基于变截面螺栓连接的压气机转子多级连接结构的制作方法
1.本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及基于变截面螺栓连接的压气机转子多级连接结构。
背景技术：
2.航空发动机压气机转子多级间通常采用螺栓法兰连接。如图1所示，一种典型连接结构形式为：1以及两侧的前后两级1的安装边2通过等直径螺栓3、螺母4连接，装配中采取预紧。现有的转子连接螺栓通常具有等直径的光杆段，如图1所示的等直径螺栓3，或在螺栓光杆段上开槽并放置弹性卡圈用于装配时螺栓轴向限位，如图2所示的螺栓及弹性卡圈5。以上两种螺栓结构的共有特点是螺栓等直径的光杆段穿过两件或两件以上的被连接件，螺栓与螺栓孔采用小间隙配合，以实现各级转子周向定位。
3.具有等直径光杆段且光杆段与两级或更多级螺栓孔配合的螺栓存在的问题是：压气机转子工作在高温、高转速状态，由于转速高、螺栓相对转轴位置半径高，连接螺栓离心力大于螺栓端面摩擦力，具有向外侧运动趋势，此时螺栓将对1及安装边2的螺栓孔外侧表面产生挤压接触。由于挤压位置与1螺栓孔孔边的高应力部位重合，叠加产生的复杂多轴应力状态易导致1螺栓孔孔边疲劳裂纹萌生寿命降低，目前已在多种材料及尺寸的低循环疲劳试验中发现裂纹，且每级盘上出现裂纹螺栓孔数占全部孔数的1/3以上。
4.申请公布号为cn109098773a的发明专利申请公开了一种用于燃气轮机涡的变截面螺栓连接结构，为解决在离心力作用下长螺栓中部与涡内孔产生较大接触应力的问题，在长螺栓颈部设计了两个凸台与螺栓孔两端配合，以保证螺栓中部与涡盘体高应力区域的孔中部不接触。由于本领域中压气机盘体较薄，没有突出盘体外的螺栓孔结构，且压气机中螺栓孔孔边应力相比孔中部应力更高，将该公开的专利申请所述方法应用于本领域压气机时，在螺栓光杆段设计两个凸台与螺栓孔两侧配合，存在的问题一是凸台尺寸过小，导致更大的挤压应力，二是接触区域为螺栓孔孔边正好与压气机盘孔边高应力、低表面完整性特征部位重合，降低了孔边疲劳寿命。
技术实现要素：
5.有鉴于此，本发明提供基于变截面螺栓连接的压气机转子多级连接结构，可有效抑制引气管的振动问题，降低引气管、支撑环的振动应力。
6.基于变截面螺栓连接的压气机转子多级连接结构，包括同轴固定于压气机叶盘腔内的双层支撑环，双层支撑环包括同轴设置的内环和外环，内环和外环通过环状辐板固定连接成整体双层支撑环结构；内环和外环在对应的位置开设有用于插入并固定引气管的安装孔。
7.进一步地，叶盘盘体在安装双层支撑环的位置设置有安装边，双层支撑环通过螺栓固定于安装边上。
8.进一步地，还包括可套设于引气管外壁的垫圈，垫圈具有与内环内壁面贴合的弧面结构；引气管外壁在靠近内环内壁的处设置有可对垫圈进行位置限定的限位环。
9.进一步地，内环的安装孔以及外环的安装孔与引气管接触处均设置有阻尼组件。
10.进一步地，阻尼组件通过可拆卸或一体成型的方式设置于引气管外壁。
11.进一步地，阻尼组件通过可拆卸或一体成型的方式设置于内环、外环的安装孔内。
12.进一步地，内环、外环或环状辐板上设置有减重槽或减重孔。
13.与现有技术相比，本发明的有益效果为：1、本发明通过将支撑引气管的支撑环设计为有具有内环和外环的双层环支撑的结构，使较大直径的外环支撑在引气管长度方向的靠近中间的某一位置，以降低引气管的振幅和振动应力，提高结构可靠性；2、内环的安装孔以及外环的安装孔与引气管接触处均设置有阻尼组件，可增加引气管与安装孔之间的阻尼，有利于降低振动幅值和振动应力，进一步提高结构可靠性。
附图说明
14.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
15.图1为现有技术中的转子连接螺栓结构示意图；图2为现有技术中通过带有弹性卡圈的连接螺栓进行多级转子连接的结构示意图；图3为实施例中变截面螺栓结构示意图；图4为实施例中基于变截面螺栓连接的压气机转子多级连接结构示意图；其中，1、；2、安装边；3、等直径螺栓；4、螺母；5、弹性卡圈；6、辐板；7、螺栓头；8、螺纹段；9、凸台；10、凹槽。
具体实施方式
16.下面结合附图对本技术实施例进行详细描述。
17.以下通过特定的具体实例说明本技术的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本技术的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。本技术还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本技术的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
