一种小型压气机转子及加工方法与流程

本发明属于压气机，涉及压气机转子，特别涉及一种小型、高效、结构简单、低成本、易于批量加工、组合加工的转子及加工方法。具体为一种小型压气机转子及加工方法。

背景技术：

1、压气机是燃气涡轮喷气发动机的重要部件之一，利用旋转机械能向流过它的空气做功，以提高空气的压力的机械装置。压气机转子是压气机的重要组成结构之一，它的作用是将进入发动机的空气做功，提高空气压力。目前，常规多级压气机转子通常结构复杂，零件数量、种类繁多，其通常包括前轴颈、叶片、轮盘、锁紧块、鼓筒、连接螺栓、篦齿盘等，叶片为精锻件，连接方式通常为：叶片与轮盘之间为轴向榫或周向榫连接，用销钉、锁紧块或锁片定位；轮盘与轮盘、鼓筒、篦齿盘、前轴颈、后轴径等为短螺栓、长螺栓或销钉连接。

2、上述结构存在的主要问题如下：

3、1.零件数量、种类繁多，零件加工制造精度高，管理复杂，装配难度大，耗时长，效率低，成本高；

4、2.精锻叶片精度低，影响压气机气动性能，同时合格率低，需要专用模具，成本高；

5、3.轮盘结构复杂，包括榫槽、销钉孔等，加工工艺复杂，耗时长，成本高；

6、4.叶片与轮盘之间通过榫头、榫槽连接，用销钉、锁紧块或锁片定位，装配复杂，耗时长，成本高；该连接方式叶片角向和周向间距难以保证，且叶片与盘之间流道衔接不光滑，影响压气机气动性能；

7、5.叶片叶尖及轮盘流道需转子组件中加工，顶磨叶尖工艺复杂，成本高。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是设计一种全新的压气机转子及加工方法，解决一般压气机转子零件数量、种类多，加工、装配复杂，耗时长，效率低，总成本高以及气动性能不稳定等问题。

2、发明目的

3、提供了一种小型高效低成本压气机转子，解决小型压气机零件数量、种类多，批量加工的效率低、成本高、耗时长，气动性能不稳定等问题。

4、技术方案

5、一种小型压气机转子，包括第一级整体叶盘1，第二级整体叶盘2，第三级整体叶盘3，第四级整体叶盘4，第五级整体叶盘5，第六级整体叶盘6，压气机轴9。所述第一级整体叶盘1的后止口与所述第二级整体叶盘2的前止口搭接，径向方向为过盈配合保证定心，止口配合端面处用电子束焊连接，所述第二级整体叶盘2，第三级整体叶盘3，第四级整体叶盘4，第五级整体叶盘5，第六级整体叶盘6依次连接，连接形式与所述第一级整体叶盘1和第二级整体叶盘2连接形式相同。第六级整体叶盘6上靠近燃烧室的一侧设有封严结构64。所述的压气机轴9依次穿过第一级整体叶盘1，第二级整体叶盘2，第三级整体叶盘3，第四级整体叶盘4，第五级整体叶盘5，第六级整体叶盘6，所述压气机轴9上的限位凸起与所述第六级整体叶盘6上的挡块配合，实现轴向定位。所述压气机轴9上设置三个支撑凸起，分别与所述第三级整体叶盘3，第四级整体叶盘4，第五级整体叶盘5的轮盘内径过盈配合，增加小型压气机转子的可靠性。第六级整体叶盘6轮毂与压气机轴9用若干径向的销钉7周向固定，用于周向传扭。

6、进一步的，所述第二级整体叶盘2的盘鼓设有1处与竖直方向成15°的径向孔，第三级整体叶盘3的盘鼓上设有1处与竖直方向成28°径向孔，第四级整体叶盘4的盘鼓上设有与竖直方向成1°的径向孔41，所述径向孔41为若干个，均布在盘鼓上。上述径向孔与转子内腔连通，起到内外均衡压缩空气的压力的作用，减小轮盘前后的压差，降低转子轴向力，并维持气腔中的一定压力，防止滑油、高压气的渗漏。

