CN106679736A - 一种确定空心叶片冷却介质流量的试验方法 - Google Patents

一种确定空心叶片冷却介质流量的试验方法 Download PDF

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刘维兵
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范小平
周洪宇
方宇
赵世全
张晓东
孙奇
成露
陈贝贝
陈晓平
饶真炎
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Abstract

本发明公开一种确定空心叶片冷却介质流量的试验方法，其特点是将传统的节流孔板焊接结构改为装配结构，有效地解决了因反复焊接、切割孔板费工费时，试验工期长，以及频繁反复焊接、切割，对叶片和孔板造成损伤、变形，导致试验数据精度下降的问题。

Description

一种确定空心叶片冷却介质流量的试验方法
技术领域
本发明属于高温透平空心叶片的试验技术，具体涉及一种确定该空心叶片冷却介质流量的试验方法。
背景技术
高温透平(涡轮)空心叶片是地面燃气轮机和航空发动机的核心部件，要通入冷却介质进行冷却，冷却介质进口设在叶根底面上，该进口焊接有节流孔板，由节流孔板的通流面积来限定冷却介质流量，使叶片的工作温度稳定在设计值。
在涡轮机设计、试制过程中，需要确定空心叶片冷却介质流量，理论计算只能得到粗略值，还需模拟叶片工况，通过试验手段才能获得冷却介质流量的精确值。目前试验的具体方法是，将节流孔板焊接在空心叶片的叶根底面，向叶片内通入冷却介质，利用节流孔板测量冷却介质流量，并测量该流量所对应的叶片工作温度，与设计的温度值对比，若不符，则割下节流孔板，修改其通流面积，重新焊接，再次测量、对比，如此反复，直至叶片工作温度符合设计值，此时，节流孔板的通流面积就被精确地确定了，换句话说，冷却介质流量就被精确地确定了。
问题在于，上述试验中，修改孔板通流面积的次数通常很多，焊接、切割孔板费工费时，致使试验工期很长。并且，频繁地反复焊接、切割，还会对叶片和孔板造成损伤、变形，导致试验数据精度下降。
发明内容
针对以上问题，本发明提供一种确定该空心叶片冷却介质流量的试验方法，其节流孔板采用装配结构，便于拆装，从而节省试验时间，提高试验工效，并防止损伤孔板和叶根，避免其变形导致实验数据精度下降。其技术解决方案是：
一种确定空心叶片冷却介质流量的试验方法，包括如下步骤：
（1）、准备步骤
制造一只空心叶片、一个试验用叶轮、一副节流孔板、一个锁键，所述空心叶片通过其叶根装配在试验用叶轮的轮槽内；所述空心叶片的叶根有冷却介质进口，叶根底面上有水平布置的节流孔板装配槽和竖直布置的锁键装配槽，所述节流孔板、锁键分别装配在各自的装配槽内，由锁键将节流孔板限位锁定；所述试验用叶轮具有冷却介质输入通道，对应空心叶片的冷却介质进口;
（2）、试验步骤
模拟空心叶片工况，向空心叶片通入冷却介质，利用节流孔板测量冷却介质流量，并测量该流量所对应的叶片工作温度，与设计的温度值对比，若不符，则拆下节流孔板，修改其通流面积，重新装配，再次测量、对比，如此反复，直至叶片工作温度符合设计值。
所述叶根底面的孔板装配槽是轴向水平开口槽，开口位于叶根的一侧，作为节流孔板的装入口；所述锁键装配槽是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键由下向上装进其装配槽内；装配后，锁键的左端面正好与孔板的右端面对齐接触，节流孔板被锁键限位锁定；装配具体步骤是:
