CN111322117B - 一种发动机涡轮叶片装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种发动机涡轮叶片装置，包括依次连接的榫头、叶身、叶冠，还包括：第一腔室，靠近叶片前缘，贯穿于所述榫头、所述叶身、所述叶冠；第二腔室，靠近叶片尾缘，设置于所述叶身内且与所述第一腔室方向大致一致；通道，联通所述第一腔室与所述第二腔室；采用本发动机涡轮叶片装置，该叶片内部设有多个相互连通的空腔结构，该空腔的几何形状使得叶根部位强度增强，在不改变叶片翼型及不改变叶片根部强度的情况下减少了叶片的质量，减小叶根部分的负荷，该内腔设计使得叶片重量减少了10％左右，叶根处最大应力减小了20％左右。

Description

一种发动机涡轮叶片装置
技术领域
本发明涉及航空发动机技术领域，特别涉及一种发动机涡轮叶片装置。
背景技术
涡轮部件在航空涡轮发动机中起到将高温燃气的内能转化为机械能的功能，动力涡轮叶片长期工作在高温、高压、高转速条件下，由于高转速及气动力的作用，叶片根部会产生较大的应力，这种应力集中的现象会极大影响叶片的性能及使用寿命。目前国内外大多数动力涡轮叶片为实心叶片，由于考虑到气动性能，很难对叶形从机械性能方面进行优化改进，涡轮转子部件在工作状态下承载了巨大的离心载荷，叶片根部产生很大的应力，严重影响了叶片的使用寿命。随着航空发动机对性能要求的不断提高，涡轮部件的工作环境越发苛刻，传统的实心叶片寿命低、可靠性低的缺点越发明显，已无法满足高质量的使用要求。
发明内容
本发明的目的在于克服上述不足，提供一种发动机涡轮叶片装置，该叶片内部设有多个空腔结构，该空腔的几何形状使得叶根部位强度增强，降低叶片重量，降低了叶片叶根部位的应力等级；该空腔结构减小了叶片的总重量的10％，调整了原始叶片的质量分布，从而减小了叶片根部的应力等级。
本发明提供的具体技术方案如下：
一种发动机涡轮叶片装置，包括依次连接的榫头、叶身、叶冠，还包括：
第一腔室，靠近叶片前缘，贯穿于所述榫头、所述叶身、所述叶冠；
第二腔室，靠近叶片尾缘，设置于所述叶身内且与所述第一腔室方向大致一致；
通道，连通所述第一腔室与所述第二腔室；
使得所述叶片装置的质量减小，重心调整，以减小叶片根部的应力。
需要说明的是，该叶片装置通过贯穿于所述榫头、所述叶身、所述叶冠的第一腔室、密封于所述叶身内的所述第二腔室，以及连接所述第一腔室和所述第二腔室的通道的设置，在不改变叶片翼型及不改变叶片根部强度的情况下减少了叶片的质量，改变叶型质心，通过质心的偏移使之产生一定的反向离心弯矩以抵消气动弯矩，减小叶根部分的负荷。该内腔设计使得叶片重量减少了10％左右，叶根处最大应力减小了20％左右。
降低了叶片叶根部位的应力等级。
优选地，所述第一腔室在所述榫头端部开口的几何中心与所述榫头端部截面的几何中心重合；所述第一腔室在所述叶冠两篦间开口的几何中心与所述叶冠端部截面的几何中心重合。
需要说明的是，使得榫头上的应力可以更均匀的分布；使得叶冠部分的应力可以更平均的分布。
优选地，所述第一腔室由所述叶冠至所述叶身根部截面积逐渐增大。
优选地，所述第一腔室在靠近叶根部位的叶盆方向呈内缩，使得所述叶根部位强度增加。
需要说明的是，在靠近叶根部位所述第一腔室在叶盆方向内缩，这使得在所述叶盆方向的壁厚增加，所述叶根部位强度增加，满足了叶片根部抵抗应力的能力。
需要说明的是，所述第一腔室在所述榫头端部的开口及在所述叶冠两篦间的开口边缘均由圆弧连接，减小了应力集中。
优选地，所述第二腔室呈纺锤形结构，其两端至所述叶身的两端距离均为d，所述叶身总长为L，且d＝20％L。
