渦輪盤剛度自增強的渦輪結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種渦輪盤剛度自增強的渦輪結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于航空、航天及臨近空間組合發(fā)動機。
【背景技術(shù)】
[0002]兩級輪盤式渦輪廣泛應(yīng)用于航空、航天及臨近空間組合發(fā)動機等領(lǐng)域，在發(fā)動機大推重比設(shè)計指標(biāo)和發(fā)動機軸系轉(zhuǎn)子動力學(xué)特性要求下，渦輪轉(zhuǎn)子輪盤厚度在滿足強度要求的前提下逐漸減?。惠啽P厚度減薄后剛度降低，輪盤自身頻率下降，在高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境中與轉(zhuǎn)動頻率發(fā)生耦合作用導(dǎo)致振動安全性不足，影響渦輪工作可靠性。為提高高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境下輪盤剛度，在多級渦輪設(shè)計中普遍采用拉桿式和鼓式結(jié)構(gòu)等，但是由于拉桿式和鼓式結(jié)構(gòu)復(fù)雜、加工制造及裝配工藝要求高，應(yīng)用于兩級渦輪時無明顯優(yōu)勢。
[0003]發(fā)明的內(nèi)容
[0004]為克服現(xiàn)有拉桿式、鼓式等輪盤剛度增強結(jié)構(gòu)的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)簡單可靠、重量輕、工藝簡單的渦輪盤剛度自增強的渦輪結(jié)構(gòu)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:
[0006]本發(fā)明所提供的一種渦輪盤剛度自增強的渦輪結(jié)構(gòu)，包括殼體1、位于殼體1內(nèi)的一級渦輪靜子2、一級渦輪轉(zhuǎn)子3、二級渦輪靜子4、二級渦輪轉(zhuǎn)子5，所述一級渦輪靜子2、一級渦輪轉(zhuǎn)子3、二級渦輪靜子4、二級渦輪轉(zhuǎn)子5沿燃?xì)饬鲃臃较蛞来卧O(shè)置，其中一級渦輪轉(zhuǎn)子3與二級渦輪轉(zhuǎn)子5設(shè)置在轉(zhuǎn)軸上，一級渦輪靜子2與二級渦輪靜子4設(shè)置在殼體1上，其特殊之處在于:
[0007]所述二級渦輪轉(zhuǎn)子的盤轂搭接在一級渦輪轉(zhuǎn)子的盤轂上形成內(nèi)層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)；其中一級渦輪轉(zhuǎn)子盤轂搭接部位的外表面與二級渦輪轉(zhuǎn)子盤轂搭接部位的內(nèi)表面過盈配合；
[0008]所述一級渦輪轉(zhuǎn)子的輪盤靠近二級渦輪轉(zhuǎn)子輪盤的一側(cè)設(shè)置有與一級渦輪轉(zhuǎn)子同軸的第一加強環(huán)，所述二級渦輪轉(zhuǎn)子的輪盤靠近一級渦輪轉(zhuǎn)子輪盤的一側(cè)設(shè)置有與二級渦輪轉(zhuǎn)子同軸的第二加強環(huán)，所述第二加強環(huán)搭接在第一加強環(huán)的外側(cè)形成外層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)；所述第一加強環(huán)的外表面與第二加強環(huán)內(nèi)表面過盈配合。
[0009]以上為本發(fā)明的基本結(jié)構(gòu)，基于該基本結(jié)構(gòu)，本發(fā)明還做出以下優(yōu)化限定:
[0010]為了使高溫燃?xì)庖来螐囊患墱u輪靜子、一級渦輪轉(zhuǎn)子、二級渦輪靜子、二級渦輪轉(zhuǎn)子之間的葉片通道流過，減少燃?xì)庑孤p失，本發(fā)明在第二加強環(huán)的外表面還設(shè)置有篦齒，在二級渦輪靜子4盤孔處設(shè)置有石墨環(huán)，渦輪不工作時篦齒與石墨環(huán)單邊徑向間隙為
0.5_，渦輪工作時發(fā)生結(jié)構(gòu)變形，篦齒與石墨環(huán)形成接觸式密封，以阻止高溫燃?xì)鈴亩墱u輪靜子盤孔處泄漏。
[0011]進(jìn)一步的，為了方便渦輪結(jié)構(gòu)的安裝，本發(fā)明的殼體及殼體上設(shè)置的一級渦輪靜子與二級渦輪靜子均為中心對稱分半結(jié)構(gòu)。
[0012]再進(jìn)一步的，本發(fā)明的第一加強環(huán)與一級渦輪轉(zhuǎn)子的輪盤為一體式結(jié)構(gòu)，第二加強環(huán)與二級渦輪轉(zhuǎn)子的輪盤為一體式結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)優(yōu)點是簡單可靠，一體式結(jié)構(gòu)剛性好，有利于提高搭建結(jié)構(gòu)整體剛度。
[0013]再進(jìn)一步的，本發(fā)明內(nèi)層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)的搭接面為臺階環(huán)狀。
[0014]再進(jìn)一步的，本發(fā)明的一級渦輪轉(zhuǎn)子盤轂搭接部位的外表面與二級渦輪轉(zhuǎn)子盤轂搭接部位的內(nèi)表面按過盈量0.01?0.02mm搭接；第一加強環(huán)的外表面與第二加強環(huán)內(nèi)表面過盈量0.01?0.02mm搭接。
