CN220285821U - 一种轴流一体化涡轮转子 - Google Patents
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Abstract
本实用新型属于涡喷发动机领域，具体是一种轴流一体化涡轮转子。它包括涡轴杆、涡轮，涡轮盘与涡轮叶片熔蜡精密铸造一体，涡轴杆采用异径不同台阶的结构，减轻了涡轮转子的重量，增加了轴承的使用寿命，第四台阶靠近轴承腔增加了离心甩油盘和断油槽，有效的使流过发动机后轴承的润滑油成雾状排出，减轻发动机燃烧温度分布不均匀的情况。本实用新型的优点是减少了装配及加工成本，减轻了重量，增加了推重比，提升了发动机效率，大大改善了转子系统的使用寿命。
Description
技术领域
本实用新型属于涡喷发动机领域，具体是一种轴流一体化涡轮转子。
背景技术
微型涡喷发动机一般是指直径200毫米以内，推力1000牛以内的喷气式发动机。涡轮轴是微型涡喷发动机将热能转化为机械能的关键部件，从燃烧室流出的高温燃气经过导向器冲击涡轮使涡轮旋转，涡轮通过轴为连接在前端的压气轮提供动力。
发动机涡轮转子系统通常有两类，向心涡轮式和轴流涡轮式，向心涡轮式其特点是：由汽车涡轮增压器演变而来，结构复杂，质量大，推重比小，效率不高，轴流涡轮式其特点是：结构简单，质量轻，推重比大，效率高。
现有专利号02122017.4中仅提出在车用增压器中采用离心涡轮和转子轴的一体化结构，并未涉及微型涡轮喷气发动机轴流涡轮和轴的一体化结构。
专利号201080028213.5中也只提出在车用增压器中采用离心涡轮和转子轴的一体化结构，而其更多提到的是盘、轴摩擦焊接接触面的工艺结构特点。
专利申请号97125874.0和200810110548.6提出直接采用机械过盈连接的方法实现钛铝合金涡轮与42CrMo合金转轴之间的连接。
专利申请号201310166758.8提出过盈螺纹和销钉防松动相结合的方法与结构来解决钛铝合金涡轮与42CrMo合金转轴之间的连接。以上专利均未提出在微型涡喷发动机结构中采用涡轮轴一体化结构。
另有专利申请号：201420785423.4中提出微型涡喷发动机轴流涡轮盘轴，它包括涡轮盘、叶片以及转轴，涡轮盘与叶片精密铸造一体，涡轮盘中心设有中心盲孔，转轴与涡轮盘连接的端部设有定位凸台，定位凸台插入中心盲孔内，转轴端面与涡轮盘的连接面通过真空电子束焊焊接固定。
以上专利虽采用涡轮轴一体化结构，但该涡轮转子为等径结构，后轴承安装面未设置甩油盘和断油槽，前后轴承采用等径轴承，未考虑到前后轴承承载力和温度的差异，影响轴承使用寿命，且电子束焊接制造工艺成本高，定位凸台装配安装麻烦，使涡轮和轴同心度难以保证，动平衡调试难度太大。
发明内容
本实用新型提供一种轴流一体化涡轮转子，降低了涡喷发动机涡轮转子质量，提高发动机推重比，提升发动机工作效率，保证微型涡喷发动机涡轮轴结构强度的前提下，优化加工工艺，降低了加工成本，简化了组装步骤。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种轴流一体化涡轮转子，它包括涡轴杆和涡轮，所述涡轮位于涡轴杆的右端，涡轴杆与涡轮通过焊接面相连，涡轮上装有涡轮盘，涡轮盘的外围装有涡轮叶片，涡轮的右端通过安装在涡轴杆上的六角头固定限位，所述涡轮盘在涡轮叶片的间隙中设置有涡轮进气面、涡轮排气面，涡轮的左侧设置摩擦焊接面与轴杆摩擦焊接，涡轮的右面设六角头，所述涡轴杆的外缘从左到右依次设置第一台阶、第二台阶、第三台阶、第四台阶，第四台阶的左侧安装有后轴承，第三台阶为轴套和后轴承安装台阶，所述第三台阶的左侧安装有前轴承，所述第二台阶为压气轮垫圈和前轴承安装台阶，第一台阶为压气轮安装台阶，所述第二台阶和之间安装有压气轮，所述压气轮的左端设置压气轮螺母。
优选的，所述涡轴杆从左往右的四段台阶的直径递增。
优选的，涡轮叶片以涡轮盘中心为圆心等分分布在涡轮盘上。
优选的，所述涡轴杆的左端设置反螺纹。
优选的，涡轮排气面的直径小于涡轮进气面的直径。
优选的，第四台阶的右侧开设断油槽，第四台阶-在断油槽的左侧套有离心甩油盘。
与现有技术相比，本实用具有以下优点：
这一种轴流一体化涡轮转子的轴向尺寸短，发动机可以做得小而轻便，符合市场要求，并且还具有以下效果：
1、涡轮轴杆，轴盘，轴叶为一体化结构，优化了涡轮转子的加工、装配及结构。
2、涡轴杆上设计的异径台阶结构，减轻了涡轮转子重量，降低了成本。
3、涡轮转子采用轴承内置式安装方式，减小了轴向尺寸，缩短了发动机尺寸。
4、涡轮转子采用双顶尖定位夹持方式，保证了工件质量及转子系统的同心度。
5、涡轴杆上增加了离心甩油盘和断油槽，保证了燃烧充分性，提升了发动机效率。
