CN109578084B - 叶片及改进叶片气动性能的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明记载了一种叶片及改进叶片气动性能的方法，该叶片包括叶身和缘板，其中，叶身和缘板连接处具有去除加工圆角的凹槽，所述凹槽内有填充物填充，所述填充物与所述缘板的叶身侧表面共同构成流道面，所述流道面与所述叶身连接处形成锐边。

Description

叶片及改进叶片气动性能的方法
技术领域
本发明涉及航空发动机压气机或者其他透平机械叶片。
背景技术
压气机叶片上叶身与缘板上表面均为气动工作面，由于加工工艺的限制，叶身与缘板连接处存在加工圆角(如图1所示)，圆角的存在，致使单级叶片的压比、流量以及压缩效率降低。
专利文献US20080220207A1公开了一种由复合材料制成的叶片结构，其中在叶根处通过在圆角处提供加强块(forcing block)形成锐边，从而提高叶片的空气动力学的性能。
专利文献US20080135530A1公开了一种通过使用激光在叶片处形成焊接池(weldpool)，加入金属或陶瓷粉末，进而改变叶片端壁的轮廓，从而提高其空气动力学的性能。
在实践中，现有的技术方法是从加工工艺入手，优化圆角半径，减小圆角对气动性能的影响，但无法彻底去除圆角的影响。
发明内容
本发明的目的在于提供一种叶片，其叶身与缘板的连接处具有改进的气动工作面。
本发明的另一目的在于提供一种改进叶片气动性能的方法。
根据本发明的叶片包括叶身和缘板，其中，叶身和缘板连接处具有去除加工圆角的凹槽，所述凹槽内有填充物填充，所述填充物与所述缘板的叶身侧表面共同构成流道面，所述流道面与所述叶身连接处形成锐边。
在一个实施例中，以所述叶片的纵向剖面为参考，所述凹槽包括光滑连接的至少两段圆弧，所述至少两段圆弧包括第一弧和第二弧，其中，第一弧的一端与所述叶身的外表面沿切向连接，第二弧的一端与所述缘板的叶身侧表面沿切向连接。
在一个实施例中，以所述叶片的纵向剖面为参考，所述叶身的压力侧和吸力侧分别具有所述凹槽，且压力侧和吸力侧对应的所述凹槽对称或者非对称。
在一个实施例中，以所述叶片的纵向剖面为参考，所述凹槽包括第一直边、第一圆弧、底边、第二圆弧、第二直边，其中，所述第一圆弧的一端与所述第一直边沿切向连接，另一端与所述底边的一端沿切向连接，所述底边的另一端还与所述第二圆弧的一端沿切向连接，所述第二圆弧的另一端与所述第二直边沿切向连接，所述第二直边与所述缘板的叶身侧表面相交。
在一个实施例中，以所述叶片的纵向剖面为参考，构成所述凹槽的各段圆弧或直边不高于流道面。
在一个实施例中，所述填充物为涂附的高温补剂或者化学沉积的填充材料。
根据本发明的一种改进叶片气动性能的方法，将叶身和缘板连接处的加工圆角挖除，形成凹槽，再于所述凹槽处填充填充物，将所述填充物与所述缘板的叶身侧表面共同构造成流道面，并使所述流道面与所述叶身连接处形成锐边。
在该方法的一个实施例中，通过涂附工艺在所述凹槽中填充高温补剂，使高温补剂固化后与所述缘板的叶身侧表面共同形成流道面。
在该方法的一个实施例中，通过化学沉积工艺填充所述凹槽。
在该方法的一个实施例中，所述填充物为叶片基体材料或者能与基体材料可靠连接并满足工作条件的金属材料。
本发明通过先开槽后填充的方式去除叶身与缘板连接处的圆角，消除了加工圆角对压比、流量、压缩效率的影响，提高了叶片的气动性能。
附图说明
本发明的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：
图1是叶身与缘板连接处存在加工圆角的叶片的局部剖视图。
图2是根据本发明的一实施例的叶片的示意性局部剖视图。
图3是根据本发明的另一实施例的叶片的示意性局部剖视图。
图4是根据本发明的又一实施例的叶片的示意性局部剖视图。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本发明，但是本发明显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本发明的保护范围。
需要注意的是，图2示出了本发明的一个实施例中，这些以及后续其他的附图均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本发明实际要求的保护范围构成限制。
如图1所示，叶身1和缘板3之间的连接处存在加工圆角2，圆角2的存在致使单级叶片的压比、流量以及压缩效率降低。
如图2所示的叶片结构适合于航空发动机压气机或者其他透平机械叶片，其包括榫头20、叶身1以及缘板3。缘板3为叶身1与榫头2的连接部，提供气动工作面，同时起到安装以及封严作用。
在另一实施例中，叶片还可以是静叶，叶身与缘板在叶尖侧连接，叶身与缘板连接处也适合于所述的凹槽－填充结构。
如图2所示，凹槽4设置在叶身1与缘板3之间，凹槽4至少包括两段圆弧，具有半径R1的第一弧6和具有半径R2的第二弧，优选地，R2>R1。其中，第一弧6一端与叶身1的外表面沿切向连接，另一端与第二弧7的一端沿切向连接，第二弧7的另一端与缘板3的上表面即叶身侧表面沿切向连接。在另一实施例中凹槽4可由多于两段的圆弧构成，在此情况下，多段圆弧依次沿切向连接。
