涡扇发动机中，低压涡轮转子中径越来越大，使得低压涡轮盘的实际径向尺寸及整体径向尺寸跨距进一步加大，为保证低压涡轮转子组件的整体刚性，对于低压涡轮盘的刚度提出了新的挑战。如果继续采用传统的低压涡轮盘设计方法，为保证低压涡轮转子组件的整体刚性，尤其是满足发动机运行过程中低压涡轮盘身为承受热应力、离心力等各种复杂载荷所需要达到的刚度要求，保证发动机的安全运行，势必会导致低压涡轮盘的整体设计厚度急剧增加，尤其是盘心位置。很明显这种传统的低压涡轮盘设计方法已经不再能满足当前发动机的需求，急需一种可以在满足低压涡轮盘刚度需求的要求下，大幅度减轻低压涡轮盘体重量的新型设计理念。

发明内容

本发明涉及一种低压涡轮盘与中心轴轴颈的连接结构，可以用在燃气轮机、航空发动机等涡轮机中，尤其是适用于大尺寸的低压涡轮中，其目的是通过采用新的结构，改变传统的低压涡轮盘与中心轴轴颈的连接方式，藉此调整低压涡轮盘的刚度，改善低压涡轮转子组件的整体刚性，并减轻轮盘重量，提高发动机性能。

根据本发明的实施例的一个方面，提出了使用在涡轮机中的轮盘连接结构，包括：中心筒，中心筒内部限定有盘心孔，所述盘心孔适于连接到中心轴上，所述盘心孔与中心轴机械配合以向中心轴传递机械能，中心轴具有旋转轴线；多个肋板，每一个肋板的径向内端连接到所述中心筒的外壁，所述多个肋板在圆周方向上均匀间隔开地布置；和环状体，所述环状体以中心筒为中心环绕中心筒布置，所述多个肋板的径向外端连接到所述环状体的径向内端，其中，所述环状体的径向外端设置有轮盘安装部，涡轮轮盘适于安装到所述轮盘安装部上。

可选地，所述轮盘安装部为垂直于所述旋转轴线的平直部，所述平直部具有周向均布的多个螺栓孔，安装螺栓适于穿过螺栓孔，所述平直部的后侧表面构成涡轮轮盘的后安装面。

可选地，所述环状体在其径向内端与径向外端之间存在S形部。

可选地，每一个肋板以与水平方向相同的倾斜角度自所述中心筒倾斜向后延伸到所述环状体。进一步地，每一个肋板与水平方向的夹角介于35°～70°之间。

可选地，肋板的数量不小于4，且每一个肋板的厚度不小于2.5mm，宽度不小于15mm。

可选地，每一个肋板沿径向方向上的宽度保持不变或者自中心筒到环状体逐渐变小。

可选地，所述盘心孔的内壁设置有适于与中心轴外壁上的锥形齿配合的锥形齿。

可选地，所述轮盘连接结构还包括筒状体，设置在肋板与环状体之间，每一个肋板连接到筒状体的中间部分的径向内端，且环状体的径向内端在筒状体的中间部位连接到筒状体。进一步地，所述筒状体的内侧表面限定一圆锥面，该圆锥面在从前向后的方向上到旋转轴线的距离逐渐增大。进一步地，所述环状体的径向外端设置有在平直部的后安装面与涡轮轮盘的安装面之间形成流体通道的多个凹槽。

可选地，所述平直部的径向外端连接有向前弯折的环状弯折部，所述环状弯折部垂直于所述平直部布置，每一个凹槽在所述环状弯折部的径向外侧和所述平直部的后安装面上延伸以形成流体通道。更进一步地，所述筒状体的水平方向上的两端的径向外侧分别设置有筒状体前封严结构和筒状体后封严结构。

根据本发明的实施例的另一方面，提出了一种燃气涡轮发动机，包括：中心轴；轴承，设置在中心轴的后端；静子内壳体；第一涡轮盘；上述的轮盘连接结构，其中：中心筒的盘心孔套接在中心轴上，所述第一低压涡轮盘固定在所述轮盘安装部上。

可选地，所述轮盘连接结构的中心筒在所述轴承的后方设置在中心轴的后端；所述燃气涡轮发动机具有压紧螺母，所述压紧螺母与所述中心轴的后端螺纹配合以将中心筒的前端抵接所述轴承。

可选地，燃气涡轮发动机还包括：转速传感器测量环，转速传感器测量环的端面套接在所述中心轴的后端上且固定设置在所述压紧螺母与所述中心筒的后端之间；和转速传感器，感测转速传感器测量环的转速。

可选地，所述轮盘安装部为垂直于所述旋转轴线的平直部，所述平直部具有周向均布的多个螺栓孔，安装螺栓适于穿过螺栓孔，所述平直部的前侧表面构成涡轮轮盘的安装面；所述第一涡轮盘具有与所述后安装面面配合的轮盘平直部，所述轮盘平直部上设置有供所述安装螺栓穿过的沿周向均布的多个第一轮盘安装孔，所述第一涡轮盘利用穿过螺栓孔和第一轮盘安装孔的安装螺栓以及与螺栓配合的螺母固定在所述轮盘安装部上。

