CN113623021B - 一种变几何低压涡轮导向叶片 - Google Patents

一种变几何低压涡轮导向叶片 Download PDF

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Abstract

本申请属于低压涡轮导向叶片领域，特别涉及一种变几何低压涡轮导向叶片。包括：叶身(1)、上转台(2)、进气部以及下转台(3)。本申请在保证不影响内部冷却通道的基础上针对上下转台的主体部进行沿周向局部挖空设计，具有叶型相适配的形状，并且，保留预定厚度的实体；通过设计凸台结构可以近似形成单道篦齿结构，具有一定的封严功能，防止燃气向外泄露，从配合间隙流入挖空区域。本申请的变几何低压涡轮导向叶片，考虑了叶片冷却、铸造工艺性、封严、重量以及摩擦产生的扭矩等多方面因素。在满足可调叶片功能性要求的基础上，通过局部挖空设计，有效降低叶片重量，提高工艺性，降低摩擦阻力矩，增强柱面配合封严效果。

Description

一种变几何低压涡轮导向叶片
技术领域
本申请属于低压涡轮导向叶片领域，特别涉及一种变几何低压涡轮导向叶片。
背景技术
随着战斗机作战能力需求的提升，需发展具备大起飞推力、优异的高速飞行推力特性和低速飞行油耗低等特征的航空发动机。自适应发动机能够实现大范围热力循环调整和优化，使发动机在多种工作状态下都具有良好的性能，是未来航空发动机发展的重要方向。其中变几何低压涡轮是自适应发动机的重要部件，通过调节导向叶片安装角度，实现低压涡轮流量的调节，增强涡轮功在高低压涡轮间的分配，提高高低压转子转速调节能力。
目前为实现导叶可调功能采用在叶片上下端连接实心圆柱转台的形式，转台上端面为平面，与连接可调机构的转轴相连，下端面为燃气侧，为对应轴向位置的子午流道面。现有技术方案转台设计时为了减小叶片端面的暴露面积、减少叶尖燃气泄漏、保证涡轮效率，圆柱转台将尽可能包容叶型，这就造成转台直径大，除去冷却通道外实体部分多；同时涡轮性能上为了在有限的轴向空间下实现更高效率，子午通道扩张愈发明显。而根据与内外环及可调结构的配合需要，转台冷侧端面需设计成与叶片旋转轴垂直的平面，这就造成转台沿发动机轴向的厚度变化十分显著。上述问题对叶片重量、工艺性将带来显著的影响。以某可调导向叶片为例，仅上转台部分就已经占据了整个叶片重量的60％，若要实现可调则需要更大的力矩；同时从工艺角度考虑，叶身壁厚较薄，壁厚远小于上转台径向厚度，而叶片为整体铸造加工，浇注过程中厚度小的地方冷却快，厚度大的地方冷却慢，这种显著的冷热不均会在转角位置产生较大的热应力，增大铸造难度、结构工艺性差。
因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。
发明内容
本申请的目的是提供了一种变几何低压涡轮导向叶片，以解决现有技术存在的至少一个问题。
本申请的技术方案是：
一种变几何低压涡轮导向叶片，包括：
叶身，所述叶身内部设置有第一冷却通道；
上转台，所述上转台设置在所述叶身的上端，所述上转台内部设置有与所述第一冷却通道连通的第二冷却通道，所述上转台包括第一主体部、第一上端板以及第一下端板，其中，
所述第一主体部沿周向局部挖空，其具有与叶型相适配的实体；
所述第一上端板设置在所述第一主体部的上端，所述第一上端板与可调机构的转轴连接；
所述第一下端板设置在所述第一主体部的下端，所述第一下端板与对应的流道面平行，所述第一下端板的燃气侧设置有第一凸台，所述第一凸台与所述叶身连接；
进气部，所述进气部安装在所述第一上端板上，所述进气部内部设置有与所述第二冷却通道连通的集气腔，所述进气部壁面上开设有进气孔；
