CN109057870B - 涡轮叶片组 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种涡轮叶片组，包括左叶片和右叶片，左叶片和右叶片配对安装于第一涡轮盘的同一个第一榫槽中，左叶片和右叶片均包括呈平行四边形状的叶冠，且左叶片的叶冠和右叶片的叶冠在第一涡轮盘旋转工作时相互抵紧挤压以产生挤压摩擦阻尼，并第一涡轮盘上相邻设置的两组涡轮叶片组在第一涡轮盘旋转工作时存在间隙。或者包括第一叶片和第二叶片，第一叶片和第二叶片分别安装于第二涡轮盘的两个相邻的第二榫槽中，第一叶片和第二叶片均包括呈平行四边形状的叶冠，第一叶片的叶冠和第二叶片的叶冠在第二涡轮盘旋转工作时相互抵紧挤压以产生挤压摩擦阻尼，并第二涡轮盘上相邻设置的两组涡轮叶片组在第二涡轮盘旋转工作时存在间隙。

Description

涡轮叶片组

技术领域

本发明涉及航空发动机领域，特别地，涉及一种涡轮叶片组。

背景技术

当前，航空发动机中的低压或动力涡轮叶片主要为带冠叶片，涡轮叶片带冠有两方面作用，一是降低叶尖的泄漏损失从而提高气动效率；二是降低叶片的振动应力提高疲劳寿命。常见的叶冠主要有锯齿冠和平行冠。锯齿冠依靠装配时的预扭以及工作时离心载荷和气动载荷产生的解扭力矩使得接触面形成挤压力，当叶片振动时，挤压面发生相互摩擦耗散振动能量，这种干摩擦阻尼的减振效果较好；平行冠在装配时，叶冠与叶冠之间留有间隙。当发动机在工作状态时，叶冠之间会发生相互碰撞从而耗散振动能量。

相对于锯齿冠，平行冠形状简单、加工成本低、装拆方便，但减振效果较差、工作寿命低。在当前航空发动机中，高压涡轮叶片短而厚，自身刚性较好，如果带冠的话一般采用平行冠，其目的主要是提高气动效率；与之相反，低压涡轮/动力涡轮叶片长而薄，刚性较弱，振动应力较大，带冠设计更多关注的是叶片减振，因此低压涡轮/动力涡轮叶片广泛采用阻尼减振效果更好的锯齿冠。

相对于平行冠，锯齿冠的减振效果较好，但是设计、加工和装配困难。锯齿冠形状复杂，设计参数较多，增加了设计难度和设计工作量。例如，叶冠的扭转会使叶片变形影响气动性能，因此工程师必须考虑热变形、离心和气动载荷等多种因素对叶片造型进行复杂的几何修正；锯齿冠在加工时需要用到成型砂轮和定位工装，加工精度要求也较高；此外，由于锯齿冠接触面较短，接触应力较大，为了降低磨损，一些锯齿冠还需要在接触面堆焊耐磨合金，这些都增加了生产成本；装配时，锯齿冠不能像平行冠那般单片装拆，而需要动用专用工装进行整环装配。

发明内容

本发明提供了一种涡轮叶片组，以解决现有的平行四边形叶冠减振效果差、工作寿命低的技术问题。

本发明采用的技术方案如下：

一种涡轮叶片组，包括配对设置的左叶片和右叶片，左叶片和右叶片配对安装于第一涡轮盘的同一个第一榫槽中，左叶片和右叶片均包括叶身和连接于叶身顶端且呈平行四边形状的叶冠，且左叶片的叶冠的端面和右叶片的叶冠的端面在第一涡轮盘50旋转工作时相互抵紧以产生挤压摩擦阻尼，并第一涡轮盘50上相邻设置的两组涡轮叶片组在第一涡轮盘旋转工作时存在间隙；或者包括成对设置的第一叶片和第二叶片，第一叶片和第二叶片分别安装于第二涡轮盘的两个相邻的第二榫槽中，第一叶片和第二叶片均包括叶身和连接于叶身顶端且呈平行四边形状的叶冠，且第一叶片的叶冠的端面和第二叶片的叶冠的端面在第二涡轮盘旋转工作时相互抵紧以产生挤压摩擦阻尼，并第二涡轮盘上相邻设置的两组涡轮叶片组在第二涡轮盘旋转工作时存在间隙。