A、先把孔板装入其装配槽内；
B、再把叶片的叶根连同孔板一起推进叶轮的轮槽，不推到位，留出锁键的安装操作空间；
C、将锁键装进其装配槽内；
D、继续把试验用叶片的叶根连同孔板、锁键一并推进叶轮的轮槽，直至到位；
拆卸步骤与上述步骤相反。
作为优选，所述孔板的底面有一对等高凸台，布置在孔板的轴向中分线上，左凸台的左端面与孔板的左端面齐平，右凸台的右端面与孔板的右端面齐平，当孔板装配到位后，通过其凸台坐落在轮槽内；所述锁键装配槽是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键由下向上装进其装配槽内；当锁键装配到位后，其左端面与孔板的右端面对齐接触，将孔板限位锁定，使孔板不会从轮槽中窜出，并将孔板装配槽的开口封堵，起密封作用，避免冷却介质从孔板装配槽的开口泄出。
作为优选，所述孔板的底面上有一个凸台，位于节流孔板的轴向中分线上，凸台的左端面与孔板的左端面齐平；所述锁键的左端面底部有一左伸凸台，该左伸凸台的竖直高度等于节流孔板上的凸台高度，所述孔板的右部底面坐落在锁键的凸台上；所述孔板、锁键组合后，通过它们的凸台坐落在叶轮轮槽内；所述锁键装配槽是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键由下向上装进其装配槽内；当锁键装配到位后，其左端面与孔板的右端面对齐接触，将孔板限位锁定，使孔板不会从轮槽中窜出，并将孔板装配槽的开口封堵，起密封作用，避免冷却介质从孔板装配槽的开口泄出。
所述孔板与其装配槽为轨槽配合结构，孔板的横截面轮廓是上宽下窄的阶梯结构或梯形结构，所述孔板装配槽是与孔板适配的“T”形滑槽或燕尾滑槽；所述锁键装配槽是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键由下向上装进其装配槽内，当锁键装配到位后，其左端面与孔板的右端面对齐接触，将孔板限位锁定，使孔板不会从轮槽中窜出，并将孔板装配槽的开口封堵，起密封作用，避免冷却介质从孔板装配槽的开口泄出。
作为优选，所述孔板具有整体结构的主体和挂钩，所述挂钩从孔板主体的右端延伸而出，向上回形弯折；所述叶根底面设有孔板主体装配槽和锁键装配槽，叶根右侧面上设有孔板挂钩装配槽；所述孔板装配槽是轴向水平开口槽，开口位于叶根的一侧，孔板从开口侧装入其装配槽内，与叶根装入叶轮轮槽的方向一致；当孔板主体装入其装配槽时，孔板挂钩也同步装入挂钩装配槽，孔板通过其挂钩悬挂在叶根上；所述锁键装配槽是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键由下向上装进其装配槽内；当锁键装配到位后，其左端面与孔板的右端面接触，将孔板限位锁定，使孔板不会从轮槽中窜出，并将孔板装配槽的开口封堵，起密封作用，避免冷却介质从孔板装配槽的开口泄出。
本发明的有益效果：
由于孔板采用装配结构，拆装方便，节省试验时间，提高试验工效，并避免了因反复焊接损伤孔板和叶根，导致其变形，确保实验数据精确、真实可靠。
附图说明
图1是本发明实施例1的节流孔板配置结构图，其中：
图1-1是孔板的结构图；
图1-2 是锁键结构图；
图1-3是叶根结构图；
图1-4至图1-7是孔板、锁键装配过程示意图。
图2是本发明实施例2的节流孔板配置结构图，其中：
图2-1是孔板的结构图；
图2-2 是锁键结构图；
图2-3叶根结构图；
图2-4至图2-7是孔板、锁键装配过程示意图。
图3是本发明实施例3的节流孔板配置结构图，其中：
图3-1是孔板的结构图；
图3-2 是叶根结构图；
