CN110005637B - 轴流式航空发动机转子 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种轴流式航空发动机转子，包括转子叶片、锁紧装置和叶盘，转子叶片包括叶身和榫头，通过榫头与叶盘连接，并由锁紧装置对转子叶片进行周向锁紧；转子叶片的叶身缘板下方设置有锯齿形结构，锯齿形结构的外侧面上开设有第一卡槽，第一卡槽内安装有第一密封条；叶盘具有相互连通安装槽和榫槽，且叶盘的一侧壁上设有一凸起部，凸起部的内侧面开设有第二卡槽，第二卡槽内安装有第二密封条；转子叶片的榫头通过安装槽安装至榫槽内，锯齿形结构的外侧面形状与凸起部的内侧面形状匹配，使得第一密封条和第二密封条相对设置。本发明改善了转子叶片和盘的轴向封严效果，降低了漏气损失，提高压气机裕度和效率。

Description

轴流式航空发动机转子
技术领域
本发明涉及航空发动机压气机领域，特别涉及一种轴流式航空发动机转子。
背景技术
图1为现有技术中轴流式航空发动机的转子结构示意图一。图2为现有技术中轴流式航空发动机的转子结构示意图二。如图1和图2所示，在航空发动机压气机领域中，轴流式航空发动机的转子结构10主要由转子叶片11、锁紧装置12和盘13组成。转子叶片11由叶身111和榫头112两部分组成，通过榫头112与榫槽131相配合进行安装，转子叶片11通过盘13上的安装槽132依次滑动安装到榫槽131中，最后在通过锁紧装置12对所有转子叶片11进行周向锁紧。
图3为现有技术中转子密封装置的工作状态示意图。图4为图3中A部分的放大图。如图3和图4所示，目前，转子叶片11主要的轴向密封装置是采用钢丝卡圈14封严。其工作原理是：安装在封严槽15中的钢丝卡圈14，在转子工作状态时，由于离心力的作用，会向上运动与转子叶片的下缘板贴齐，起到密封作用。对于转子叶片采用的密封装置，在工作状态时，受到钢丝卡圈14长度限制在周向上仍然会有间隙产生，无法起到密封作用，导致漏气损失，效率下降，同时盘两侧周向封严槽结构复杂，对盘整体强度不利。
发明内容
本发明要解决的技术问题是为了克服现有技术中转子叶片的密封装置无法起到密封作用，导致漏气损失和效率下降等缺陷，提供一种轴流式航空发动机转子。
本发明是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：
一种轴流式航空发动机转子，包括转子叶片、锁紧装置和叶盘，其特点在于，所述转子叶片包括叶身和榫头，通过所述榫头与所述叶盘连接，并由所述锁紧装置对所述转子叶片进行周向锁紧；所述转子叶片的叶身缘板下方设置有锯齿形结构，所述锯齿形结构的外侧面上开设有第一卡槽，所述第一卡槽内安装有第一密封条；
所述叶盘具有相互连通安装槽和榫槽，且所述叶盘的一侧壁上设有一凸起部，所述凸起部的内侧面开设有第二卡槽，所述第二卡槽内安装有第二密封条；
所述转子叶片的榫头通过所述安装槽安装至所述榫槽内，所述锯齿形结构的外侧面形状与所述凸起部的内侧面形状匹配，使得所述第一密封条和所述第二密封条相对设置。
根据本发明的一个实施例，所述第一密封条和所述第二密封条之间具有一间隙。
根据本发明的一个实施例，所述轴流式航空发动机转子处于工作状态时，所述第一密封条和所述第二密封条之间的间隙满足公式δ1＝δ0-L*COSα；
其中，δ1为所述第一密封条和所述第二密封条之间的工作状态间隙，δ0为所述第一密封条和所述第二密封条之间的初始间隙，L为所述转子叶片的径向位移，α为所述叶盘的凸起部内侧面与所述叶盘的上端面的夹角。
根据本发明的一个实施例，所述轴流式航空发动机转子处于工作状态时，所述第一密封条和所述第二密封条紧密贴合。
根据本发明的一个实施例，所述叶盘上还设置封严槽，所述封严槽内安装钢丝卡圈。
根据本发明的一个实施例，所述轴流式航空发动机转子处于工作状态时，所述钢丝卡圈向上运动，与所述转子叶片的叶身边缘下方贴齐，以实现所述轴流式航空发动机转子的轴向密封。
根据本发明的一个实施例，所述榫头为周向燕尾形。
根据本发明的一个实施例，所述榫槽的形状与所述榫头相互匹配。
根据本发明的一个实施例，所述叶盘的凸起部内侧面与所述叶盘的上端面的夹角α的取值范围为0°至90°。
本发明的积极进步效果在于：
