CN107966183A - 一种涡轮叶片机加孔空气流量测量方法 - Google Patents
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Abstract
一种涡轮叶片机加孔空气流量测量方法，其包括如下步骤：步骤A，将一块边长大于等于10mm的正方形黄蜡压制成双锥体形状，使两个锥尖的距离在3mm至6mm之间，步骤B，将步骤A制成的双锥体形黄蜡压入所述叶尖槽中，使所述叶尖槽填满黄蜡，步骤C，将步骤B的完成封堵的涡轮叶片保持叶尖朝上的方向放置于温箱中，温箱温度调至50°，加热30秒～60秒后取出，取出后放置在20°的恒温间中约20分钟，使黄蜡完全冷却凝固，步骤D，进行流量测量。步骤E，清除所述涡轮叶片的黄蜡，完成测量。本发明所提供的一种涡轮叶片机加孔空气流量测量方法，可直接测量获得后腔机加排气孔的流量数据，有效保障了测量精确性。
Description
技术领域
本发明涉及航空发动机加工技术领域，特别涉及一种航空发动机燃气涡轮工作叶片制造过程中对机加孔的空气流量进行测量的方法。
背景技术
对于航空发动机的燃气涡轮叶片来说，其工作环境恶劣，因此需具有好的热强度、抗疲劳强度和蠕变性能，在高温高压的工作环境下，燃气涡轮叶片可通过在内腔设置排气通道，这样就可以从叶身冷却孔排出冷空气，带走叶身热量，从而降低燃气涡轮叶片工作区域温度，保护燃气涡轮叶片不受高温高压气体烧蚀。
图1为一种航空发动机燃气涡轮叶片的立体结构示意图，图2为图1的叶尖的结构原理示意图；图3为图1的叶片的铸造坯件的剖视结构示意图，图4为图1的叶片的剖视结构示意图，参见图1-4所示，该燃气涡轮叶片采用空心内冷结构，叶片内部设置有靠近前缘100一侧的前腔10和靠近后缘200一侧的后腔20，所述前腔10包括前腔毛坯进气孔11和前腔毛坯排气孔12，所述后腔20包括后腔毛坯进气孔21、后腔毛坯排气孔22、后腔机加进气孔23和后腔机加排气孔24，所述前腔毛坯排气孔12近似于三角形，长度约2.36mm、宽度约1.1mm，所述后腔毛坯排气孔22近似于长方形，长度约2.32mm，宽度约1.13mm，在叶尖设置有深2mm的叶尖槽300，所述前腔毛坯排气孔12和所述后腔毛坯排气孔22设置在所述叶尖槽300内，所述叶尖槽300在叶背方向设置有一个宽2.2mm的缺口部301。
如图3所示，所述前腔毛坯进气孔11、所述前腔毛坯排气孔12、所述后腔毛坯进气孔21和所述后腔毛坯排气孔22均在毛坯件铸造时直接成型，如图4所示，所述后腔机加进气孔23和所述后腔机加排气孔24在铸造成型的坯件上通过机加成型，其中所述后腔机加排气孔24通过电火花加工方式在所述后缘200打孔成型后接通所述后腔20。
冷空气从榫齿底部的所述前腔毛坯进气孔11、所述后腔毛坯进气孔21和所述后腔机加进气孔23进入，分别经由所述前腔10和所述后腔20，从所述前腔毛坯排气孔12、所述后腔毛坯排气孔22和所述后腔机加排气孔24排出。根据设计要求，所述前腔毛坯排气孔12、所述后腔毛坯排气孔22和所述后腔机加排气孔24均需要能在规定的空气压力下，排出规定流量值的冷空气，确保达到足够的冷却效果，同时不影响发动机性能。因为流量太小会影响冷却效果，从而使得叶片材料强度降低影响安全性能，流量过大则会降低工作燃气温度和压力，导致发动机功率降低。
现有的对所述后腔机加排气孔24的流量的测量方法为，在通过机加方式加工所述后腔机加进气孔23和所述后腔机加排气孔24之前，测量铸造坯件的所述前腔10的流量Q1、所述后腔20的流量Q2，完成机加加工后，再测量所述后腔20的总流量Q3，之后使用所述后腔20的总流量Q3减去铸造坯件的所述后腔20的流量Q2，差值即为所述后腔机加排气孔24的流量Q4。
