CN105401981A - 一种高转速低压涡轮转子结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及航空发动机和燃气轮机低压涡轮转子结构设计，特别是涉及一种高转速低压涡轮转子结构。高转速低压涡轮转子结构包括：传扭轴；依次设置的第一盘片组件、第二盘片组件以及第三盘片组件；第一封严环，固定设置在第一后伸臂与第二前伸臂之间；第二封严环，固定设置在第二后伸臂与第三前伸臂之间；传扭盘，内安装边与传扭轴固定连接，外安装边固定在第二封严环与所述第三盘片组件的第三前伸臂之间；前平衡块、后平衡块；轴向限位件，用于对盘片组件中叶片进行轴向限位。本发明为高转速三级低压涡轮转子，扭矩输出传扭盘置于第二盘片组件以及第三盘片组件之间，保证高转速下盘片组件布局合理、可靠，结构稳定，能够满足高转速下的稳定运转。

Description

一种高转速低压涡轮转子结构

技术领域

本发明涉及航空发动机和燃气轮机低压涡轮转子结构设计，特别是涉及一种高转速低压涡轮转子结构。

背景技术

燃气轮机涡轮转子是发动机中最重要的部件，燃气轮机的研究和设计都是围绕转子的设计开始的；燃气轮机主要是通过低压涡轮转子做功驱动风扇产生推力，可见低压涡轮的设计影响燃气轮机的性能和效率。目前的大型燃气轮机低压涡轮转子存在两种状态，一种是级数小于等于两级，其转速较高，通常在7000r/min以上；另外一种为多级低压涡轮，转速较低，通常在5000r/min以下。

但是，目前需要设计一种级数相对较多，同时具有较高转速(5000-7000r/min)的低压涡轮转子；在兼顾高转速和相对较多的级数的同时，要实现多级低压涡轮工作可靠，满足性能要求；这样的设计难度较大，这对涡轮结构布局，盘片组合及叶片定位提出较高要求，对传扭结构设计提出更高要求。

发明内容

本发明的目的是提供了一种级数相对较多，同时具有较高转速的低压涡轮转子结构。

本发明的技术方案是：

一种高转速低压涡轮转子结构，包括：

传扭轴；

沿所述传扭轴的轴向依次设置的第一盘片组件、第二盘片组件以及第三盘片组件，所述第一盘片组件的第一后伸臂与所述第二盘片组件的第二前伸臂固定连接，所述第二盘片组件的第二后伸臂与所述第三盘片组件的第三前伸臂固定连接；

第一封严环，固定设置在所述第一盘片组件的第一后伸臂与所述第二盘片组件的第二前伸臂之间；

第二封严环，固定设置在所述第二盘片组件的第二后伸臂与所述第三盘片组件的第三前伸臂之间；

传扭盘，内安装边与所述传扭轴固定连接，外安装边固定在所述第二封严环与所述第三盘片组件的第三前伸臂之间；

前平衡块，固定设置在所述第一盘片组件的第一前伸臂上；

后平衡块，固定设置在所述第三盘片组件的第三后伸臂上；

轴向限位件，用于对盘片组件中叶片进行轴向限位。

优选的，所述传扭盘包括同轴设置在所述内安装边与所述外安装边之间的第一锥壁和第二锥壁，所述第一锥壁与所述第二锥壁之间具有第一预设角度，所述第一锥壁与所述传扭轴的轴线具有第二预设角度。

优选的，所述第一预设角度范围是70°-90°；所述第二预设角度范围是20°-40°。

优选的，所述第一盘片组件、第二盘片组件以及第三盘片组件均包括叶片和叶盘，所述叶片具有榫头，所述叶盘具有与所述榫头相匹配的榫槽。

优选的，所述轴向限位件为挂钩，所述挂钩的一端固定在所述叶片榫头轴向一侧，用于在所述叶片的榫头安装到所述叶盘的榫槽内时，抵靠至所述叶盘的一侧。

优选的，所述第一封严环具有朝向所述第二盘片组件延伸的第一限位环，所述第一限位环抵靠至所述第二盘片组件的叶片与叶盘榫接处的轴向一侧；

所述第二封严环具有朝向所述第三盘片组件延伸的第二限位环，所述第二限位环抵靠至所述第三盘片组件的叶片与叶盘榫接处的轴向一侧。

优选的，所述后平衡块一端具有与所述第三盘片组件的第三后伸臂安装边相匹配U形卡槽，并通过铆钉固定安装。

本发明的优点在于：

本发明的高转速低压涡轮转子结构包括依次连接的第一盘片组件、第二盘片组件以及第三盘片组件，以构成高转速三级低压涡轮转子，扭矩输出传扭盘置于第二盘片组件以及第三盘片组件之间，保证高转速下盘片组件布局合理、可靠，结构稳定，能够满足高转速下的稳定运转，可广泛用于高转速多级低压涡轮结构设计。