可选地，燃气涡轮发动机还包括：第二涡轮盘，具有朝向后方水平延伸的后延伸环，所述后延伸环的后端具有径向向内延伸的安装环，所述安装环具有沿周向均布的多个第二轮盘安装孔；所述平直部具有前安装面，所述安装环与所述前安装面面配合，且所述螺栓孔、第一轮盘安装孔、第二轮盘安装孔对齐以供对应的一个安装螺栓穿过，所述第一涡轮盘和所述第二涡轮盘利用穿过螺栓孔、第一轮盘安装孔、第二轮盘安装孔的安装螺栓以及与螺栓配合的螺母分别固定在所述轮盘安装部的平直部的后安装面和前安装面上。

可选地，所述筒状体的水平方向上的两端的径向外侧分别设置有筒状体前封严结构和筒状体后封严结构；所述第二涡轮盘具有朝向前方水平延伸的第二涡轮盘封严环，所述第二涡轮盘封严环的径向外表面上设置有第二涡轮盘前封严结构；所述第二涡轮盘的后延伸环的径向外表面上设置有第二涡轮盘后封严结构；所述静子内壳体包括前封严环，所述前封严环包括前封严径向内环和前封严径向外环，前封严径向外环具有第一前封严环结构，前封严径向内环具有第二前封严环结构，所述第一前封严环结构与第二涡轮盘前封严结构配合形成第一封严部，所述第二前封严环结构与筒状体前封严结构配合形成第二封严部；所述前封严环、所述后延伸环、所述环状体限定第二涡轮盘的第一涡轮盘腔，冷却气体自第一封严部进入所述第一涡轮盘腔；所述后延伸环在位于第二涡轮盘后封严结构前方的位置设置有后延伸环通孔；所述静子内壳体还包括中部封严环，位于所述后延伸环的径向外部和所述第二涡轮盘的后侧，所述中部封严环具有中部封严环封严结构，中部封严环封严结构与第二涡轮盘后封严结构配合形成第三封严部，所述中部封严环的前部、所述后延伸环限定第二涡轮盘的第二涡轮盘腔，第一涡轮盘腔与第二涡轮盘腔通过所述后延伸环通孔相通；所述中部封严环的后部、所述后延伸环限定第一涡轮盘的第三涡轮盘腔，第三涡轮盘腔与第二涡轮盘腔通过所述第三封严部连通；所述静子内壳体还包括后内封严环，所述后内封严环具有第一后内封严环封严结构和第二后内封严环封严结构，所述第一涡轮盘具有朝向后方水平延伸的第一涡轮盘封严环，所述第一涡轮盘封严环的径向外侧设置有第一涡轮盘封严环封严结构，所述第一后内封严环封严结构与第一涡轮盘封严环封严结构配合形成第四封严部，所述第二后内封严环封严结构与筒状体后封严结构配合形成第五封严部，所述环状体、所述筒状体的位于环状体的后方的部分、所述第一涡轮盘封严环限定第一涡轮盘的第四涡轮盘腔，第三涡轮盘腔与第四涡轮盘腔之间通过所述多个凹槽形成的流通通道连通；所述静子内壳体还包括后外封严环，所述后外封严环与所述后内封严环相连，所述后外封严环、所述第一涡轮盘封严环限定所述第一涡轮盘的第五涡轮盘腔，所述第五涡轮盘腔与所述第四涡轮盘腔通过所述第四封严部彼此相通。

可选地，所述静子内壳体还包括端盖，所述端盖固定在后内封严环上，所述前封严径向内环与所述中心筒外壁之间形成轴承腔，所述筒状体的后部、所述端盖一起部分限定了轮盘连接结构腔，所述轮盘连接结构腔与所述轴承腔通过肋板之间的通道连通；进入所述第二封严部的冷却气体阻止轴承腔内的润滑油气进入所述第一涡轮盘腔；进入所述第五封严部的冷却气体阻止轮盘连接结构腔内的润滑油气进入所述第四涡轮盘腔。

可选地，所述平直部的径向外端连接有向前弯折的环状弯折部，所述环状弯折部垂直于所述平直部布置，每一个凹槽在所述环状弯折部的径向外侧和所述平直部的后安装面上延伸以形成流体通道；所述第一涡轮盘的安装面上设置有朝向前方延伸的凸起环；所述环状弯折部的径向外侧抵靠所述凸起环布置。

附图说明

图1为根据本发明的一个示例性实施例的低压涡轮轮盘与中心轴轴颈连接的轮盘连接结构在发动机中的装配图；

图2为图1中的轮盘连接结构的C向视图；

图3为图2中的轮盘连接结构的N-N旋转剖视图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的底部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

