CN111828106B - 一种发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，发动机为地面燃气轮机或航空发动机，所述盖板盘连接结构包括盖板盘本体，所述盖板盘本体通过中心拉杆拉紧的方式装配在压气机盘与涡轮盘之间，所述盖板盘本体的内端部的左侧面设置第一圆弧端齿，压气机盘上设置与所述第一圆弧端齿相啮合的第二圆弧端齿，所述盖板盘本体的内端部的右侧面设置第一凹凸齿轮，所述涡轮盘上设置与所述第一凹凸齿轮相配合的第二凹凸齿轮。本发明摈弃原有传统的盖板盘固定结构设计思路，盖板盘本体的内端部的左右两侧分别设置圆弧端齿结构和凹凸齿轮结构，这种双侧齿的盖板盘本体结构，能够实现盖板盘本体与涡轮盘、盖板盘本体与压气机盘之间的扭矩的传递功能。

Description

一种发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构

技术领域

本发明涉及盖板盘连接结构技术领域，具体涉及一种发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构。

背景技术

涡轮端盖板盘连接结构的设计是在地面燃气轮机、航空发动机领域有重要实际意义的工程性问题。

在以往的地面燃气轮机、航空发动机结构设计中，盖板盘往往需要增加螺旋挡圈等挡圈结构或者螺栓等连接结构与涡轮盘连接。这增加了连接结构的重量，并且降低了结构的可靠性。此外，在地面燃气轮机、航空发动机结构设计时，盖板盘往往位于第一级高压涡轮盘和末级压气机盘之间，这为盖板盘连接结构的设计方法带来了极大的便利。因此迫切需要提出一种更优的盖板盘的连接结构。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，摈弃原有传统的盖板盘固定结构设计思路，盖板盘本体的内端部的左右两侧分别设置圆弧端齿结构和凹凸齿轮结构，这种双侧齿的盖板盘本体结构，能够实现盖板盘本体与涡轮盘、盖板盘本体与压气机盘之间的扭矩的传递功能。

为实现上述目的，本发明提供一种发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，所述发动机为地面燃气轮机或航空发动机，所述盖板盘连接结构包括盖板盘本体，所述盖板盘本体通过中心拉杆拉紧的方式装配在压气机盘与涡轮盘之间，所述盖板盘本体的内端部的左侧面设置第一圆弧端齿，压气机盘上设置与所述第一圆弧端齿相啮合的第二圆弧端齿，所述盖板盘本体的内端部的右侧面设置第一凹凸齿轮，所述涡轮盘上设置与所述第一凹凸齿轮相配合的第二凹凸齿轮。

进一步地，所述盖板盘本体的内端部朝向涡轮盘的转子叶片的一侧面设置外圆柱定位面，所述外圆柱定位面位于所述第一凹凸齿轮的上方，所述涡轮盘转子叶片上设置与所述外圆柱定位面相配合的内圆柱定位面。

进一步地，所述盖板盘本体的外端部紧密贴合在涡轮盘的转子叶片的榫头集气腔的左端面的上方，所述盖板盘本体的内侧面型线与涡轮盘的转子叶片之间形成一个冷气供气腔。

进一步地，所述盖板盘本体上面向压气机盘的一侧面设置有低位蓖齿和高位蓖齿，所述低位蓖齿位于所述盖板盘本体的低半径位置，所述高位蓖齿位于所述盖板盘本体的高半径位置，所述压气机盘上分别设置有与所述低位蓖齿和所述高位蓖齿相配合的低位密封面和高位密封面。