本发明转轴流式航空发动机转子设计了锯齿形结构和封严槽相结合的密封装置，其通过工作状态时转子叶片和叶盘的相配合，实现轴向的气体封严，减小气体损失，提高发动机效率。所述转子叶片密封装置便于加工制造，封严槽的减少可以增强盘的整体强度。其单侧封严槽设计可以减少盘的不平衡量，提高性能。
所述转子叶片密封装置改善了转子叶片和盘的轴向封严效果，降低了漏气损失，提高压气机裕度和效率。其可以减小盘的不平衡量，增强盘整体强度，提高性能，从而防止转子叶片安装时的转动而造成周向间隙加大，降低发动机效率的影响。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1为现有技术中轴流式航空发动机的转子结构示意图一。
图2为现有技术中轴流式航空发动机的转子结构示意图二。
图3为现有技术中转子密封装置的工作状态示意图。
图4为图3中A部分的放大图。
图5为本发明轴流式航空发动机转子的转子叶片结构示意图。
图6为图5中沿C-C线剖开的剖视图。
图7为本发明轴流式航空发动机转子中盘的结构示意图。
图8为图7中沿B-B线剖开的剖视图。
图9为本发明轴流式航空发动机转子的装配示意图。
图10为图9中D部分的放大图。
图11为图10中轴流式航空发动机转子在工作状态下的结构示意图。
具体实施方式
为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明。
现在将详细参考附图描述本发明的实施例。现在将详细参考本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。
此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。
此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本发明。
图5为本发明轴流式航空发动机转子的转子叶片结构示意图。图6为图5中沿C-C线剖开的剖视图。图7为本发明轴流式航空发动机转子中盘的结构示意图。图8为图7中沿B-B线剖开的剖视图。图9为本发明轴流式航空发动机转子的装配示意图。图10为图9中D部分的放大图。图11为图10中轴流式航空发动机转子在工作状态下的结构示意图。
如图5至图11所示，本发明公开了一种轴流式航空发动机转子20，包括转子叶片21、锁紧装置和叶盘22。其中，转子叶片21包括叶身211和榫头212，通过榫头212与叶盘22连接，并由锁紧装置对转子叶片21进行周向锁紧。此处榫头212优先为周向燕尾形。
在转子叶片21的叶身缘板下方设置有锯齿形结构213。锯齿形结构213的外侧面上开设有第一卡槽214，并在第一卡槽214内安装有第一密封条215。叶盘22具有相互连通安装槽221和榫槽222，且在叶盘22的一侧壁上设有一凸起部223，凸起部223的内侧面开设有第二卡槽224，并在第二卡槽224内安装有第二密封条225。榫槽222的形状与榫头212相互匹配。
根据上述结构，转子叶片21的榫头212通过安装槽221安装至榫槽222内，锯齿形结构213的外侧面形状与凸起部223的内侧面形状匹配，使得第一密封条215和第二密封条225相对设置。
优选地，第一密封条215和第二密封条225之间具有一间隙δ。
进一步优选地，当轴流式航空发动机转子20处于工作状态时，第一密封条215和第二密封条225之间的间隙满足公式δ1＝δ0-L*COSα；其中，δ1为第一密封条215和第二密封条225之间的工作状态间隙，δ0为第一密封条215和第二密封条225之间的初始间隙，L为转子叶片21的径向位移，α为叶盘22的凸起部223内侧面与叶盘22的上端面226的夹角。所述叶盘的凸起部内侧面与所述叶盘的上端面的夹角α的取值范围为0°至90°。第一密封条215和第二密封条225之间的间隙，以及转子叶片21的径向位移的取值范围根据实际的设计要求进行确定。通过设计角度α，间隙δ的值，保证在工作状态时，第一密封条215和第二密封条225能紧密贴合。本实施例以一侧采用锯齿形结构和单侧封严槽相结合作为举例，但不受其局限，转子叶片锯齿形结构密封装置均在本申请的保护范围内。
根据本发明的一个实施例，所述轴流式航空发动机转子处于工作状态时，所述第一密封条和所述第二密封条紧密贴合。