如图1所示，本发明所涉及的低压涡轮轮盘4与中心轴0上轴颈之间的轮盘连接结构1(详细结构见图2及图3)，包括中心筒111，中心筒111具有盘心孔，盘心孔内壁上设置有内锥齿101。轮盘连接结构1的径向外端设置有两侧平滑的平直部102，平直部上设置有周向分布的螺栓孔103，平直部102的径向外端设置有环状弯折部104，环状弯折部104的径向外侧及平直部102的后侧设置有有凹槽105。

轮盘连接结构1还设置有S形部106，例如为“S”形弯折段。该S形部避免了直角结构，因此可以有效地减小局部应力集中，增加轮盘连接结构的运行寿命；与直角结构不同，该S形部因为其结构特殊性，可以在同一截面位置同时承受轴向以及径向的应力，因此可以有效地减小第一涡轮盘的变形量。

轮盘连接结构1还设置有筒状体107，例如环形薄壁筒。筒状体前半段在径向外侧的蓖齿108，筒状体后半段在径向外侧的蓖齿109。

通过筒状体，可以将第一涡轮盘盘心与轮盘连接结构腔901隔开，不仅减少了第一涡轮盘盘心向轮盘连接结构腔901的导热，也减少了第一涡轮盘的辐射效应。

在本发明中，蓖齿结构有不少于三道齿。齿数越多，封严效果越明显，同时阻力越大，对于维持盘腔内的压力稳定有阻尼作用。

需要指出的是，本发明中的封严结构不限于篦齿结构，也可以用其它接触式和非接触式的封严结构，如：接触式石墨封严结构、浮动式石墨封严结构以及刷式封严等。采用其他封严结构，虽然结构上相对更加复杂，但是可以进一步提高轴承腔/轮盘连接结构腔的滑油封严效果和轴承腔/轮盘连接结构腔的压力控制。

倾斜肋板110连接在中心筒111与筒状体107之间。采用肋板连接方式，可以减轻轮盘连接结构的重量，有利于发动机的减重。可选地，该肋板与水平方向的夹角介于35°～70°之间，周向数量不小于4，厚度不小于2.5mm，宽度不小于15mm。该肋板结构可以有效的提高轮盘连接结构及其所在转子组件的结构刚性。同时，轮盘连接结构的刚度可以通过改变该肋板的宽度及厚度调节。

可选择的，虽然没有示出，为进一步增加倾斜壁面的结构稳定性及刚度，可以在肋板与中心筒之间周向地进一步布置加强肋板结构。

轮盘连接结构1通过安装螺栓6与低压涡轮轮盘4进行紧固联接，通过轮盘连接结构1中心的内锥齿101与中心轴0进行啮合传扭。中心轴0通过轮盘连接结构对低压涡轮轮盘进行支撑，保证低压涡轮的正常运行。

如图1所示，平直部102的径向外端连接有向前弯折的环状弯折部104。第一涡轮盘4的安装面上设置有朝向前方延伸的凸起环408；环状弯折部104的径向外侧抵靠所述凸起环408布置，如此，可防止第一涡轮盘4径向跳动，同时可以起到辅助支撑的作用，减小螺栓6所受的应力，进而可以减小第一涡轮盘4的变形量，增加涡轮运行的安全性，以及该联接结构的可靠性。

在本发明中，每一个凹槽105在环状弯折部104的径向外侧和平直部102的后安装面上延伸以形成流体通道。该凹槽与第一涡轮盘4之间形成狭窄的空气流道。第三涡轮盘腔402中的冷气可以通过该通道流向第四涡轮盘腔405。因为通道面积较小，使得气体流速增加，可以有效地改善第一涡轮轮盘前侧面的换热效果。

在发动机各零部件加工完毕之后，对发动机进行装配时，轮盘连接结构的装配顺序如下。本装配说明以图1中的装配图为参考例，仅作为辅助理解该发明，并不涵盖本发明所可以应用的所有其他发动机形式：

①、将中心轴0固定在装配车上，并将轴承7装配到中心轴0上。

②、将轮盘连接结构1从中心轴0后端装配到中心轴上，并保证锥齿啮合。

③、将转速传感器测量环801从中心轴后端装配到中心轴上，并与轮盘连接结构尾端112相配合。

④、将垫圈301及低压轴压紧螺母3装配到低压轴上，对轴承7、轮盘连接结构1、转速传感器测量环801轴向压紧，并保持一定的预紧力，此时轮盘连接结构轴向位置固定。

⑤、将低压涡轮静子组件401从轮盘连接结构前方固定到装配车上，轴向位置可调(其轴向位置通过其他轴向定位基准确定)。

⑥、将装有低压涡轮转子叶片的低压涡轮轮盘5从轮盘连接结构的前方固定到已装配好的组件上，保证低压涡轮盘5上螺栓孔与轮盘连接结构上螺栓孔周向角度一致，此时该平直部102作为一个重要的基准定位面，可以对低压涡轮盘起到轴向定位作用。

