CN113653536B - 一种带笼条的涡轮级间支承 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带笼条的涡轮级间支承，属于航空发动机技术领域，包括承力外环，承力支板和承力内环，承力内环包括内环安装边、笼条式套筒和内缘板组成，笼条式套筒一端与内环安装边固定连接，笼条式套筒设有若干笼条和用于固定笼条两端的支承部，笼条周向分布于涡轮转子，用于涡轮级间弹性支承。将笼条式弹性支承结构集成到承力内环上，可以同时满足涡轮级间支承的承力、控制转子临界转速及减振需要，减少了零件数量，利于装配，降低成本。笼条式承力内环能减少流道热燃气经由内环向轴承座及轴承的传热，减小承力内环热应力，降低轴承工作温度，提高涡轮级间支承和轴承的寿命及安全性。

Description

一种带笼条的涡轮级间支承

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，具体是一种带笼条的涡轮级间支承。

背景技术

现有燃气涡轮发动机的涡轮级间支承，轴向位置一般位于两级涡轮之间，主要包括承力外环，承力支板或叶片，及承力内环。承力外环具有安装边，与发动机外机匣或安装节连接；中部为承力支板或叶片，是燃气流道的组成部分，并用来传递转子的机械载荷等；内环为承力套筒及安装边，与轴承座，弹性支承及轴承连接。发动机转子的载荷，通常经轴承，弹性支承，轴承座，涡轮级间支承等传递至发动机外机匣或安装节。其中，涡轮级间支承一般为刚性设计，为满足发动机高速转子支承系统的稳健性需求，通常会在轴承座上设置弹性支承结构，用于降低转子临界转速，减小转子振动。

涡轮级间支承，是发动机承力系统的一部分，一般用于支承低压转子或动力转子。级间支承的承力内环与轴承座及轴承连接，转子的载荷经由其传递到承力支板或叶片，再传递到承力外环安装边上。整个涡轮级间支承一般具有较好的强度和刚度要求，且处于高温燃气周围，需要具有耐高温和耐热应力的能力。

因转子系统降低临界转速和减振的需要，轴承与还需经由弹性支承，再连接到轴承座、涡轮级间支承上。整个轴承座组件包括了复杂的供回油，空气冷却及封严，弹性支承等结构，使得设计困难，结构复杂。

因此，本发明提供了一种带笼条的涡轮级间支承，以解决上述背景技术中提出的问题。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，提供了一种带笼条的涡轮级间支承，将笼条式弹性支承结构集成到承力内环上，其承力内环为笼条结构，可以在不需要单独弹性支承的情况下，实现发动机转子的降临界转速和减振需求，并降低涡轮级间支承的热应力，减少高温燃气向轴承座及轴承的热传导。

根据本发明的一个方面，提供了一种带笼条的涡轮级间支承，包括承力外环，承力支板和承力内环，所述承力外环与承力内环之间为涡轮燃气流道，所述承力支板一端固定于承力外环，所述承力支板另一端固定于承力内环，所述承力内环包括内环安装边、笼条式套筒和内缘板组成，所述内环安装边固定连接轴承座，轴承座与涡轮转子轴承定心配合，所述笼条式套筒一端与内环安装边固定连接，所述笼条式套筒与内缘板组成的结构的轴向剖面呈U形，所述笼条式套筒设有若干笼条和用于固定笼条两端的支承部，所述笼条周向分布于涡轮转子，用于涡轮级间弹性支承。

根据本发明的优选实施方式，所述承力外环包括外环安装边，连接套筒及外缘板，所述连接套筒一端弧形过度连接于外缘板尾部外侧，所述连接套筒另一端与外环安装边固定连接，所述外环安装边与发动机外机匣或安装节固定连接，通过连接套筒来间接连接外环安装边和外缘板可以有效降低承力外环的整体热应力。

根据本发明的优选实施方式，所述内缘板和外缘板分别为涡轮燃气流道的内边界和外边界。

根据本发明的优选实施方式，所述连接套筒轴线与涡轮转子轴线方向一致，有利于承力外环整体结构的稳定。

根据本发明的优选实施方式，所述笼条径向剖面呈圆形、椭圆形或者矩形，通过截面积较小的笼条结构，可以直接减少燃气向轴承座及轴承的热传导，且刚性较小的结构在对抗热变形时的热应力也较小，继而显著增加了涡轮级间支承，轴承座及轴承的整体寿命和安全性。