需要说明的是，由于所述第二空腔并未到达叶根部位及叶尖部位，叶根部位具有一个较大的受力面积，减小了叶根部位的应力等级。
优选地，所述通道两端分别与所述第一腔室及所述第二腔室的中部相连接。
优选地，所述通道内腔截面为多边形。
优选地，所述通道内腔截面为圆形。
需要说明的是，所述圆柱形管道将所述第一腔室及所述第二腔室联通，使得该空腔结构没有封闭的腔体，所以具有该空腔结构的叶片既可以通过传统铸造生产也可以通过增材制造生产。
本发明的有益效果为：
本发明提供的发动机涡轮叶片装置，该叶片内部设有多个空腔结构，该空腔的几何形状使得叶根部位强度增强，在不改变叶片翼型及不改变叶片根部强度的情况下减少了叶片的质量，改变叶型质心，通过质心的偏移使之产生一定的反向离心弯矩以抵消气动弯矩，减小叶根部分的负荷，该内腔设计使得叶片重量减少了10％左右，叶根处最大应力减小了20％左右，极大改善了叶片的性能及使用寿命。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1是本发明叶片结构示意图；
图2是图1的剖视图；
图3是图2的E-E剖视图；
图4是图2的F-F剖视图；
图5是图1的A向视图；
图6是叶冠结构示意图；
图7是图2的B向视图。
其中：1—叶冠；2—叶身；3—榫头；4—篦齿；5—第一腔室；5-1—小腔口；5-2—大腔口；6—第二腔室；7—通道；8—半圆弧。
具体实施方式
如在说明书及权利要求当中使用了某些词汇来指称特定组件。本领域技术人员应可理解，硬件制造商可能会用不同名词来称呼同一个组件。本说明书及权利要求并不以名称的差异来作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异来作为区分的准则。如在通篇说明书及权利要求当中所提及的“包含”为一开放式用语，故应解释成“包含但不限定于”。术语“第一”、“第二”、仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量；“多个”指等于或多于两个；说明书后续描述为实施本申请的较佳实施方式，然所述描述乃以说明本申请的一般原则为目的，并非用以限定本申请的范围。本申请的保护范围当视所附权利要求所界定者为准。
参照图1—图7，本发明的一个实施例，一种发动机涡轮叶片装置，包括依次连接的榫头3、叶身2、叶冠1，还包括：
第一腔室5，靠近叶片前缘，贯穿于所述榫头3、所述叶身2、所述叶冠1，所述第一腔室5由所述叶冠1至所述叶身2根部截面积逐渐增大；
第二腔室6，靠近叶片尾缘，设置于所述叶身2内且与所述第一腔室5方向大致一致；
通道7，连通所述第一腔室5与所述第二腔室8；
使得所述叶片装置质量减小，重心调整，以减小叶片根部的应力。
需要说明的是，该叶片装置通过贯穿于所述榫头3、所述叶身2、所述叶冠1的第一腔室5、密封于所述叶身内的所述第二腔室6，以及连接所述第一腔室5和所述第二腔室6的通道7的设置，在不改变叶片翼型及不改变叶片根部强度的情况下减少了叶片的质量，改变叶型质心，通过质心的偏移使之产生一定的反向离心弯矩以抵消气动弯矩，减小叶根部分的负荷。该内腔设计使得叶片重量减少了10％左右，叶根处最大应力减小了20％左右，极大改善了叶片的性能及使用寿命。
优选地，所述第一腔室5在靠近叶根部位的叶盆方向呈内缩，使得所述叶根部位强度增加；
优选地，所述第一腔室5在所述榫头3端部的大腔口5-2，所述大腔口5-2由两个半圆与一个长方形组成，所述第一腔室5在所述榫头3端部大腔口5-2的几何中心与所述榫头3端部截面的几何中心重合；