⑦、将装有低压涡轮转子叶片的低压涡轮轮盘4从轮盘连接结构的后方装配到位，并保证低压涡轮盘4上螺栓孔与轮盘连接结构上螺栓孔周向角度一致。

⑧、通过螺栓将低压涡轮盘4以及低压涡轮盘5紧固连接。因为轮盘连接结构位置固定，通过此连接，可以对低压涡轮转子进行轴向定位，保证装配精度，同时也负责低压涡轮向轮盘连接结构传递扭矩。在有多级低压涡轮的发动机中，前后级低压涡轮盘之间可通过该螺栓相互联接以传力。

⑨、将装配好的中心轴3，轮盘连接结构1，低压涡轮盘5，低压涡轮静子组件401，低压涡轮盘4等部件与已装配好的发动机其他组件进行进一步组装。

在发动机运行时，高温高压的燃气冲转低压涡轮转子做功，带动低压涡轮盘4以及低压涡轮盘5旋转。与低压涡轮轮盘紧固在一起的轮盘连接结构随之旋转，并将扭矩通过锥齿101转递到中心轴0上。

空气系统中的冷却气流流过涡轮盘腔502，一部分冷却气流通过低压涡轮轮盘5前半段的蓖齿通道(构成第一封严部)进入涡轮盘腔501中。在501中的气流一方面可以对低压涡轮轮盘5进行冷却，另一方面通过轮盘连接结构上的蓖齿108与前封严环2构成的蓖齿通道202(构成第二封严部)对轴承腔701中的油气进行封严。

涡轮盘腔501中的冷却气流通过涡轮盘5后延伸环上的气流孔进入涡轮盘腔503。其中一部分气流通过低压涡轮盘5的后延伸环上的蓖齿与低压涡轮静子组件401组成的蓖齿通道(构成第三封严部)进入涡轮盘腔402中。

涡轮盘腔402中的冷却气流一部分进入发动机主流道，另一部分气流通过轮盘连接结构上环状弯折部104径向外侧以及平直部102背侧的凹槽105与低压涡轮盘4组成的气流通道404进入涡轮盘腔405中。经过前面几次截流之后，此时冷却气体的流量已经比较小。轮盘连接结构1与低压涡轮4构成的狭窄的气流通道404以及涡轮盘腔405，可以提高冷却气流的流动速度，改善冷却气流的对低压涡轮轮盘4的冷却效果。

在低压涡轮盘腔405中的冷却气流除了对低压涡轮轮盘进行冷却之外，还通过轮盘连接结构的筒状体107后半段外侧的蓖齿109与蓖齿封严环10构成的蓖齿通道(对应于第五封严部)对轮盘连接结构腔901中的滑油进行封严。

气体流路如图1中黑色实心箭头所示。

高速旋转的低压涡轮会因为自身频率产生径向摆动，轮盘连接结构上的例如“S”形弯折段的S形部106可以有效地控制该震动幅度，并对该径向跳动进行一定的吸收，有利于发动机的安全运行。

轮盘连接结构以及低压涡轮组件的刚度可以通过调整轮盘连接结构上的肋板110的宽度、厚度以及周向分布数量进行调节。

轮盘连接结构与低压涡轮盘4之间的气流通道大小可以通过调节轮盘连接结构外缘以及背侧的凹槽深度。通道面积越大，截流效果越弱，气体流速越小，同时流过该通道的冷却气体流量越大。

通过压紧螺母301的轴向压紧，转速传感器测量环801随轮盘连接结构以及低压涡轮转子一起旋转，进而转速传感器8可以测量到低压涡轮的转速。因为例如薄壁筒的筒状体107的存在，减少了低压涡轮盘盘心向轮盘连接结构腔901内的传热，可以有效地控制轮盘连接结构腔901内部的温度，保证转速传感器8的正常工作温度范围，确保转速传感器8所测得的转速为准确的数据，这对发动机的控制系统是至关重要的。

需要指出的是，中心筒的盘心孔与中心轴0之间的连接配合结构不限于上文中提到的锥齿啮合连接，也可以其他任何可以传递扭矩的型面配合结构。

基于以上，本发明提出了如下方案：

1、一种使用在涡轮机中的轮盘连接结构1，参见图1，包括：

中心筒111，中心筒111内部限定有盘心孔，所述盘心孔适于连接到中心轴0上，所述盘心孔与中心轴0机械配合以向中心轴传递机械能，中心轴具有旋转轴线；

多个肋板110，如图1所示，每一个肋板110的径向内端连接到所述中心筒111的外壁，如图2所示，所述多个肋板110在圆周方向上均匀间隔开地布置；和

环状体106，参见图2和图3，所述环状体106以中心筒111为中心环绕中心筒布置，所述多个肋板的径向外端连接到所述环状体106的径向内端，其中，所述环状体106的径向外端设置有轮盘安装部，涡轮轮盘适于安装到所述轮盘安装部上。

