CN112483199A - 一种发动机转子过渡段弹性支承结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种发动机转子过渡段弹性支承结构，涉及航空发动机和燃气轮机的转子支承领域，其主要包括轴承座、排气机匣以及设置在所述轴承座与排气机匣之间的柔性过渡段。所述柔性过渡段用于连接排气机匣与轴承座，其内安装边与轴承座外壁面固定连接，外安装边与排气机匣内壁面固定连接。本发明中柔性过渡段结构可兼做弹性支承元件，且通过改变柔性过渡段材料、结构等措施可以实现调节过渡段的刚度，从而改变轴承和机匣的组合刚度，进而改变整个转子系统的动力学性能，实现最优支承刚度，提高转子系统的稳定性。

Description

一种发动机转子过渡段弹性支承结构
技术领域
本发明涉及航空发动机和燃气轮机的转子支承技术领域，涉及一种发动机转子过渡段支承结构，特别涉及一种S型过渡段弹性支承结构，可作为轴承和机匣连接处的缓冲元件，并可根据结构设计灵活调整其支承刚度，提供最优的转子支承刚度，并且通过油膜阻尼减小转子振动响应，提高航空发动机转子-支承系统的稳定性。
背景技术
航空发动机转子动力学设计是航空发动机设计的核心技术之一，转子-支承系统的振动特性是航空发动机高性能、高可靠性的保障。随着航空发动机转子系统工作转速的不断提高和支承结构的限制，一般采用弹性支承结构调整转子各阶临界转速，保证其动力学特性达到最优。
弹性支承不但可以调节临界转速，避免共振，同时又能将转子弯曲应变能转移到弹性支承上或静子部件上，从而可采用适当的阻尼器有效的减小振动。通常的作法是在轴承座外环单独设计鼠笼(如图2所示)、弹性环及拉杆式弹性支承。传统弹性支承结构加工复杂，存在应力集中，容易产生高循环疲劳，且对支承结构的轴向空间有一定要求。
发明内容
(一)要解决的技术问题
针对现有技术中所存在的上述的技术缺陷，本发明提供一种发动机转子过渡段弹性支承结构，可作为轴承和机匣连接处的缓冲元件，并可根据结构设计灵活调整其支承刚度，提供最优的转子支承刚度，并且通过油膜阻尼减小转子振动响应，提高航空发动机转子-支承系统的稳定性。当采用这种新型弹性支承承力结构时，其结构比较紧凑，应力集中小，并由于其简单的结构非常适合批量生产，便于安装、维护和更换，对于航空发动机和燃气轮机有广泛应用前景。
(二)技术方案
本发明为解决其技术问题所采用的技术方案如下：
一种发动机转子过渡段弹性支承结构，包括设置在燃烧室机匣下游的排气机匣、用于支承发动机低压轴的轴承座、在径向上设置在所述排气机匣与轴承座之间的柔性过渡段，其特征在于，
所述排气机匣，包括同心设置的一外机匣、一内机匣以及固定设置在所述外机匣与内机匣之间并沿周向均匀分布的多个导流支板，所述外机匣通过其前端面上设置的一前安装边与所述燃烧室机匣固定连接；
所述轴承座内至少设置一用于支承发动机低压轴的轴承，且所述轴承的外环与所述轴承座的内壁为间隙配合，所述轴承座的内壁面上设有油膜孔，所述油膜孔通过管路与发动机滑油供给单元连通，使得所述轴承座的内壁与所述轴承的外环之间形成用以提供阻尼减振的挤压油膜；所述轴承座上还设有与发动机滑油供给单元连通并用以向所述轴承喷射滑油的喷油孔；
所述柔性过渡段整体呈环形盘状，其纵截面呈S形，且在径向上具有低于所述排气机匣及轴承座的刚性，所述柔性过渡段通过一上安装边与所述排气机匣的内机匣的前端面固定连接，所述柔性过渡段通过一下安装边与所述轴承座固定连接，以实现所述排气机匣与轴承座的同轴固定连接。
在进一步地实施方案中，所述排气机匣中，所述外机匣的前安装边上沿周向设置有多个安装孔和顶丝孔，并借助所述安装孔和顶丝孔与所述燃烧室机匣固定连接。
在进一步地实施方案中，所述排气机匣、轴承座和柔性过渡段均由高温合金材料制成。
在进一步地实施方案中，所述柔性过渡段在径向上的刚度较低，从而改变所述轴承座和排气机匣组合结构的刚度，使得所述柔性过渡段可兼做弹性支承元件。