7、进一步的，所述第四级整体叶盘4的轮盘上设有辐板43，所述辐板43上开设轴向孔42，所述第五级整体叶盘5、第六级整体叶盘6也开设相同轴向孔，减小轮盘前后的压差，降低转子轴向力，并维持气腔中的一定压力，防止滑油、高压气的渗漏。

8、进一步的，所述第六级整体叶盘6包括叶片61、轮盘62、鼓筒63、封严结构64，所述叶片61、轮盘62、鼓筒63、封严结构64一体成型，共同组成所述的第六级整体叶盘6。第一级整体叶盘1，第二级整体叶盘2，第三级整体叶盘3，第四级整体叶盘4，第五级整体叶盘5结构形式与第六级整体叶盘6相同。通过整体设计的方式，大幅减少零件数量、种类繁多管理及装配困难等问题，在满足同种性能要求的情况下，尺寸更小巧，重量更轻。

9、进一步的，还包括护圈8。所述护圈8套设在销钉7上，以防工作时销钉7飞出。

10、进一步的，所述转子上设计有减重槽，叶片根部设有倒角r，结合强度分析，同时保证结构功能和强度安全裕度，采用了控制盘厚、设计减重槽、减小叶片根部倒角r等方式减小零件重量。

11、进一步的，压气机转子结构紧凑，在外径仅约φ200mm、轴向宽度仅约120mm空间内设计了6级转子，实现了总增压比5.41。

12、一种小型压气机转子的加工方法，第一级整体叶盘1、第二级整体叶盘2、第三级整体叶盘3、第四级整体叶盘4、第五级整体叶盘5、第六级整体叶盘6单件中叶片叶型、流道及内径、端面仅进行粗加工并留有一定余量，第一级整体叶盘1、第二级整体叶盘2、第三级整体叶盘3、第四级整体叶盘4、第五级整体叶盘5、第六级整体叶盘6装配焊接成为一个整体后加工第三级整体叶盘3、第四级整体叶盘4、第五级整体叶盘5内径及第六级整体叶盘6内径作为转子联合轴向基准，加工第一级整体叶盘1端面作为压气机转子端面基准，以上述联合轴向基准及端面基准完成叶片叶型、叶根圆角、转子流道及叶尖直径尺寸的加工。该工艺流程大幅缩短加工时间，避免了反复装夹的误差及焊接对零件尺寸的影响，提高转子叶片叶型及流道的精度及完整性，提高了压气机的气动性能及效率。

13、本申请的有益效果在于：

14、该压气机转子通过整体设计加工的方式，解决一般压气机转子零件数量、种类繁多、管理及装配困难等问题，在满足同种性能要求的情况下，尺寸更小巧，重量更轻。各级整体叶盘及压气机轴装配工艺简单，大幅减少装配时间和风险。各级整体叶盘通过配合止口定位，电子束焊连接，转子稳定性更高。叶片叶型及转子流道在各级叶盘组合焊接后进行整体精铣加工，精简加工工艺，缩短加工时间，提高加工精度，保证叶型及流道的高精度及完整性，提高了压气机的气动性能及效率。本发明设计的压气机转子相对于常用的压气机转子，零件数量减少约99％，加工及装配工时减少约80％，成本降低了约70％。该压气机转子适用于小型航空发动机。