进一步地，所述盖板盘本体的内侧面型线上且位于榫头集气腔的左端面的中部设置有第一加强环，所述第一加强环与榫头集气腔的左端面之间留有间隙。

进一步地，所述盖板盘本体的内侧面型线上且位于榫头集气腔的左端面的底部设置第二加强环，所述第二加强环上开设有引气槽。

进一步地，所述第二加强环与榫头集气腔的左端面的底部之间的配合方式采用圆柱面配合方式或者锥面配合方式。

进一步地，位于所述低位密封面和所述高位密封面之间的所述压气机盘上呈周向设置有冷气供气孔，所述盖板盘本体上且正对于所述供气孔的位置开设有冷气接收孔。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：本发明针对现有技术中，在地面燃气轮机、航空发动机结构设计时，盖板盘往往位于第一级高压涡轮盘和末级压气机盘之间，这为盖板盘连接结构的设计方法带来了极大的便利的技术问题。本发明提供一种发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，所述发动机为地面燃气轮机或航空发动机，所述盖板盘连接结构包括盖板盘本体，所述盖板盘本体通过中心拉杆拉紧的方式装配在压气机盘与涡轮盘之间，所述盖板盘本体的内端部的左侧面设置第一圆弧端齿，压气机盘上设置与所述第一圆弧端齿相啮合的第二圆弧端齿，所述盖板盘本体的内端部的右侧面设置第一凹凸齿轮，所述涡轮盘上设置与所述第一凹凸齿轮相配合的第二凹凸齿轮。

本发明摈弃原有传统的盖板盘固定结构设计思路，盖板盘本体的内端部的左右两侧分别设置圆弧端齿结构和凹凸齿轮结构的，这种双侧齿的盖板盘本体结构，能够实现盖板盘本体与涡轮盘、盖板盘本体与压气机盘之间的扭矩的传递功能。

附图说明

图1为本发明的装配结构示意图；

图2为本发明的***结构示意图；

附图标记：

盖板盘本体1；

内端部1a；

外端部1b；

内侧面型线1c；

中心拉杆2；

压气机盘3；

涡轮盘4；

转子叶片4a；

榫头集气腔4b；

左端面4c；

第一圆弧端齿5；

第二圆弧端齿6；

第一凹凸齿轮7；

第二凹凸齿轮8；

外圆柱定位面9；

内圆柱定位面10；

低位蓖齿11；

高位蓖齿12；

低位密封面13；

高位密封面14；

第一加强环15；

第二加强环16；

供气孔17；

接收孔18。

具体实施方式

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的附图1-2，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-2所示：一种发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，所述发动机为地面燃气轮机或航空发动机，所述盖板盘连接结构包括盖板盘本体，所述盖板盘本体通过中心拉杆拉紧的方式装配在压气机盘与涡轮盘之间，所述盖板盘本体的内端部的左侧面设置第一圆弧端齿，压气机盘上设置与所述第一圆弧端齿相啮合的第二圆弧端齿，所述盖板盘本体的内端部的右侧面设置第一凹凸齿轮，所述涡轮盘上设置与所述第一凹凸齿轮相配合的第二凹凸齿轮。

具体而言，如图1和图2所示，一种发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，所述发动机为地面燃气轮机或航空发动机，所述盖板盘连接结构包括盖板盘本体1，所述盖板盘本体1通过中心拉杆2拉紧的方式装配在压气机盘3与涡轮盘4之间，所述盖板盘本体1的内端部1a的左侧面设置第一圆弧端齿5，压气机盘3上设置与所述第一圆弧端齿5相啮合的第二圆弧端齿6，所述盖板盘本体1的内端部1a的右侧面设置第一凹凸齿轮7，所述涡轮盘4上设置与所述第一凹凸齿轮7相配合的第二凹凸齿轮8。

该实施例中，发动机为地面燃气轮机，很显然，该发动机也可以是航空发动机。另外，由于热端部件和冷端部件寿命不同，为了方便发动机的维护，盖板盘本体被划分为热端部件，考虑到单元体划分的要求，为了保证单元体结构特性，在盖板盘本体1的内端部1a的左侧面设置第一圆弧端齿5，并在压气机盘3上设置与第一圆弧端齿5相啮合的第二圆弧端齿6，第一圆弧端齿5和第二圆弧端齿6的具体参数可根据设计需要进行优选；这样，通过圆弧端齿结构能够使得压气机盘3与盖板盘本体1分开，以便于达到热端部件与冷端部件分开设计的目的；而且盖板盘本体1通过中心拉杆2拉紧的方式装配在压气机盘3与涡轮盘4之间，从而实现压气机、盖板盘本体以及涡轮盘之间的轴向固定。