此外，在叶盘22上还设置封严槽227，封严槽227内安装钢丝卡圈24。当轴流式航空发动机转子20处于工作状态时，钢丝卡圈24向上运动，与转子叶片21的叶身边缘下方贴齐，以实现轴流式航空发动机转子20的轴向密封。
根据上述结构描述，本发明轴流式航空发动机转子的装配顺序为：
一、将第一密封条215分别装配到转子叶片21和叶盘22中的第一卡槽214中；
二、将装好第一密封条215的转子叶片21依次通过叶盘22上的安装槽221装入；
三、装最后四个转子叶片之前，在封严槽227中装入钢丝卡圈24，然后装入锁紧装置和转子叶片21，然后锁紧装置进行叶片周向的锁紧。
本发明轴流式航空发动机转子的密封原理为：工作状态下，转子叶片随转子做高速旋转运动，在离心力的作用下，转子叶片沿径向向外移动，锯齿形的配合结构使间隙值δ减小。设计过程中，考虑锯齿角度α，转子叶片径向位移L和密封条初始间隙δ的值，选用密封条具有一定变形能力。
根据公式δ1＝δ0-L*COSα，在工作状态时，使其满足密封条间隙δ的值小于等于零。同时，在安装槽231处，由于安装需要未设计密封条，但是此处的钢丝卡圈会向上运动与转子叶片的下缘板贴齐，两者结合从而实现转子的轴向密封。
综上所述，本发明转轴流式航空发动机转子设计了锯齿形结构和封严槽相结合的密封装置，其通过工作状态时转子叶片和叶盘的相配合，实现轴向的气体封严，减小气体损失，提高发动机效率。所述转子叶片密封装置便于加工制造，封严槽的减少可以增强盘的整体强度。其单侧封严槽设计可以减少盘的不平衡量，提高性能。
所述转子叶片密封装置改善了转子叶片和盘的轴向封严效果，降低了漏气损失，提高压气机裕度和效率。其可以减小盘的不平衡量，增强盘整体强度，提高性能，从而防止转子叶片安装时的转动而造成周向间隙加大，降低发动机效率的影响。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本发明的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本发明的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种轴流式航空发动机转子，包括转子叶片、锁紧装置和叶盘，其特征在于，所述转子叶片包括叶身和榫头，通过所述榫头与所述叶盘连接，并由所述锁紧装置对所述转子叶片进行周向锁紧；所述转子叶片的叶身缘板下方设置有锯齿形结构，所述锯齿形结构的外侧面上开设有第一卡槽，所述第一卡槽内安装有第一密封条；
所述叶盘具有相互连通安装槽和榫槽，且所述叶盘的一侧壁上设有一凸起部，所述凸起部的内侧面开设有第二卡槽，所述第二卡槽内安装有第二密封条；
所述转子叶片的榫头通过所述安装槽安装至所述榫槽内，所述锯齿形结构的外侧面形状与所述凸起部的内侧面形状匹配，使得所述第一密封条和所述第二密封条相对设置；
所述第一密封条和所述第二密封条之间具有一间隙；所述轴流式航空发动机转子处于工作状态时，所述第一密封条和所述第二密封条之间的间隙满足公式δ1＝δ0-L*COSα；
其中，δ1为所述第一密封条和所述第二密封条之间的工作状态间隙，δ0为所述第一密封条和所述第二密封条之间的初始间隙，L为所述转子叶片的径向位移，α为所述叶盘的凸起部内侧面与所述叶盘的上端面的夹角；
在离心力的作用下，所述转子叶片沿径向向外移动，所述锯齿形结构和所述凸起部的配合使所述间隙δ1减小。
2.如权利要求1所述的轴流式航空发动机转子，其特征在于，所述轴流式航空发动机转子处于工作状态时，所述第一密封条和所述第二密封条紧密贴合。
3.如权利要求1所述的轴流式航空发动机转子，其特征在于，所述叶盘上还设置封严槽，所述封严槽内安装钢丝卡圈。
4.如权利要求3所述的轴流式航空发动机转子，其特征在于，所述轴流式航空发动机转子处于工作状态时，所述钢丝卡圈向上运动，与所述转子叶片的叶身边缘下方贴齐，以实现所述轴流式航空发动机转子的轴向密封。
5.如权利要求1所述的轴流式航空发动机转子，其特征在于，所述榫头为周向燕尾形。
6.如权利要求5所述的轴流式航空发动机转子，其特征在于，所述榫槽的形状与所述榫头相互匹配。
7.如权利要求1所述的轴流式航空发动机转子，其特征在于，所述叶盘的凸起部内侧面与所述叶盘的上端面的夹角α的取值范围为0°至90°。
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