图3-3是锁键结构图；
图3-4至图3-7是孔板、锁键装配过程示意图。
图4是本发明实施例4的节流孔板配置结构图，其中：
图4-1是孔板的结构图；
图4-2 是叶根结构图；
图4-3是锁键结构图；
图4-4至图4-7是孔板、锁键装配过程示意图。
具体实施方式
本发明确定空心叶片冷却介质流量的试验方法，包括如下步骤：
（1）、准备步骤
制造一只空心叶片、一个试验用叶轮、一副节流孔板、一个锁键，所述空心叶片通过其叶根装配在试验用叶轮的轮槽内；所述空心叶片的叶根有冷却介质进口，叶根底面上有水平布置的节流孔板装配槽和竖直布置的锁键装配槽，所述节流孔板、锁键分别装配在各自的装配槽内，由锁键将节流孔板限位锁定；所述试验用叶轮具有冷却介质输入通道，对应空心叶片的冷却介质进口;
（2）、试验步骤
模拟空心叶片工况，向空心叶片通入冷却介质，利用节流孔板测量冷却介质流量，并测量该流量所对应的叶片工作温度，与设计的温度值对比，若不符，则拆下节流孔板，修改其通流面积，重新装配，再次测量、对比，如此反复，直至叶片工作温度符合设计值。
所述叶根底面的孔板装配槽是轴向水平开口槽，开口位于叶根的一侧，作为节流孔板的装入口；所述锁键装配槽是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键由下向上装进其装配槽内；装配后，锁键的左端面正好与孔板的右端面对齐接触，节流孔板被锁键限位锁定；装配具体步骤是:
A、先把孔板装入其装配槽内；
B、再把叶片的叶根连同孔板一起推进叶轮的轮槽，不推到位，留出锁键的安装操作空间；
C、将锁键装进其装配槽内；
D、继续把叶片的叶根连同孔板、锁键一并推进叶轮的轮槽，直至到位；
拆卸步骤与上述步骤相反。
在上述方案中，孔板的具体配置结构是灵活多样的，举例详细说明如下。
实施例一
参见图1-1、图1-2、图1-3、图1-4至图1-7：本发明的空心叶片冷却介质节流孔板的配置结构，所述空心叶片通过其叶根3装在叶轮4的轮槽中，所述轮槽具有冷却介质输入通道，所述空心叶片的冷却介质入口设在叶根3底面，与轮槽的冷却介质输入通道相对应，在空心叶片的冷却介质入口设有节流孔板1，用于限定冷却介质流量。所述孔板1采用装配方式配置在叶根3与轮槽的结合部，并采用锁键2将孔板1限位锁定；所述叶根3底面设有孔板装配槽3-2和锁键装配槽3-1，所述孔板装配槽3-2是轴向水平开口槽，开口位于叶根3的右侧，孔板1从右向左装入其装配槽3-2内，与叶根3装入轮槽的方向一致。所述孔板1的中央有节流孔1-1，孔板1底面有一对左右分布的凸台1-2，布置在孔板的轴向中分线上，左凸台的左端面与孔板的左端面齐平，右凸台的右端面与孔板的右端面齐平，当孔板1装配到位后，通过其凸台1-2坐落在叶轮轮槽内；所述锁键装配槽3-1位于叶根3的右部，它的左壁面与孔板1的右端面齐平，该槽3-1是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键2由下向上装进其装配槽3-1内；当锁键2装配到位后，其左端面与孔板1的右端面接触，将孔板1限位锁定，使孔板1不会从轮槽中窜出，并将孔板装配槽3-2的开口封堵，起密封作用，避免冷却介质从孔板装配槽3-2的开口泄出。
上述空心叶片冷却介质节流孔板的装配方法，包括如下步骤：
A、先把孔板1装入其装配槽3-2内,如图1-4所示；
B、再把叶片的叶根3连同孔板1一起从右向左推进叶轮4的轮槽，不推到位，留出锁键2的安装操作空间，如图1-5所示；
C、将锁键2装进其装配槽3-1内，如图1-6所示；
D、继续把试验用叶片的叶根3连同节流孔板1、锁键2一并推进叶轮4的轮槽，直至到位，如图1-7所示。