2、根据1的轮盘连接结构，参见图3，其中：

轮盘安装部为垂直于所述旋转轴线的平直部102，所述平直部102具有周向均布的多个螺栓孔103，安装螺栓6适于穿过螺栓孔103，所述平直部102的后侧表面构成涡轮轮盘的后安装面。

3、根据1或2的轮盘连接结构，其中：

如图3所示，环状体106在其径向内端与径向外端之间存在S形部。

4、根据1-3中任一的轮盘连接结构，参见图1，其中：

每一个肋板110以与水平方向相同的倾斜角度自所述中心筒111倾斜向后延伸到所述环状体106。

5、根据4的轮盘连接结构，其中：

每一个肋板110与水平方向的夹角介于35°～70°之间。

6、根据1-5中任一的轮盘连接结构，其中：

肋板110的数量不小于4，且每一个肋板的厚度不小于2.5mm，宽度不小于15mm。

7、根据1-6中任一的轮盘连接结构，其中：

每一个肋板110沿径向方向上的宽度保持不变或者自中心筒到环状体逐渐变小。

8、根据1-7中任一的轮盘连接结构，其中：

如图3所示，所述盘心孔的内壁设置有适于与中心轴外壁上的锥形齿配合的锥形齿101。

9、根据2的轮盘连接结构，参见图3，还包括：

筒状体107，筒状体107设置在肋板110与环状体106之间，每一个肋板110连接到筒状体107的中间部分的径向内端，且环状体106的径向内端在筒状体107的中间部位连接到筒状体107。

10、根据9的轮盘连接结构，参见图3，其中：

筒状体107的内侧表面限定一圆锥面，该圆锥面在从前向后的方向上到旋转轴线的距离逐渐增大。

11、根据9或10的轮盘连接结构，参见图3，其中：

环状体106的径向外端设置有在平直部102的后安装面与涡轮轮盘的安装面之间形成流体通道的多个凹槽105。

12、根据11的轮盘连接结构，参见图1，其中：

平直部102的径向外端连接有向前弯折的环状弯折部104，环状弯折部104垂直于平直部102布置，每一个凹槽105在环状弯折部104的径向外侧和平直部102的后安装面上延伸以形成流体通道。

13、根据12的轮盘连接结构，参见图3，其中：

筒状体107的水平方向上的两端的径向外侧分别设置有筒状体前封严结构108和筒状体后封严结构109。

14、一种燃气涡轮发动机，参见图1，包括：

中心轴0；

轴承7，设置在中心轴的后端；

静子内壳体，例如401、10、9等；

第一涡轮盘4；

根据1-12中任一的轮盘连接结构，

其中：中心筒111的盘心孔套接在中心轴O上，第一低压涡轮盘4固定在所述轮盘安装部上。

15、根据14的燃气涡轮发动机，参见图1，其中：

轮盘连接结构1的中心筒111在轴承7的后方设置在中心轴的后端(即轴颈)；

燃气涡轮发动机具有压紧螺母3，所述压紧螺母3与中心轴的后端螺纹配合以将中心筒的前端抵接轴承7。

16、根据15的燃气涡轮发动机，参见图1，还包括：

转速传感器测量环801，如图1所示，转速传感器测量环801的端面套接在中心轴0的后端上且固定设置在压紧螺母3与中心筒111的后端112之间；和

转速传感器8，感测转速传感器测量环801的转速。

17、根据14-16中任一的燃气涡轮发动机，其中，参见图1：

轮盘连接结构1为根据2的轮盘连接结构；

第一涡轮盘(对应于涡轮轮盘4)具有与后安装面面配合的轮盘平直部，所述轮盘平直部上设置有供安装螺栓6穿过的沿周向均布的多个第一轮盘安装孔，第一涡轮盘利用穿过螺栓孔和第一轮盘安装孔的安装螺栓6以及与螺栓配合的螺母固定在所述轮盘安装部上。

18、根据17的燃气涡轮发动机，参见图1，还包括：

第二涡轮盘5，具有朝向后方水平延伸的后延伸环505，所述后延伸环505的后端具有径向向内延伸的安装环506，安装环506具有沿周向均布的多个第二轮盘安装孔；

平直部102具有前安装面，安装环506与所述前安装面面配合，且所述螺栓孔、第一轮盘安装孔、第二轮盘安装孔对齐以供对应的一个安装螺栓6穿过，如图1所示，第一涡轮盘4和第二涡轮盘5利用穿过螺栓孔、第一轮盘安装孔、第二轮盘安装孔的安装螺栓以及与螺栓配合的螺母分别固定在所述轮盘安装部的平直部的后安装面和前安装面上。

19、根据18的燃气涡轮发动机，其中，参见图1：

轮盘连接结构为根据13的轮盘连接结构；

第二涡轮盘5具有朝向前方水平延伸的第二涡轮盘封严环507，第二涡轮盘封严环507的径向外表面上设置有第二涡轮盘前封严结构；

第二涡轮盘5的后延伸环505的径向外表面上设置有第二涡轮盘后封严结构；

所述静子内壳体包括前封严环2，前封严环2包括前封严径向内环201和前封严径向外环203，前封严径向外环203具有第一前封严环结构，前封严径向内环201具有第二前封严环结构，所述第一前封严环结构与第二涡轮盘前封严结构配合形成第一封严部S1，所述第二前封严环结构与筒状体前封严结构配合形成第二封严部S2；