附图说明

图1是本发明高转速低压涡轮转子结构的剖视图；

图2是图1中I部分放大示意图；

图3是本发明高转速低压涡轮转子结构中传扭盘的剖视图；

图4是本发明高转速低压涡轮转子结构中传扭盘的立体图；

图5是本发明高转速低压涡轮转子结构中第一封严环或第二封严环的剖视图；

图6是图5中II部分放大示意图；

图7是本发明高转速低压涡轮转子结构中轴向限位件的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。

下面结合附图1至图7对本发明高转速低压涡轮转子结构做进一步详细说明。

本发明提供了一种高转速低压涡轮转子结构，包括传扭轴1、盘片组件、封严环、传扭盘7以及平衡块等部件；传扭轴1可以带动风扇做功。

盘片组件包括沿传扭轴1的轴向依次设置的第一盘片组件2、第二盘片组件3以及第三盘片组件4。第一盘片组件2具有第一前伸臂21和第一后伸臂22(定义图1中左侧为前，右侧为后)；第二盘片组件3具有第二前伸臂31和第二后伸臂32；第三盘片组件4具有第三前伸臂41和第三后伸臂42。需要说明的是，上述伸臂均是呈圆环状，以传扭轴1的轴心线为圆心。

具体地，第一盘片组件2的第一后伸臂22与第二盘片组件3的第二前伸臂31通过螺栓固定连接，；第二盘片组件3的第二后伸臂32与第三盘片组件4的第三前伸臂41通过螺栓固定连接。

封严环主要用于对连接部位进行密封，包括第一封严环5、第二封严环6以及第三封严环(位于图1中最左侧位置)。第一封严环5固定设置在第一盘片组件2的第一后伸臂22与第二盘片组件3的第二前伸臂31之间；第二封严环6固定设置在第二盘片组件3的第二后伸臂32与第三盘片组件4的第三前伸臂41之间。

传扭盘7包括内安装边71(靠近传扭轴1轴心线的一侧为)和外安装边72；内安装边71与传扭轴1通过螺栓固定连接，从而实现传扭盘7与传扭轴1的固定；外安装边72固定在第二封严环6与第三盘片组件4的第三前伸臂41之间。

转子的平衡对整个转子的稳定工作，减小振动尤为重要，因此通过在转子前后加装平衡块，使其残余不平衡量满足高转速工作的要求。平衡块包括前平衡块81和后平衡块82，根据平衡需要进行数量和布置位置的选择，起到平衡作用。具体地，前平衡块81通过螺栓固定设置在第一盘片组件2的第一前伸臂21上；后平衡块82固定设置在第三盘片组件4的第三后伸臂42上。

限位件为轴向限位件9，主要用于对盘片组件中叶片11进行轴向限位。

本发明的高转速低压涡轮转子结构包括依次连接的第一盘片组件2、第二盘片组件3以及第三盘片组件4，以构成高转速三级低压涡轮转子，扭矩输出传扭盘置于第二盘片组件3以及第三盘片组件4之间，保证高转速下盘片组件布局合理、可靠，结构稳定，能够满足高转速下的稳定运转，可广泛用于高转速多级低压涡轮结构设计。

进一步，传扭盘7包括同轴设置在内安装边71与外安装边72之间的第一锥壁73和第二锥壁74，第一锥壁73与第二锥壁74之间具有第一预设角度a，第一锥壁73与传扭轴1的轴线具有第二预设角度b。本实施例中，优选第一预设角度范围是70°-90°，最优选为85°；第二预设角度范围是20°-40°；本发明的传扭盘7能够保证工作状态结构稳定，降低振动。

另外，第一盘片组件2、第二盘片组件3以及第三盘片组件4均包括叶片11和叶盘12，叶片11具有榫头，叶盘12具有与榫头相匹配的榫槽，通过榫头与榫槽的配合实现叶片11与叶盘12的固定。

本发明的高转速低压涡轮转子结构中，轴向限位件9可以根据需要设置为多种适合的形状；本实施例中，如图7所示，轴向限位件9为挂钩，挂钩的一端固定在叶片11榫头轴向一侧，用于在叶片11的榫头安装到叶盘12的榫槽内时，抵靠至叶盘12的一侧。