进一步地，涡轮叶片组包括左叶片和右叶片，左叶片的叶冠的端面与右叶片的叶冠的端面之间在第一涡轮盘50未旋转工作前存在安装间隙；或者涡轮叶片组包括第一叶片和第二叶片，第一叶片的叶冠的端面与第二叶片的叶冠的端面之间在第二涡轮盘60未旋转工作前存在安装间隙。

进一步地，左叶片和右叶片还均包括连接于叶身底端的半榫头；左叶片的叶冠上用于挤压右叶片的叶冠的挤压端相对左叶片的半榫头的对称中心面外突L1的长度；右叶片的叶冠上用于挤压左叶片的叶冠的挤压端相对右叶片的半榫头的对称中心面外突L2的长度。

进一步地，L1＝L2或L1>L2或L1<L2。

进一步地，L1≥0或L2≥0。

进一步地，第一叶片和第二叶片还均包括连接于叶身底端的全榫头；第一叶片的全榫头的对称中心面距叶冠上用于挤压第二叶片的叶冠的挤压端的长度为L3，L3大于第一叶片的全榫头的对称中心面距叶冠上与挤压端相对设置的自由端的长度；第二叶片的全榫头的对称中心面距叶冠上用于挤压第一叶片的叶冠的挤压端的长度为L4，L4大于第二叶片的全榫头的对称中心面距叶冠上与挤压端相对设置的自由端的长度。

进一步地，用于安装第一叶片的第二榫槽的对称中心面与用于安装第二叶片的第二榫槽的对称中心面两者间的间距在第一叶片或第二叶片的叶冠的高度处为L5；则：L3+L4>L5。

进一步地，叶冠的厚度由其中部分别向两端逐渐变薄。

进一步地，叶冠的下表面为由中间分别向两端倾斜的斜面。

进一步地，叶冠挤压端的厚度小于其自由端的厚度。

本发明具有以下有益效果：

本发明的涡轮叶片组中，无论是左叶片和右叶片，还是第一叶片和第二叶片，均保留了平行四边形叶冠所具有的形状简单、加工成本低、装拆方便的优点，且通过使左叶片的叶冠的端面和右叶片的叶冠的端面在第一涡轮盘旋转工作时相互抵紧挤压而引入挤压摩擦阻尼，或者通过使第一叶片的叶冠的端面和第二叶片的叶冠的端面在第二涡轮盘旋转工作时相互抵紧挤压而引入挤压摩擦阻尼，解决传统平行四边形叶冠碰撞减振效果差的技术问题；与锯齿冠相比，由于平行四边形叶冠的接触面积大，故而在同等挤压力条件下，平行四边形叶冠间的接触应力小，叶冠更耐磨，从而可提高叶冠的工作寿命；另一方面，通过使相邻设置的两组涡轮叶片组在涡轮盘旋转工作时存在间隙，进而保证安装完成后，相邻设置的两组涡轮叶片组之间留有安装间隙，最终便于使叶片单片装配至榫槽中，降低叶片的安装难度，提高叶片的装配效率。

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是本发明第一优选实施例的涡轮叶片组装设于第一涡轮盘50的第一榫槽中的结构示意图；

图2是图1中左叶片的空间结构示意图；

图3是图1中右叶片的空间结构示意图；

图4是本发明第二优选实施例的涡轮叶片组装设于第二涡轮盘60的第二榫槽中的结构示意图；

图5是图4中第一叶片的空间结构示意图；

图6是图4中第二叶片的空间结构示意图。

图例说明

10、左叶片；20、右叶片；30、第一叶片；40、第二叶片；50、第一涡轮盘；60、第二涡轮盘。

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。

参照图1和图4，本发明的优选实施例提供了一种涡轮叶片组，涡轮叶片组的第一实施例中，如图1所示，其包括配对设置的左叶片10和右叶片20，左叶片10和右叶片20配对安装于第一涡轮盘50的同一个第一榫槽中，左叶片10和右叶片20均包括叶身和连接于叶身顶端且呈平行四边形状的叶冠，且左叶片10的叶冠的端面和右叶片20的叶冠的端面在第一涡轮盘50旋转工作时相互抵紧以产生挤压摩擦阻尼，并第一涡轮盘50上相邻设置的两组涡轮叶片组在第一涡轮盘50旋转工作时存在间隙。涡轮叶片组的第二实施例中，如图4所示，其包括成对设置的第一叶片30和第二叶片40，第一叶片30和第二叶片40分别安装于第二涡轮盘60的两个相邻的第二榫槽中，第一叶片30和第二叶片40均包括叶身和连接于叶身顶端且呈平行四边形状的叶冠，且第一叶片30的叶冠的端面和第二叶片40的叶冠的端面在第二涡轮盘60旋转工作时相互抵紧以产生挤压摩擦阻尼，并第二涡轮盘60上相邻设置的两组涡轮叶片组在第二涡轮盘60旋转工作时存在间隙。