由于在进行机加加工后，所述后腔20会增加后腔机加进气孔23，也就意味着铸造坯件的所述后腔20的流量Q2和所述后腔20的总流量Q3的空气进口面积不同，空气在进口的压力损失也不相同。此外，进入所述后腔20的空气会通过所述后腔毛坯排气孔22和所述后腔机加排气孔24同步排出。也就意味着造坯件的所述后腔20的流量Q2和所述后腔20的总流量Q3的空气出口面积不同，因此内腔压力大小就会相同，另外，由于所述后腔20存在交错的肋条和弯曲的回路结构，而这些肋条和回路结构是在毛坯件铸造时直接成型，坯件的铸造公差通常为±0.1，因此也就会造成不同叶片的内腔都存在差异，在不同的压力下，压力损失也会不同。因此现有的测量方法不能精确反映所述后腔机加排气孔24的流量状态。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种涡轮叶片机加孔空气流量测量方法，以减少或避免前面所提到的问题。
为解决上述技术问题，本发明提出了一种涡轮叶片机加孔空气流量测量方法。所述涡轮叶片采用空心内冷结构，叶片内部设置有靠近前缘一侧的前腔和靠近后缘一侧的后腔，所述前腔包括前腔毛坯进气孔和前腔毛坯排气孔，所述后腔包括后腔毛坯进气孔、后腔毛坯排气孔、后腔机加进气孔和后腔机加排气孔，所述前腔毛坯排气孔近似于三角形，长度约2.36mm、宽度约1.1mm，所述后腔毛坯排气孔近似于长方形，长度约2.32mm，宽度约1.13mm，在叶尖设置有深2mm的叶尖槽，所述前腔毛坯排气孔和所述后腔毛坯排气孔设置在所述叶尖槽内，所述叶尖槽在叶背方向设置有一个宽2.2mm的缺口部。其包括如下步骤：
步骤A，将一块边长大于等于10mm的正方形黄蜡放置在温箱中加温，温箱温度控制在35°，加热15分钟，使黄蜡软化，取出黄蜡后将软化的黄蜡压制成双锥体形状，使两个锥尖的距离在3mm至6mm之间，
步骤B，将步骤A制成的双锥体形黄蜡的两个锥尖分别插入所述前腔毛坯排气孔和所述后腔毛坯排气孔中，压入黄蜡，使双锥体形黄蜡对所述前腔毛坯排气孔和所述后腔毛坯排气孔形成封堵，并将高出所述叶尖槽的黄蜡压入所述叶尖槽中，使所述叶尖槽填满黄蜡，
步骤C，将步骤B的完成封堵的涡轮叶片保持叶尖朝上的方向放置于温箱中，温箱温度调至50°，加热30秒～60秒后取出，取出后放置在20°的恒温间中约20分钟，使黄蜡完全冷却凝固，
步骤D，对完成步骤C操作的涡轮叶片进行流量测量，测量出的数据即为所述后腔机加排气孔的流量数据。
步骤E，清除所述涡轮叶片的黄蜡，完成测量。
优选地，在步骤E中，通过使用90°以上的水或油热浴20-30分钟来清除所述涡轮叶片的黄蜡。
优选地，在步骤D中，在进行流量测量时，将空气压力加压至0.09Mpa。
本发明所提供的一种涡轮叶片机加孔空气流量测量方法，可直接测量获得后腔机加排气孔的流量数据，从而避免了现有技术的换算过程带来的误差，有效保障了测量精确性。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1为一种航空发动机燃气涡轮叶片的立体结构示意图；
图2为图1的叶尖的结构原理示意图；
图3为图1的叶片的铸造坯件的剖视结构示意图；
图4为图1的叶片的剖视结构示意图；
图5为根据本发明的一个具体实施例的一种涡轮叶片机加孔空气流量测量方法所制备的双锥体形黄蜡的立体结构原理示意图；
图6为图5的双锥体形黄蜡的使用原理示意图；