在进一步地实施方案中，当所述轴承座的刚度一定时，通过改变所述柔性过渡段的材料、弯度、厚度和增加加强环来调整柔性过渡段的刚性，从而改变所述轴承座和排气机匣组合结构的刚度，进而改变整个转子系统的动力学性能，实现最优支承刚度，提高转子系统的稳定性。
(三)有益效果
同现有技术相比，本发明的发动机转子过渡段弹性支承结构至少具有以下显著的技术效果：
(1)排气机匣前安装边，便于实现与燃烧室机匣的连接，同时设置止口定位功能。
(2)排气机匣前安装边沿周向设计若干安装孔和顶丝孔，用于实现机匣安装定位和拆装，满足紧固要求。
(3)排气机匣外机匣与内机匣通过导流叶片连接，沿周向设计若干导流叶片，满足气动性能要求。
(4)轴承座内环用于安装轴承，与轴承间隙配合，油膜孔设置于轴承座内壁面上，通过在油膜孔中流通润滑油，利用油膜的粘性，提供阻尼，达到耗散振动能量，衰减振动的效果，实现油膜阻尼器的功能。
(5)过渡段的纵截面呈S型，且在径向上的刚度低于轴承座及排气机匣，从而改变轴承座和排气机匣组合结构的刚度，使得过渡段可兼做弹性支承元件，满足发动机转子的弹性支承要求。
(6)当轴承座的刚度一定时，通过改变过渡段的材料及结构参数，从而改变轴承座与排气机匣的组合刚度，进而改变整个转子系统的动力学性能，实现最优支承刚度，提高转子系统的稳定性。
(7)本发明利用S型过渡段弹性支承结构刚度可调特性及其本身的固体属性，可应用于航空发动机、燃气轮机以及其他旋转机械构造领域中。
附图说明
图1为本发明实施例的发动机转子过渡段弹性支承结构示意图；
图2为现有发动机转子所采用的鼠笼弹性支承结构示意图；
图3为本发明实施例中发动机转子过渡段的局部放大图，其中，a)为改变过渡段材料、厚度示意图，b)为改变过渡段弯度示意图，c)为在过渡段增加加强环示意图；
图4为本发明实施例的弹性支承承力结构与其他部件连接示意图；
图5为本发明实施例在不同后支承刚度下的临界转速对比图。
附图标记说明：
排气机匣1，轴承座2，柔性过渡段3，前安装边4，外机匣5，导流支板6，内机匣7，下安装边8，油膜孔9，喷油孔10，上安装边11，燃烧室机匣12，螺栓13，涡轮转子14，发动机低压轴15，轴承16，封严环17。
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。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。
根据本发明的一个实施例，本发明的发动机转子过渡段弹性支承结构，其主要结构示意图如图1、4所示，包括：设置在燃烧室机匣12下游的排气机匣1、用于支承发动机低压轴轴承16的轴承座2、在径向上设置在排气机匣1与轴承座2之间的柔性过渡段3。其中：
排气机匣1，包括前安装边4、外机匣5、导流支板6及内机匣7，且前安装边4设置于外机匣5的前端面上，其中外机匣5的排气流道通过分布的多个导流支板6与内机匣7固定连接，以实现内机匣5和外机匣7的同轴固定连接，且导流支板6兼做涡轮出口气流的导向器。
轴承座2内至少设置一用于支承发动机低压轴15的轴承16，油膜孔9设置于轴承座2的内壁面上，轴承16与轴承座2间隙配合，油膜孔9通过管路与发动机滑油供给单元连通，通过在油膜孔9中流通润滑油，利用油膜的粘性，提供阻尼，达到耗散振动能量，衰减振动的效果。喷油孔10设置于轴承座2上，且喷油孔10与发动机滑油供给单元连通，通过在喷油孔10中喷射滑油，流入轴承16中润滑。
柔性过渡段3整体呈环形盘状，其纵截面呈S形，且在径向上具有低于排气机匣及轴承座的刚性，上安装边11设置于柔性过渡段3上壁面，下安装边8设置于柔性过渡段3下壁面。其中，柔性过渡段3通过上安装边11与排气机匣1固定连接，柔性过渡段3通过下安装边8与轴承座2固定连接，以实现排气机匣1和轴承座2同轴固定连接。