前封严环2、后延伸环505、环状体106限定第二涡轮盘5的第一涡轮盘腔501，冷却气体自第一封严部S1进入第一涡轮盘腔501；

后延伸环505在位于第二涡轮盘后封严结构前方的位置设置有后延伸环通孔508；

所述静子内壳体还包括中部封严环401，位于后延伸环505的径向外部和第二涡轮盘5的后侧，中部封严环401具有中部封严环封严结构，中部封严环封严结构与第二涡轮盘后封严结构配合形成第三封严部S3，中部封严环401的前部、后延伸环505限定第二涡轮盘5的第二涡轮盘腔503，第一涡轮盘腔501与第二涡轮盘503腔通过所述后延伸环通孔508相通；

中部封严环401的后部、后延伸环505限定第一涡轮盘4的第三涡轮盘腔402，第三涡轮盘腔402与第二涡轮盘503腔通过第三封严部S3连通；

所述静子内壳体还包括后内封严环10，后内封严环10具有第一后内封严环封严结构和第二后内封严环封严结构，第一涡轮盘4具有朝向后方水平延伸的第一涡轮盘封严环406，第一涡轮盘封严环406的径向外侧设置有第一涡轮盘封严环封严结构，所述第一后内封严环封严结构与第一涡轮盘封严环封严结构配合形成第四封严部S4，第二后内封严环封严结构与筒状体后封严结构配合形成第五封严部S5，环状体106、筒状体107的位于环状体106的后方的部分、第一涡轮盘封严环406以及后内封严环10限定第一涡轮盘4的第四涡轮盘腔405，第三涡轮盘腔402与第四涡轮盘腔405之间通过所述多个凹槽105形成的流通通道连通；

所述静子内壳体还包括后外封严环407，后外封严环407与后内封严环10相连，后外封严环407、第一涡轮盘封严环406限定第一涡轮盘4的第五涡轮盘腔403，第五涡轮盘腔403与第四涡轮盘腔405通过第四封严部S4彼此相通。

20、根据19述的燃气涡轮发动机，其中，参见图1：

所述静子内壳体还包括端盖9，端盖9固定在后内封严环10上，前封严径向内环201与中心筒111外壁之间形成轴承腔701，筒状体107的后部、端盖9一起部分限定了轮盘连接结构腔901，轮盘连接结构腔901与轴承腔701通过肋板110之间的通道连通；

进入第二封严部S2的冷却气体阻止轴承腔701内的润滑油气进入第一涡轮盘腔501；

进入第五封严部S5的冷却气体阻止轮盘连接结构腔901内的润滑油气进入第四涡轮盘腔405。

21、根据18的燃气涡轮发动机，其中，参见图1：

轮盘连接结构为根据12的轮盘连接结构；

第一涡轮盘4的安装面上设置有朝向前方延伸的凸起环408；

环状弯折部104的径向外侧抵靠凸起环408布置。

通过采用本发明的技术方案，可以至少获得如下技术效果之一：

1)、采用轮盘连接结构，因为轮盘连接结构自身在该结构中仅起到传扭的作用，其所承受的离心和拉伸负荷并不大，因此可设计的较为“单薄”，大大减轻了转子组件的重量，优化了轴承及转子的结构支撑刚度。

2)、采用轮盘连接结构，从转子动力学角度考虑，由于转子重量减轻带来轴承位置悬臂重量的减轻，可以实现转子动力学特性的优化。

3)、采用轮盘连接结构，可以将低压涡轮轮盘的中心孔尺寸加大，轮毂位置抬高，从而低压涡轮盘的径向尺寸跨距大幅度减小，质量明显降低，同时大大减小了低压涡轮盘盘心的应力水平，此时，低压涡轮轮盘不与中心轴直接相联传扭，摆脱了中心轴外径尺寸与低压涡轮转子中径尺寸对轮盘径向尺寸的限制，轮盘整体径向尺寸跨距大幅度减小。在大涵道比的涡扇发动机中，因为低压涡轮尺寸较大，使得低压涡轮轮盘的尺寸偏大，采用轮盘连接结构，对低压涡轮盘减重优势更加明显。

4)、因为采用轮盘连接结构，低压涡轮轮盘的中心孔增大，轮盘径向跨距变小，在相同的盘身厚度下，可以拓宽低压涡轮的工作极限，使得低压涡轮轮盘更好设计，这对于提高发动机性能是有利的。

5)、采用轮盘连接结构，通过在轮盘连接结构锥形筒的外侧设计“S”形部，可以减小低压轮盘的变形量，防止低压涡轮转子组件在工作状态下的偏摆，防止涡轮转子工作间隙的变化，以及转子动力学特性的改变，从而保证发动机的设计性能及稳定工作。

