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一种多功能支撑机构的设计方法及支撑机构 

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申请/专利权人:中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所

摘要:本发明属于高转速小型燃气轮机试验技术领域,公开了一种多功能支撑机构的设计方法及支撑机构。设计方法包括总体技术方案,设计承力基体,设计圆管式进气转全环均匀排气结构,设计变截面增压高通流滑油进回油系统,设计弹粘性阻尼减振一体化结构,进行迭代设计,直至满足高转速转子的支撑要求。多功能支撑机构承力基体上设置有变截面增压高通流滑油进回油系统、圆管式进气转全环均匀排气结构和弹粘性阻尼减振一体化结构。本发明的多功能支撑机构的设计方法及支撑机构中的设计方法清晰易实现,支撑机构结构简单紧凑、强度刚性高、承力稳定可靠、拆装维修方便,能够满足小型燃气轮机试验设备对高转速转子的支撑要求,具有工程应用价值。

主权项:1.一种多功能支撑机构的设计方法,其特征在于,包括以下步骤:S10.总体技术方案;根据高转速转子的体积、转速和切线速度指标,确定多功能支撑机构的总体技术方案包括承力基体(1)、变截面增压高通流滑油进回油系统(2)、圆管式进气转全环均匀排气结构(3)和弹粘性阻尼减振一体化结构(4);S20.设计承力基体(1);承力基体(1)是多功能支撑机构的基础,满足多功能支撑机构的功能性能需求;承力基体(1)承担高转速转子的径向力和轴向力;承力基体(1)上设置变截面增压高通流滑油进回油系统(2)、圆管式进气转全环均匀排气结构(3)和弹粘性阻尼减振一体化结构(4);所述的承力基体(1)的主体(11)的型面轮廓与气流流动曲线一致,主体(11)的前端面设置前接口(12),主体(11)的后端面设置后安装边(13);前接口(12)上设置沿周向中心对称分布的11个M8的精密螺栓孔(1201)和2个Φ5.0mm的定心销子孔(1202),精密螺栓孔(1201)和定心销子孔(1202)用于与多功能支撑机构的前段部件进行螺栓连接和定心;后安装边(13)上设置沿周向均匀分布的16个Φ10.5mm的螺栓孔,螺栓孔用于与多功能支撑机构的后段部件进行螺栓连接并传力;S30.设计圆管式进气转全环均匀排气结构(3);圆管式进气转全环均匀排气结构(3)通过圆管(31)与变截面等流量环腔(32)和整流排气窗口(33)形成圆管转全环结构,采用变截面等流量分配法和整流叶片均匀排气法,将圆管式的来流转换成环状并折转90°后均匀加速排出;所述的圆管式进气转全环均匀排气结构(3)位于承力基体(1)的后段,由顺序连接的圆管(31)、变截面等流量环腔(32)和整流排气窗口(33)组成;圆管(31)的内径Φ20mm、壁厚4mm,圆管(31)的顶端设置法兰边(3101);变截面环腔(32)为等宽度H、相同内径ΦD1、连续变高度的变截面环形腔体,变截面环形腔体的最高位置在圆管(31)的中心线处,标记为高度R1,变截面环形腔体的最低位置与高度R1成180°夹角,标记为高度R2,R1为R2的1.22倍,变截面环形腔体的空间曲面是以R1和R2为起末点的插值曲线旋转所得,变截面环形腔体将圆管(31)的气流转换为全环等流量状态,且气流方向折转90°;整流排气窗口(33)位于在变截面环腔(32)的出口截面处,整流排气窗口(33)包括顺序连接的整流叶片段和水平排气段(3302),整流叶片段包括沿周均匀分布的30个带空间曲面的整流叶片(3301),气流经整流排气窗口(33)进一步增速和均匀化,最终实现全环均匀加速排出;S40.设计变截面增压高通流滑油进回油系统(2);变截面增压高通流滑油进回油系统(2)的进油管路(21)和回油管路(22)互成180°中心角;进油管路(21)根据分段变截面增压原理,设计1个直管路(2102)和1个旁管路(2103);回油管路(22)采用多通道拼接大油池回油管路,实现滑油进回油高效通流;所述的变截面增压高通流滑油进回油系统(2)的进油管路(21)位于承力基体(1)的0°角,回油管路(22)位于承力基体(1)的180°角;进油管路(21)包括按照流动方向顺序连通的承受0.40MPa压力的Φ5mm球形进油管接头(2101)、Φ3mm的直管路(2102)和Φ1.5mm的旁管路(2103);滑油经球形进油管接头(2101)依次流入直管路(2102)和旁管路(2103)后,在进油压力的驱动下经位于旁管路(2103)后端的Φ0.8mm喷油嘴Ⅰ(2104)和位于直管路(2102)前端的Φ0.6mm喷油嘴Ⅱ(2105)分别向后端和前端按0.65MPa压力、总流量0.5Lmin喷出,实现进油管路(21)的滑油变截面增压;回油管路(22)包括按25%进油压力和3倍进油流量设计的,按照流动方向顺序连通的多路横流道(2201)、带排泄槽的回油池(2202)和Φ12mm的回油管接头(2203),滑油依次经多路横流道(2201)、带排泄槽的回油池(2202)和回油管接头(2203)流出,实现滑油回油;S50.设计弹粘性阻尼减振一体化结构(4);弹粘性阻尼减振一体化结构(4)包括位于承力基体(1)前端的复合式弹粘性阻尼减振器(41),复合式弹粘性阻尼减振器(41)是将弹性支承环与摩擦阻尼器一体化的组合式设计,复合式弹粘性阻尼减振器(41)与支撑机构的环面呈带状接触,传递径向力,复合式弹粘性阻尼减振器(41)与转子双层线性接触,进行支承;还包括位于承力基体(1)后端的轴向微滑动刚性承力环,与支撑机构的圆柱面接触传递径向力,完成多功能支撑机构的初步设计;所述的弹粘性阻尼减振一体化结构(4)由复合式弹粘性阻尼减振器(41)、前衬套(42)和后衬套(43)组成,前衬套(42)位于承力基体(1)的主体(11)内腔的前段,后衬套(43)位于承力基体(1)的主体(11)内腔的后段;复合式弹粘性阻尼减振器(41)包括从前至后顺序连接的双线性阻尼器(4101)、减振架(4103)和平衡块(4102);双线性阻尼器(4101)的前端通过K1区域环面与承力基体(1)呈0.01mm~0.06mm过盈配合,传递径向力;与前衬套(42)在K2区域呈双层线性接触,进行支承;与平衡块(4102)在K3区域的圆柱面Ⅰ成0.0~0.11mm环形间隙Ⅰ配合,环形间隙Ⅰ起到径向和轴向约束的作用,且K1区域环面的轴向长度S1是前衬套(42)轴向长度S2的13;后衬套(43)与承力基体(1)在K4区域圆柱面Ⅱ呈0.0~0.03mm环形间隙Ⅱ配合,传递径向力;后衬套(43)的前端设置K5区域0.1mm~0.15mm环形间隙Ⅲ,环形间隙Ⅲ在多功能支撑机构出现工作异常时,允许多功能支撑机构沿轴向滑动,减小和消除冲击;S60.进行迭代设计,直至满足高转速转子的支撑要求;对多功能支撑机构的初步设计进行迭代设计,直至多功能支撑机构在满足包括强度刚度、承载力在内的非线性力学设计要求的基础上,满足高转速转子的支撑要求,完成多功能支撑机构的最终设计。

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