通过柔性过渡段3与排气机匣1和轴承座2固定连接，以实现排气机匣1和轴承座2的连接，且柔性过渡段刚度较低，可兼做弹性支承元件；当轴承刚度一定时，通过改变柔性过渡段材料、厚度(如图3a)、弯度(如图3b)及增加加强环(如图3c)等措施调节S型柔性过渡段刚度，在本实施例中调节措施对应的刚度如表1所示。
表1
Figure BDA0002830968350000061
在本实施例中，排气机匣1、柔性过渡段3和轴承座2的材料均为高温合金材料。
如图4所示为S型过渡段弹性支承结构与其他部件连接后的示意图，将螺栓13分别穿过排气机匣安装边4的螺栓孔和燃烧室机匣12的螺栓孔，并通过止口定位，实现排气机匣与燃烧室机匣的连接；轴承16安装在轴承座2内环上，涡轮转子14通过低压轴15穿过轴承16，实现涡轮后支点的固定和支承。通过轴承座2内环安装轴承16，实现转子的固定。轴承座2的内环与轴承16间隙配合，通过在油膜孔9中流通润滑油，利用油膜的粘性，提供阻尼，达到耗散振动能量，衰减振动的效果。通过在喷油孔10中喷射滑油，流入轴承中润滑和冷却。封严环17安装在轴承座2前端面，通过篦齿和石墨进行滑油密封。
在本实施例中转子在不同涡轮后支承刚度下的临界转速如图5所示，涡轮后支承刚度对第二阶临界转速影响较大，通过调节S型过渡段弹性支承结构实现最优支承刚度，提高转子系统的稳定性。
综上所述，本发明通过将过渡段设计为纵截面呈S形且在径向上具有低于排气机匣及轴承座的刚性，从而改变轴承座和排气机匣组合结构的刚度，使得过渡段可作为发动机转子的弹性支承，简化了发动机支承结构，同时便于维护和更换。
此外，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 (5)

1.一种发动机转子过渡段弹性支承结构，包括设置在燃烧室机匣下游的排气机匣、用于支承发动机低压轴后轴承的轴承座、在径向上设置在所述排气机匣与轴承座之间的柔性过渡段，其特征在于，
所述排气机匣，包括同心设置的一外机匣、一内机匣以及固定设置在所述外机匣与内机匣之间并沿周向均匀分布的多个导流支板，所述外机匣通过其前端面上设置的一前安装边与所述燃烧室机匣固定连接；
所述轴承座内至少设置一用于支承发动机低压轴的轴承，且所述轴承的外环与所述轴承座的内壁为间隙配合，所述轴承座的内壁面上设有油膜孔，所述油膜孔通过管路与发动机滑油供给单元连通，使得所述轴承座的内壁与所述轴承的外环之间形成用以提供阻尼减振的挤压油膜；所述轴承座上还设有与发动机滑油供给单元连通并用以向所述轴承喷射滑油的喷油孔；
所述柔性过渡段整体呈环形盘状，其纵截面呈S形，且在径向上具有低于所述排气机匣及轴承座的刚性，所述柔性过渡段通过一上安装边与所述排气机匣的内机匣的前端面固定连接，所述柔性过渡段通过一下安装边与所述轴承座固定连接，以实现所述排气机匣与轴承座的同轴固定连接。
2.根据上述权利要求所述的发动机转子过渡段弹性支承结构，其特征在于，所述排气机匣中，所述外机匣的前安装边上沿周向设置有多个安装孔和顶丝孔，并借助所述安装孔和顶丝孔与所述燃烧室机匣固定连接。
3.根据上述权利要求所述的发动机转子过渡段弹性支承结构，其特征在于，所述排气机匣、轴承座和柔性过渡段均由高温合金材料制成。
4.根据上述权利要求所述的发动机转子过渡段弹性支承结构，其特征在于，所述柔性过渡段在径向上的刚度较低，从而改变所述轴承座和排气机匣组合结构的刚度，使得所述柔性过渡段可兼做弹性支承元件。
5.根据上述权利要求所述的发动机转子过渡段弹性支承结构，其特征在于，当所述轴承座的刚度一定时，通过改变所述柔性过渡段的材料、弯度、厚度和增加加强环来调整柔性过渡段的刚性，从而改变所述轴承座和排气机匣组合结构的刚度，进而改变整个转子系统的动力学性能，实现最优支承刚度，提高转子系统的稳定性。
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