图7为使用了图5的双锥体形黄蜡的涡轮叶片的剖视结构原理示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。其中，相同的部件采用相同的标号。
图1为一种航空发动机燃气涡轮叶片的立体结构示意图；图2为图1的叶尖的结构原理示意图；图3为图1的叶片的铸造坯件的剖视结构示意图；图4为图1的叶片的剖视结构示意图；图5为根据本发明的一个具体实施例的一种涡轮叶片机加孔空气流量测量方法所制备的双锥体形黄蜡的立体结构原理示意图；图6为图5的双锥体形黄蜡的使用原理示意图；图7为使用了图5的双锥体形黄蜡的涡轮叶片的剖视结构原理示意图。参见图1-7所示，本发明提供了一种涡轮叶片机加孔空气流量测量方法，所述涡轮叶片采用空心内冷结构，叶片内部设置有靠近前缘100一侧的前腔10和靠近后缘200一侧的后腔20，所述前腔10包括前腔毛坯进气孔11和前腔毛坯排气孔12，所述后腔20包括后腔毛坯进气孔21、后腔毛坯排气孔22、后腔机加进气孔23和后腔机加排气孔24，所述前腔毛坯排气孔12近似于三角形，长度约2.36mm、宽度约1.1mm，所述后腔毛坯排气孔22近似于长方形，长度约2.32mm，宽度约1.13mm，在叶尖设置有深2mm的叶尖槽300，所述前腔毛坯排气孔12和所述后腔毛坯排气孔22设置在所述叶尖槽300内，所述叶尖槽300在叶背方向设置有一个宽2.2mm的缺口部301。其包括如下步骤：
步骤A，将一块边长大于等于10mm的正方形黄蜡放置在温箱中加温，温箱温度控制在35°，加热15分钟，使黄蜡软化，取出黄蜡后将软化的黄蜡压制成双锥体形状，使两个锥尖的距离在3mm至6mm之间，
将黄蜡放置在温箱中用35°加热15分钟，可使得黄蜡软化，便于用手捏制塑性，或用模具(图中未示出)制成双锥体形状。
两个锥尖的距离在3mm至6mm之间，可保障两个锥尖能够同时插入所述前腔毛坯排气孔12和所述后腔毛坯排气孔22中。
步骤B，将步骤A制成的双锥体形黄蜡的两个锥尖分别插入所述前腔毛坯排气孔12和所述后腔毛坯排气孔22中，压入黄蜡，使双锥体形黄蜡对所述前腔毛坯排气孔12和所述后腔毛坯排气孔22形成封堵，并将高出所述叶尖槽300的黄蜡压入所述叶尖槽300中，使所述叶尖槽300填满黄蜡，
步骤C，将步骤B的完成封堵的涡轮叶片保持叶尖朝上的方向放置于温箱中，温箱温度调至50°，加热30秒～60秒后取出，取出后放置在20°的恒温间中约20分钟，使黄蜡完全冷却凝固，
温箱温度调至50°，加热30秒～60秒，可使填充在所述叶尖槽300中的黄蜡的外部缓慢融化，但黄蜡的中心部分并不会融化，融化的黄蜡通过流体张力可填充至蜡与所述叶尖槽300之间的间隙中，从而起到密封的作用，保障对所述前腔毛坯排气孔12和所述后腔毛坯排气孔22的有效封堵。
步骤D，对完成步骤C操作的涡轮叶片进行流量测量，测量出的数据即为所述后腔机加排气孔24的流量数据。
由于所述前腔毛坯排气孔12和所述后腔毛坯排气孔22均已被黄蜡有效封堵，因此，这种情况下所测得的流量数据，即是无需换算的直接的所述后腔机加排气孔24的流量数据。因此就有效克服了背景技术所述的现有测量方法不能精确反映所述后腔机加排气孔24的流量状态的问题。
由于所述叶尖槽300及所述缺口部301的结构限制，且在进行流量测量时，通常需要将空气压力加压至0.09Mpa，因此常规的类似采用橡胶等材料制造堵头的方法难以确保对所述前腔毛坯排气孔12和所述后腔毛坯排气孔22的有效密封封堵。