拆卸步骤与上述步骤相反。
实施例二
参见图2-1、图2-2、图2-3、图2-4至图2-7，本空心叶片冷却介质节流孔板的配置结构，所述空心叶片通过其叶根3装在叶轮4的轮槽中，所述叶轮4具有冷却介质输入通道，所述空心叶片的冷却介质入口设在叶根底面，与叶轮4的冷却介质输入通道相对应，在空心叶片的冷却介质入口设有节流孔板1，用于限定冷却介质流量。所述孔板1采用装配方式配置在叶根3与叶轮4轮槽的结合部，并采用锁键2将孔板1限位锁定。所述叶根3底面设有孔板装配槽3-2和锁键装配槽3-1，所述孔板装配槽3-2是轴向水平开口槽，开口位于叶根3的右侧，孔板1从右向左装入其装配槽3-2内，与叶根3装入叶轮4轮槽的方向一致；所述孔板1的中央有节流孔1-1，底面上有一个凸台1-2，位于孔板1的轴向中分线上，凸台1-2的左端面与孔板1的左端面齐平；所述锁键2的左端面底部有一左伸凸台2-1，该左伸凸台2-1的竖直高度等于孔板1上的凸台1-2高度，所述孔板1的右部底面坐落在锁键2的凸台2-1上；所述孔板1、锁键2组合后，通过它们的凸台1-2、2-1坐落在叶轮4的轮槽内；所述锁键装配槽3-1位于叶根3的右部，它的左壁面与孔板1的右端面齐平，该锁键装配槽3-1是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键2由下向上装进其装配槽3-1内；当锁键2装配到位后，其左端面与孔板1的由端面接触，将孔板1限位锁定，使孔板1不会从叶轮4的轮槽中窜出，并将孔板装配槽3-2的开口封堵，起密封作用，避免冷却介质从孔板装配槽3-2的开口泄出。
上述空心叶片冷却介质节流孔板的装配方法，包括如下步骤：
A、先把孔板1装入其装配槽3-2内，如图2-4所示；
B、再把叶片的叶根3连同孔板1一起从右向左推进叶轮4的轮槽，不推到位，留出锁键2的安装操作空间，如图2-5所示；
C、将锁键2装进其装配槽3-1内，如图2-6所示；
D、继续把叶片的叶根3连同节流孔板1、锁键2一并推进叶轮4的轮槽，直至到位，如图2-7所示。
拆卸步骤与上述步骤相反。
实施例三
参见图3-1、图3-2、图3-3、图3-4至图3-7，本空心叶片冷却介质节流孔板的配置结构，所述空心叶片通过其叶根2装在叶轮4的轮槽中，所述叶轮4具有冷却介质输入通道，所述空心叶片的冷却介质入口设在叶根2的底面，与叶轮4的冷却介质输入通道相对应，在空心叶片的冷却介质入口设有节流孔板1，用于限定冷却介质流量。所述孔板1的中央有节流孔1-1，孔板1采用装配方式配置在叶根2与叶轮4轮槽的结合部，并采用锁键3将孔板1限位锁定。所述叶根2的底面开有冷却介质入口2-2、孔板装配槽2-1、锁键装配槽2-3。所述孔板装配槽2-1是轴向水平开口槽，开口位于叶根2的右侧，孔板1从右向左装入其装配槽2-1内，与叶根2装入叶轮4轮槽的方向一致；所述孔板1与其装配槽2-1为轨槽配合结构，孔板1的横截面轮廓是上宽下窄的阶梯结构（也可是梯形结构），上部一对宽边作为滑轨，所述孔板装配槽2-1是与孔板滑轨适配的“T”形滑槽（或燕尾槽）；所述锁键装配槽2-3位于叶根2的右部，它的左壁面与孔板1的右端面齐平，该锁键装配槽2-3是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键3由下向上装进其装配槽2-3内，当锁键3装配到位后，其左端面与孔板1的右端面接触，将孔板1限位锁定，使孔板1不会从叶轮4的轮槽中窜出，并将孔板装配槽2-1的开口封堵，起密封作用，避免冷却介质从孔板装配槽2-1的开口泄出。
