一种含复杂加强筋的3D打印涡轮机匣的制作方法

一种含复杂加强筋的3d打印涡轮机匣
技术领域
1.本发明涉及航空发动机技术领域，特别涉及一种含复杂加强筋的3d打印涡轮机匣。


背景技术：

2.航空发动机涡轮转子通常是涡轮盘和叶片，外部安装涡轮机匣，以防高速旋转的叶片破碎后飞出造成严重后果。目前，涡轮机匣通常采用常规铸造或者锻造的方式生产，涡轮机匣外侧因为制造工艺的限制外表面为光滑表面，通过增加厚度形成桶装结构以增加强度，因此，涡轮机匣重量比较大，给飞机航行造成很大的负担，另外，叶片飞出时，由于叶片带有极大的转速度和离心速度，叶片叶顶端在转动方向切削机匣内表面时产生环向拉伸力及垂直于机匣内表面的剪切力，对机匣内表面切出条状破坏面，最终将机匣撕裂破坏，如图3、图4。因此，急需一种重量轻、又可抵御叶片冲击产生的环向拉伸作用及剪切载荷带来破坏的涡轮机匣。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于克服上述不足，提供一种含复杂加强筋的3d打印涡轮机匣，该装置通过在所述涡轮机匣中部的环状机匣室的外表面设有若干条加强筋带，所述加强筋带沿机匣室圆周环向平行设置，分别与所述机匣室内的叶片位置相匹配，使得涡轮机匣内的叶片破碎时均撞击到含所述加强筋带的机匣壁上，不仅大大增强了涡轮机匣壁的抗撞击能力，而且对应性设置加强筋带可大大节省制造原料；通过所述加强筋带内含三维立体复杂编织结构的加强筋，加强筋包括若干个沿环向依次排列的编织单元，所述编织单元包括沿环向及交叉斜向设置的加强筋，且环向及交叉斜向加强筋在交叉点重合，所述环向加强筋承担了叶片冲击时的环向拉伸力，斜向加强筋承受了叶片冲击时的剪切载荷，由于三维立体设计，使环向加强筋和斜向加强筋两侧边均设有坡度，进一步增加了强度，不仅大大提高了涡轮机匣被撕裂破坏区域的刚度和强度，延长了涡轮机匣的使用寿命，提高了安全性能及可靠性，而且三维立体设计中，可大大减小涡轮机匣壁厚，减少了原材料的利用，有效减轻了涡轮机匣乃至整个航空飞机的重量，降低了航空发动机的制造及使用成本。
4.本发明提供的具体技术方案如下：
5.一种含复杂加强筋的3d打印涡轮机匣，包括两端设有的法兰盘，所述涡轮机匣中部的环状机匣室的外表面设有若干条加强筋带，所述加强筋带内包括三维立体复杂编织结构的加强筋，所述加强筋带沿机匣室圆周环向平行设置，分别与所述机匣室内的叶片位置相匹配，使得涡轮机匣内的叶片破碎时均撞击到含所述加强筋带的机匣壁上。
6.优选地，所述加强筋带内的三维立体复杂编织结构包括若干个编织单元，所述编织单元包括沿环向及交叉斜向设置的加强筋，且环向及交叉斜向加强筋在交叉点重合。
7.进一步地，所述加强筋带内若干所述编织单元沿环向依次排列，形成完整的圆周加强筋带。
8.进一步地，所述编织单元包含的所述斜向加强筋以所述环向加强筋为对称线呈镜向对称。
9.进一步地，所述斜向加强筋与所述环向加强筋高度相同，且均与所述涡轮机匣该处外壁的表面高度相同。
10.进一步地，所述环向加强筋为一条完整的圆周加强筋。
11.优选地，所述加强筋带的数量与涡轮机匣内的叶片数量相同，且所述加强筋带位置分别与转子站位对应匹配。
12.进一步地，每条所述加强筋带的宽度与对应叶片的大小相匹配，使得所述叶片碎片飞出时均撞击到含加强筋带的区域。
13.进一步地，所述加强筋的侧边设有坡度。
14.需要说明的是，通过采用三维立体复杂编织结构的设计，使环向加强筋和斜向加强筋的侧边均设有坡度，进一步增加了强度，在保证结构刚度和强度的基础上，结构重量减轻了10％，相比铸造及机加工的制造方案，节省了超过20％的原材料以及10余天的机加过程，因此，整体制造成本降低了超过10％。
15.有益效果：
16.本发明提供了一种含复杂加强筋的3d打印涡轮机匣，该装置通过在所述涡轮机匣中部的环状机匣室的外表面设有若干条加强筋带，所述加强筋带沿机匣室圆周环向平行设置，分别与所述机匣室内的叶片位置相匹配，使得涡轮机匣内的叶片破碎时均撞击到含所述加强筋带的机匣壁上，不仅大大增强了涡轮机匣壁的抗撞击能力，而且对应性设置加强筋带可大大节省制造原料；通过所述加强筋带内含三维立体复杂编织结构的加强筋，加强筋包括若干个沿环向依次排列的编织单元，所述编织单元包括沿环向及交叉斜向设置的加强筋，且环向及交叉斜向加强筋在交叉点重合，所述环向加强筋承担了叶片冲击时的环向拉伸力，斜向加强筋承受了叶片冲击时的剪切载荷，由于三维立体设计，使环向加强筋和斜向加强筋侧边均设有坡度，进一步增加了强度，不仅大大提高了涡轮机匣被撕裂破坏区域的刚度和强度，延长了涡轮机匣的使用寿命，提高了安全性能及可靠性，而且三维立体设计可大大减小涡轮机匣壁厚，减少了原材料的利用，有效减轻了涡轮机匣乃至整个航空飞机的重量，降低了航空发动机的制造及使用成本。
附图说明
