[發明專利]燃氣渦輪盤榫槽設計方法、燃氣渦輪盤及航空發動機

有效

• 申請號: 201710391267.1
• 申請日: 2017-05-27
• 公開（公告）號: CN107143380B
• 公開（公告）日: 2019-04-02
• 發明（設計）人: 張立章;米棟;錢正明;李超
• 申請（專利權）人: 中國航發湖南動力機械研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;F01D5/02
• 代理公司: 長沙智嶸專利代理事務所(普通合伙) 43211
• 代理人: 劉宏

本發明公開了一種燃氣渦輪盤榫槽設計方法、燃氣渦輪盤及航空發動機。燃氣渦輪盤榫槽設計方法，包括以下步驟：a、獲取渦輪盤榫槽運轉過程中的應力分布情況；b、根據應力分布情況，對渦輪盤榫槽內的連接弧形段采用多極點調節控制曲線曲率，以消減渦輪盤榫槽的應力集中部位；c、調整渦輪盤榫槽各個連接點為平滑過渡。可以根據設計加工和制造各類航空發動機的燃氣渦輪盤榫槽，可大幅度降低榫槽局部應力，延長榫槽壽命。利用有限元仿真分析對傳統榫槽及本發明榫槽進行了對比分析，結果表明，本發明的榫槽應力下降了25％，榫槽壽命延長200％。

技術領域

本發明涉及航空發動機零件設計加工技術領域，特別地，涉及一種燃氣渦輪盤榫槽設計方法。此外，本發明還涉及一種包括上述燃氣渦輪盤榫槽設計方法的加工制造的燃氣渦輪盤。此外，本發明還涉及一種包括上述燃氣渦輪盤的航空發動機。

背景技術

渦輪盤和榫接結構設計是航空發動機結構設計的重要環節，其設計的合理性直接關系到轉子部件的強度、壽命及可靠性。渦輪盤與渦輪轉子葉片通常采用樅樹型榫連接結構形式。葉片本身產生較大的離心力，離心力通過榫頭/榫槽多齒結構進行接觸傳遞，由于榫頭榫槽結構復雜，榫頭榫槽處產生較大的局部應力，易導致榫齒裂紋甚至斷裂，葉片脫出，其結果往往是嚴重的。

現有技術通過圓弧或圓弧和直線的方式進行榫槽榫齒連接處設計，該設計易導致圓弧過渡圓角半徑小，應力集中現象嚴重。

發明內容

本發明提供了一種燃氣渦輪盤榫槽設計方法、燃氣渦輪盤及航空發動機，以解決現有航空發動機渦輪盤榫槽設計，容易產生應力集中現象，而導致生產的產品榫齒裂紋甚至斷裂、葉片脫出等一系列的技術問題。

根據本發明的一個方面，提供一種燃氣渦輪盤榫槽設計方法，包括以下步驟：a、獲取渦輪盤榫槽運轉過程中的應力分布情況；b、根據應力分布情況，對渦輪盤榫槽內的連接弧形段采用多極點調節控制曲線曲率，以消減渦輪盤榫槽的應力集中部位；c、調整渦輪盤榫槽各個連接點為平滑過渡。

進一步地，步驟a具體為：對渦輪盤與渦輪轉子葉片的裝配及其運轉情況進行仿真模擬，獲取渦輪盤運轉過程中渦輪盤榫槽內的應力分布情況，獲取渦輪盤榫槽與渦輪轉子葉片榫齒之間的應力集中部位。

進一步地，步驟b具體為：針對與渦輪轉子葉片的榫齒相接觸的渦輪盤榫槽內的配合槽的弧形段采用多極點調節控制弧形段內的曲線曲率，以消減應力集中部位；和/或針對與渦輪轉子葉片的榫齒相接觸的渦輪盤榫槽內的配合槽外連接部位弧形段采用多極點調節控制弧形段內的曲線曲率，以消減應力集中部位。

進一步地，采用四個極點調節控制曲線曲率。

進一步地，燃氣渦輪盤榫槽內沿槽深方向依次排布有多個配合槽，配合槽的弧形段包括遠離渦輪盤榫槽槽底端依次排布的配合槽槽段以及渦輪盤榫槽轉角部位的配合槽槽段。

進一步地，遠離渦輪盤榫槽槽底端依次排布的配合槽槽段的極點調節控制，具體為：第一配合槽包括遠離渦輪盤榫槽槽底端用于與渦輪轉子葉片榫齒接觸的第一榫齒接觸直線、靠近渦輪盤榫槽槽底端用于弧形結構過渡的第一榫齒過渡直線以及處于第一榫齒接觸直線與第一榫齒過渡直線之間的第一弧形段；第一弧形段與第一榫齒接觸直線之間為第一接觸連接極點A1，第一榫齒接觸直線朝向第一弧形段的延長線上具有用于移動調節的第一接觸浮動極點A2，第一弧形段與第一榫齒過渡直線之間為第一過渡連接極點A4，第一榫齒過渡直線朝向第一弧形段的延長線上具有用于移動調節的第一過渡浮動極點A3；通過調節第一接觸浮動極點A2與第一過渡浮動極點A3的位置，以消減第一配合槽內的應力集中。

進一步地，第一配合槽調節完畢后，按照第一配合槽的調節步驟依次向渦輪盤榫槽槽底端方向調節各個配合槽。