上述空心叶片冷却介质节流孔板的装配方法，包括步骤：
A、先把孔板1装入其装配槽内，如图3-4所示；
B、再把叶片的叶根2连同孔板1一起从右向左推进叶轮4的轮槽，不推到位，留出锁键3的安装操作空间，如图3-5所示；
C、将锁键3装进其装配槽内，如图3-6所示；
D、继续把叶片的叶根2连同节流孔板1、锁键3一并推进叶轮4的轮槽，直至到位，如图3-7所示。
拆卸步骤与上述步骤相反。
实施例四
参见图4-1、图4-2、图4-3、图4-4至图4-7，本空心叶片冷却介质节流孔板的配置结构，所述空心叶片通过其叶根2装在叶轮4的轮槽中，所述叶轮4具有冷却介质输入通道，所述空心叶片的冷却介质入口2-2设在叶根2的底面，与叶轮的冷却介质输入通道相对应，在空心叶片的冷却介质入口2-2设有节流孔板1，用于限定冷却介质流量。所述孔板1采用装配方式配置在叶根2与叶轮4轮槽的结合部，并采用锁键3将孔板1限位锁定。所述孔板1具有整体结构的主体和挂钩1-2，孔板1的中央有节流孔1-1，所述挂钩1-2从孔板1主体的右端延伸而出，向上回形弯折；所述叶根2的底面设有孔板主体装配槽2-1和锁键装配槽2-3，叶根2右侧面上设有孔板挂钩装配槽2-4，所述孔板主体装配槽2-1是轴向水平开口槽，开口位于叶根2的右侧，孔板1从右向左装入其装配槽2-1内，与叶根2装入叶轮4的轮槽的方向一致；当孔板主体装入其装配槽2-1时，孔板挂钩1-1也同步装入其装配槽2-4，孔板1通过其挂钩1-2悬挂在叶根2上；所述锁键装配槽2-3位于叶根2的右部，它的左壁面与孔板1的右端面齐平，该锁键装配槽2-3是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键3由下向上装进其装配槽2-3内；当锁键3装配到位后，其左端面与孔板1的右端面接触，将孔板1限位锁定，使孔板1不会从叶轮4的轮槽中窜出，并将孔板主体装配槽2-1和孔板挂钩装配槽2-4的开口封堵，起密封作用，避免冷却介质从孔板装配槽的开口泄出。
上述空心叶片冷却介质节流孔板的装配方法，包括步骤：
A、先把孔板1装入其装配槽内2-1、2-4内，如图4-4所示；
B、再把叶片的叶根2连同孔板1一起从右向左推进叶轮4的轮槽，不推到位，留出锁键3的安装操作空间，如图4-5所示；
C、将锁键3装进其装配槽2-3内，如图4-6所示；
D、继续把叶片的叶根2连同节流孔板1、锁键3一并推进叶轮4的轮槽，直至到位，如图4-7所示。
拆卸步骤与上述步骤相反。
上述实施例仅仅是为了说明本发明，而不是限制本发明，本发明的保护范围由权利要求确定，依据本发明的基本思想，还可以设计出更多的孔板配置结构，依据本发明的基本思想所做的任何结构改变，都在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种确定空心叶片冷却介质流量的试验方法，包括如下步骤：
（1）、准备步骤
制造一只空心叶片、一个试验用叶轮、一副节流孔板、一个锁键，所述空心叶片通过其叶根装配在试验用叶轮的轮槽内；所述空心叶片的叶根有冷却介质进口，叶根底面上有水平布置的节流孔板装配槽和竖直布置的锁键装配槽，所述节流孔板、锁键分别装配在各自的装配槽内，由锁键将节流孔板限位锁定；所述试验用叶轮具有冷却介质输入通道，对应空心叶片的冷却介质进口;
试验步骤
模拟空心叶片工况，向空心叶片通入冷却介质，利用节流孔板测量冷却介质流量，并测量该流量所对应的叶片工作温度，与设计的温度值对比，若不符，则拆下节流孔板，修改其通流面积，重新装配，再次测量、对比，如此反复，直至叶片工作温度符合设计值。