本发明的涡轮叶片组的第一实施例中，由于左叶片10和右叶片20安装于同一个第一榫槽中，从而左叶片10和右叶片20为对半榫头结构，通过使左叶片10的叶冠的端面和右叶片20的叶冠的端面在第一涡轮盘50旋转工作时相互抵紧产生挤压摩擦阻尼进而减振，且通过使第一涡轮盘50上相邻设置的两组涡轮叶片组在第一涡轮盘50旋转工作时存在间隙，进而保证安装完成后，相邻设置的两组涡轮叶片组之间留有安装间隙，便于使左叶片10和右叶片20单片装配至第一榫槽中。同样的，由于第一叶片30和第二叶片40分别安装于两个相邻的第二榫槽中，从而第一叶片30和第二叶片40均为全榫头结构，通过使第一叶片30的叶冠的端面和第二叶片40的叶冠的端面在第二涡轮盘60旋转工作时相互抵紧产生挤压摩擦阻尼进而减振，并通过使第二涡轮盘60上相邻设置的两组涡轮叶片组在第二涡轮盘60旋转工作时存在间隙，进而保证安装完成后，相邻设置的两组涡轮叶片组之间留有安装间隙，便于使第一叶片30和第二叶片40单片装配至第二榫槽中。

本发明的涡轮叶片组中，无论是左叶片10和右叶片20，还是第一叶片30和第二叶片40，均保留了平行四边形叶冠所具有的形状简单、加工成本低、装拆方便的优点，且通过使左叶片10的叶冠的端面和右叶片20的叶冠的端面在第一涡轮盘50旋转工作时相互抵紧挤压而引入挤压摩擦阻尼，或者通过使第一叶片30的叶冠的端面和第二叶片40的叶冠的端面在第二涡轮盘60旋转工作时相互抵紧挤压而引入挤压摩擦阻尼，解决传统平行四边形叶冠碰撞减振效果差的技术问题；与锯齿冠相比，由于平行四边形叶冠的接触面积大，故而在同等挤压力条件下，平行四边形叶冠间的接触应力小，叶冠更耐磨，从而可提高叶冠的工作寿命；另一方面，通过使相邻设置的两组涡轮叶片组在涡轮盘旋转工作时存在间隙，进而保证安装完成后，相邻设置的两组涡轮叶片组之间留有安装间隙，最终便于使叶片单片装配至榫槽中，降低叶片的安装难度，提高叶片的装配效率。

优选地，当涡轮叶片组包括左叶片10和右叶片20时，通过使左叶片10的叶冠的端面与右叶片20的叶冠的端面之间在第一涡轮盘50未旋转工作前存在安装间隙，进而可进一步方便将左叶片10和右叶片20单片装配至第一榫槽中，进一步降低叶片的安装难度，提高叶片的装配效率。或者，当涡轮叶片组包括第一叶片30和第二叶片40时，通过使第一叶片30的叶冠的端面与第二叶片40的叶冠的端面之间在第二涡轮盘60未旋转工作前存在安装间隙，进而可进一步方便将第一叶片30和第二叶片40单片装配至第二榫槽中，进一步降低叶片的安装难度，提高叶片的装配效率。