附图说明
图1为本实用新型一种轴流一体化涡轮转子的结构示意图。
图2为本实用新型去除压气轮、轴承后的示意图。
其中：涡轴杆1、第一台阶1-1、第二台阶1-2、第三台阶1-3、第四台阶1-4、涡轮2、焊接面3、涡轮盘4、涡轮叶片5、六角头6、涡轮进气面7、涡轮排气面8、压气轮螺母9、压气轮10、前轴承11、后轴承12、离心甩油盘13、断油槽14。
具体实施方式
参见图1和图2，本实用新型涉及一种轴流一体化涡轮转子，它包括涡轴杆1和涡轮2，所述涡轮2位于涡轴杆1的右端，涡轴杆1与涡轮2通过焊接面3相连，涡轮2上装有涡轮盘4，涡轮盘4的外围装有涡轮叶片5，涡轮叶片5以涡轮盘4中心为圆心等分分布在涡轮盘上，涡轮叶片5的数量为23片，涡轴杆、涡轮、涡轮盘与涡轮叶片精密铸造一体。
涡轮2的右端通过安装在涡轴杆1上的六角头6固定限位，所述涡轮盘4在涡轮叶片5的间隙中设置有涡轮进气面7、涡轮排气面8，用于进气和排气，涡轮排气面8的直径小于涡轮进气面7。
所述涡轮2用航天级高温高强度镍基合金钢为原料，采用熔蜡精密铸造法，涡轮盘4和涡轮叶片5为整体一次性铸造成型，可减小涡轮整体直径，涡轮盘4不设去重带，可以节省涡轮2材料降低涡轮2重量，涡轮左面设摩擦焊接面3与轴杆1摩擦焊接，涡轮右面设六角头6提高装配效率。
所述涡轴杆1采用高强度K418军工级Cr4Mo合金钢材制作，焊接前涡轴杆1整体经调质处理，硬度小于HRC38°，轴承安装位淬火处理，硬度小于HRC42°，能使涡轴杆有足够的整体韧性减轻发动机振动和局部高强度耐高应力磨损。经调质处理后，采用惯性轴向摩擦焊与涡轮2摩擦焊接。为保证涡轴杆1和涡轮2保持同心，焊接后的涡轮转子毛坯先进行车加工，再进行外圆精磨加工，精磨加工采用双顶尖夹持方式，分别精磨涡轴杆1表面和涡轮叶片5，无需定位，保证了涡轴杆和涡轮保持同心度。
所述涡轴杆1的左端设置反螺纹，用于连接螺母紧固转子系统，所述涡轴杆1的外缘从左到右依次设置第一台阶1-1、第二台阶1-2、第三台阶1-3、第四台阶1-4。
其中第四台阶1-4的右侧开设断油槽14，第四台阶1-4在断油槽14的左侧套有离心甩油盘13，第四台阶1-4的左侧安装有后轴承12，断油槽14和离心甩油盘13能使轴承上的润滑油成雾状排出，减轻发动机燃烧温度分布不均匀的情况。
第三台阶1-3为轴套和后轴承安装台阶，所述第三台阶1-3的左侧安装有前轴承11，第三台阶1-3的表面精度公差小于0.005毫米，能提升装配精度保证发动机运行稳定。
所述第二台阶1-2为压气轮垫圈和前轴承安装台阶，第一台阶1-1为压气轮安装台阶，所述第二台阶1-2和之间安装有压气轮10，所述压气轮10的左端设置压气轮螺母9，压气轮螺母9装在涡轴杆1上的用于对压气轮10固定限位。
所述涡轴杆1从左往右的四段台阶直径递增，台阶设置成不等径，其一是为使转子系统低惯量轻量化设计，减轻轴自身重量，其二是为使涡轮转子完美匹配前后轴承，后轴承靠近涡轮盘，承载力大于前轴承，采用不等径台阶适配合适的轴承，增加使用寿命。采用异径轴配合安装前后轴承，减轻了涡轮转子的重量，前后轴承安装方式为内置式，优点是在设计相同推力的发动机时，涡轮转子轴向尺寸短，发动机可以做得小而轻便，符合市场要求。
Claims (6)
1.一种轴流一体化涡轮转子，其特征在于：它包括涡轴杆和涡轮，所述涡轮位于涡轴杆的右端，涡轴杆与涡轮通过焊接面相连，涡轮上装有涡轮盘，涡轮盘的外围装有涡轮叶片，涡轮的右端通过安装在涡轴杆上的六角头固定限位，所述涡轮盘在涡轮叶片的间隙中设置有涡轮进气面、涡轮排气面，涡轮的左侧设置摩擦焊接面与轴杆摩擦焊接，涡轮的右面设六角头，所述涡轴杆的外缘从左到右依次设置第一台阶、第二台阶、第三台阶、第四台阶，第四台阶的左侧安装有后轴承，第三台阶为轴套和后轴承安装台阶，所述第三台阶的左侧安装有前轴承，所述第二台阶为压气轮垫圈和前轴承安装台阶，第一台阶为压气轮安装台阶，所述第二台阶和之间安装有压气轮，所述压气轮的左端设置压气轮螺母。
2.根据权利要求1所述的一种轴流一体化涡轮转子，其特征在于：所述涡轴杆从左往右的四段台阶的直径递增。
3.根据权利要求1所述的一种轴流一体化涡轮转子，其特征在于：涡轮叶片以涡轮盘中心为圆心等分分布在涡轮盘上。
4.根据权利要求1所述的一种轴流一体化涡轮转子，其特征在于：所述涡轴杆的左端设置反螺纹。
5.根据权利要求1所述的一种轴流一体化涡轮转子，其特征在于：涡轮排气面的直径小于涡轮进气面的直径。
6.根据权利要求1所述的一种轴流一体化涡轮转子，其特征在于：第四台阶的右侧开设断油槽，第四台阶-在断油槽的左侧套有离心甩油盘。
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