6)、采用轮盘连接结构，增大了盘的表面积，有利于降低盘的表面温度和温度梯度，可以改善轮盘的工作环境。

7)、轮盘连接结构还能被用来巧妙布置发动机转速传感器的测试位置。因为转速传感器工作温度较低(一般要求在120～150℃以下)，将测试位置布置在轮盘连接结构的延伸段，可使转速传感器的测试端远离涡轮燃气通道，满足转速传感器工作环境温度要求。

总之，本发明的技术方案可以优化低压涡轮盘的设计理念、调整低压涡轮盘的刚度，改善低压涡轮转子的整体刚性，同时减轻轮盘重量，降低轮盘应力，提高轮盘安全性、可靠性和耐久性；此外可以简化发动机结构，减少零件数量。多处可调节的局部结构使得该发明具有极大地改动空间和极强的实用性。

虽然在本发明中以低压涡轮为例进行了说明，但是，本发明的技术方案也可以应用到其他压力类型的涡轮上。

需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (21)

1.一种使用在涡轮机中的轮盘连接结构，包括：

中心筒，中心筒内部限定有盘心孔，所述盘心孔适于连接到中心轴上，所述盘心孔与中心轴机械配合以向中心轴传递机械能，中心轴具有旋转轴线；

多个肋板，每一个肋板的径向内端连接到所述中心筒的外壁，所述多个肋板在圆周方向上均匀间隔开地布置；和

环状体，所述环状体以中心筒为中心环绕中心筒布置，所述多个肋板的径向外端连接到所述环状体的径向内端，其中，所述环状体的径向外端设置有轮盘安装部，涡轮轮盘适于安装到所述轮盘安装部上。

2.根据权利要求1所述的轮盘连接结构，其中：

所述轮盘安装部为垂直于所述旋转轴线的平直部，所述平直部具有周向均布的多个螺栓孔，安装螺栓适于穿过螺栓孔，所述平直部的后侧表面构成涡轮轮盘的后安装面。

3.根据权利要求1所述的轮盘连接结构，其中：

所述环状体在其径向内端与径向外端之间存在S形部。

4.根据权利要求1所述的轮盘连接结构，其中：

每一个肋板以与水平方向相同的倾斜角度自所述中心筒倾斜向后延伸到所述环状体。

5.根据权利要求4所述的轮盘连接结构，其中：

每一个肋板与水平方向的夹角介于35°～70°之间。

6.根据权利要求1所述的轮盘连接结构，其中：

肋板的数量不小于4，且每一个肋板的厚度不小于2.5mm，宽度不小于15mm。

7.根据权利要求1所述的轮盘连接结构，其中：

每一个肋板沿径向方向上的宽度保持不变或者自中心筒到环状体逐渐变小。

8.根据权利要求1所述的轮盘连接结构，其中：

所述盘心孔的内壁设置有适于与中心轴外壁上的锥形齿配合的锥形齿。

9.根据权利要求2所述的轮盘连接结构，还包括：

筒状体，设置在肋板与环状体之间，每一个肋板连接到筒状体的中间部分的径向内端，且环状体的径向内端在筒状体的中间部位连接到筒状体。

10.根据权利要求9所述的轮盘连接结构，其中：

所述筒状体的内侧表面限定一圆锥面，该圆锥面在从前向后的方向上到旋转轴线的距离逐渐增大。

11.根据权利要求9或10所述的轮盘连接结构，其中：

所述环状体的径向外端设置有在平直部的后安装面与涡轮轮盘的安装面之间形成流体通道的多个凹槽。

12.根据权利要求11所述的轮盘连接结构，其中：

所述平直部的径向外端连接有向前弯折的环状弯折部，所述环状弯折部垂直于所述平直部布置，每一个凹槽在所述环状弯折部的径向外侧和所述平直部的后安装面上延伸以形成流体通道。

13.根据权利要求12所述的轮盘连接结构，其中：

所述筒状体的水平方向上的两端的径向外侧分别设置有筒状体前封严结构和筒状体后封严结构。

14.一种燃气涡轮发动机，包括：

中心轴；

轴承，设置在中心轴的后端；

静子内壳体；

第一涡轮盘；

根据权利要求1-12中任一项所述的轮盘连接结构，

其中：中心筒的盘心孔套接在中心轴上，所述第一低压涡轮盘固定在所述轮盘安装部上。

15.根据权利要求14所述的燃气涡轮发动机，其中：

所述轮盘连接结构的中心筒在所述轴承的后方设置在中心轴的后端；

所述燃气涡轮发动机具有压紧螺母，所述压紧螺母与所述中心轴的后端螺纹配合以将中心筒的前端抵接所述轴承。

16.根据权利要求15所述的燃气涡轮发动机，还包括：

转速传感器测量环，转速传感器测量环的端面套接在所述中心轴的后端上且固定设置在所述压紧螺母与所述中心筒的后端之间；和

转速传感器，感测转速传感器测量环的转速。

17.根据权利要求14-16中任一项所述的燃气涡轮发动机，其中：

所述轮盘连接结构为根据权利要求2所述的轮盘连接结构；

所述第一涡轮盘具有与所述后安装面面配合的轮盘平直部，所述轮盘平直部上设置有供所述安装螺栓穿过的沿周向均布的多个第一轮盘安装孔，所述第一涡轮盘利用穿过螺栓孔和第一轮盘安装孔的安装螺栓以及与螺栓配合的螺母固定在所述轮盘安装部上。