进一步，本发明的高转速低压涡轮转子结构中，第一封严环5具有朝向第二盘片组件3延伸的第一限位环51，第一限位环5抵靠至第二盘片组件3的叶片11与叶盘12榫接处的轴向一侧(图1中左侧)，用于对第二盘片组件3的叶片11的轴线位移进行限制；第二封严环6具有朝向第三盘片组件4延伸的第二限位环61，第二限位环61抵靠至第三盘片组件4的叶片11与叶盘12榫接处的轴向一侧(图1中左侧)，用于对第三盘片组件4的叶片11的轴线位移进行限制。

另外，第一封严环5的第一限位环51与第二盘片组件3接触面处以及第二封严环6的第二限位环61与第三盘片组件4接触面处设计时轴向带有预紧度，产生的预紧力与挂钩(轴向限位件9)配合对第二盘片组件3和第三盘片组件4的叶片进行轴向固定，从而限制叶片轴向向前串动，使得叶片定位结构更加稳定。其中，第三封严环结构类似，用于对第一盘片组件3的叶片进行轴向固定，不再赘述。

后平衡块82一端具有与第三盘片组件4的第三后伸臂42安装边相匹配U形卡槽，并通过铆钉固定安装；这样的结构能够避免采用螺钉安装的平衡块易松动和振动情况下脱出的可能，提高了平衡块安装和定位结构的稳定性。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种高转速低压涡轮转子结构，其特征在于，包括：

传扭轴(1)；

沿所述传扭轴(1)的轴向依次设置的第一盘片组件(2)、第二盘片组件(3)以及第三盘片组件(4)，所述第一盘片组件(2)的第一后伸臂(22)与所述第二盘片组件(3)的第二前伸臂(31)固定连接，所述第二盘片组件(3)的第二后伸臂(32)与所述第三盘片组件(4)的第三前伸臂(41)固定连接；

第一封严环(5)，固定设置在所述第一盘片组件(2)的第一后伸臂(22)与所述第二盘片组件(3)的第二前伸臂(31)之间；

第二封严环(6)，固定设置在所述第二盘片组件(3)的第二后伸臂(32)与所述第三盘片组件(4)的第三前伸臂(41)之间；

传扭盘(7)，内安装边(71)与所述传扭轴(1)固定连接，外安装边(72)固定在所述第二封严环(6)与所述第三盘片组件(4)的第三前伸臂(41)之间；

前平衡块(81)，固定设置在所述第一盘片组件(2)的第一前伸臂(21)上；

后平衡块(82)，固定设置在所述第三盘片组件(4)的第三后伸臂(42)上；

轴向限位件(9)，用于对盘片组件中叶片(11)进行轴向限位。

2.根据权利要求1所述的高转速三级低压涡轮转子结构，其特征在于，所述传扭盘(7)包括同轴设置在所述内安装边(71)与所述外安装边(72)之间的第一锥壁(73)和第二锥壁(74)，所述第一锥壁(73)与所述第二锥壁(74)之间具有第一预设角度，所述第一锥壁(73)与所述传扭轴(1)的轴线具有第二预设角度。

3.根据权利要求2所述的高转速三级低压涡轮转子结构，其特征在于，所述第一预设角度范围是70°-90°；所述第二预设角度范围是20°-40°。

4.根据权利要求1-3任一项所述的高转速三级低压涡轮转子结构，其特征在于，所述第一盘片组件(2)、第二盘片组件(3)以及第三盘片组件(4)均包括叶片(11)和叶盘(12)，所述叶片(11)具有榫头，所述叶盘(12)具有与所述榫头相匹配的榫槽。

5.根据权利要求4所述的高转速三级低压涡轮转子结构，其特征在于，所述轴向限位件(9)为挂钩，所述挂钩的一端固定在所述叶片(11)榫头轴向一侧，用于在所述叶片(11)的榫头安装到所述叶盘(12)的榫槽内时，抵靠至所述叶盘(12)的一侧。

6.根据权利要求5所述的高转速三级低压涡轮转子结构，其特征在于，所述第一封严环(5)具有朝向所述第二盘片组件(3)延伸的第一限位环(51)，所述第一限位环(5)抵靠至所述第二盘片组件(3)的叶片(11)与叶盘(12)榫接处的轴向一侧；

所述第二封严环(6)具有朝向所述第三盘片组件(4)延伸的第二限位环(61)，所述第二限位环(61)抵靠至所述第三盘片组件(4)的叶片(11)与叶盘(12)榫接处的轴向一侧。

7.根据权利要求6所述的高转速三级低压涡轮转子结构，其特征在于，所述后平衡块(82)一端具有与所述第三盘片组件(4)的第三后伸臂(42)安装边相匹配U形卡槽，并通过铆钉固定安装。