CN103306739A - 一种燃气涡轮发动机向心叶轮 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气涡轮发动机向心叶轮，包括轮盘(1)和叶片(2)，叶片(2)设置在轮盘(1)表面，叶片(2)延伸到轮盘(1)外的轮缘(3)上，叶片(2)背部的轮盘(1)上设置有减重槽(4)，减重槽(4)内至少包括两个圆弧面。在叶轮背部位置加工减重槽，以减少轮心所承受的离心载荷从而降低应力。因向心叶轮的结构特点，减重槽不可能挖得过深，圆角半径也不可能过大，采用减重槽多段圆弧结构能够有效的解决圆角半径的限制，针对减重槽，采用多段圆弧结构，在应力大的区域采用大的圆弧半径，应力小的区域采用小的圆弧半径。通过这种新结构能在较小空间范围内大幅降低应力，延长寿命。
Description
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机技术领域，特别地，涉及一种燃气涡轮发动机向心叶轮。
背景技术
向心叶轮由于具有落压比高，做功能力强，小流量下能保持较高性能，且零件数少，制造成本低等优点，目前已广泛在中小型航空动力辅助装置、火箭用涡轮泵及汽车涡轮增压器中采用。
向心叶轮工作转速较高，一般在50000r/min以上，且流道半径相对较大，离心负荷大；此外作为涡轮热端部件，其工作温度较高，目前先进的的向心叶轮工作温度一般在700°C以上。基于以上两方面的原因，向心叶轮的离心及热负荷高均较高，应力较大，寿命一般较短。一般来说，向心叶轮大应力点有两个，一个是轮盘轮心、另一个是叶片叶根。
因此，研究一种燃气涡轮发动机向心叶轮已为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种燃气涡轮发动机向心叶轮，以解决向心叶轮的离心及热负荷高均较高、应力较大，使得寿命较短等的技术问题。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案如下:一种燃气涡轮发动机向心叶轮，包括轮盘和叶片，叶片设置在轮盘表面，叶片延伸到轮盘外的轮缘上，叶片背部的轮盘上设置有减重槽，减重槽内至少包括两个圆弧面。
进一步地，减重槽内包括有两个圆弧面，形成减重槽双段圆弧结构。
进一步地，减重槽内的圆弧面之间设置为圆滑过渡。
进一步地，减重槽内的圆弧面之间在接点处相切。
进一步地，减重槽内部远离轮盘的圆弧面半径大于靠近轮盘的圆弧面半径。
进一步地，叶片的叶根与向心叶轮中部的轮毂连接，叶根的至少一侧设置为至少两个圆弧面形成的圆弧凹形构造。
进一步地，叶根的两侧均设置为至少两个圆弧面形成的圆弧凹形构造。
进一步地，叶根的两侧均设置为两个圆弧面形成的圆弧凹形构造，形成叶根双侧双段圆弧结构。
进一步地，叶根上的圆弧面之间在接点处相切。
进一步地，叶根上的圆弧面在接点处圆滑过渡。
进一步地，轮缘上的叶片由向心叶轮中部向外高度递减。
进一步地，轮盘上的叶片均呈螺旋状偏向同一方向。
本发明具有以下有益效果
a、在叶轮背部位置加工减重槽，以减少轮心所承受的离心载荷从而降低应力。因向心叶轮的结构特点，减重槽不可能挖得过深，因此圆角半径也不可能过大(一般来说圆角半径越大应力集中现象越轻)，采用减重槽多段圆弧结构能够有效的解决圆角半径的限制，针对减重槽，其结构采用多段圆弧结构，在应力大的区域采用大的圆弧半径，应力小的区域采用小的圆弧半径。通过这种新结构能在较小空间范围内大幅降低应力，延长寿命。
b、为降低减重槽处由于结构尺寸突变而引起的应力集中现象，通过圆角光滑过渡以降低应力。可以在较小的结构空间内实现大半径的光滑过渡，从而降低减重槽及叶根的应力，延长向心叶轮寿命。
c、采用减重槽双段圆弧结构能够有效的解决圆角半径的限制，针对减重槽，采用双段圆弧结构，在应力大的区域采用大的R1圆弧半径，应力小的区域采用小的R2圆弧半径，两个圆弧面在接点相切。通过这种新结构能在较小空间范围内大幅降低应力，延长寿命。并且两个圆弧面加工简单。
