CN114193793A - 一种轴流式压缩机用叶片 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种轴流式压缩机用叶片,包括碳纤维蒙皮、碳纤维碳梁、泡沫芯、实心玻璃纤维预制块和包括长轴、圆盘和块状体的金属叶柄;圆盘上、下面各铣有一个之间距离大于叶根翼型厚度且垂直于挥舞方向的平面;块状体两侧设置有在摆振方向二者尽可能远且避开减重孔侧壁及轮毂上、下盖板的上、下凸台;碳梁竖板上的安装孔套在叶柄圆盘外,卡接在块状体的大底面上,上、下面板根部铺敷在块状体上、下面、泡沫芯上下容纳槽和预制块上下容槽内;碳纤维蒙皮包裹在金属叶柄的块状体、碳梁、泡沫芯和预制块的最外侧。本发明在一阶挥舞频率低的同时二阶摆振频率却尽可能高,一阶挥舞与二阶摆振频率差值大,使轴流式压缩机在一段转速范围内连续稳定运行。
Description
技术领域
本发明属于轴流式压缩机制造领域,涉及一种轴流式压缩机用叶片。
背景技术
北航4米×3米气动声学风洞项目作为国家重点科研项目受到各方关注,该风洞系统为轴流式压缩机系统,主要用途是在风洞实验室进行课题研究时,为洞体内气流循环提供必要的动力。转子叶片作为轴流式压缩机的主要做工部件,寿命长短、工作效率、稳定性等对系统性能有很大影响。由于压缩机转子叶片是在高速旋转状态下工作的,本身受到强大的离心力载荷作用,再加上振动的交变载荷,很容易产生疲劳破坏,因此对叶片进行振动分析十分重要。在本项目中,要求轴流式压缩机的转子叶片能够在一段转速范围内连续稳定运行,即在此转速范围内不发生共振现象,所以设计时需要转子叶片的固有频率避开一个频率范围,满足:一阶固有频率<30Hz,二阶固有频率>100Hz,也就是要求一阶挥舞频率低的同时,二阶摆振频率却尽可能的高,走向相反,且差值很大,成为了本项目叶片的设计难点。
发明内容
本发明的目的就是解决现有技术中存在的上述问题,提供一种一阶挥舞频率低的同时,二阶摆振频率却尽可能的高的一阶挥舞与二阶摆振频率差值大的轴流式压缩机用叶片,该叶片使轴流式压缩机在一段转速范围内连续稳定运行。
为实现上述目的,本发明的技术解决方案是:一种轴流式压缩机用叶片,包括金属叶柄、碳纤维蒙皮、碳纤维碳梁、泡沫芯和实心玻璃纤维预制块;
所述金属叶柄为空心轴,包括一体的长轴、圆盘和块状体;长轴根部加工有与轮毂内环的内螺纹相匹配的外螺纹,其螺纹固定在轮毂内环内,并由螺母和垫圈锁紧固定;圆盘的外径与轮毂外环中心孔配合,其上、下面各铣有一个垂直于挥舞方向的平面,两个平面间的距离大于叶根翼型厚度;所述块状体为梯形,其上、下面与叶片翼型相匹配,其侧面设置有减重孔,其两侧设置有在摆振方向二者尽可能远且避开减重孔的侧壁及轮毂的上、下盖板的上、下凸台,梯形边短的一端有与泡沫芯的插接凸起Ⅱ和凹槽Ⅱ相匹配的凹槽Ⅰ和凸起Ⅰ,上、下凸台及块状体上有贯通的螺纹孔,安装时上、下凸台处与轮毂外环通过螺栓和小螺母锁紧固定;
所述碳纤维碳梁的上、下面板在根部由一体结构的竖板连为一体;竖板上开有一个与叶柄圆盘外径相匹配的安装孔,其安装孔套在叶柄圆盘外,卡接在叶柄块状体的大底面上;上、下面板根部铺敷在块状体的上、下面;
所述泡沫芯的形状与叶片翼型相匹配,长度和宽度小于叶片;其叶根部有与金属叶柄的块状体外壁相匹配的插接槽,插接槽内有插接凸起Ⅱ和凹槽Ⅱ;泡沫芯上、下端面有与碳梁的上、下面板相匹配的上、下容纳槽;泡沫芯根部插接槽插接在叶柄块状体上,碳梁的上、下面板铺敷在泡沫芯的上、下容纳槽内;