本发明通过对黄蜡材料的用量及加热过程的精密控制，即能保障封堵所述前腔毛坯排气孔12和所述后腔毛坯排气孔22的黄蜡材料能够承受0.09Mpa的空气压力，又不会使进入所述前腔10和所述后腔20的黄蜡材料过多，造成后继清除后的黄蜡残留。因此能够直接测量获得所述后腔机加排气孔24的流量状态数据。
步骤E，清除所述涡轮叶片的黄蜡，完成测量。
对于封堵所述前腔毛坯排气孔12和所述后腔毛坯排气孔22的黄蜡材料，可通过使用90°以上的水或油热浴20-30分钟，或者将所述涡轮叶片保持叶尖朝下的方向放置于温箱中，温箱温度调至100°，加热10分钟～20分钟后取出，然后在所述前腔毛坯进气孔11、所述后腔毛坯进气孔21和所述后腔机加进气孔23接入高压空气(例如0.09Mpa)吹除3-5分钟的方法来有效去除黄蜡。
本发明所提供的一种涡轮叶片机加孔空气流量测量方法，可直接测量获得后腔机加排气孔的流量数据，从而避免了现有技术的换算过程带来的误差，有效保障了测量精确性。
本领域技术人员应当理解，虽然本发明是按照多个实施例的方式进行描述的，但是并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案。说明书中如此叙述仅仅是为了清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体加以理解，并将各实施例中所涉及的技术方案看作是可以相互组合成不同实施例的方式来理解本发明的保护范围。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。
Claims (3)
1.一种涡轮叶片机加孔空气流量测量方法。所述涡轮叶片采用空心内冷结构，叶片内部设置有靠近前缘一侧的前腔和靠近后缘一侧的后腔，所述前腔包括前腔毛坯进气孔和前腔毛坯排气孔，所述后腔包括后腔毛坯进气孔、后腔毛坯排气孔、后腔机加进气孔和后腔机加排气孔，所述前腔毛坯排气孔近似于三角形，长度约2.36mm、宽度约1.1mm，所述后腔毛坯排气孔近似于长方形，长度约2.32mm，宽度约1.13mm，在叶尖设置有深2mm的叶尖槽，所述前腔毛坯排气孔和所述后腔毛坯排气孔设置在所述叶尖槽内，所述叶尖槽在叶背方向设置有一个宽2.2mm的缺口部。其包括如下步骤：
步骤A，将一块边长大于等于10mm的正方形黄蜡放置在温箱中加温，温箱温度控制在35°，加热15分钟，使黄蜡软化，取出黄蜡后将软化的黄蜡压制成双锥体形状，使两个锥尖的距离在3mm至6mm之间，
步骤B，将步骤A制成的双锥体形黄蜡的两个锥尖分别插入所述前腔毛坯排气孔和所述后腔毛坯排气孔中，压入黄蜡，使双锥体形黄蜡对所述前腔毛坯排气孔和所述后腔毛坯排气孔形成封堵，并将高出所述叶尖槽的黄蜡压入所述叶尖槽中，使所述叶尖槽填满黄蜡，
步骤C，将步骤B的完成封堵的涡轮叶片保持叶尖朝上的方向放置于温箱中，温箱温度调至50°，加热30秒～60秒后取出，取出后放置在20°的恒温间中约20分钟，使黄蜡完全冷却凝固，
步骤D，对完成步骤C操作的涡轮叶片进行流量测量，测量出的数据即为所述后腔机加排气孔的流量数据。
步骤E，清除所述涡轮叶片的黄蜡，完成测量。
2.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤E中，通过使用90°以上的水或油热浴20-30分钟来清除所述涡轮叶片的黄蜡。
3.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，在步骤D中，在进行流量测量时，将空气压力加压至0.09Mpa。
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