CN107313982A - 一种新型径向扩压器组件及其制造方法 - Google Patents

一种新型径向扩压器组件及其制造方法 Download PDF

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关婷婷
金洪江
李伟超
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    • F04D29/00—Details, component parts, or accessories
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Abstract

本发明涉及一种新型径向扩压器及其制造方法，该新型径向扩压器包括一体成型的扩压器轮盘、多个沿周向均布在扩压器轮盘上的扩压器叶片，所述扩压器叶片根部与扩压器轮盘的交界处采用圆角光滑过度，所述叶片根部的圆角半径R为4mm，所述叶片前缘与叶片后缘的圆角半径R为叶片根部圆角半径的十分之一，以使叶根圆角与转角圆角之间平滑过渡，以避免气流在叶片后缘产生分离区，有效提高喘振裕度，防止发动机喘振故障的出现。

Description

一种新型径向扩压器组件及其制造方法
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，具体是一种新型径向扩压器及其制造方法。
背景技术
径向扩压器作为燃气涡轮发动机的关键部件，其质量直接影响其发动机性能和机械效率，因此它的加工技术一直是制造行业的一个重要课题。一般要求扩压器在设计点获得最佳性能，能最大的将叶轮出口气体的动能转化为静压能，不会发生造气流分离。但是当离心压气机流量与设计值偏差达到一定植时，扩压器叶片的吸力面附面层会发生分离，引起扩压器总压损失迅速增大，造成失速甚至喘振，压气机喘振现象会导致发动机的强烈机械振动和热端超温，并在极短时间内造成发动机的严重损坏，在任何工作状态下都不允许压气机进入喘振区工作。
目前在我国此类零件的主要成形方法是通过铸造毛坯成型，然后进行机加工完成成品，这种方法的主要问题在于，由于叶片部分无法进行机械加工，因此叶片形状及流道无法达到较高的精度，整体质量无法满足燃气涡轮发动机的使用要求。由于原径向扩压器叶片根部圆角较小，叶片叶背的气流易产生分离，形成分离区后，气流受限于发动机喉道面积，进气流量变小、压气机叶片攻角增大、压气机叶栅失去扩压能力、气流倒流，从而形成喘振现象。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种避免喘振、高效率的新型径向扩压器及其制造方法。
为了解决上述问题，本发明提供了一种新型径向扩压器，所述新型径向扩压器包括一体成型的扩压器轮盘、多个沿周向均布在扩压器轮盘上的扩压器叶片，所述扩压器叶片根部与扩压器轮盘的交界处采用圆角光滑过度，所述叶片根部的圆角半径R为4mm，所述叶片叶盆、叶背与叶片前后缘圆滑过渡，所述叶片前后缘半径R为叶片根部圆角半径的十分之一，以使叶根圆角与转角圆角之间平滑过渡，以避免气流在叶片后缘产生分离区，有效提高喘振裕度，防止发动机喘振故障的出现。
进一步，所述径向扩压器采用精铣成型工艺制造，得到的叶片根部、叶片转角精度更高，使得所述叶根圆角与转角圆角之间平滑过度。
一种上述新型径向扩压器的加工方法， 包括如下步骤：
A、选取合适的板材进行切割下料，粗车得到具有叶片轮廓的半成品。
B、采用五轴加工中心粗加工叶片，并进行去应力时效处理。
C、精车，采用五轴加工中心精加工叶片，在扩压器轮盘上加工出高精度扩压器叶片。
D、对于扩压器叶片根部与扩压器轮盘的交界处采用五轴数控加工中心精铣，获得高精度的叶根圆角。
发明的技术效果：（1）本发明的新型径向扩压器，相对于现有技术，扩压器叶片根部与扩压器轮盘的交界处采用圆角光滑过度，叶片根部的圆角半径R为4mm，叶片前缘与叶片后缘交界处的叶片转角圆滑过渡，叶片前后缘半径R为叶片根部圆角半径的十分之一，以使叶根圆角与转角圆角之间平滑过渡，以避免气流在叶片后缘产生分离区，有效提高喘振裕度；（2）采用精铣加工工艺获得叶片根部的圆角半径R为4mm、叶片前后缘半径R为叶片根部圆角半径的十分之一的加工精度，确保叶根圆角与前后缘之间平滑过渡。
附图说明
下面结合说明书附图对本发明作进一步详细说明：
图1是本发明的新型径向扩压器的立体结构示意图；
图2是是图的俯视图；
图3是现有技术的扩压器叶片的俯视图；
图4是本发明的扩压器叶片的俯视图。
图中：扩压器轮盘1，扩压器叶片2，叶片根部3，叶片叶背21，叶片叶盆22，叶片前后缘23。
具体实施方式
实施例1 如图3所示，现有技术的径向扩压器，扩压器叶片叶背1与叶片叶盆2的分布采用连续型圆弧曲线表示，例如叶片叶背采用的圆弧为半径为430mm，叶片叶盆采用的圆弧为半径为272mm，叶片前后缘处采用半径为0.4mm的圆弧进行平滑过渡，叶根圆角半径为1.2mm；本实施例的径向扩压器，如图1-图2所示，包括一体精铣加工成型制造的扩压器轮盘，轮盘上沿周向均布多个扩压器叶片，如图4所示，叶片叶背采用的圆弧为半径为501mm，叶片叶盆采用的圆弧为半径为305mm，叶片最大厚度为2.5mm，扩压器叶片根部与扩压器轮盘的交界处采用圆角光滑过度，叶片根部的圆角半径R为4mm，叶片前后缘半径R为叶片根部圆角半径的十分之一。该径向扩压器采用了更符合流体运动特性的叶片型面，且对容易产生气流分离的区域加大了叶根圆角，综合两项改进，该径向扩压器既能满足流量要求又可抑制气流分离，有效提高喘振裕度，防止发动机喘振故障出现。
上述新型径向扩压器的制作方法，包括如下步骤：
A、选取合适的板材进行切割下料，粗车得到具有叶片轮廓的半成品。
B、采用五轴加工中心粗加工叶片，并进行去应力时效处理。
C、精车，采用五轴加工中心精加工叶片，在扩压器轮盘上加工出高精度扩压器叶片。
D、对于扩压器叶片根部与扩压器轮盘的交界处采用五轴数控加工中心精铣，获得高精度的叶根圆角。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而这些属于本发明的精神所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (3)

1.一种新型径向扩压器组件，其特征在于，包括：一体成型的扩压器轮盘（1）、多个沿周向均布在扩压器轮盘（1）上的扩压器叶片（2），所述扩压器叶片根部（3）与扩压器轮盘（1）的交界处采用圆角光滑过度，所述叶片根部（3）的圆角半径R为4mm，所述叶片叶盆（22）、叶背（21）与叶片前后缘（23）圆滑过渡，所述叶片前后缘（23）的半径R为叶片根部（3）圆角半径的十分之一。
2.根据权利要求1所述的新型径向扩压器，其特征在于，所述径向扩压器采用精铣成型工艺制造。
3.一种如权利要求2所述的新型径向扩压器的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：
A、选取合适的板材进行切割下料，粗车得到具有叶片轮廓的半成品；
B、采用五轴加工中心粗加工叶片，并进行去应力时效处理；
C、精车，采用五轴加工中心精加工叶片，在扩压器轮盘上加工出高精度扩压器叶片；
D、对于扩压器叶片根部与扩压器轮盘的交界处采用五轴数控加工中心精铣，获得高精度的叶根圆角。
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