所述实心玻璃纤维预制块的形状与叶片翼型的尾部形状相匹配,其上、下端面有与碳梁的上、下面板尾部相匹配的上、下容槽,其置于泡沫芯的尾端,碳梁的上、下面板尾部铺敷在上、下容槽内;
所述碳纤维蒙皮包裹在金属叶柄的块状体、碳纤维碳梁、泡沫芯和实心玻璃纤维预制块的最外侧形成叶片,只有金属叶柄的长轴、圆盘和上、下凸台留在外面。
进一步优选地,所述叶根翼型厚度为134mm,圆盘的外径为170mm,圆盘的两个平面间的距离为155mm。能保证挥舞方向约束边界的截面惯性矩更小。
进一步优选地,所述泡沫芯在泡沫芯模具内发泡成型制成。
进一步优选地,所述实心玻璃纤维预制块在预制块模具内层铺,固化成型,长度为90mm。
进一步优选地,所述碳梁预先在碳梁模具上层铺成型,并用真空泵加压,使铺层致密。
本发明圆盘上、下面各铣有的平面,减小了挥舞方向约束边界的截面惯性矩,达到了摆振刚度不变,挥舞刚度降低的目的;其两侧设置有上、下凸台,相当于增大了叶片约束边界摆振方向的截面惯性矩,可提高叶片摆振方向的刚度。蒙皮叶根、叶尖均连续,碳梁叶根也连续,很好地将叶柄、碳梁、泡沫芯和实心玻璃纤维预制块固定在一起,连接强度高,不易散架,使用寿命长。为了进一步降低叶片一阶挥舞频率,在刚度变化空间不大时,考虑在保证不超过叶片重量要求的前提下,尽可能增加叶片重量,将叶尖处的泡沫芯替换为较重的实心玻璃纤维预制块。
总之,本发明在达到一阶挥舞频率低的同时,二阶摆振频率却尽可能的高的目的,也就是一阶挥舞与二阶摆振频率差值大的目的,该叶片使轴流式压缩机在一段转速范围内连续稳定运行。完全满足了北航4米×3米气动声学风洞项目及类似情况下的使用要求。
附图说明
图1为本发明的主视图;
图2为图1的AA剖视图;
图3为本发明的左视图;
图4为本发明的右视图;
图5为本发明中叶柄的主视图;
图6为图5的BB剖视图;
图7为本发明中叶柄的左视图;
图8为本发明中叶柄的右视图;
图9为本发明中叶柄长轴与轮毂内环的配合结构示意图;
图10为本发明中叶柄圆盘、块状体两侧凸台与轮毂外环配合结构示意图;
图11为本发明中泡沫芯的结构示意图;
图12为本发明中实心玻璃纤维预制块的结构示意图;
图13为本发明中碳梁的结构示意图;
图14为本发明中蒙皮的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的描述。
如图1至图14所示,本实施例轴流式压缩机用叶片12包括金属叶柄1、碳纤维蒙皮5、碳纤维碳梁4、泡沫芯2和实心玻璃纤维预制块3。
所述金属叶柄1为空心轴,其包括一体的长轴101、圆盘102和块状体103。长轴101根部加工有与轮毂内环6的内螺纹相匹配的外螺纹,其螺纹固定在轮毂内环6内,并由螺母7和垫圈8锁紧固定,10为轮毂内环法兰,11为轮毂内环支撑钢管。圆盘102的外径与轮毂外环9中心孔配合,优选地,圆盘102的外径为170mm,其上、下面各铣有一个垂直于挥舞方向的平面1021和1022,两个平面1021和1022间的距离大于叶根翼型厚度;优选地,叶根翼型厚度为134mm,圆盘102的两个平面1021和1022间的距离为155mm,能保证挥舞方向约束边界的截面惯性矩更小。所述块状体103为梯形,其上、下面与叶片翼型相匹配,其侧面设置有减重孔1033,其两侧设置有在摆振方向二者尽可能远且避开减重孔1033的侧壁及轮毂的上、下盖板的上、下凸台1031和1032,梯形边短的一端有与泡沫芯2的插接凸起Ⅱ201和凹槽Ⅱ202相匹配的凹槽Ⅰ1036和凸起Ⅰ1035,上、下凸台1031和1032及块状体103上有贯通的螺纹孔1034,安装时上、下凸台1031和1032处与轮毂外环9通过螺栓15和小螺母14锁紧固定,13为小垫片,16为轮毂外环法兰,17为轮毂外环支撑钢管。
