用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘

1.一种用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，其特征在于，所述转子轮盘上开设有多个椭圆形孔，所述椭圆形孔环绕在所述转子轮盘上，所述椭圆形孔的长轴位于所述转子轮盘的周向，短轴位于所述转子轮盘的径向。
2.如权利要求1所述的用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，其特征在于，所述椭圆形孔靠近所述转子轮盘的外边缘。
3.如权利要求1所述的用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，其特征在于，所述椭圆形孔由多段圆弧组成。
4.如权利要求3所述的用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，其特征在于，所述椭圆形孔包括依次连接的第一段圆弧、第二段圆弧、第三段圆弧、第四段圆弧、第五段圆弧和第六段圆弧。
5.如权利要求4所述的用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，其特征在于，所述第一段圆弧的半径大于所述第四段圆弧的半径，所述第二段圆弧的半径等于所述第六段圆弧的半径，所述第三段圆弧的半径等于所述第五段圆弧的半径。
6.如权利要求4所述的用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，其特征在于，所述椭圆形孔的孔边设置有补强结构。
7.如权利要求6所述的用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，其特征在于，所述补强结构对称地设置在所述椭圆形孔的轴心方向两侧。
8.如权利要求6所述的用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，其特征在于，所述补强结构设置在所述椭圆形孔的孔边周向一圈。

用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘\n技术领域\n[0001] 本实用新型涉及航空发动机或燃气轮机转子轮盘应力集中优化设计技术领域，特别涉及一种用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘。\n背景技术\n[0002] 在现有技术中，航空发动机和燃气轮机的转子轮盘在发动机工作循环中，承受高的离心载荷和热载荷，工作温度和工况随着工作的不同阶段也在不断发生变化，同时，航空发动机和燃气轮机的轮盘还要承受环境介质的氧化和腐蚀作用等，工作条件十分恶劣。\n[0003] 航空发动机和燃气轮机的各级转子轮盘由于测试、安装、通气、定位、配重等需求，常需要进行开孔设计。开孔会导致应力集中效应，增大孔边应力。\n[0004] 工程中由于转子轮盘上的孔有实际加工需求，因此孔型一般为具有明确参数的几何构型。而孔的应力集中的程度取决于缺口形状，对于具有明确参数的几何构型缺口，应力集中系数是可以求得的。\n[0005] 圆孔作为最简易孔型，其应力集中系数较大，具有较大优化的空间。椭圆结构能够降低应力集中效应，但椭圆结构受限于加工工艺和水平，暂时无法在工程中进行实际应用。\n[0006] 椭圆结构可以由多段弧进行结构近似，从而完成加工，国外的航空发动机中亦出现了多段弧设计的孔型，然而多段弧的设计究竟如何定义暂无定论。\n[0007] 在考虑加工工艺、加工水平等条件限制的同时，对航空发动机和燃气轮机的转子轮盘的开孔进行结构优化设计，为其寻找合适的开孔结构，尽可能地减少航空发动机和燃气轮机的转子轮盘零件上孔边应力，以便转子轮盘更好地满足发动机在更高温度、更高转速等工况下工作的需求，具有更好的疲劳寿命表现，是航空发动机和燃气轮机的转子轮盘正向设计过程中亟待解决的问题。\n[0008] 有鉴于此，本申请发明人设计了一种用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，以期克服上述技术问题。\n实用新型内容\n[0009] 本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中转子轮盘的开孔结构应力较大，且无法满足更高温度、更高转速等工况下工作的需求等缺陷，提供一种用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘。\n[0010] 本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题的：\n[0011] 一种用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，其特点在于，所述转子轮盘上开设有多个椭圆形孔，所述椭圆形孔环绕在所述转子轮盘上，所述椭圆形孔的长轴位于所述转子轮盘的周向，短轴位于所述转子轮盘的径向。\n[0012] 根据本实用新型的一个实施例，所述椭圆形孔靠近所述转子轮盘的外边缘。\n[0013] 根据本实用新型的一个实施例，所述椭圆形孔由多段圆弧组成。\n[0014] 根据本实用新型的一个实施例，所述椭圆形孔包括依次连接的第一段圆弧、第二段圆弧、第三段圆弧、第四段圆弧、第五段圆弧和第六段圆弧。\n[0015] 根据本实用新型的一个实施例，所述第一段圆弧的半径大于所述第四段圆弧的半径，所述第二段圆弧的半径等于所述第六段圆弧的半径，所述第三段圆弧的半径等于所述第五段圆弧的半径。\n[0016] 根据本实用新型的一个实施例，所述椭圆形孔的孔边设置有补强结构。\n[0017] 根据本实用新型的一个实施例，所述补强结构对称地设置在所述椭圆形孔的轴心方向两侧。\n[0018] 根据本实用新型的一个实施例，所述补强结构设置在所述椭圆形孔的孔边周向一圈。\n[0019] 本实用新型的积极进步效果在于：\n[0020] 本实用新型用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，具有如下诸多特点：\n[0021] 一、寻找转子结构径向最优部位和最佳孔型，降低孔边的应力集中系数；\n[0022] 二、基于自由形状优化方法的孔型优化设计；\n[0023] 三、开孔补强方法增大了孔边的结构强度的极限。\n[0024] 这种结构设计能够最大限度地提高航空发动机/燃气轮机的转子轮盘的开孔部位设计寿命，保证转子轮盘结构件的设计能够更好地满足强度要求，有利于提高航空发动机的使用性能，可靠性和安全性等。\n附图说明\n[0025] 本实用新型上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：\n[0026] 图1为本实用新型用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘的工作状态示意图。