17.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。
18.在附图中：
19.图1是本发明涡轮机匣结构示意图；
20.图2是图1的e放大图；
21.图3是现有技术中常规涡轮机匣的立体图；
22.图4是图3的剖视图。
23.其中：1
‑
机匣室；2
‑
第一加强筋带；3
‑
第二加强筋带；4
‑
进口端法兰盘；5
‑
出口端法兰盘；6
‑
机匣内壁；7
‑
第三加强筋带；8
‑
编织单元；9
‑
环向加强筋；10
‑
斜向加强筋；11
‑
机匣外壁；12
‑
坡度；a
‑
一级转子站位；b
‑
二级转子站位；c
‑
三级转子站位。
具体实施方式
24.如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；“多个”指等于或多于两个；说明书后续描述为实施本技术的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本技术的一般原则为目的，并非用以限定本技术的范围。本技术的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
25.本发明的实施例：
26.参照图1—图2：
27.一种含复杂加强筋的3d打印涡轮机匣，包括两端设有的法兰盘及中间含空腔的环状机匣室1。
28.进口端法兰盘4与tvf进口导向器连接，出口端法兰盘5与trf出口导向器相连。
29.所述涡轮机匣中部的环状机匣室1的外表面设有若3条加强筋带，三级转子(图中未示出)位于机匣室1内分别位于一级转子站位a、二级转子站位b、三级转子站位c的位置；所述涡轮机匣外表面相对应位置分别设有第一加强筋带2、第二加强筋带3、第三加强筋带7，每条所述加强筋带的宽度与对应叶片的大小相匹配，使得所述叶片碎片飞出时均撞击到含加强筋带的区域。
30.所述加强筋带内包括三维立体复杂编织结构的加强筋，所述第一加强筋带2、第二加强筋带3、第三加强筋带7沿机匣室1圆周环向平行设置，分别与所述机匣室1内的叶片位置相对应，使得涡轮机匣内的叶片破碎时均撞击到含所述加强筋带的机匣内壁6上。
31.优选地，所述加强筋带内的三维立体复杂编织结构包括若干个编织单元8，所述编织单元8包括沿环向设置的环向加强筋9及交叉斜向设置的斜向加强筋10，且环向加强筋9及斜向加强筋10在交叉点重合，所述斜向加强筋10与所述环向加强筋9高度相同，且与所述斜向加强筋10、所述环向加强筋9所在该处的机匣外壁11的高度相同。
32.进一步地，所述第一加强筋带2、第二加强筋带3、第三加强筋带7内均设有若干所述编织单元8，所述编织单元8沿环向依次排列，形成完整的圆周加强筋带。
33.进一步地，所述编织单元8包含的交叉的斜向加强筋10以所述环向加强筋9为对称线呈镜向对称。
34.进一步地，所述环向加强筋9为一条完整的圆周加强筋。
35.进一步地，所述斜向加强筋10与所述环向加强筋9的侧边均设有坡度12。
36.需要说明的是，通过采用三维立体复杂编织结构的设计，使环向加强筋和斜向加强筋的侧边均设有坡度，进一步增加了强度，在保证结构刚度和强度的基础上，结构重量减轻了10％，相比铸造及机加工的制造方案，节省了超过20％的原材料以及10余天的机加过程，因此，整体制造成本降低了超过10％。
37.本发明的有益效果为：
38.本发明提供了一种含复杂加强筋的3d打印涡轮机匣，该装置通过在所述涡轮机匣中部的环状机匣室的外表面设有若干条加强筋带，所述加强筋带沿机匣室圆周环向平行设
置，分别与所述机匣室内的叶片位置相匹配，使得涡轮机匣内的叶片破碎时均撞击到含所述加强筋带的机匣壁上，不仅大大增强了涡轮机匣壁的抗撞击能力，而且对应性设置加强筋带可大大节省制造原料；通过所述加强筋带内含三维立体复杂编织结构的加强筋，加强筋包括若干个沿环向依次排列的编织单元，所述编织单元包括沿环向及交叉斜向设置的加强筋，且环向及交叉斜向加强筋在交叉点重合，所述环向加强筋承担了叶片冲击时的环向拉伸力，斜向加强筋承受了叶片冲击时的剪切载荷，由于三维立体设计，使环向加强筋和斜向加强筋侧边均设有坡度，进一步增加了强度，不仅大大提高了涡轮机匣被撕裂破坏区域的刚度和强度，延长了涡轮机匣的使用寿命，提高了安全性能及可靠性，而且三维立体设计可大大减小涡轮机匣壁厚，减少了原材料的利用，有效减轻了涡轮机匣乃至整个航空飞机的重量，降低了航空发动机的制造及使用成本。
39.上述说明示出并描述了本技术的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本技术并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本技术的精神和范围，则都应在本技术所附权利要求的保护范围内。