可选地，如图2和图3所示，左叶片10和右叶片20还均包括连接于叶身底端的半榫头。左叶片10的叶冠上用于挤压右叶片20的叶冠的挤压端相对左叶片10的半榫头的对称中心面外突L1的长度。右叶片20的叶冠上用于挤压左叶片10的叶冠的挤压端相对右叶片20的半榫头的对称中心面外突L2的长度。现有技术中，左叶片10的叶冠上靠近右叶片20的端面与左叶片10的半榫头的对称中心面齐平，为了使左叶片10的叶冠的端面和右叶片20的叶冠的端面在第一涡轮盘50旋转工作时相互抵紧挤压，本发明中，相当于将左叶片10叶冠的一端朝向右叶片20拉伸L1的长度。同样的，现有技术中，右叶片20的叶冠上靠近左叶片10的端面与右叶片20的半榫头的对称中心面齐平，为了使左叶片10的叶冠的端面和右叶片20的叶冠的端面在第一涡轮盘50旋转工作时相互抵紧挤压，本发明中，相当于将右叶片20叶冠的一端朝向左叶片10拉伸L2的长度。

本发明具体实施例中，可以是L1＝L2，便于左叶片10和右叶片20的加工。也可以是L1>L2。还可以是L1<L2。甚至可以是L1≥0或L2≥0。实际加工时，L1和L2的长度根据具体的叶片结构和具体的装配要求确定，只需保证安装于同一个第一榫槽中的左叶片10和右叶片20两者的叶冠在第一涡轮盘旋转工作时相互抵紧产生一定的挤压摩擦阻尼即可，至于L1或L2具体的长度没有限制。

可选地，如图5和图6所示，第一叶片30和第二叶片40还均包括连接于叶身底端的全榫头。第一叶片30的全榫头的对称中心面距叶冠上用于挤压第二叶片40的叶冠的挤压端的长度为L3，L3大于第一叶片30的全榫头的对称中心面距叶冠上与挤压端相对设置的自由端的长度。第二叶片40的全榫头的对称中心面距叶冠上用于挤压第一叶片30的叶冠的挤压端的长度为L4，L4大于第二叶片40的全榫头的对称中心面距叶冠上与挤压端相对设置的自由端的长度。现有技术中，第一叶片30的全榫头的对称中心面距叶冠挤压端和自由端的距离相等，为了使第一叶片30的叶冠的端面和第二叶片40的叶冠的端面在第二涡轮盘60旋转工作时相互抵紧挤压，本发明中，相当于将第一叶片30叶冠的一端朝向第二叶片40拉伸至L3的长度。同样的，现有技术中，第二叶片40的全榫头的对称中心面距叶冠挤压端和自由端的距离相等，为了使第一叶片30的叶冠的端面和第二叶片40的叶冠的端面在第二涡轮盘60旋转工作时相互抵紧挤压，本发明中，相当于将第二叶片40叶冠的一端朝向第一叶片30拉伸至L4的长度。

优选地，设用于安装第一叶片30的第二榫槽的对称中心面与用于安装第二叶片40的第二榫槽的对称中心面两者间的间距在第一叶片30或第二叶片40的叶冠的高度处为L5。则：L3+L4>L5。由于第一叶片30和第二叶片40成对设置，故而第二涡轮盘60上的叶片的数量为偶数。为确保相邻且成对安装的第一叶片30和第二叶片40两者的叶冠在第二涡轮盘60旋转工作时相互抵紧挤压，本发明中，使L3+L4>L5。

可选地，如图2和图3或如图5和图6所示，本发明中，无论是左叶片10和右叶片20或第一叶片30和第二叶片40均相当于在现有的叶冠上拉伸了，为解决叶冠拉伸后的强度问题或叶冠与叶身连接处产生附加力矩的问题，本发明中，使叶冠的厚度由其中部分别向两端逐渐变薄，即使叶冠中间厚、两端薄，且叶冠挤压端的长度拉长而使厚度小于自由端的厚度，从而可在一定程度上弱化叶冠拉伸后的强度问题，并减少叶冠与叶身连接处产生附加力矩的大小。

本发明具体实施例中，通过使叶冠的下表面为由中间分别向两端倾斜的斜面，进而使叶冠中间厚、两端薄。

优选地，叶冠挤压端的厚度小于其自由端的厚度。无论是左叶片10和右叶片20中，还是第一叶片30和第二叶片40，叶片叶冠的挤压端均相对于其自由端拉长了，为了进一步降低拉长后叶冠与叶身连接处产生的附加力矩，本发明优选实施例中，使叶冠挤压端的厚度小于其自由端的厚度，根据力矩计算方法，当叶冠挤压端的长度拉长而使厚度小于自由端的厚度时，可减小叶冠与叶身连接处产生附加力矩的大小。

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 (10)