下转台，所述下转台设置在所述叶身的下端，所述下转台内部设置有与所述第一冷却通道连通的第三冷却通道，所述下转台包括第二主体部、第二上端板以及第二下端板，其中，
所述第二主体部沿周向局部挖空，其具有与叶型相适配的实体；
所述第二上端板设置在所述第二主体部的上端，所述第二上端板与对应的流道面平行，所述第二上端板的燃气侧设置有第二凸台，所述第二凸台与所述叶身连接；
所述第二下端板设置在所述第二主体部的下端，所述第二下端板与可调机构的转轴连接。
在本申请至少一个实施例中，所述叶身、所述上转台、所述进气部以及所述下转台为一体成型结构。
在本申请至少一个实施例中，所述进气部壁面上沿周向均匀开设有四个进气孔。
在本申请至少一个实施例中，
所述叶身的第一冷却通道具有三个流路，包括靠近前缘的第一流路、中部的第二流路以及靠近尾缘的第三流路；
所述上转台的第二冷却通道具有三个流路，包括与所述第一流路连通的第四流路，与所述第二流路连通的第五流路，与所述第三流路连通的第六流路；
所述下转台的第三冷却通道具有与所述叶身的第二流路连通的一个流路。
在本申请至少一个实施例中，所述第一主体部以及所述第二主体部的厚度为叶片壁面厚度的1～1.5倍。
在本申请至少一个实施例中，所述第一上端板以及所述第二下端板均呈圆形，所述第一上端板以及所述第二下端板的厚度为叶片壁面厚度的1.5倍。
在本申请至少一个实施例中，所述第一下端板以及所述第二上端板的厚度为叶片壁面厚度的1～1.5倍。
在本申请至少一个实施例中，所述第一凸台以及所述第二凸台的厚度为叶片壁面厚度的1～1.5倍。
在本申请至少一个实施例中，
所述第一主体部与所述第一上端板连接处，以及所述第一主体部与所述第一下端板连接处均设置有倒圆；
所述第二主体部与所述第二上端板连接处，以及所述第二主体部与所述第二下端板连接处均设置有倒圆。
在本申请至少一个实施例中，所述第一凸台与所述叶身连接处，以及所述第二凸台与所述叶身连接处均设置有倒圆。
发明至少存在以下有益技术效果：
本申请的变几何低压涡轮导向叶片转台结构，在满足可调叶片功能性要求的基础上，通过局部挖空设计，有效降低叶片重量，提高工艺性，降低摩擦阻力矩，增强柱面配合封严效果。
附图说明
图1是本申请一个实施方式的变几何低压涡轮导向叶片背侧示意图；
图2是本申请一个实施方式的变几何低压涡轮导向叶片盆侧示意图；
图3是图1的A-A截面示意图；
图4是本申请一个实施方式的变几何低压涡轮导向叶片的上转台示意图。
其中：
1-叶身；2-上转台；21-第一主体部；22-第一上端板；23-第一下端板；24-第一凸台；3-下转台；31-第二主体部；32-第二上端板；33-第二下端板；34-第二凸台。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。
下面结合附图1至图4对本申请做进一步详细说明。
本申请提供了一种变几何低压涡轮导向叶片，包括：叶身1、上转台2、进气部以及下转台3。
具体的，叶身1内部设置有第一冷却通道，叶身1的上下端面分别与对应的流道面平行，该叶身1的外侧可形成燃气流道。
上转台2设置在叶身1的上端，上转台2内部设置有与第一冷却通道连通的第二冷却通道，上转台2包括第一主体部21、第一上端板22以及第一下端板23。其中，第一主体部21沿周向局部挖空，其具有与叶型相适配的实体；第一上端板22设置在第一主体部21的上端，第一上端板22与可调机构的转轴连接；第一下端板23设置在第一主体部21的下端，第一下端板23与对应的流道面平行，第一下端板23的燃气侧设置有第一凸台24，第一凸台24与叶身1连接。
