一种新型涡轮盘连接结构的制作方法

1.本发明属于发动机技术领域，特别涉及一种新型涡轮盘连接结构。


背景技术：

2.目前常规的涡轮工作叶片，尤其是动力涡轮工作叶片，广泛使用锁片(如图1所示)来实现叶片的轴向限位，锁片通常由板材冲压加工得到，通常与涡轮转子叶片同时装入到涡轮盘榫槽中，在叶片榫头全部装入涡轮盘榫槽后，通过弯曲锁片另一端实现叶片的轴向限位(如图2所示)。
3.由于锁片通常装配与榫头底部与榫槽底部之间狭小的空间内，导致动力工作叶片处于一个紧配合状态装入。在叶片榫头全部装入涡轮盘榫槽后，通过弯曲锁片另一端实现叶片的轴向限位。装入是通常需要橡皮锤辅助装配到位，在装配过程稍有不当就会造成某个锁片报废，如果一个锁片报废，将导致整圈叶片要全部从榫槽中分解出来更换单个报废锁片；如整圈叶片完全装入到榫槽后，全部完成锁片弯曲后如有某一片锁片装配不到位，将会导致整圈锁片报废。如图3所示，为传统涡轮转子，目前这种利用锁片的锁紧方式装配效率较低，且锁片损耗较大。


