[发明专利]盘片轴一体化超高转速涡轮转子三等分开槽预制方法

摘要

本发明属于一种破裂转速预测技术，涉及盘片轴一体化超高转速涡轮转子三等分开槽预制方法，通过预制凹槽可准确获得所需的破裂转速。主要采用平均应力法进行理论计算得出初始开槽结构。结合非线性有限元分析方法对盘片轴一体化的超高转速涡轮转子三等分破裂转速进行数值仿真分析，确定开槽进程、开槽宽度d、开槽半径r、开槽深度h的影响因子，进一步优化开槽结构。进行破裂试验时采用逐步开槽法，且继续开槽后的剩余截面积为(破裂转速下限/破裂转速上限)²×开槽前剩余截面积，直至获取所需的破裂转速。采用该方法大幅度减少试验次数，提高试验效率，降低试验成本，具有较高的实际应用价值，同时提高起动机系统可靠性、优化起动机性能。

主权项

盘片轴一体化超高转速涡轮转子三等分开槽预制方法，其特征在于：通过预制凹槽可准确获得所需的破裂转速，该方法采用平均应力法进行理论计算得出初始开槽结构，再结合非线性有限元分析方法对盘片轴一体化的超高转速涡轮转子三等分破裂转速进行数值仿真分析，确定开槽进程、开槽宽度d、开槽半径r、开槽深度a的影响因子，进一步优化开槽结构，而后进行破裂试验时采用逐步开槽法，且继续开槽后的剩余截面积为(破裂转速下限/破裂转速上限)²×开槽前剩余截面积，直至获取所需的破裂转速，该方法具体步骤如下：步骤1：根据空气涡轮起动机涡轮转子的结构特性，提出简化的平均应力计算方法：$\sqrt{3}{\mathrm{\σ}}_{b}A+2{\mathrm{\σ}}_b\frac{R}{2}h\sin \frac{\mathrm{\θ}}{2}=F_r,$式中：A——径向截面的承载面积；R——破裂轮盘的内径；h——破裂内径处轴向厚度；θ——周向承载截面的弧度；F_r——破裂轮盘的离心力；σ_b——涡轮转子材料强度极限；步骤2：采用非线性有限元分析方法对盘片轴一体化的超高转速涡轮转子三等分破裂转速进行数值仿真分析，通过数值仿真获得不同开槽进程、开槽宽度d、开槽半径r、开槽深度b对破裂转速的影响机理，从而进一步优化开槽结构；步骤3：进行破裂试验时采用逐步开槽法，通过对不同开槽进程的仿真研究，确定试验过程中的常量和变量。通过逐步改变开槽结构获取所需的破裂转速，且改变后截面积S₂与改变前截面积S₁的关系为