进气部安装在第一上端板22上，进气部内部设置有与第二冷却通道连通的集气腔，进气部壁面上开设有进气孔。本实施例中，进气部与可调机构的转轴同轴设置，进气部壁面上沿周向均匀开设有四个进气孔。
进一步，下转台3设置在叶身1的下端，下转台3内部设置有与第一冷却通道连通的第三冷却通道，下转台3包括第二主体部31、第二上端板32以及第二下端板33，其中，第二主体部31沿周向局部挖空，其具有与叶型相适配的实体；第二上端板32设置在第二主体部31的上端，第二上端板32与对应的流道面平行，第二上端板32的燃气侧设置有第二凸台34，第二凸台34与叶身1连接；第二下端板33设置在第二主体部31的下端，第二下端板33与可调机构的转轴连接。
本申请的变几何低压涡轮导向叶片，叶身1内部的第一冷却通道分为三个流路，包括靠近前缘的第一流路、中部的第二流路以及靠近尾缘的第三流路。上转台2的第二冷却通道与叶身1的第一冷却通道相适配，也分为三个流路，分别包括与第一流路连通的第四流路，与第二流路连通的第五流路，与第三流路连通的第六流路。下转台3的第三冷却通道具有与叶身1的第二流路连通的一个流路。冷却气体由进气部的进气孔流入到叶片中，经过进气部的集气腔进入上转台2的第二冷却通道，由第二冷却通道分成三路，一路经过上转台2的第四流路流入叶身1的第一流路后由前缘气膜孔流出，一路经过上转台2的第五流路流入叶身1的第二流路后从下转台3的第三冷却通道流出，最后一路流入上转台2的第六流路流入叶身1的第三流路后从尾缘劈缝流出。
在本申请的优选实施方案中，叶身1、上转台2、进气部以及下转台3为一体成型结构，整体铸造。
在本申请的优选实施方案中，在保证不影响内部冷却通道的基础上针对上下转台的主体部进行沿周向局部挖空设计，具有叶型相适配的形状，并且，保留预定厚度的实体。如图3所示，在本申请的一个实施方式中，第一主体部21以及第二主体部31的厚度为叶片壁面厚度的1～1.5倍，在具体设计时，由于沿轴向转台厚度会显著变薄，使得转台无法沿周向全部挖空，因此，需根据实际转台厚度对轴向终止位置进行适当调整，以保证结构中无壁厚过薄、尖角等易造成局部损伤或产生应力集中的部位。
在本申请的优选实施方案中，为了保证有足够的圆柱面配合面积，便于与可调机构的转轴连接，第一上端板22以及第二下端板33设置呈圆形，第一上端板22以及第二下端板33的厚度优选设置为叶片壁面厚度的1.5倍。本实施例中，第一下端板23以及第二上端板32的厚度优选设置为叶片壁面厚度的1～1.5倍。
在本申请的一个优选实施方式中，第一凸台24以及第二凸台34的厚度为叶片壁面厚度的1～1.5倍。凸台结构可以近似形成单道篦齿结构，具有一定的封严功能，防止燃气向外泄露，从配合间隙流入挖空区域。
在本申请的优选实施方案中，可以通过设置倒圆确保转接位置不产生较大的热应力。本实施例中，第一主体部21与第一上端板22连接处，以及第一主体部21与第一下端板23连接处均设置有倒圆。第二主体部31与第二上端板32连接处，以及第二主体部31与第二下端板33连接处均设置有倒圆。第一凸台24与叶身1连接处，以及第二凸台34与叶身1连接处均设置有倒圆。
本申请的变几何低压涡轮导向叶片，考虑了叶片冷却、铸造工艺性、封严、重量以及摩擦产生的扭矩等多方面因素。在满足可调叶片功能性要求的基础上，通过局部挖空设计，有效降低叶片重量，提高工艺性，降低摩擦阻力矩，增强柱面配合封严效果。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (8)

1.一种变几何低压涡轮导向叶片，其特征在于，包括：