根据本发明的优选实施方式，所述笼条与支承部位连接处的倒角半径R为3-10mm。

根据本发明的优选实施方式，所述笼条长度L为60-100mm、数量N为16-20个、横截面宽度b和高度h分别为3-10mm和2-4mm。

根据本发明的优选实施方式，所述承力支板呈圆柱体、椭圆柱体或者叶片型，所述承力支板直接沿径向穿过涡轮燃气流道，可以仅提供传递转子机械力的功能，也可以同时具有叶片型面，承担流道中导向器的加速和偏转燃气功能，刚性好强度高。

根据本发明的优选实施方式，所述承力支板可以是实心的，也可以是空心的，空心的支板内，可以直接通气或通油，用于冷却或润滑轴承，也可以在空心支板内继续套内管，用于通气或通油。

根据本发明的优选实施方式，所述承力支板的数量为4-24个，所述承力支板分为大支板和小支板，小支板数量多于大支板。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1、将笼条式弹性支承结构集成到承力内环上。此结构可以同时满足涡轮级间支承的承力、控制转子临界转速及减振需要，减少了零件数量，利于装配，降低成本。

2、笼条式套筒匹配发动机转子所需要的柔性，以减去轴承座组件中装配的独立弹性支承，简化结构，笼条式承力内环能减少流道热燃气经由内环向轴承座及轴承的传热，减小承力内环热应力，降低轴承工作温度，提高涡轮级间支承和轴承的寿命及安全性。

附图说明

为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的涡轮级间支承轴向剖面结构示意图；

图2为本发明的笼条式套筒局部结构示意图；

图3为本发明的鼠笼式笼条式套筒横截面结构示意图；

图4为本发明的拉杆式笼条式套筒横截面结构示意图。

图中：1、承力外环；11、外环安装边；12、连接套筒；13、外缘板；2、承力支板；3、承力内环；31、内环安装边；32、笼条式套筒；33、内缘板；321、笼条；322、支承部；4、涡轮燃气流道。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。在说明书中，相同或相似的附图标号指示相同或相似的部件。下述参照附图对本发明实施方式的说明旨在对本发明的总体发明构思进行解释，而不应当理解为对本发明的一种限制。

另外，在下面的详细描述中，为便于解释，阐述了许多具体的细节以提供对本披露实施例的全面理解。然而明显地，一个或多个实施例在没有这些具体细节的情况下也可以被实施。在其他情况下，公知的结构和装置以图示的方式体现以简化附图。

参照图1-4所示，根据本发明的一个总体技术构思，本发明优选实施例公开了一种带笼条的涡轮级间支承具体的技术方案如下：

图1所示为一种带笼条的涡轮级间支承，包括承力外环1，承力支板2和承力内环3，承力外环1由外环安装边11、连接套筒12及外缘板13组成，刚性好强度高，连接套筒12轴线与涡轮转子轴线一致，左端与外环安装边11连接，右端与外缘板13在级间支承尾部连接，通过连接套筒12来间接连接外环安装边11和外缘板13可以有效降低承力外环1的整体热应力，外缘板13是涡轮燃气流道4的组成部分，笼条式套筒32与内缘板33组成的结构的轴向剖面呈U形，笼条式套筒32设有若干笼条321和用于固定笼条两端的支承部322，笼条321周向分布于涡轮转子，用于涡轮级间弹性支承。

承力支板2直接沿径向穿过涡轮燃气流道4，可以仅提供传递转子机械力的功能，也可以同时具有叶片型面，承担流道中导向器的加速和偏转燃气功能，刚性好强度高。承力支板2的造型可以是圆的，椭圆的，也可以沿径向的叶片型面叠加，可以是直叶片，也可以是扭叶片，还可以沿径向轻微偏摆作叶片型面叠加，即斜叶片。承力支板2的数量可以是4-24个，可以同时存在不同形状的支板，比如4个大支板，20个小支板；或4个直支板，12个斜支板，在此不一一举例。