\n[0027] 图2为本实用新型用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘中椭圆形开孔的一实施例的示意图。\n[0028] 图3为本实用新型用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘中椭圆形开孔的一实施例的放大图。\n[0029] 图4为本实用新型用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘中椭圆形开孔的另一实施例的示意图。\n[0030] 图5为本实用新型用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘中椭圆形开孔的另一实施例的放大图。\n[0031] 图6为本实用新型用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘中补强结构的示意图一。\n[0032] 图7为本实用新型用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘中补强结构的示意图二。\n[0033] 图8为图7中A部分的放大图。\n[0034] 图9为图8中沿B‑B线剖开的剖视图。\n具体实施方式\n[0035] 为让本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本实用新型的具体实施方式作详细说明。\n[0036] 现在将详细参考附图描述本实用新型的实施例。现在将详细参考本实用新型的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。\n[0037] 此外，尽管本实用新型中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本实用新型说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。\n[0038] 此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本实用新型。\n[0039] 本实用新型涉及航空发动机和燃气轮机的各级转子轮盘10。转子轮盘10在工作中与轴11连接，由轴11的旋转驱动转子轮盘10的旋转，转子轮盘10承载离心力等载荷。在各级转子轮盘10进行设计时，由于测试、安装、通气、定位、配重等需求，进行开孔设计。开孔设计会引起应力集中效应，且降低转子轮盘10的强度，从而影响转子轮盘10设计寿命，[0040] 如图1至图3所示，在一实施例中，本实用新型公开了一种用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘10，在转子轮盘10上开设有多个椭圆形孔20，椭圆形孔20环绕在转子轮盘\n10上，椭圆形孔20的长轴a位于转子轮盘10的周向，短轴b位于转子轮盘10的径向。\n[0041] 优选地，椭圆形孔20靠近转子轮盘10的外边缘。\n[0042] 本实用新型所述用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，选择合适的椭圆形孔20降低孔边应力集中系数方案，如图2所示。由于转子轮盘承载载荷特殊性，相比于其他载荷，转子轮盘离心力载荷占总载荷比重最大。巨大的离心力方向位于转子轮盘的径向。最优的开孔孔型为椭圆形，椭圆形孔20的长轴a位于转子轮盘10的周向，短轴b位于转子轮盘的径向，如图3所示。\n[0043] 如图4和图5所示，在另一实施例中，椭圆形孔20可以优选为由多段圆弧组成。例如，椭圆形孔20优选地包括依次连接的第一段圆弧21、第二段圆弧22、第三段圆弧23、第四段圆弧24、第五段圆弧25和第六段圆弧26。\n[0044] 特别地，第一段圆弧21的半径R1大于第四段圆弧24的半径R4，第二段圆弧22的半径R2等于第六段圆弧26的半径R6，第三段圆弧23的半径R3等于第五段圆弧25的半径R5。\n[0045] 此处，应用自由形状优化方法对转子轮盘10上椭圆形孔20进行孔型优化设计的六段弧孔型结构，如图3所示。六段弧孔型可直接进行实际加工，由六段相互连接的圆弧R1～R6构成。其中，R1＞R4，R2＝R6，R3＝R5。该结构相比椭圆孔型，能够更进一步降低孔边应力最大值。\n[0046] 如图6至图9所示，在再一实施例中，椭圆形孔20的孔边还可以设置有补强结构30。\n[0047] 其中，补强结构30对称地设置在椭圆形孔20的轴心方向两侧。\n[0048] 或者，补强结构30还可以设置在椭圆形孔20的孔边周向一圈。\n[0049] 此处，通过设置开孔的补强结构30增大孔边结构强度极限，如图6和图7所示。此处需要注意两点：\n[0050] 一、为了保持承载较大离心力的盘旋转状态稳定，通常补强措施在孔的轴心方向两侧对称。\n[0051] 二、如补强措施仅在孔边进行，则每个孔边均会增加加工工序及过渡结构，故选择对孔边周向一圈进行开孔结构补强。\n[0052] 本实用新型用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，设计了一种开孔结构，使得在航空发动机和燃气轮机的转子轮盘在有开孔需求时，在发动机工作中具有更高的设计寿命。\n[0053] 所述转子轮盘基于降低孔边应力集中系数，自由形状优化方法和开孔补强方法，对航空发动机或燃气轮机转子轮盘开孔部位进行结构优化设计，实现孔边应力极大值的最小化，保证转子轮盘结构件的设计能够更好地满足强度要求，有利于提高航空发动机的使用性能，可靠性，安全性等。\n[0054] 在一个确定结构和载荷的转子轮盘中，开孔部位设计寿命与孔边应力值有关，与孔边的结构强度极限也有关。孔边应力值与孔的结构直接相关。\n[0055] 综上所述，本实用新型用于航空发动机或燃气轮机的转子轮盘，具有如下诸多特点：\n[0056] 一、寻找转子结构径向最优部位和最佳孔型，降低孔边的应力集中系数；\n[0057] 二、基于自由形状优化方法的孔型优化设计；\n[0058] 三、开孔补强方法增大了孔边的结构强度的极限。\n[0059] 这种结构设计能够最大限度地提高航空发动机/燃气轮机的转子轮盘的开孔部位设计寿命，保证转子轮盘结构件的设计能够更好地满足强度要求，有利于提高航空发动机的使用性能，可靠性和安全性等。\n[0060] 虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这些仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式作出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。