技术实现要素：

4.针对上述问题，本发明公开了一种新型涡轮盘连接结构，包括：第一涡轮盘、第二涡轮盘、级间篦齿环、第一动力工作叶片和第二动力工作叶片；
5.所述第一涡轮盘和第二涡轮盘通过螺栓或圆弧端齿连接；
6.所述第一涡轮盘和第二涡轮盘之间设置有级间篦齿环；
7.多个所述第一动力工作叶片设置于第一涡轮盘外侧；
8.多个所述第二动力工作叶片设置于第二涡轮盘外侧。
9.更进一步地，所述第一涡轮盘和第二涡轮盘外侧均匀设置有榫槽。
10.更进一步地，所述第一动力工作叶片和第二动力工作叶片底部均设置有榫头。
11.更进一步地，所述第一动力工作叶片榫头一侧设置有第一限位凸台；
12.所述第二动力工作叶片榫头一侧设置有第二限位凸台；
13.所述第一动力工作叶片的榫头嵌设于第一涡轮盘的榫槽内，第一限位凸台与第一涡轮盘的榫槽壁抵接；
14.所述第二动力工作叶片的榫头嵌设于第二涡轮盘的榫槽内，第二限位凸台与第二涡轮盘的榫槽壁抵接。
15.更进一步地，所述第一涡轮盘的榫槽下方设置有第一圆柱止口；
16.所述第二涡轮盘的榫槽下方设置有第二圆柱止口；
17.所述第二圆柱止口上设置有第一凹槽；
18.所述第一凹槽呈半圆柱形。
19.更进一步地，所述级间篦齿环包括：第一止口和第二止口；
20.所述级间篦齿环一端设置有第一止口，另一端设置有第二止口；
21.所述第一止口嵌设于第一圆柱止口内；
22.所述第二止口嵌设于第二圆柱止口内。
23.更进一步地，所述级间篦齿环还包括：第一凸台和第二凸台；
24.所述级间篦齿环顶部一端设置有第一凸台，另一端设置有第二凸台；
25.所述第一凸台与第一限位凸台抵接；
26.所述第二凸台与第二限位凸台抵接。
27.更进一步地，所述级间篦齿环还包括：第二凹槽；
28.所述第二凹槽设置于第二止口上，呈半圆柱形。
29.更进一步地，还包括：止动销；
30.所述止动销为圆柱状，装入第一凹槽和第二凹槽组成的圆柱形空腔中。
31.更进一步地，还包括：涡轮导向器组件；
32.所述涡轮导向器组件一端的蜂窝与级间篦齿环顶端的篦齿抵接。
33.与现有技术相比，本发明的实施例至少具有以下优点：取消了涡轮工作叶片的锁片，通过级间篦齿环来实现涡轮工作叶片的轴向限位，显著提升涡轮转子组件装配效率，减少消耗件锁片的使用，降低发动机成本，提高发动机涡轮盘连接刚度，改善动力工作叶片高周疲劳问题。
34.本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在说明书以及附图中所指出的结构来实现和获得。
附图说明
35.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
36.图1示出了传统锁片的结构示意图；
37.图2示出了传统涡轮转子装配示意图；
38.图3示出了传统涡轮转子连接示意图；
39.图4示出了根据本发明实施例的新型涡轮转子连接示意图；
40.图5示出了根据本发明实施例的第一动力工作叶片结构示意图；
41.图6示出了根据本发明实施例的第二动力工作叶片结构示意图；
42.图7示出了根据本发明实施例的新型涡轮转子连接结构装配示意图；
43.图8示出了根据本发明实施例的第二凹槽的结构示意图；
44.图9示出了根据本发明实施例的第一凹槽的结构示意图；
45.图10示出了根据本发明实施例的止动销的结构示意图；
46.图11示出了根据本发明实施例的级间篦齿环装入第二涡轮盘的结构示意图。
47.附图标记：1、第一涡轮盘；101、第一圆柱止口；
48.2、第二涡轮盘；201、第二圆柱止口；202、第一凹槽；
49.3、级间篦齿环；301、第一止口；302、第二止口；303、第一凸台；304、第二凸台；305、第二凹槽；
50.4、第一动力工作叶片；401、第一限位凸台；
51.5、第二动力工作叶片；501、第二限位凸台；
52.6、涡轮导向器组件；
53.7、止动销。
具体实施方式
54.为使本发明实施例的目的、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清楚、完整地说明，显然，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。
55.本发明以某发动机两级动力涡轮盘作为示例进行说明。
56.如图4所示，本发明提出的一种新型涡轮盘连接结构，包括：第一涡轮盘1、第二涡轮盘2、级间篦齿环3、第一动力工作叶片4和第二动力工作叶片5；
57.所述第一涡轮盘1和第二涡轮盘2通过螺栓或圆弧端齿连接；
58.所述第一涡轮盘1和第二涡轮盘2之间设置有级间篦齿环3；
59.多个所述第一动力工作叶片4设置于第一涡轮盘1外侧；
60.多个所述第二动力工作叶片5设置于第二涡轮盘2外侧。
61.本发明通过第一涡轮盘1、第二涡轮盘2、级间篦齿环3、第一动力工作叶片4和第二动力工作叶片5的结构。在不适用锁片的情况下实现涡轮转子的快速装配，同时可以实现级间篦齿环3的防转，同时可以有效增加第一涡轮盘1和第二涡轮盘2之间的刚度，有利于降低叶片颤振，对降低叶片振动应力，提升叶片疲劳寿命产生一定的效果。
62.在一些实施例中，所述第一涡轮盘1和第二涡轮盘2外侧均匀设置有榫槽。
63.在一些实施例中，所述第一动力工作叶片4和第二动力工作叶片5底部均设置有榫头。
64.如图5所示，在一些实施例中，所述第一动力工作叶片4榫头一侧设置有第一限位凸台401；
65.如图6所示，所述第二动力工作叶片5榫头一侧设置有第二限位凸台501；
66.所述第一动力工作叶片4的榫头嵌设于第一涡轮盘1的榫槽内，第一限位凸台401与第一涡轮盘1的榫槽壁抵接；
67.所述第二动力工作叶片5的榫头嵌设于第二涡轮盘2的榫槽内，第二限位凸台501与第二涡轮盘2的榫槽壁抵接。