承力支板2可以是实心的，也可以是空心的。空心的支板内，可以直接通气或通油，用于冷却或润滑轴承，也可以在空心支板内继续套内管，用于通气或通油；可以套两层管，三层管，也可以套并列的两根管，此处不一一举例。

根据本专利的一个实施例，承力支板2具有叶片型面，为4个大的直叶片和12个小的直叶片，4个大的直叶片为空心套管结构，12个小的直叶片为实心结构。

本实施例中，承力内环3是涡轮燃气流道4的组成部分，且部分位于涡轮燃气流道4下方，涡轮燃气流道4下方的部分一般还受冷却空气包围，使得承力内环3内外温差大，热应力大。承力内环3由内环安装边31，笼条式套筒32和内缘板33组成，内环安装边31用于连接轴承座及轴承，传递相应的转子机械载荷，一般具有螺栓孔，笼条式套筒32是减少涡轮级间支承刚性，实现涡轮级间支承弹性设计的直接部位，其可以是鼠笼式的，也可以是拉杆式的。笼条321与支承部322的倒角R为3-10mm，当笼条321为鼠笼式时，其横截面为矩形，矩形四个角带倒角，承力内环3的刚度由笼条321长度L，截面宽度b，截面高度h和笼条321数量N决定；当笼条321为拉杆式时，其横截面为圆形，承力内环3的刚度由笼条321长度L，截面直径D和笼条321数量N决定。具体的结构参数选取应根据发动机转子所需要的刚度值来决定。根据本专利的一个实施例，其笼条321长度L为60-100mm，笼条321数量N为16-20个，且周向非均布或者均布，截面宽度b和高度h分别为3-10mm和2-4mm。通过截面积较小的笼条式结构，可以直接减少燃气向轴承座及轴承的热传导，且刚性较小的结构在对抗热变形时的热应力也较小，继而显著增加了涡轮级间支承，轴承座及轴承的整体寿命和安全性。内缘板33是涡轮燃气流道4的组成部分。

本发明经过相关实际机械使用，切实可行。经过有限元计算，原内环套筒经笼条式结构改造后，刚度值由2.2×107N/m降至约0.8×107N/m，相应的一阶临界转速下降了约3-4％。能够满足发动机转子的对应需要。另外地，当套筒左右端为热边界保持不变时，笼条式承力内环3通过内环安装边31向轴承座的传热量降低了约53％。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种带笼条的涡轮级间支承，包括承力外环(1)，承力支板(2)和承力内环(3)，所述承力外环(1)与承力内环(3)之间为涡轮燃气流道(4)，所述承力支板(2)一端固定于承力外环(1)，所述承力支板(2)另一端固定于承力内环(3)，其特征在于，所述承力内环(3)包括内环安装边(31)、笼条式套筒(32)和内缘板(33)组成，所述笼条式套筒(32)一端与内环安装边(31)固定连接，所述笼条式套筒(32)与内缘板(33)组成的结构的轴向剖面呈U形，所述笼条式套筒(32)设有若干笼条(321)和用于固定笼条两端的支承部(322)，所述笼条(321)周向分布于涡轮转子，用于涡轮级间弹性支承；

所述承力外环(1)包括外环安装边(11)，连接套筒(12)及外缘板(13)，所述连接套筒(12)一端弧形过渡连接于外缘板(13)尾部外侧，所述连接套筒(12)另一端与外环安装边(11)固定连接，所述外环安装边(11)与发动机外机匣或安装节固定连接；

所述内缘板(33)和外缘板(13)分别为涡轮燃气流道(4)的内边界和外边界；

所述连接套筒(12)轴线与涡轮转子轴线方向一致；

所述笼条(321)径向剖面呈圆形、椭圆形或者矩形；

所述笼条(321)与支承部(322)位连接处的倒角半径R为3-10mm；

所述笼条(321)长度L为60-100mm、数量N为16-20个、横截面宽度b和高度h分别为3-10mm和2-4mm。

2.根据权利要求1所述的一种带笼条的涡轮级间支承，其特征在于，所述承力支板(2)呈圆柱体、椭圆柱体或者叶片型。

3.根据权利要求2所述的一种带笼条的涡轮级间支承，其特征在于，所述承力支板(2)的数量为4-24个，所述承力支板(2)分为大支板和小支板，小支板数量多于大支板。