[0015]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點:
[0016]1、本發(fā)明采用基于內(nèi)層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)和外層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)的輪盤剛度自增強結(jié)構(gòu)，利用一級渦輪轉(zhuǎn)子和二級渦輪轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)時在固有的離心載荷和溫度載荷作用下產(chǎn)生差異性結(jié)構(gòu)變形的特點，不需要采用其它零件即可實現(xiàn)輪盤剛度的增強，具有結(jié)構(gòu)簡單可靠、重量輕的優(yōu)點。
[0017]2、本發(fā)明的內(nèi)層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了在全工況范圍內(nèi)各級輪盤中軸線相對位置保持不變，在高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境下具有自動定心功能，從而抑制了由于高速旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致各級輪盤中軸線相對位置變化引起的振動增大問題。外層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)通過在相應(yīng)徑向尺寸上輪盤間的相互輔助支撐，在全工況范圍內(nèi)提高輪盤整體剛度，輪盤自身振動頻率增大，與轉(zhuǎn)速頻率保證安全的避開率，從而提高輪盤在高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境下的振動安全性。
[0018]3、本發(fā)明可通過調(diào)整篦齒密封環(huán)徑向尺寸實現(xiàn)對輪盤軸向力的調(diào)節(jié)，結(jié)構(gòu)簡單有效。
【附圖說明】
[0019]圖1為本發(fā)明的渦輪盤剛度自增強的渦輪結(jié)構(gòu)剖面圖；
[0020]圖2為本發(fā)明的內(nèi)層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)；
[0021]圖3為本發(fā)明的外層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)和接觸式密封結(jié)構(gòu)。
[0022]其中附圖標(biāo)記為:1-殼體、2- —級渦輪靜子、3- —級渦輪轉(zhuǎn)子、4- 二級渦輪靜子、5- 二級渦輪轉(zhuǎn)子、6-石墨環(huán)、7-外層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)、8-內(nèi)層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)、9-轉(zhuǎn)軸、10-篦齒ο
【具體實施方式】
[0023]本發(fā)明渦輪盤剛度自增強的渦輪結(jié)構(gòu)，是提高高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境下輪盤剛度的一種全新方案。輪盤剛度自增強結(jié)構(gòu)由內(nèi)層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)和外層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)組成，通過內(nèi)層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)實現(xiàn)了全工況范圍內(nèi)各級輪盤中軸線相對位置保持不變，在高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境下具有自動定心功能；外層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)通過在相應(yīng)徑向尺寸上輪盤間的相互輔助支撐，提高輪盤整體剛度，從而提高輪盤在高速旋轉(zhuǎn)環(huán)境下的振動安全性。
[0024]以下結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)說明:
[0025]如圖1所示，本發(fā)明由殼體1及設(shè)置在殼體1內(nèi)用于實現(xiàn)氣流導(dǎo)向的一級渦輪靜子2、一級渦輪轉(zhuǎn)子3、二級渦輪靜子4、二級渦輪轉(zhuǎn)子5及石墨環(huán)6等組成。
[0026]—級渦輪轉(zhuǎn)子3和二級渦輪轉(zhuǎn)子5設(shè)置在轉(zhuǎn)軸9上，二級渦輪轉(zhuǎn)子的盤轂搭接在一級渦輪轉(zhuǎn)子的盤轂上形成內(nèi)層環(huán)狀搭接結(jié)構(gòu)；一級渦輪轉(zhuǎn)子盤轂搭接部位的外表面與二級渦輪轉(zhuǎn)子盤轂搭接部位的內(nèi)表面過盈配合；一級渦輪轉(zhuǎn)子的輪盤靠近二級渦輪轉(zhuǎn)子輪盤的一側(cè)設(shè)置有