68.为实现涡轮工作叶片的无锁片锁紧方式，需要对第一动力工作叶片4、第二动力工作叶片5榫头结构进行调整，第一动力工作叶片4榫头后端面增设限位凸台，第二动力工作叶片5榫头前端面增设限位凸台。
69.如图9所示，在一些实施例中，所述第一涡轮盘1的榫槽下方设置有第一圆柱止口101；
70.所述第二涡轮盘2的榫槽下方设置有第二圆柱止口201；
71.所述第二圆柱止口201上设置有第一凹槽202；
72.所述第一凹槽202呈半圆柱形。
73.在一些实施例中，所述级间篦齿环3包括：第一止口301和第二止口302；
74.所述级间篦齿环3一端设置有第一止口301，另一端设置有第二止口302；
75.所述第一止口301嵌设于第一圆柱止口101内；
76.所述第二止口302嵌设于第二圆柱止口201内。
77.在一些实施例中，所述级间篦齿环3还包括：第一凸台303和第二凸台304；
78.所述级间篦齿环3顶部一端设置有第一凸台303，另一端设置有第二凸台304；
79.所述第一凸台303与第一限位凸台401抵接；
80.所述第二凸台304与第二限位凸台501抵接。
81.如图8所示，在一些实施例中，所述级间篦齿环3还包括：第二凹槽305；
82.所述第二凹槽305设置于第二止口302上，呈半圆柱形。
83.第一凹槽202与第二凹槽305数量相同，且相互配合，通常为多处均布设计。示例性的，第一凹槽202与第二凹槽305均设置2个。
84.同时级间篦齿环3装配位置由涡轮盘圆弧端齿上方调整至第一涡轮盘1、第二涡轮盘2榫槽下方的第一圆柱止口101、第二圆柱止口201中去。通常将两处圆柱止口中一处设计为过盈配合，另一处设计为间隙配合。示例性的，将第二涡轮盘2的第二圆柱止口201设计为过盈配合。
85.如图10所示，新型涡轮盘连接结构，还包括：止动销7；
86.所述止动销7为圆柱状，装入第一凹槽202和第二凹槽305组成的圆柱形空腔中。
87.为防止级间篦齿环3与第二涡轮盘2在发动机工作过程中发生周向相对移动，在级间篦齿环3与第二涡轮盘2止口处分别设计半圆形第二凹槽305和第一凹槽202，具体如图10所示。
88.在级间篦齿环3装入第二涡轮盘2止口时将止动销7装入到第二凹槽305与第一凹槽202组成的圆形空腔中去。此处的凹槽通常设计成圆柱结构，考虑到涡轮盘为高转速零件，如采用常规的矩形键槽易产生应力集中，从而影响涡轮盘疲劳寿命。
89.新型涡轮盘连接结构，还包括：涡轮导向器组件6；
90.所述涡轮导向器组件6一端的蜂窝与级间篦齿环3顶端的篦齿抵接。
91.其中，级间篦齿环3的第一凸台303和篦齿的外径小于涡轮导向器组件6的蜂窝内径。
92.涡轮导向器组件6由于级间篦齿环3直径的变大也要做相应结构调整，主要调整为增大导向器下部的蜂窝的直径，保持与改变后的级间篦齿环3相匹配。蜂窝与导向器通过几处均布的圆柱销和u型槽进行定心，在导向器靠近圆心位置设计几处均布u型槽，u型槽开口朝向圆心，在蜂窝上设计相同数量均布的销钉，在装配时通过销钉铆死实现周向定位，装配后要保证蜂窝有一定的轴向和径向间隙。这种配合方式既可以实现一定的定心功能，还可以兼顾导向器与蜂窝的热变形不匹配问题。
93.如图7所示，第二涡轮盘2与级间篦齿环3及第二动力工作叶片5的装配步骤如下：
94.首先将第二动力工作叶片5整环装入第二涡轮盘2中，为保证级间篦齿环3的第二止口302和第二涡轮盘2的第二圆柱止口201的过盈配合顺利专配，可以将第二动力工作叶
片5及第二涡轮盘2放入加热炉中进行加热；
95.完成第二动力工作叶片5及第二涡轮盘2的整体加热后，将级间篦齿环3及止动销7装入到第二涡轮盘2的止口中去，通过级间篦齿环3的第二凸台304限制第二动力工作叶片5的轴向位移，装配后结构如图11所示，完成上述装配后再装入涡轮导向器组件6，为保证涡轮导向器组件6顺利推入到级间篦齿环3外围，需要保证级间篦齿环3的篦齿直径和左侧凸台直径小于导向器组件6的蜂窝直径；
96.完成上述工作后，将第一动力工作叶片4整圈装入到第一涡轮盘1的中，通过工装将第一涡轮盘1的第一圆柱止口101装配到位；
97.第一涡轮盘1与第二涡轮盘2之间的连接通常通过螺栓连接或圆弧端齿连接，连接后即可将第一涡轮盘1(含第一动力工作叶片4)、第二涡轮盘2(含第二动力工作叶片5)、级间篦齿环3、涡轮导向器组件6共同组成一个组件。
98.注意级间篦齿环3的第一凸台303、第二凸台304的轴向尺寸与高度尺寸根据发动机具体结构尺寸确定，最终目标为防止叶片轴向窜动，第一凸台303、第二凸台304的轴向尺寸需根据第一动力工作叶片4的第一限位凸台401及第二动力工作叶片5的第二限位凸台501的轴向尺寸确定，需保证第一动力工作叶片4、第二动力工作叶片5具备一定的活动间隙，根据经验该间隙通常选为0.03～0.05mm为佳。通过上述尺寸控制即可保证动力工作叶片轴向可靠限位，又不会对涡轮盘之间的法兰或圆弧端齿等连接方式产生过约束，从而影响涡轮盘的可靠定心。
99.本发明中提出的一种新型涡轮盘连接结构，实现涡轮转子组件的快速装配减少装配反复，显著提高发动机涡轮转子装配效率；同时减少了锁片的使用，可以有效降低发动机制造成本；还可有效提升涡轮盘之间的刚性，有效降低动力工作叶片的振动应力，提升动力工作叶片的高周疲劳寿命。
100.在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
101.此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
102.术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
103.尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