1.一种涡轮叶片组，其特征在于，

包括配对设置的左叶片(10)和右叶片(20)，所述左叶片(10)和所述右叶片(20)配对安装于第一涡轮盘(50)的同一个第一榫槽中，所述左叶片(10)和所述右叶片(20)均包括叶身和连接于所述叶身顶端且呈平行四边形状的叶冠，且所述左叶片(10)的所述叶冠的端面和所述右叶片(20)的所述叶冠的端面在所述第一涡轮盘(50)旋转工作时相互抵紧以产生挤压摩擦阻尼，并所述第一涡轮盘(50)上相邻设置的两组所述涡轮叶片组在所述第一涡轮盘(50)旋转工作时存在间隙；或者

包括成对设置的第一叶片(30)和第二叶片(40)，所述第一叶片(30)和所述第二叶片(40)分别安装于第二涡轮盘(60)的两个相邻的第二榫槽中，所述第一叶片(30)和所述第二叶片(40)均包括叶身和连接于所述叶身顶端且呈平行四边形状的叶冠，且所述第一叶片(30)的所述叶冠的端面和所述第二叶片(40)的所述叶冠的端面在所述第二涡轮盘(60)旋转工作时相互抵紧以产生挤压摩擦阻尼，并所述第二涡轮盘(60)上相邻设置的两组所述涡轮叶片组在所述第二涡轮盘(60)旋转工作时存在间隙。

2.根据权利要求1所述的涡轮叶片组，其特征在于，

所述涡轮叶片组包括所述左叶片(10)和所述右叶片(20)，所述左叶片(10)的所述叶冠的端面与所述右叶片(20)的所述叶冠的端面之间在所述第一涡轮盘(50)未旋转工作前存在安装间隙；或者

所述涡轮叶片组包括所述第一叶片(30)和所述第二叶片(40)，所述第一叶片(30)的所述叶冠的端面与所述第二叶片(40)的所述叶冠的端面之间在所述第二涡轮盘(60)未旋转工作前存在安装间隙。

3.根据权利要求1所述的涡轮叶片组，其特征在于，

所述左叶片(10)和所述右叶片(20)还均包括连接于所述叶身底端的半榫头；

所述左叶片(10)的所述叶冠上用于挤压所述右叶片(20)的所述叶冠的挤压端相对所述左叶片(10)的所述半榫头的对称中心面外突L1的长度；

所述右叶片(20)的所述叶冠上用于挤压所述左叶片(10)的所述叶冠的挤压端相对所述右叶片(20)的所述半榫头的对称中心面外突L2的长度。

4.根据权利要求3所述的涡轮叶片组，其特征在于，

L1＝L2或L1>L2或L1<L2。

5.根据权利要求4所述的涡轮叶片组，其特征在于，

L1≥0或L2≥0。

6.根据权利要求1所述的涡轮叶片组，其特征在于，

所述第一叶片(30)和所述第二叶片(40)还均包括连接于所述叶身底端的全榫头；

所述第一叶片(30)的所述全榫头的对称中心面距所述叶冠上用于挤压所述第二叶片(40)的所述叶冠的挤压端的长度为L3，L3大于所述第一叶片(30)的所述全榫头的对称中心面距所述叶冠上与挤压端相对设置的自由端的长度；

所述第二叶片(40)的所述全榫头的对称中心面距所述叶冠上用于挤压所述第一叶片(30)的所述叶冠的挤压端的长度为L4，L4大于所述第二叶片(40)的所述全榫头的对称中心面距所述叶冠上与挤压端相对设置的自由端的长度。

7.根据权利要求6所述的涡轮叶片组，其特征在于，

用于安装所述第一叶片(30)的所述第二榫槽的对称中心面与用于安装所述第二叶片(40)的所述第二榫槽的对称中心面两者间的间距在所述第一叶片(30)或所述第二叶片(40)的所述叶冠的高度处为L5；

则：L3+L4>L5。

8.根据权利要求3或6所述的涡轮叶片组，其特征在于，

所述叶冠的厚度由其中部分别向两端逐渐变薄。

9.根据权利要求8所述的涡轮叶片组，其特征在于，

所述叶冠的下表面为由中间分别向两端倾斜的斜面。

10.根据权利要求9所述的涡轮叶片组，其特征在于，

所述叶冠挤压端的厚度小于其自由端的厚度。

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