在另一实施例中，叶身1与缘板3呈一定角度，如图3所示，在此情况下，叶身1的压力面侧、吸力面侧对应的两个凹槽的结构不完全相同，即二者不对称，右侧第一弧9及右侧第二弧10设计为与左侧圆弧不同的中心位置及半径。同理，凹槽4由多段圆弧构成时，各段圆弧的中心位置及半径也不尽相同。
图4示出了本发明的又一实施例，其着重示出了凹槽的另一种结构形式。凹槽4包括第一直边11、第一圆弧12、底边13、第二圆弧14、第二直边15，其中，第一圆弧12的一端与第一直边11沿切向连接，另一端与底边13沿切向连接，底边13与第二圆弧14沿切向连接，第二圆弧14的另一端与第二直边15沿切向连接，第二直边15与缘板3的上表面相交。
通过前述实施例可以理解到，凹槽4可有多种结构形式，例如由圆弧构成、由直边构成或由圆弧与直边复合而成。
通过前述实施例可以理解到，流道面8包括缘板3的上表面和填充物5的上表面，凹槽4的各段圆弧或直边不高于流道面8。
凹槽4的结构形式及尺寸可根据叶根强度、叶片应力分布、缘板厚度、凹槽加工工艺及填充工艺等灵活选择。
根据本发明的改进叶片气动性能的方法，包括：
在叶片4上去除加工圆角，去除方法可以是机加工，激光切割或者其他合适的方法；
填充凹槽4，在一个实施例中，填充物5可选高温补剂，高温补剂使用前呈膏状，涂附在凹槽4中，固化后与缘板3的上表面共同形成流道面8，并与叶身1的外表面相接，连接处呈锐边。高温补剂以高分子树脂、无机陶瓷聚合物、金属为主体，可用于修复高温工况下零件的磨损、裂纹、凹槽等，例如，HR-8757的最高接触温度可达400℃，工作温度可达350℃，HR-8812的工作温度可达980℃。一般而言，高温补剂由双组份构成，一组份为高分子树脂、陶瓷或金属组成的主剂，另一组份为固化剂，使用前，打磨基体表面并使用丙酮等有机溶剂清洗，保证基体表面清洁，按比例均匀混合高温补剂的双组份，涂抹在基体表面，涂抹时应用力均匀，反复按压。根据叶片的工况，选用合适的高温补剂。
在另一个实施例中采用化学沉积的方法进行填充，填充物5可以采用基体材料，或是能与基体材料可靠连接并满足工作条件的其他金属材料。采用电铸的方法，对凹槽进行电化学沉积，填补凹槽。
可以理解到，前述实施例通过先开槽后填充的方式去除叶身与缘板连接处的圆角，消除了加工圆角对压比、流量、压缩效率的影响，提高了压气机的气动性能。
本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本发明权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种叶片，包括叶身和缘板，其特征在于，叶身和缘板连接处具有去除加工圆角的凹槽，所述凹槽内有填充物填充，所述填充物与所述缘板的叶身侧表面共同构成流道面，所述流道面与所述叶身连接处形成锐边。
2.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，以所述叶片的纵向剖面为参考，所述凹槽包括光滑连接的至少两段圆弧，所述至少两段圆弧包括第一弧和第二弧，其中，第一弧的一端与所述叶身的外表面沿切向连接，第二弧的一端与所述缘板的叶身侧表面沿切向连接。
3.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，以所述叶片的纵向剖面为参考，所述叶身的压力侧和吸力侧分别具有所述凹槽，且压力侧和吸力侧对应的所述凹槽对称或者非对称。
4.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，以所述叶片的纵向剖面为参考，所述凹槽包括第一直边、第一圆弧、底边、第二圆弧、第二直边，其中，所述第一圆弧的一端与所述第一直边沿切向连接，另一端与所述底边的一端沿切向连接，所述底边的另一端还与所述第二圆弧的一端沿切向连接，所述第二圆弧的另一端与所述第二直边沿切向连接，所述第二直边与所述缘板的叶身侧表面相交，所述第一直边与所述叶身的表面相交，构成所述凹槽的各段圆弧和直边不高于流道面。
5.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，以所述叶片的纵向剖面为参考，构成所述凹槽的各段圆弧或直边不高于流道面。
6.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述填充物为涂附的高温补剂或者化学沉积的填充材料。
7.一种改进叶片气动性能的方法，其特征在于，将叶身和缘板连接处的加工圆角挖除，形成凹槽，再于所述凹槽处填充填充物，将所述填充物与所述缘板的叶身侧表面共同构造成流道面，并使所述流道面与所述叶身连接处形成锐边。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过涂附工艺在所述凹槽中填充高温补剂，使高温补剂固化后与所述缘板的叶身侧表面共同形成流道面。
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，通过化学沉积工艺填充所述凹槽。
10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，所述填充物为叶片基体材料或者能与基体材料可靠连接并满足工作条件的金属材料。
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