技术特征：
1.一种新型涡轮盘连接结构，其特征在于，包括：第一涡轮盘(1)、第二涡轮盘(2)、级间篦齿环(3)、第一动力工作叶片(4)和第二动力工作叶片(5)；所述第一涡轮盘(1)和第二涡轮盘(2)通过螺栓或圆弧端齿连接；所述第一涡轮盘(1)和第二涡轮盘(2)之间设置有级间篦齿环(3)；多个所述第一动力工作叶片(4)设置于第一涡轮盘(1)外侧；多个所述第二动力工作叶片(5)设置于第二涡轮盘(2)外侧。2.根据权利要求1所述的新型涡轮盘连接结构，其特征在于，所述第一涡轮盘(1)和第二涡轮盘(2)外侧均匀设置有榫槽。3.根据权利要求2所述的新型涡轮盘连接结构，其特征在于，所述第一动力工作叶片(4)和第二动力工作叶片(5)底部均设置有榫头。4.根据权利要求3所述的新型涡轮盘连接结构，其特征在于，所述第一动力工作叶片(4)榫头一侧设置有第一限位凸台(401)；所述第二动力工作叶片(5)榫头一侧设置有第二限位凸台(501)；所述第一动力工作叶片(4)的榫头嵌设于第一涡轮盘(1)的榫槽内，第一限位凸台(401)与第一涡轮盘(1)的榫槽壁抵接；所述第二动力工作叶片(5)的榫头嵌设于第二涡轮盘(2)的榫槽内，第二限位凸台(501)与第二涡轮盘(2)的榫槽壁抵接。5.根据权利要求4所述的新型涡轮盘连接结构，其特征在于，所述第一涡轮盘(1)的榫槽下方设置有第一圆柱止口(101)；所述第二涡轮盘(2)的榫槽下方设置有第二圆柱止口(201)；所述第二圆柱止口(201)上设置有第一凹槽(202)；所述第一凹槽(202)呈半圆柱形。6.根据权利要求5所述的新型涡轮盘连接结构，其特征在于，所述级间篦齿环(3)包括：第一止口(301)和第二止口(302)；所述级间篦齿环(3)一端设置有第一止口(301)，另一端设置有第二止口(302)；所述第一止口(301)嵌设于第一圆柱止口(101)内；所述第二止口(302)嵌设于第二圆柱止口(201)内。7.根据权利要求6所述的新型涡轮盘连接结构，其特征在于，所述级间篦齿环(3)还包括：第一凸台(303)和第二凸台(304)；所述级间篦齿环(3)顶部一端设置有第一凸台(303)，另一端设置有第二凸台(304)；所述第一凸台(303)与第一限位凸台(401)抵接；所述第二凸台(304)与第二限位凸台(501)抵接。8.根据权利要求7所述的新型涡轮盘连接结构，其特征在于，所述级间篦齿环(3)还包括：第二凹槽(305)；所述第二凹槽(305)设置于第二止口(302)上，呈半圆柱形。9.根据权利要求8所述的新型涡轮盘连接结构，其特征在于，还包括：止动销(7)；所述止动销(7)为圆柱状，装入第一凹槽(202)和第二凹槽(305)组成的圆柱形空腔中。10.根据权利要求1或9所述的新型涡轮盘连接结构，其特征在于，还包括：涡轮导向器组件(6)；
所述涡轮导向器组件(6)一端的蜂窝与级间篦齿环(3)顶端的篦齿抵接。

技术总结
本发明公开了一种新型涡轮盘连接结构，包括：第一涡轮盘、第二涡轮盘、级间篦齿环、第一动力工作叶片和第二动力工作叶片；所述第一涡轮盘和第二涡轮盘通过螺栓或圆弧端齿连接；所述第一涡轮盘和第二涡轮盘之间设置有级间篦齿环；多个所述第一动力工作叶片设置于第一涡轮盘外侧；多个所述第二动力工作叶片设置于第二涡轮盘外侧。本发明取消了涡轮工作叶片的锁片，通过级间篦齿环来实现涡轮工作叶片的轴向限位，显著提升涡轮转子组件装配效率，减少消耗件锁片的使用，降低发动机成本，提高发动机涡轮盘连接刚度，改善动力工作叶片高周疲劳问题。题。题。


技术研发人员：余索远 张婷婷 包幼林 曾飞 李立新 黄兴隆
受保护的技术使用者：中国航发湖南动力机械研究所
技术研发日：2023.03.29
技术公布日：2023/7/22