叶身(1)，所述叶身(1)内部设置有第一冷却通道；
上转台(2)，所述上转台(2)设置在所述叶身(1)的上端，所述上转台(2)内部设置有与所述第一冷却通道连通的第二冷却通道，所述上转台(2)包括第一主体部(21)、第一上端板(22)以及第一下端板(23)，其中，
所述第一主体部(21)沿周向局部挖空，其具有与叶型相适配的实体；
所述第一上端板(22)设置在所述第一主体部(21)的上端，所述第一上端板(22)与可调机构的转轴连接；
所述第一下端板(23)设置在所述第一主体部(21)的下端，所述第一下端板(23)与对应的流道面平行，所述第一下端板(23)的燃气侧设置有第一凸台(24)，所述第一凸台(24)与所述叶身(1)连接；
进气部，所述进气部安装在所述第一上端板(22)上，所述进气部内部设置有与所述第二冷却通道连通的集气腔，所述进气部壁面上开设有进气孔；
下转台(3)，所述下转台(3)设置在所述叶身(1)的下端，所述下转台(3)内部设置有与所述第一冷却通道连通的第三冷却通道，所述下转台(3)包括第二主体部(31)、第二上端板(32)以及第二下端板(33)，其中，
所述第二主体部(31)沿周向局部挖空，其具有与叶型相适配的实体；
所述第二上端板(32)设置在所述第二主体部(31)的上端，所述第二上端板(32)与对应的流道面平行，所述第二上端板(32)的燃气侧设置有第二凸台(34)，所述第二凸台(34)与所述叶身(1)连接；
所述第二下端板(33)设置在所述第二主体部(31)的下端，所述第二下端板(33)与可调机构的转轴连接；
所述第一主体部(21)与所述第一上端板(22)连接处，以及所述第一主体部(21)与所述第一下端板(23)连接处均设置有倒圆；
所述第二主体部(31)与所述第二上端板(32)连接处，以及所述第二主体部(31)与所述第二下端板(33)连接处均设置有倒圆；
所述第一凸台(24)与所述叶身(1)连接处，以及所述第二凸台(34)与所述叶身(1)连接处均设置有倒圆。
2.根据权利要求1所述的变几何低压涡轮导向叶片，其特征在于，所述叶身(1)、所述上转台(2)、所述进气部以及所述下转台(3)为一体成型结构。
3.根据权利要求1所述的变几何低压涡轮导向叶片，其特征在于，所述进气部壁面上沿周向均匀开设有四个进气孔。
4.根据权利要求1所述的变几何低压涡轮导向叶片，其特征在于，
所述叶身(1)的第一冷却通道具有三个流路，包括靠近前缘的第一流路、中部的第二流路以及靠近尾缘的第三流路；
所述上转台(2)的第二冷却通道具有三个流路，包括与所述第一流路连通的第四流路，与所述第二流路连通的第五流路，与所述第三流路连通的第六流路；
所述下转台(3)的第三冷却通道具有与所述叶身(1)的第二流路连通的一个流路。
5.根据权利要求1所述的变几何低压涡轮导向叶片，其特征在于，所述第一主体部(21)以及所述第二主体部(31)的厚度为叶片壁面厚度的1～1.5倍。
6.根据权利要求5所述的变几何低压涡轮导向叶片，其特征在于，所述第一上端板(22)以及所述第二下端板(33)均呈圆形，所述第一上端板(22)以及所述第二下端板(33)的厚度为叶片壁面厚度的1.5倍。
7.根据权利要求6所述的变几何低压涡轮导向叶片，其特征在于，所述第一下端板(23)以及所述第二上端板(32)的厚度为叶片壁面厚度的1～1.5倍。
8.根据权利要求7所述的变几何低压涡轮导向叶片，其特征在于，所述第一凸台(24)以及所述第二凸台(34)的厚度为叶片壁面厚度的1～1.5倍。
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