[发明专利]一种轻质传力支板结构及具有该支板结构的机匣

说明书

本发明涉及一种可应用于地面燃气轮机以及航空发动机中的轻质传力支板结构，传力支板由板厚0.3mm～2mm的板材经钣金成型而成；环绕支板不同高度位置设计有一定宽度、深度的、经冲压成型的加强凸台肋结构；该支板最终通过焊接的方式与内外环机匣组合并承受焊接组件工作状态下的复杂应力。本发明的由钣金成型的支板可以显著减轻地面燃气轮机、航空发动机中支板机匣的重量。进一步地，从发动机传力、受力角度分析，位于支板表面不同高度位置离散的加强凸台肋结构的结构设计方法，不仅可以满足在热态环境中，因内外环机匣不同变形速率所导致的支板热膨胀的需求，同时也可以适应由主流通道高速流动的气体气流脉动所可能导致的薄壁支板的振动风险。

技术领域

本发明涉及一种用于燃气轮机、航空发动机等领域的支板结构，尤其涉及一种轻质传力支板结构，该结构可以满足这类机械结构中(非)传力机匣以及(非)传力机匣的设计需要。

背景技术

由于关系到发动机运行安全性，(非)传力机匣以及(非)传力机匣的可靠设计是一个在燃气轮机以及航空发动机领域均有重要实际意义的结构设计问题。

在以往燃气轮机、航空发动机的结构设计中，这类机匣组件往往由数件采用复杂精密铸造或锻造的零件组合焊接而成。而采用这类机匣组件的(非)传力机匣，内外流道通过沿周向分布的几个支板焊接相连，传统传力支板结构如图1所示，其有两个特点：第一个特点是一般采用铸造或者钣金成型的方式，亦可采用机械加工后与内外环机匣组合焊接的方式；第二个特点是为了增加其刚性和传力特性，即便采用钣金成型的方式，其厚度往往较厚(大于1.5mm)，而若采用铸造成型的方式其重量则更重。为了提高机匣的强度，保证在发动机运行过程中具有足够的强度，支板往往设计的较厚，其不可避免的会导致机匣的重量过重、零件的加工工艺复杂以及加工成本过高的问题。同时，由于支板壁面厚度过大，对加工带来非常大的困扰，使得精密铸造和锻造的工艺路线均会造成毛坯的大量损耗，也会形成毛坯原材料的大量损耗和浪费。

针对传统(非)传力机匣设计、加工环节所面临的问题，迫切需要提出一种工程上可行、性能更优的机匣组件结构设计策略。

发明内容

针对现有技术的上述缺点和不足，本发明旨在提供一种带有径向加强凸肋的轻质支板结构，轻质支板结构由薄壁钣金成型，并考虑根部倒圆，在支板表面经钣金冲压加工形成加强凸肋结构，根据支板所在主流通道的温度环境水平、支板内外环端壁机匣的温度水平以及支板上下游截面位置的转动叶片固有频率特性，经优选实现支板结构设计参数的选取以及支板表面加强凸肋结构设计参数的优化调整。在保证支板结构强度的前提下，实现支板结构的轻量化，作为一种传力机匣结构设计策略，可在燃气轮机、航空发动机等叶轮机械领域中应用。

本发明为解决上述(非)传力机匣的技术问题所采用的技术方案为：

一种轻质传力支板结构，所述传力支板设置在发动机的内环机匣与外环机匣之间，整体呈中空薄壁结构，其上端焊接在所述外环机匣的内壁上，下端焊接在所述内环机匣的外壁上，用以传递高压后支点轴承径向载荷，所述传力支板与发动机的内外环机匣焊接处形成根部倒圆结构，其特征在于，

所述传力支板由薄壁板材经钣金成型，并具有支板所需的叶型型线及支板叶片造型，沿所述传力支板的高度方向经钣金冲压在支板表面形成若干个向外突出的离散布置的加强凸肋结构，各所述加强凸肋的延伸方向与所述支板表面的流线方向至少基本一致。

优选地，所述传力支板的厚度可在0.3mm～2mm范围内选取，但可根据实际设计工况进行调整。

较优地，所述传力支板的板材材料可选择力学性能较优、焊接性能良好的不锈钢或高温合金材料经钣金成型自然形成。

较优地，所述传力支板结构与内外环端壁机匣应有不小于2.5mm的端壁倒圆结构，考虑到加工的工艺性因素，该倒圆结构应由支板钣金成型工艺自然形成。