技术特征：

1.一种小型压气机转子，其特征在于，包括第一级整体叶盘，第二级整体叶盘，第三级整体叶盘，第四级整体叶盘，第五级整体叶盘，第六级整体叶盘，压气机轴；所述第一级整体叶盘的后止口与所述第二级整体叶盘的前止口搭接，径向方向为过盈配合保证定心，止口配合端面处用电子束焊连接，所述第二级整体叶盘，第三级整体叶盘，第四级整体叶盘，第五级整体叶盘，第六级整体叶盘依次连接，连接形式与所述第一级整体叶盘和第二级整体叶盘连接形式相同；第六级整体叶盘上靠近燃烧室的一侧设有封严结构；所述的压气机轴依次穿过第一级整体叶盘，第二级整体叶盘，第三级整体叶盘，第四级整体叶盘，第五级整体叶盘，第六级整体叶盘，所述压气机轴上的限位凸起与所述第六级整体叶盘上的挡块配合，实现轴向定位；所述压气机轴上设置三个支撑凸起，分别与所述第三级整体叶盘，第四级整体叶盘，第五级整体叶盘的轮盘内径过盈配合，增加小型压气机转子的可靠性；第六级整体叶盘轮毂与压气机轴用若干径向的销钉周向固定，用于周向传扭。

2.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述第二级整体叶盘的盘鼓设有1处与竖直方向成15°的径向孔，第三级整体叶盘的盘鼓上设有1处与竖直方向成28°径向孔，第四级整体叶盘的盘鼓上设有与竖直方向成1°的径向孔，所述径向孔为若干个，均布在盘鼓上；上述径向孔与转子内腔连通。

3.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述第四级整体叶盘4的轮盘上设有辐板，所述辐板上开设轴向孔，所述第五级整体叶盘、第六级整体叶盘也开设相同轴向孔，减小轮盘前后的压差，降低转子轴向力，并维持气腔中的一定压力。

4.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述第六级整体叶盘包括叶片、轮盘、鼓筒、封严结构，所述叶片、轮盘、鼓筒、封严结构一体成型，共同组成所述的第六级整体叶盘；第一级整体叶盘，第二级整体叶盘，第三级整体叶盘，第四级整体叶盘，第五级整体叶盘结构形式与第六级整体叶盘相同。

5.如权利要求4所述的转子，其特征在于，还包括护圈；所述护圈套设在销钉上。

6.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述转子上设计有减重槽，叶片根部设有倒角r。

7.如权利要求1所述的转子，其特征在于，所述压气机转子外径φ200mm、120mm的轴向宽度空间内设计了6级转子，实现了总增压比5.41。

8.如权利要求7所述的一种小型压气机转子的加工方法，包括如下步骤：第一级整体叶盘、第二级整体叶盘、第三级整体叶盘、第四级整体叶盘、第五级整体叶盘、第六级整体叶盘单件中叶片叶型、流道及内径、端面仅进行粗加工并留有一定余量，第一级整体叶盘、第二级整体叶盘、第三级整体叶盘、第四级整体叶盘、第五级整体叶盘、第六级整体叶盘装配焊接成为一个整体后加工第三级整体叶盘、第四级整体叶盘、第五级整体叶盘内径及第六级整体叶盘内径作为转子联合轴向基准，加工第一级整体叶盘端面作为压气机转子端面基准，以上述联合轴向基准及端面基准完成叶片叶型、叶根圆角、转子流道及叶尖直径尺寸的加工。

技术总结本发明属于压气机技术领域，涉及压气机转子，具体为一种小型压气机转子及加工方法。包括第一级整体叶盘，第二级整体叶盘，第三级整体叶盘，第四级整体叶盘，第五级整体叶盘，第六级整体叶盘，压气机轴。各级整体叶盘通过配合止口定位，电子束焊连接，转子稳定性更高。叶片叶型及转子流道在各级叶盘组合焊接后进行整体精铣加工，精简加工工艺，缩短加工时间，提高加工精度，保证叶型及流道的高精度及完整性，提高了压气机的气动性能及效率。本发明设计的压气机转子相对于常用的压气机转子，零件数量减少约99％，加工及装配工时减少约80％，成本降低了约70％。该压气机转子适用于小型航空发动机。技术研发人员：陈文鑫,赵冬来,陈营惠,孙月,郭宇昕,张元庆,贺健,张永川,王璋,赵世杰受保护的技术使用者：中国航发哈尔滨东安发动机有限公司技术研发日：技术公布日：2024/7/11