2.如权利要求1所述的确定空心叶片冷却介质供给量的试验方法，其特征在于，所述叶根底面的孔板装配槽是轴向水平开口槽，开口位于叶根的一侧，作为节流孔板的装入口；所述锁键装配槽是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键由下向上装进其装配槽内；装配后，锁键的左端面正好与孔板的右端面对齐接触，节流孔板被锁键限位锁定；装配具体步骤是:
A、先把孔板装入其装配槽内；
B、再把叶片的叶根连同孔板一起推进叶轮的轮槽，不推到位，留出锁键的安装操作空间；
C、将锁键装进其装配槽内；
D、继续把试验用叶片的叶根连同孔板、锁键一并推进叶轮的轮槽，直至到位；
拆卸步骤与上述步骤相反。
3.如权利要求1所述的确定空心叶片冷却介质供给量的试验方法，其特征在于，所述孔板的底面有一对等高凸台，布置在孔板的轴向中分线上，左凸台的左端面与孔板的左端面齐平，右凸台的右端面与孔板的右端面齐平，当孔板装配到位后，通过其凸台坐落在轮槽内；所述锁键装配槽是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键由下向上装进其装配槽内；当锁键装配到位后，其左端面与孔板的右端面对齐接触，将孔板限位锁定，使孔板不会从轮槽中窜出，并将孔板装配槽的开口封堵，起密封作用，避免冷却介质从孔板装配槽的开口泄出。
4.如权利要求1所述的确定空心叶片冷却介质供给量的试验方法，其特征在于，所述孔板的底面上有一个凸台，位于节流孔板的轴向中分线上，凸台的左端面与孔板的左端面齐平；所述锁键的左端面底部有一左伸凸台，该左伸凸台的竖直高度等于节流孔板上的凸台高度，所述孔板的右部底面坐落在锁键的凸台上；所述孔板、锁键组合后，通过孔板、锁键的凸台坐落在叶轮轮槽内；所述锁键装配槽是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键由下向上装进其装配槽内；当锁键装配到位后，其左端面与孔板的右端面对齐接触，将孔板限位锁定，使孔板不会从轮槽中窜出，并将孔板装配槽的开口封堵，起密封作用，避免冷却介质从孔板装配槽的开口泄出。
5.如权利要求1所述的确定空心叶片冷却介质供给量的试验方法，其特征在于，所述孔板与其装配槽为轨槽配合结构，孔板的横截面轮廓是上宽下窄的阶梯结构或梯形结构，所述孔板装配槽是与孔板适配的“T”形滑槽或燕尾滑槽；所述锁键装配槽是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键由下向上装进其装配槽内，当锁键装配到位后，其左端面与孔板的右端面对齐接触，将孔板限位锁定，使孔板不会从轮槽中窜出，并将孔板装配槽的开口封堵，起密封作用，避免冷却介质从孔板装配槽的开口泄出。
6.如权利要求1所述的确定空心叶片冷却介质供给量的试验方法，其特征在于，所述孔板具有整体结构的主体和挂钩，所述挂钩从孔板主体的右端延伸而出，向上回形弯折；所述叶根底面设有孔板主体装配槽和锁键装配槽，叶根右侧面上设有孔板挂钩装配槽；所述孔板装配槽是轴向水平开口槽，开口位于叶根的一侧，孔板从开口侧装入其装配槽内，与叶根装入叶轮轮槽的方向一致；当孔板主体装入其装配槽时，孔板挂钩也同步装入挂钩装配槽，孔板通过其挂钩悬挂在叶根上；所述锁键装配槽是径向竖直开口槽，槽口在下，锁键由下向上装进其装配槽内；当锁键装配到位后，其左端面与孔板的右端面接触，将孔板限位锁定，使孔板不会从轮槽中窜出，并将孔板装配槽的开口封堵，起密封作用，避免冷却介质从孔板装配槽的开口泄出。
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