d、采用减重槽双段圆弧结构，向心叶轮的寿命至少提高了150%。
e、为降低叶根处的应力，在叶根处加圆弧过渡，同样受结构限制，圆角半径不可过大，在叶片叶根部位两侧采用多段圆弧结构能够有效的解决圆角半径的限制，针对减重槽，其结构采用多段圆弧结构，在应力大的区域采用大的圆弧半径，应力小的区域采用小的圆弧半径。通过这种新结构能在较小空间范围内大幅降低应力，延长寿命。
f、而双段圆弧结构，在应力大的区域采用大的R′1圆弧半径，应力小的区域采用小的R′2圆弧半径，两个圆弧面在接点相切。通过这种新结构能在较小空间范围内大幅降低应力，延长寿命。并且两个圆弧面加工简单。
g、同时采用叶片叶根部位两侧采用多段圆弧结构和减重槽双段圆弧结构，向心叶轮的寿命会成倍上升。
h、轮缘上的叶片由向心叶轮中部向外高度递减和轮盘上的叶片均呈螺旋状偏向同一方向的流线型结构设计，制造简单，抗腐蚀性好，阻力小，减少冲击损失，效率高。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中:
图1是本发明优选实施例燃气涡轮发动机向心叶轮的结构示意图之一；
图2是本发明优选实施例燃气涡轮发动机向心叶轮的结构示意图之二；
图3是本发明优选实施例减重槽的横截面结构示意图；
图4是本发明优选实施例叶轮叶根部位的横截面结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
图1是本发明优选实施例燃气涡轮发动机向心叶轮的结构示意图之一；图2是本发明优选实施例燃气涡轮发动机向心叶轮的结构示意图之二，如图1、2所示，燃气涡轮发动机向心叶轮，包括轮盘1和叶片2，叶片2设置在轮盘1表面，叶片2延伸到轮盘1外的轮缘3上，其特征在于，叶片2背部的轮盘1上设置有减重槽4，减重槽4内至少包括两个圆弧面。在叶轮背部位置加工减重槽4，以减少轮心所承受的离心载荷从而降低应力。因向心叶轮的结构特点，减重槽4不可能挖得过深，因此圆角半径也不可能过大(一般来说圆角半径越大应力集中现象越轻)，采用减重槽4多段圆弧结构能够有效的解决圆角半径的限制，针对减重槽，其结构采用多段圆弧结构，在应力大的区域采用大的圆弧半径，应力小的区域采用小的圆弧半径。通过这种新结构能在较小空间范围内大幅降低应力，延长寿命。
图3是本发明优选实施例减重槽的横截面结构示意图，如图3所示，减重槽4内包括有两个圆弧面，形成减重槽双段圆弧结构。减重槽4内的圆弧面之间设置为圆滑过渡。减重槽4内的圆弧面之间在接点处相切。减重槽4内部远离轮盘1的圆弧面半径大于靠近轮盘1的圆弧面半径。为降低减重槽4处由于结构尺寸突变而引起的应力集中现象，通过圆角光滑过渡以降低应力。可以在较小的结构空间内实现大半径的光滑过渡，从而降低减重槽及叶根的应力，延反向心叶轮寿命。采用减重槽4双段圆弧结构能够有效的解决圆角半径的限制，针对减重槽4，采用双段圆弧结构，在应力大的区域采用大的R1圆弧半径，应力小的区域采用小的R2圆弧半径，两个圆弧面在接点相切。通过这种新结构能在较小空间范围内大幅降低应力，延长寿命。并且两个圆弧面加工简单。采用减重槽4双段圆弧结构，向心叶轮的寿命至少提高了150%。
图4是本发明优选实施例叶轮叶根部位的横截面结构示意图，如图1、4所示，叶片2的叶根5与向心叶轮中部的轮毂6连接，叶根5的至少一侧设置为至少两个圆弧面形成的圆弧凹形构造。叶根5的两侧均设置为至少两个圆弧面形成的圆弧凹形构造。叶根5竹两侧均设置为两个圆弧面形成的圆弧凹形构造，形成叶根双侧双段圆弧结构。叶根5上的圆弧面之间在接点处相切。叶根5上的圆弧面在接点处圆滑过渡。轮缘3上的叶片2由向心叶轮中部向外高度递减。轮盘1上的叶片2均呈螺旋状偏向同一方向。为降低叶根5处的应力，在叶根5处加圆弧过渡，同样受结构限制，圆角半径不可过大，在叶片2的叶根5部位两侧采用多段圆弧结构能够有效的解决圆角半径的限制，针对减重槽4，其结构采用多段圆弧结构，在应力大的区域采用大的圆弧半径，应力小的区域采用小的圆弧半径。