CN111271132A - 一种带有冷却压紧结构的涡轮转子装置 - Google Patents

一种带有冷却压紧结构的涡轮转子装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种带有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，所述冷却压紧装置内设有截面积渐变的主冷气通道，及两侧对称设有与所述主冷气通道相连通的多个次冷气通道，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

一种带有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，特别涉及一种带有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，提供一种带有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：
一种带有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，所述冷却压紧装置内设有截面积渐变的主冷气通道及两侧对称设置的次冷气通道，所述主冷气通道与所述次冷气通道相连通，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。
优选地，所述冷却压紧装置设有相互平行的上平面与下平面、及对称设置在两侧的左斜面与右斜面，所述上平面与榫头端面相贴合，所述下平面与所述榫槽的底平面相贴合。
优选地，所述主冷气通道开口于所述下平面，且垂直于所述榫头平面，所述主冷气通道由进气口至出气口的截面面积逐渐变大。
优选地，所述进气口截面面积约为出气口截面面积的1/3。
优选地，所述左下斜面及右下斜面对称设置有多个均布的次冷气通道，所述次冷气通道开口于所述主冷气通道及所述左下斜面及所述右下斜面。
优选地，所述主冷气通道及所述次冷气通道的截面形状为长方形或正方形。
优选地，所述次冷气通道相互平行且相对于所述主冷气通道倾斜设置，沿进气方向所述次冷气通道的中心线与所述主冷气通道中心线的夹角为锐角。
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，所述冷却压紧装置的侧壁与所述第一榫槽的侧壁相连接。
优选地，所述冷却压紧装置的所述左下斜面及所述右下斜面分别与所述第一榫槽的侧壁形成左空间及右空间。
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；
需要说明的是，通过主冷气通道从所述进气口至所述出气口的截面面积逐渐变大，使得进入的冷却气体迅速膨胀，大大增强了冷却效率。
需要说明的是，通过所述冷却压紧装置设有的与所述第一榫槽的侧壁形成左空间及右空间的所述左下斜面及所述右下斜面上对称设置多个均布的次冷气通道，所述次冷气通道与所述主冷气通道均相通，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，极大的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。
需要说明的是，通过沿进气方向所述次冷气通道的中心线与所述主冷气通道中心线的夹角为锐角的设置，可以使得部分冷气通过所述主冷气通道时被多个依次排列的逆向设置的次冷气通道分流出去，使得冷气快速流通到所有空间，达到快速降低涡轮转子装置的温度的效果。
本发明的有益效果为：
采用本带有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。
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A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；
图6是图5的仰视图。
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—底平面；
300—冷却压紧装置；310—进风口；311—出风口；312—上平面；313—下平面；314—左斜面、右斜面；315—主冷气通道；316—次冷气通道；317—左空间；318—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”指等于或多于两个；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6，本发明的一个实施例，一种带有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113和所述榫槽底平面212-2间隙的冷却压紧装置300，所述冷却压紧装置300内设有截面积渐变的主冷气通道315及两侧对称设置的次冷气通道316，所述主冷气通道315与所述次冷气通道316相连通，使得所述榫齿与所述榫槽210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,大大减小了工作状态下的相对滑移；通过主冷气通道315从所述进风口310至所述出风口311的截面面积逐渐变大，使得进入的冷却气体迅速膨胀，大大增强了冷却效率；通过左空间317、右空间318的设置，及多个所述次冷气通道316与所述主冷气通道315相连通，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，极大的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。
优选地，所述冷却压紧装置300设有相互平行的上平面312与下平面313、及对称设置在两侧的左斜面314与右斜面314，所述上平面312与榫头端面113相贴合，所述下平面313与所述榫槽210的底平面212-2相贴合。
优选地，所述主冷气通道315开口于所述下平面313，且垂直于所述榫头平面，所述主冷气通道315由进风口310至出风口311的截面面积逐渐变大。
优选地，所述进风口310截面面积约为出风口311截面面积的1/3。
优选地，所述左下斜面314及右下斜面314对称设置有多个均布的次冷气通道316，所述次冷气通道316开口于所述主冷气通道315及所述左下斜面314及所述右下斜面314。
优选地，所述主冷气通道315及所述次冷气通道316的截面形状为长方形或正方形。
优选地，所述次冷气通道316相互平行且相对于所述主冷气通道315倾斜设置，沿进气方向所述次冷气通道316的中心线与所述主冷气通道315中心线的夹角为锐角。
优选地，所述榫头110设有第一榫齿112和第二榫齿111，所述第一榫齿112和所述第二榫齿111分别为中心对称结构，所述榫槽210对应设置呈包围状且分别为中心对称结构的第一榫槽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，所述冷却压紧装置300的侧壁与所述第一榫槽212的侧壁相连接。
优选地，所述冷却压紧装置300的所述左下斜面314及所述右下斜面314分别与所述第一榫槽212的侧壁形成左空间317及右空间318。
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100的榫头110与轮盘200的榫槽210之间的相对滑移；
需要说明的是，通过主冷气通道315从所述进风口310至所述出风口311的截面面积逐渐变大，使得进入的冷却气体迅速膨胀，大大增强了冷却效率。
需要说明的是，通过所述冷却压紧装置300设有的与所述第一榫槽212的侧壁形成左空间317及右空间318的所述左下斜面314及所述右下斜面314上对称设置多个与所述主冷气通道315连通的次冷气通道316，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，极大的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。
需要说明的是，通过沿进气方向所述次冷气通道316的中心线与所述主冷气通道315中心线的夹角为锐角的设置，可以使得部分冷气通过所述主冷气通道315时被多个依次排列的逆向设置的次冷气通道316分流出去，使得冷气快速流通到所有空间，达到快速降低涡轮转子装置的温度的效果。
本发明的有益效果为：
采用本带有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。
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)

1.一种带有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，所述冷却压紧装置内设有截面积渐变的主冷气通道及两侧对称设置的次冷气通道，所述主冷气通道与所述次冷气通道相连通，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所述的带有冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述冷却压紧装置设有相互平行的上平面与下平面、及对称设置在两侧的左斜面与右斜面，所述上平面与榫头端面相贴合，所述下平面与所述榫槽的底平面相贴合。
3.根据权利要求2所述的带有冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述主冷气通道开口于所述下平面，且垂直于所述榫头平面，所述主冷气通道由进气口至出气口的截面面积逐渐变大。
4.根据权利要求3所述的带有冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述进气口截面面积约为出气口截面面积的1/3。
5.根据权利要求4所述的带有冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述左下斜面及右下斜面对称设置有多个均布的次冷气通道，所述次冷气通道开口于所述主冷气通道及所述左下斜面及所述右下斜面。
6.根据权利要求5所述的带有冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述主冷气通道及所述次冷气通道的截面形状为长方形或正方形。
7.根据权利要求6所述的带有冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述次冷气通道相互平行且相对于所述主冷气通道倾斜设置，沿进气方向所述次冷气通道的中心线与所述主冷气通道中心线的夹角为锐角。
8.根据权利要求7所述的带有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所述的带有冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述冷却压紧装置的侧壁与所述第一榫槽的侧壁相连接。
10.根据权利要求9所述的带有冷却压紧结构的涡轮转子装置，其特征在于，所述冷却压紧装置的所述左下斜面及所述右下斜面分别与所述第一榫槽的侧壁形成左空间及右空间。
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