無(wú)螺栓高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分析

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1、第38卷第3期航空發(fā)動(dòng)機(jī)Vo1.38No.32012年6月AeroengineJun.2012無(wú)螺栓高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分析楊帆,趙普揚(yáng),葛長(zhǎng)闖(中航工業(yè)沈陽(yáng)發(fā)動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)研究所,沈陽(yáng)110015)摘要:根據(jù)新一代高負(fù)荷高壓壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)需求,引入無(wú)螺栓高壓壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)概念,從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、部件質(zhì)量和壽命等多方面對(duì)比分析了有無(wú)螺栓連接的高壓壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)的區(qū)別,并對(duì)無(wú)螺栓高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難點(diǎn)進(jìn)行了初步分析。結(jié)果表明:無(wú)螺栓轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)具有成本低、質(zhì)量輕和便于裝配等多項(xiàng)技術(shù)優(yōu)點(diǎn),能夠滿足多種類型航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求,具有

2、很好的結(jié)構(gòu)通用性。關(guān)鍵詞:高壓壓氣機(jī);結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì);無(wú)螺栓;航空發(fā)動(dòng)機(jī)StructureAnalysisofNoBoltedHighPressureCompressorRotorYANGFan,ZHAOPu—yang,GEChang—chuang楊帆(1982),男,工程師,從事風(fēng)扇和(AVICShenyangEngineDesignandResearchInstitute,Shengyang110015,China)壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)工作。Abstract:Anoboltedhighpressurecompre

3、ssor(HPC)structuredesignconceptwas收稿日期:2011-09—02introducedbasedonnewgenerationhighloadHPCstructuredesignrequirement.ThestructureanalysisofthebohedHPCandnoboltedHPCwasconductedfromstructurestrength,componentsqualityandlifetime.Thedesigndifficultyofnobolte

4、dHPCwasanalyzedpreliminarily.Theresultsshowthatthenoboltedstructurehavelowcos4lightquality,simpletoassembly,andcanmeetkindsofaeroenginerequirement.Keywords:HPC;structuredesign;nobolted;aeroengine1所示;當(dāng)前典型發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子一般是在鼓筒上O引富設(shè)置安裝邊并止口定心配合短螺栓連接或直接將多高壓壓氣機(jī)是航空發(fā)動(dòng)機(jī)的

5、重要組成部分,其轉(zhuǎn)級(jí)輪盤(pán)焊接成為一體的連接形式(典型代表為M88子的工作轉(zhuǎn)速高,氣動(dòng)負(fù)荷大。伴隨著新一代航空發(fā)發(fā)動(dòng)機(jī)高壓壓氣機(jī)后3級(jí)輪盤(pán)的焊接形式回,如圖2動(dòng)機(jī)的發(fā)展需求,高壓壓氣機(jī)部件的壓比和負(fù)荷趨向所示)。但上述方法均有明顯缺點(diǎn),使用長(zhǎng)螺栓連接的更高,使用壽命要求更長(zhǎng),可靠性要求更商·1。同時(shí),為方法需在各級(jí)輪盤(pán)輻板上加工螺栓孑L,從而削弱了輪了滿足推重比需要,對(duì)壓氣機(jī)質(zhì)量也提出更為苛刻的盤(pán)的承載能力,也大大縮短了輪盤(pán)的使用壽命,因此要求,因此,壓氣機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)逐漸向輕便化、簡(jiǎn)潔化和已逐漸淘汰。而在鼓筒

6、上設(shè)置安裝邊的方法雖然可以集成化方向發(fā)展。無(wú)螺栓高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)避免在輪盤(pán)輻板上加工螺栓孔,但有時(shí)受到壓氣機(jī)軸單、維護(hù)方便等巨大優(yōu)勢(shì),成為當(dāng)今發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)向長(zhǎng)度的限制,存在裝配困難的情況,并且每2級(jí)輪發(fā)展的方向之一。盤(pán)問(wèn)均有安裝邊和螺栓,也不利于控制壓氣機(jī)質(zhì)量和本文以無(wú)螺栓高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的典型結(jié)構(gòu)為研成本。焊接結(jié)構(gòu)也有其局限性,對(duì)于多級(jí)整體葉盤(pán)來(lái)說(shuō),焊接成為一體后顯然增加了壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子的維修和究對(duì)象,進(jìn)行針對(duì)無(wú)螺栓結(jié)構(gòu)技術(shù)難點(diǎn)的結(jié)構(gòu)分析和使用成本。綜合來(lái)看,傳統(tǒng)壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)明顯不能強(qiáng)度計(jì)算。很好

7、地滿足新一代航空發(fā)動(dòng)機(jī)的需求,需要開(kāi)發(fā)出11無(wú)螺栓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)種新型低成本、易裝配、輕質(zhì)量和長(zhǎng)壽命的結(jié)構(gòu)形式。早期的壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子多級(jí)輪盤(pán)間采用長(zhǎng)螺栓連接由上述分析可知,多級(jí)壓氣機(jī)輪盤(pán)問(wèn)的連接形式(典型代表為RD33發(fā)動(dòng)機(jī)壓氣機(jī)后4級(jí)輪盤(pán)【1,如圖是限制壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子部件壽命和質(zhì)量的關(guān)鍵因素之一。第3期楊帆等:無(wú)螺栓高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)分析45力的變化趨勢(shì)可以直觀顯示。在設(shè)計(jì)止口緊度時(shí),可以考慮將4個(gè)輪盤(pán)之間的緊度設(shè)置成不同數(shù)值,這樣(a)等效應(yīng)力(b)徑向位移圖11轉(zhuǎn)子止口緊度計(jì)算結(jié)果58廠——’{凰圖10TG

8、4合金棒材室溫軸向加載疲勞S__~曲線\一擠壓廊力\\4173無(wú)螺栓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)難點(diǎn)分析轉(zhuǎn)子部件壽命。這個(gè)環(huán)圖12盤(pán)問(wèn)止口擠壓應(yīng)力無(wú)螺栓高壓壓氣機(jī)轉(zhuǎn)子布局1和布局2在結(jié)構(gòu)節(jié)的計(jì)算還有繼續(xù)細(xì)化估算結(jié)果上有共同的設(shè)計(jì)難點(diǎn),即止口配合緊度的選取和多級(jí)和發(fā)展的空間,本次計(jì)算僅僅為了分析應(yīng)力變化趨葉盤(pán)變形協(xié)調(diào)的問(wèn)題以及前、后端止動(dòng)螺紋的設(shè)計(jì)。勢(shì),驗(yàn)證計(jì)算之初的各種猜想,為下一步深入研究指首先,輪盤(pán)問(wèn)配合止口的緊度如果選取不合適,明初步

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