[發(fā)明專利]一種用于高壓力渦輪進氣殼體結構的柔性、力分類方法

有效

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• 申請日: 2020-09-30
• 公開（公告）號: CN112302738B
• 公開（公告）日: 2023-03-07
• 發(fā)明（設計）人: 李龍;鄭曉宇;王雪純;李龍賢;林蓬成;廖懂華;楊娟;林奇燕;姜緒強
• 申請（專利權）人: 北京航天動力研究所
• 主分類號: F01D25/24
• 分類號: F01D25/24;F01D9/02;F02B37/22
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 任林沖

本發(fā)明涉及一種用于高壓力渦輪進氣殼體結構的柔性、力分類方法，其通過將載荷分為結構載荷和壓力載荷，在結構載荷和壓力載荷作用結構之間設置凹槽，使得結構載荷傳遞路徑與壓力載荷傳遞路徑最大程度分開，并且使結構載荷傳遞路徑不經過噴嘴葉片；通過調整噴嘴連接結構與噴嘴連接點的軸向位置進一步降低噴嘴載荷，通過上述方法可以降低流道結構壁厚和噴嘴葉片應力水平，大幅降低法蘭質量。本發(fā)明通過在噴嘴葉片連接結構上布置柔性結構產生相對大的形變，進而改變噴嘴葉片受力方向和降低噴嘴葉片變形，降低噴嘴葉片應力水平。

技術領域

本發(fā)明屬于發(fā)動機渦輪泵渦輪技術領域，特別是一種用于高壓力渦輪進氣殼體結構的柔性、力分類方法。

背景技術

渦輪泵是液體火箭發(fā)動機的核心動力部件，渦輪是渦輪泵的動力來源。渦輪將上游來流的高焓工質，在葉片流道中膨脹和折轉將工質內能轉化為機械能，驅動泵旋轉工作。大推力液體火箭發(fā)動機渦輪進口壓力20～30MPa，通常伴隨著700℃左右的高溫，給殼體結構設計帶來很大難度。

目前渦輪進氣殼體結構設計沒有成熟的設計方法，依賴于設計人員的經驗進行迭代，主要滿足上下游連接需求不產生破壞為標準。這一方面會造成噴嘴葉片前緣、尾緣經常存在局部高應力區(qū)域，甚至超過材料屈服極限，影響結構的可靠性和壽命，另一方面為降低應力而增加結構質量，導致設備質量較大。

發(fā)明內容

本發(fā)明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，本發(fā)明針對當前渦輪進氣殼體設計方法空白，噴嘴葉片受到結構設計影響，應力水平高、可靠性和壽命低、結構質量大的問題，提出一種用于高壓力渦輪進氣殼體結構的柔性、力分類方法，將渦輪進氣殼體受到的載荷進行定義和分類，并對不同載荷的傳遞路徑進行設計，同時采用柔性結構改善噴嘴葉片載荷分布，從而解決噴嘴葉片受力過高問題，降低結構應力水平同時降低結構質量，填補渦輪進氣殼體設計方法空白。

本發(fā)明的技術解決方案是：

一種用于高壓力渦輪進氣殼體結構的柔性、力分類方法，渦輪進氣殼體中設置有內流道，在殼體上，分別通過上游法蘭、下游法蘭連接上游結構和下游結構，噴嘴葉柵環(huán)設置在內流道出口位置，用于將內流道中工質的壓力轉化為動能；

渦輪進氣殼體載荷分為結構載荷和壓力載荷，結構載荷為上下游連接結構作用于進氣殼體法蘭的結構載荷F1、F2，壓力載荷為進氣殼體內流道工質作用于流道表面的壓力形成的載荷P；

結構載荷F2設置在噴嘴下游并遠離噴嘴，在噴嘴連接結構與結構載荷F2作用結構之間設置凹槽，使結構載荷F2與壓力載荷P相互隔離；結構載荷F1、F2僅通過法蘭與進氣流道外壁面連接結構和進氣流道外壁面形成傳遞路徑，而不經過噴嘴葉片；

結構載荷F1作用位置設置在進氣流道外壁面的上游邊緣位置上，與進氣流道上游壁面不接觸，同時遠離噴嘴葉片。

進一步的，對于其它區(qū)域作用壓力P1、P2、P3，則按照|P-P1|、|P-P2|、|P-P3|中的最大值進行壁厚設計，或者各個部位壁厚按照承載的壓力差設計，之后在結構上進行光滑過渡。

進一步的，結構載荷F1、F2傳遞路徑與壓力載荷出傳遞路徑在進氣流道外壁面處不重合，進氣流道外壁面僅承載壓力載荷。

進一步的，結構載荷F1作用位置使得F1載荷作用位置與噴嘴間距離最大，同時確保F1、F2結構載荷傳遞路徑與壓力載荷傳遞路徑重疊區(qū)域最小，對于結構傳遞路徑與壓力傳遞路徑完全分開。

進一步的，將噴嘴連接結構設置成兩個彎曲薄壁結構，彎曲角度范圍60°～130°

進一步的，彎曲薄壁結構壁厚應小于等于進氣流道其余位置的壁厚。

進一步的，結構載荷是指上下游結構作用在法蘭面的總載荷；壓力載荷指進氣流道流體作用壓力P。

進一步的，結構載荷另外設置傳力結構，兩個傳遞結構之間連接。