[发明专利]燃气涡轮盘榫槽设计方法、燃气涡轮盘及航空发动机

说明书

本发明公开了一种燃气涡轮盘榫槽设计方法、燃气涡轮盘及航空发动机。燃气涡轮盘榫槽设计方法，包括以下步骤：a、获取涡轮盘榫槽运转过程中的应力分布情况；b、根据应力分布情况，对涡轮盘榫槽内的连接弧形段采用多极点调节控制曲线曲率，以消减涡轮盘榫槽的应力集中部位；c、调整涡轮盘榫槽各个连接点为平滑过渡。可以根据设计加工和制造各类航空发动机的燃气涡轮盘榫槽，可大幅度降低榫槽局部应力，延长榫槽寿命。利用有限元仿真分析对传统榫槽及本发明榫槽进行了对比分析，结果表明，本发明的榫槽应力下降了25％，榫槽寿命延长200％。

技术领域

本发明涉及航空发动机零件设计加工技术领域，特别地，涉及一种燃气涡轮盘榫槽设计方法。此外，本发明还涉及一种包括上述燃气涡轮盘榫槽设计方法的加工制造的燃气涡轮盘。此外，本发明还涉及一种包括上述燃气涡轮盘的航空发动机。

背景技术

涡轮盘和榫接结构设计是航空发动机结构设计的重要环节，其设计的合理性直接关系到转子部件的强度、寿命及可靠性。涡轮盘与涡轮转子叶片通常采用枞树型榫连接结构形式。叶片本身产生较大的离心力，离心力通过榫头/榫槽多齿结构进行接触传递，由于榫头榫槽结构复杂，榫头榫槽处产生较大的局部应力，易导致榫齿裂纹甚至断裂，叶片脱出，其结果往往是严重的。

现有技术通过圆弧或圆弧和直线的方式进行榫槽榫齿连接处设计，该设计易导致圆弧过渡圆角半径小，应力集中现象严重。

发明内容

本发明提供了一种燃气涡轮盘榫槽设计方法、燃气涡轮盘及航空发动机，以解决现有航空发动机涡轮盘榫槽设计，容易产生应力集中现象，而导致生产的产品榫齿裂纹甚至断裂、叶片脱出等一系列的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种燃气涡轮盘榫槽设计方法，包括以下步骤：a、获取涡轮盘榫槽运转过程中的应力分布情况；b、根据应力分布情况，对涡轮盘榫槽内的连接弧形段采用多极点调节控制曲线曲率，以消减涡轮盘榫槽的应力集中部位；c、调整涡轮盘榫槽各个连接点为平滑过渡。

进一步地，步骤a具体为：对涡轮盘与涡轮转子叶片的装配及其运转情况进行仿真模拟，获取涡轮盘运转过程中涡轮盘榫槽内的应力分布情况，获取涡轮盘榫槽与涡轮转子叶片榫齿之间的应力集中部位。

进一步地，步骤b具体为：针对与涡轮转子叶片的榫齿相接触的涡轮盘榫槽内的配合槽的弧形段采用多极点调节控制弧形段内的曲线曲率，以消减应力集中部位；和/或针对与涡轮转子叶片的榫齿相接触的涡轮盘榫槽内的配合槽外连接部位弧形段采用多极点调节控制弧形段内的曲线曲率，以消减应力集中部位。

进一步地，采用四个极点调节控制曲线曲率。

进一步地，燃气涡轮盘榫槽内沿槽深方向依次排布有多个配合槽，配合槽的弧形段包括远离涡轮盘榫槽槽底端依次排布的配合槽槽段以及涡轮盘榫槽转角部位的配合槽槽段。

进一步地，远离涡轮盘榫槽槽底端依次排布的配合槽槽段的极点调节控制，具体为：第一配合槽包括远离涡轮盘榫槽槽底端用于与涡轮转子叶片榫齿接触的第一榫齿接触直线、靠近涡轮盘榫槽槽底端用于弧形结构过渡的第一榫齿过渡直线以及处于第一榫齿接触直线与第一榫齿过渡直线之间的第一弧形段；第一弧形段与第一榫齿接触直线之间为第一接触连接极点A1，第一榫齿接触直线朝向第一弧形段的延长线上具有用于移动调节的第一接触浮动极点A2，第一弧形段与第一榫齿过渡直线之间为第一过渡连接极点A4，第一榫齿过渡直线朝向第一弧形段的延长线上具有用于移动调节的第一过渡浮动极点A3；通过调节第一接触浮动极点A2与第一过渡浮动极点A3的位置，以消减第一配合槽内的应力集中。

进一步地，第一配合槽调节完毕后，按照第一配合槽的调节步骤依次向涡轮盘榫槽槽底端方向调节各个配合槽。