另外，考虑到扭矩传递的需要，盖板盘本体1和涡轮盘4之间可以采用凹、凸齿型的结构进行扭矩的传递，具体为：在盖板盘本体1的内端部1a的右侧面设置第一凹凸齿轮7，并在涡轮盘4上设置与所述第一凹凸齿轮7相配合的第二凹凸齿轮8；这样，一方面能够进行扭矩的传递，另一方面能够使得盖板盘本体1与涡轮盘4之间采用“分体”的结构进行分割，这就意味着盖板盘本体1与涡轮盘4之间可独立拆分。另外，为了保证装配的需求，第一凹凸齿轮7的齿顶与第二凹凸齿轮8的齿根之间，以及第二凹凸齿轮的齿顶与第一凹凸齿轮7的齿根之间均留有间隙。

根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，为了保证盖板盘本体和涡轮盘之间的相互定位，在所述盖板盘本体1的内端部1a朝向涡轮盘4的转子叶片的一侧面设置外圆柱定位面9，所述外圆柱定位面9位于所述第一凹凸齿轮7的上方，所述涡轮盘4转子叶片上设置与所述外圆柱定位面9相配合的内圆柱定位面10。

另外，所述外圆柱定位面9与所述内圆柱定位面10之间的配合方式采用过盈配合，很显然，所述外圆柱定位面9与所述内圆柱定位面10之间的配合方式也可以采用其他类型，比如采用过渡配合。

该实施例中，为了便于实现盖板盘本体1与涡轮盘4之间的装配时的定心，在盖板盘本体1的内端部1a朝向涡轮盘4的转子叶片的一侧面设置外圆柱定位面9，而外圆柱定位面9位于第一凹凸齿轮7的上方，并在涡轮盘4转子叶片上设置与外圆柱定位面9相配合的内圆柱定位面10。

根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，所述盖板盘本体1的外端部1b紧密贴合在涡轮盘4的转子叶片4a的榫头集气腔4b的左端面4c的上方，所述盖板盘本体1的内侧面型线1c与涡轮盘4的转子叶片4a之间形成一个冷气供气腔。

根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，为了保证供气的可靠性，所述盖板盘本体1上面向压气机盘3的一侧面设置有低位蓖齿11和高位蓖齿12，所述低位蓖齿11位于所述盖板盘本体1的低半径位置，所述高位蓖齿12位于所述盖板盘本体1的高半径位置，所述压气机盘3上分别设置有与所述低位蓖齿11和所述高位蓖齿12相配合的低位密封面13和高位密封面14；这样，盖板盘本体1上设计了高位蓖齿12和低位蓖齿11的封严结构，若燃气倒灌入轮缘封严腔内，在高、低位蓖齿结构的作用下，可避免燃气向供气腔的泄漏。气体进入盖板盘本体的内侧面型线1c与涡轮盘转子叶片之间形成的冷气供气腔后，通过供气腔在转盘泵效应的作用下，继续向高半径位置流动，最终进入高压涡轮转子叶片榫头处的集气腔内，并最终流入高压涡轮转子叶片的内部，从而实现高压涡轮转子叶片的高效冷却。

根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，为了提高盖板盘本体1的外端部1b的强度，避免出现变形，同时不影响供气腔向涡轮盘4的转子叶片4a的榫头集气腔4b内供冷气，在所述盖板盘本体1的内侧面型线1c上且位于榫头集气腔4b的左端面4c的中部设置有第一加强环15，所述第一加强环15与榫头集气腔4b的左端面4c之间留有间隙。