优选地，所述第一腔室5在所述叶冠1两个篦齿4间小腔口5-1，所述第一腔室5在所述叶冠1两个篦齿4间小腔口5-1的几何中心与所述叶冠1端部截面的几何中心重合。
需要说明的是，这使得榫头上的应力可以更均匀的分布；使得叶冠部分的应力可以更平均的分布。
优选地，所述第二腔室6呈纺锤形结构，其两端至所述叶身2的两端距离均为d，所述叶身总长为L，且d＝20％L。
需要说明的是，由于所述第二空腔6并未到达叶根部位及叶尖部位，叶根部位具有一个较大的受力面积，减小了叶根部位的应力等级。
优选地，所述通道7两端分别与所述第一腔室5及所述第二腔室6的中部相连接。
优选地，所述通道7内腔截面为多边形。
优选地，所述通道7内腔截面为圆形。
需要说明的是，该叶片装置通过贯穿于所述榫头3、所述叶身2、所述叶冠1的第一腔室5、密封于所述叶身内的所述第二腔室6，以及连接所述第一腔室5和所述第二腔室6的通道7的设置，在不改变叶片翼型及不改变叶片根部强度的情况下减少了叶片的质量，改变叶型质心，通过质心的偏移使之产生一定的反向离心弯矩以抵消气动弯矩，减小叶根部分的负荷，降低了叶片叶根部位的应力等级。该内腔设计使得叶片重量减少了10％左右，叶根处最大应力减小了20％，左右极大改善了叶片的性能及使用寿命。
在靠近叶根部位所述第一腔室5在叶盆方向内缩，这使得在所述叶盆方向的壁厚增加，所述叶根部位强度增加，满足了叶片根部抵抗应力的能力。
所述第一腔室5在所述榫头3端部的开口及在所述叶冠1两篦间的开口边缘均由圆弧连接，减小了应力集中。
需要说明的是，所述圆柱形通道7将所述第一腔室5及所述第二腔室6联通，使得该空腔结构没有封闭的腔体，所以具有该空腔结构的叶片既可以通过传统铸造生产也可以通过增材制造生产。
上述说明示出并描述了本申请的若干优选实施例，但如前所述，应当理解本申请并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述申请构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本申请的精神和范围，则都应在本申请所附权利要求的保护范围内。

Claims (7)

1.一种发动机涡轮叶片装置，包括依次连接的榫头、叶身、叶冠，其特征在于：还包括：
第一腔室，靠近叶片前缘，贯穿于所述榫头、所述叶身、所述叶冠，且在靠近叶根部位的叶盆方向呈内缩，使得在所述叶盆方向的壁厚增加，以增加叶根部位强度；
第二腔室，靠近叶片尾缘，设置于所述叶身内且与所述第一腔室方向大致一致，呈纺锤形结构，且其两端至所述叶身的两端距离相等；
通道，连通所述第一腔室与所述第二腔室；
使得所述叶片装置质量减小，质心偏移，产生的反向离心弯矩抵消气动弯矩以减小叶根部分的负荷。
2.根据权利要求1所述的发动机涡轮叶片装置，其特征在于，所述第一腔室在榫头端部开口的几何中心与榫头端部截面的几何中心重合；所述第一腔室在叶冠两篦间开口的几何中心与叶冠端部截面的几何中心重合。
3.根据权利要求2所述的发动机涡轮叶片装置，其特征在于，所述第一腔室由所述叶冠至叶身根部截面积逐渐增大。
4.根据权利要求3所述的发动机涡轮叶片装置，其特征在于，所述第二腔室其两端至所述叶身的两端距离均为d，所述叶身总长为L，且d＝20％L。
5.根据权利要求4所述的发动机涡轮叶片装置，其特征在于，所述通道两端分别与所述第一腔室及所述第二腔室的中部相连接。
6.根据权利要求5所述的发动机涡轮叶片装置，其特征在于，所述通道内腔截面为多边形。
7.根据权利要求5所述的发动机涡轮叶片装置，其特征在于，所述通道内腔截面为圆形。
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