通过这种新结构能在较小空间范国内大幅降低应力，延长寿命。而双段圆弧结构，在应力大的区域采用大的R′1圆弧半径，应力小的区域采用小的R′2圆弧半径，两个圆弧面在接点相切。通过这种新结构能在较小空间范围内大幅降低应力，延长寿命。并且两个圆弧面加工简单。同时采用叶片2的叶根5部位两侧采用多段圆弧结构和减重槽双段圆弧结构，向心叶轮的寿命会成倍上升。轮缘3上的叶片2由向心叶轮中部向外高度递减和轮盘上的叶片均呈螺旋状偏向同一方向的流线型结构设计，制造简单，抗腐蚀性好，阻力小，减少冲击损失，效率高。
实施时，针对减重槽4，将结构由单段圆弧R结构改为双段圆弧结构，在应力大的区域采用大的R1圆弧半径，应力小的区域采用小的R2圆弧半径，两个圆弧面在接点相切(见图3)。通过这种新结构能在较小空间范围内大幅降低应力，延长寿命。
针对叶片叶根部位，将结构由单段圆弧(R′)结构改为了双段圆弧结构，在应力大的区域采用大的R′1圆弧半径，应力小的区域采用小的R′2圆弧半径，两个圆弧面在接点相切(见图4)。
向心叶轮减重槽4处的双段圆弧结构、叶片2的叶根5的双段圆弧结构。可以往较小的结构空间内实现大半径的光滑过渡，从而降低减重槽及叶根的应力，延长向心叶轮寿命。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (12)
1.一种燃气涡轮发动机向心叶轮，包括轮盘(1)和叶片(2)，所述叶片(2)设置在所述轮盘(1)表面，所述叶片(2)延伸到所述轮盘(1)外的轮缘(3)上，其特征在于，所述叶片(2)背部的所述轮盘(1)上设置有减重槽(4)，所述减重槽(4)内至少包括两个圆弧面。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮发动机向心叶轮，其特征在于，所述减重槽(4)内包括有两个圆弧面，形成减重糟双段圆弧结构。
3.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机向心叶轮，其特征在于，所述减重槽(4)内的圆弧面之间设置为圆滑过渡。
4.根据权利要求2所述的燃气涡轮发动机向心叶轮，其特征在于，所述减重糟(4)内的圆弧面之间在接点处相切。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的燃气涡轮发动机向心叶轮，其特征在于，所述减重槽(4)内部远离所述轮盘(1)的圆弧面半径大于靠近所述轮盘(1)的圆弧面半径。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的燃气涡轮发动机向心叶轮，其特征在于，所述叶片(2)的叶根(5)与向心叶轮中部的轮毂(6)连接，所述叶根(5)的至少一侧设置为至少两个圆弧面形成的圆弧凹形构造。
7.根据权利要求6所述的燃气涡轮发动机向心叶轮，其特征在于，所述叶根(5)的两侧均设置为至少两个圆弧面形成的圆弧凹形构造。
8.根据权利要求7所述的燃气涡轮发动机向心叶轮，其特征在于，所述叶根(5)的两侧均设置为两个圆弧面形成的圆弧凹形构造，形成叶根双侧双段圆弧结构。
9.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机向心叶轮，其特征在于，所述叶根(5)上的圆弧面之间在接点处相切。
10.根据权利要求8所述的燃气涡轮发动机向心叶轮，其特征在于，所述叶根(5)上的圆弧面在接点处圆滑过渡。
11.根据权利要求1至4中任一项所述的燃气涡轮发动机向心叶轮，其特征在于，所述轮缘(3)上的所述叶片(2)由向心叶轮中部向外高度递减。
12.根据权利要求1至4中任一项所述的燃气涡轮发动机向心叶轮，其特征在于，所述轮盘(1)上的所述叶片(2)均呈螺旋状偏向同一方向。
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