根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，为了进一步提高盖板盘本体1的外端部1b的强度，避免出现变形，同时不影响供气腔向涡轮盘4的转子叶片4a的榫头集气腔4b内供冷气，在所述盖板盘本体1的内侧面型线1c上且位于榫头集气腔4b的左端面4c的底部设置第二加强环16，所述第二加强环16上开设有引气槽。

根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，为了便于实现第二加强环16与榫头集气腔4b的左端面4c的底部之间的准确定位，所述第二加强环16与榫头集气腔4b的左端面4c的底部之间的配合方式采用圆柱面配合方式，很显然，也可以采用其他配合方式，比如采用锥面配合方式，同样能够起到上述的效果。

根据本发明的一个实施例，如图1和图2所示，为了便于利用冷气供气腔向转子叶片4a提供冷气，以便于降温，在位于所述低位密封面13和所述高位密封面14之间的所述压气机盘3上呈周向设置有冷气供气孔17，所述盖板盘本体1上且正对于所述供气孔17的位置开设有冷气接收孔18。

本发明摈弃原有传统的盖板盘固定结构设计思路，盖板盘本体的内端部的左右两侧分别设置圆弧端齿结构和凹凸齿轮结构的，这种双侧齿的盖板盘本体结构，能够实现盖板盘本体与涡轮盘、盖板盘本体与压气机盘之间的扭矩的传递功能。

另外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其零、部件的形状、所取名称等可以不同。凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，所述发动机为地面燃气轮机或航空发动机，其特征在于：所述盖板盘连接结构包括盖板盘本体，所述盖板盘本体通过中心拉杆拉紧的方式装配在压气机盘与涡轮盘之间，所述盖板盘本体的内端部的左侧面设置第一圆弧端齿，压气机盘上设置与所述第一圆弧端齿相啮合的第二圆弧端齿，所述盖板盘本体的内端部的右侧面设置第一凹凸齿轮，所述涡轮盘上设置与所述第一凹凸齿轮相配合的第二凹凸齿轮。

2.如权利要求1所述的发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，其特征在于：所述盖板盘本体的内端部朝向涡轮盘的转子叶片的一侧面设置外圆柱定位面，所述外圆柱定位面位于所述第一凹凸齿轮的上方，所述涡轮盘上设置与所述外圆柱定位面相配合的内圆柱定位面。

3.如权利要求1所述的发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，其特征在于：所述盖板盘本体的外端部紧密贴合在涡轮盘的转子叶片的榫头集气腔的左端面的上方，所述盖板盘本体的内侧面型线与涡轮盘的转子叶片之间形成一个空腔。

4.如权利要求3所述的发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，其特征在于：所述盖板盘本体上面向压气机盘的一侧面设置有低位蓖齿和高位蓖齿，所述低位蓖齿位于所述盖板盘本体的低半径位置，所述高位蓖齿位于所述盖板盘本体的高半径位置，所述压气机盘上分别设置有与所述低位蓖齿和所述高位蓖齿相配合的低位密封面和高位密封面。

5.如权利要求1所述的发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，其特征在于：所述盖板盘本体的内侧面型线上且位于榫头集气腔的左端面的中部设置有第一加强环，所述第一加强环与榫头集气腔的左端面之间留有间隙。

6.如权利要求5所述的发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，其特征在于：所述盖板盘本体的内侧面型线上且位于榫头集气腔的左端面的底部设置第二加强环，所述第二加强环上开设有引气槽。

7.如权利要求6所述的发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，其特征在于：所述第二加强环与榫头集气腔的左端面的底部之间的配合方式采用圆柱面配合方式或者锥面配合方式。

8.如权利要求4所述的发动机涡轮盘转子叶片冷却用盖板盘连接结构，其特征在于：位于所述低位密封面和所述高位密封面之间的所述压气机盘上呈周向设置有冷气供气孔，所述盖板盘本体上且正对于所述供气孔的位置开设有冷气接收孔。

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