18.实施例参见图3-图4，基于变截面螺栓连接的压气机转子多级连接结构，包括两个对向设置的法兰安装边2，以及设置于两个法兰安装边2之间的1，1的辐板6和法兰安装边2对应位置设置有螺栓孔，1和法兰安装边2通过装配于螺栓孔内的变截面螺栓同轴固定连接，变截面螺栓包括螺栓头7、螺纹段8以及位于螺栓头7和螺纹段8之间的光杆段；
光杆段上设置有凸台9以及位于凸台9两侧的凹槽10；凸台9装配位置位于辐板6的螺栓孔区域内，且凸台9的长度小于等于辐板6厚度。
19.在本实施例中，转子转动以及高温环境使得变截面螺栓产生变形或在离心力大于螺栓端面摩擦力作用下产生径向位移，使得螺栓中部光杆段与涡1内孔产生较大接触应力，由于本实施例中的变截面螺栓在辐板6的螺栓孔对应的光杆段区域内设置凸台9，且凸台9的长度小于等于辐板6厚度，可以规避光杆段变形后直接挤压辐板6螺栓孔孔口的问题，降低螺栓挤压对辐板6螺栓孔孔口应力状态的影响；同时凸台9两侧的为凹槽10设计，可以尽可能的减少光杆段变形后与两个法兰安装边2螺栓孔及孔口产生的接触，或者通过控制凹槽10长度使光杆段变形后与两个法兰安装边2螺栓孔不接触，可提高前后法兰安装边2的螺栓孔低循环疲劳寿命。
20.本实施例中的转子装配时，通过直径等于凸台9的引导销穿过各级螺栓孔进行周向定位，再装配本实施例中的变截面螺栓，并采用螺母4拧紧。工作中各级盘的周向定位通过端面摩擦保证，需校核螺栓的拧紧力矩是否满足转子摩擦传扭要求。通过安装本实施例中的变截面螺栓可以将变形后产生的孔挤压部位与螺栓孔孔口高周向应力部位错开，可同时提高1及前后安装边2的螺栓孔低循环疲劳寿命。
21.本实施例中凸台9外壁在辐板6螺栓孔内壁投影区两侧与辐板6螺栓孔内壁柱面边缘的距离均大于辐板6厚度的10%以上，进一步保证变截面螺栓与螺栓孔的孔挤压部位与螺栓孔孔口高周向应力部位错开。
22.本实施例中，为进一步避免凸台9与辐板6螺栓孔线接触导致局部挤压应力过大，凸台9两边缘均设有倒圆部。
23.凸台9与1螺栓孔直径差在0~0.2mm之间，使得凸台9外壁与1螺栓孔之间为小间隙配合，确保凸台9外壁与螺栓孔内壁有一定的接触面积，尽量减小或者规避产生点接触，进一步提高辐板6的螺栓孔低循环疲劳寿命。
24.本实施例中凹槽10外壁到法兰螺栓孔的间隙大于螺栓公称直径的10%，可以使得凹槽10外壁与法兰安装边2螺栓孔之间的间距，尽可能的减少或者规避光杆段与两个法兰安装边2螺栓孔之间产生接触。
25.以上，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
技术特征：
1.基于变截面螺栓连接的压气机转子多级连接结构，包括两个对向设置的法兰安装边，以及设置于两个所述法兰安装边之间的，所述的辐板和法兰安装边对应位置设置有螺栓孔，其特征在于：所述和法兰安装边通过装配于螺栓孔内的变截面螺栓同轴固定连接，所述变截面螺栓包括螺栓头、螺纹段以及位于螺栓头和螺纹段之间的光杆段；所述光杆段上设置有凸台以及位于凸台两侧的凹槽；所述凸台装配位置位于辐板的螺栓孔区域内，且所述凸台的长度小于等于辐板厚度。2.根据权利要求1所述的基于变截面螺栓连接的压气机转子多级连接结构，其特征在于：所述凸台两边缘均具有倒圆部。3.根据权利要求2所述的基于变截面螺栓连接的压气机转子多级连接结构，其特征在于：凸台外壁在辐板螺栓孔内壁投影区两侧与辐板螺栓孔内壁柱面边缘的距离均大于辐板厚度的10%以上。4.根据权利要求1所述的基于变截面螺栓连接的压气机转子多级连接结构，其特征在于：凸台与螺栓孔直径差在0~0.2mm之间。5.根据权利要求1所述的基于变截面螺栓连接的压气机转子多级连接结构，其特征在于：凹槽外壁到法兰螺栓孔的间隙大于螺栓公称直径的10%。
技术总结
本发明涉及航空发动机技术领域，公开了基于变截面螺栓连接的压气机转子多级连接结构，包括两个对向设置的法兰安装边，以及设置于两个法兰安装边之间的，的辐板和法兰安装边对应位置设置有螺栓孔，和法兰安装边通过装配于螺栓孔内的变截面螺栓同轴固定连接，变截面螺栓包括螺栓头、螺纹段以及位于螺栓头和螺纹段之间的光杆段；光杆段上设置有凸台以及位于凸台两侧的凹槽；凸台装配位置位于辐板的螺栓孔区域内，且凸台的长度小于等于辐板厚度。本发明可以在压气机工作中将变截面螺栓变形及径向滑动后对螺栓孔的挤压部位与螺栓孔孔口高周向应力部位错开，可同时提高及前后安装边的螺栓孔低循环疲劳寿命。高及前后安装边的螺栓孔低循环疲劳寿命。高及前后安装边的螺栓孔低循环疲劳寿命。