18.根据权利要求17所述的燃气涡轮发动机，还包括：

第二涡轮盘，具有朝向后方水平延伸的后延伸环，所述后延伸环的后端具有径向向内延伸的安装环，所述安装环具有沿周向均布的多个第二轮盘安装孔；

所述平直部具有前安装面，所述安装环与所述前安装面面配合，且所述螺栓孔、第一轮盘安装孔、第二轮盘安装孔对齐以供对应的一个安装螺栓穿过，所述第一涡轮盘和所述第二涡轮盘利用穿过螺栓孔、第一轮盘安装孔、第二轮盘安装孔的安装螺栓以及与螺栓配合的螺母分别固定在所述轮盘安装部的平直部的后安装面和前安装面上。

19.根据权利要求18所述的燃气涡轮发动机，其中：

所述轮盘连接结构为根据权利要求13所述的轮盘连接结构；

所述第二涡轮盘具有朝向前方水平延伸的第二涡轮盘封严环，所述第二涡轮盘封严环的径向外表面上设置有第二涡轮盘前封严结构；

所述第二涡轮盘的后延伸环的径向外表面上设置有第二涡轮盘后封严结构；

所述静子内壳体包括前封严环，所述前封严环包括前封严径向内环和前封严径向外环，前封严径向外环具有第一前封严环结构，前封严径向内环具有第二前封严环结构，所述第一前封严环结构与第二涡轮盘前封严结构配合形成第一封严部，所述第二前封严环结构与筒状体前封严结构配合形成第二封严部；

所述前封严环、所述后延伸环、所述环状体限定第二涡轮盘的第一涡轮盘腔，冷却气体自第一封严部进入所述第一涡轮盘腔；

所述后延伸环在位于第二涡轮盘后封严结构前方的位置设置有后延伸环通孔；

所述静子内壳体还包括中部封严环，位于所述后延伸环的径向外部和所述第二涡轮盘的后侧，所述中部封严环具有中部封严环封严结构，中部封严环封严结构与第二涡轮盘后封严结构配合形成第三封严部，所述中部封严环的前部、所述后延伸环限定第二涡轮盘的第二涡轮盘腔，第一涡轮盘腔与第二涡轮盘腔通过所述后延伸环通孔相通；

所述中部封严环的后部、所述后延伸环限定第一涡轮盘的第三涡轮盘腔，第三涡轮盘腔与第二涡轮盘腔通过所述第三封严部连通；

所述静子内壳体还包括后内封严环，所述后内封严环具有第一后内封严环封严结构和第二后内封严环封严结构，所述第一涡轮盘具有朝向后方水平延伸的第一涡轮盘封严环，所述第一涡轮盘封严环的径向外侧设置有第一涡轮盘封严环封严结构，所述第一后内封严环封严结构与第一涡轮盘封严环封严结构配合形成第四封严部，所述第二后内封严环封严结构与筒状体后封严结构配合形成第五封严部，所述环状体、所述筒状体的位于环状体的后方的部分、所述第一涡轮盘封严环限定第一涡轮盘的第四涡轮盘腔，第三涡轮盘腔与第四涡轮盘腔之间通过所述多个凹槽形成的流通通道连通；

所述静子内壳体还包括后外封严环，所述后外封严环与所述后内封严环相连，所述后外封严环、所述第一涡轮盘封严环限定所述第一涡轮盘的第五涡轮盘腔，所述第五涡轮盘腔与所述第四涡轮盘腔通过所述第四封严部彼此相通。

20.根据权利要求19所述的燃气涡轮发动机，其中：

所述静子内壳体还包括端盖，所述端盖固定在后内封严环上，所述前封严径向内环与所述中心筒外壁之间形成轴承腔，所述筒状体的后部、所述端盖一起部分限定了轮盘连接结构腔，所述轮盘连接结构腔与所述轴承腔通过肋板之间的通道连通；

进入所述第二封严部的冷却气体阻止轴承腔内的润滑油气进入所述第一涡轮盘腔；

进入所述第五封严部的冷却气体阻止轮盘连接结构腔内的润滑油气进入所述第四涡轮盘腔。

21.根据权利要求18所述的燃气涡轮发动机，其中：

所述轮盘连接结构为根据权利要求12所述的轮盘连接结构；

所述第一涡轮盘的安装面上设置有朝向前方延伸的凸起环；

所述环状弯折部的径向外侧抵靠所述凸起环布置。