所述碳纤维碳梁4的上、下面板401、402在根部由一体结构的竖板403连为一体。竖板403上开有一个与叶柄圆盘102外径相匹配的安装孔404,其安装孔404套在叶柄圆盘102外,卡接在叶柄块状体103的大底面上;上、下面板401、402根部铺敷在块状体103的上、下面。优选地,所述碳梁4预先在碳梁模具上层铺成型,并用真空泵加压,使铺层致密。
所述泡沫芯2的形状与叶片翼型相匹配,长度和宽度小于叶片。其叶根部有与金属叶柄1的块状体103外壁相匹配的插接槽203,插接槽203内有插接凸起Ⅱ201和凹槽Ⅱ202。泡沫芯2上、下端面有与碳梁4的上、下面板401、402相匹配的上容纳槽204和下容纳槽。泡沫芯2根部插接槽203插接在叶柄块状体103上,碳梁4的上、下面板401、402铺敷在泡沫芯2的上容纳槽204和下容纳槽内。优选地,所述泡沫芯2在泡沫芯模具内发泡成型制成。
所述实心玻璃纤维预制块3的形状与叶片翼型的尾部形状相匹配,其上、下端面有与碳梁4 的上、下面板401、402尾部相匹配的上容槽301和下容槽,其置于泡沫芯2的尾端,碳梁4的上、下面板401、402尾部铺敷在上容槽301和下容槽内。优选地,所述实心玻璃纤维预制块3在预制块模具内层铺,固化成型,长度为90mm。
所述碳纤维蒙皮5包裹在金属叶柄的块状体103、碳纤维碳梁4、泡沫芯2和实心玻璃纤维预制块3的最外侧形成叶片12,只有金属叶柄的长轴101、圆盘102和上、下凸台1031和1032留在外面。
当然,本发明还有其它多种实施例,在不违背本发明精神和实质的情况下,熟悉本领域的技术人员可根据本发明作出相应的改变和变形,但这些相应的改变和变形都应属于等同技术的改进,属于本发明权利要求的保护范围。
Claims (8)
1.一种轴流式压缩机用叶片,其特征在于:包括金属叶柄、碳纤维蒙皮、碳纤维碳梁、泡沫芯和实心玻璃纤维预制块;
所述金属叶柄为空心轴,包括一体的长轴、圆盘和块状体;长轴根部加工有与轮毂内环的内螺纹相匹配的外螺纹,其螺纹固定在轮毂内环内,并由螺母和垫圈锁紧固定;圆盘的外径与轮毂外环中心孔配合,其上、下面各铣有一个垂直于挥舞方向的平面,两个平面间的距离大于叶根翼型厚度;所述块状体为梯形,其上、下面与叶片翼型相匹配,其侧面设置有减重孔,其两侧设置有在摆振方向二者尽可能远且避开减重孔的侧壁及轮毂的上、下盖板的上、下凸台,梯形边短的一端有与泡沫芯的插接凸起Ⅱ和凹槽Ⅱ相匹配的凹槽Ⅰ和凸起Ⅰ,上、下凸台及块状体上有贯通的螺纹孔,安装时上、下凸台处与轮毂外环通过螺栓和小螺母锁紧固定;
所述碳纤维碳梁的上、下面板在根部由一体结构的竖板连为一体;竖板上开有一个与叶柄圆盘外径相匹配的安装孔,其安装孔套在叶柄圆盘外,卡接在叶柄块状体的大底面上;上、下面板根部铺敷在块状体的上、下面;
所述泡沫芯的形状与叶片翼型相匹配,长度和宽度小于叶片;其叶根部有与金属叶柄的块状体外壁相匹配的插接槽,插接槽内有插接凸起Ⅱ和凹槽Ⅱ;泡沫芯上、下端面有与碳梁的上、下面板相匹配的上、下容纳槽;泡沫芯根部插接槽插接在叶柄块状体上,碳梁的上、下面板铺敷在泡沫芯的上、下容纳槽内;
所述实心玻璃纤维预制块的形状与叶片翼型的尾部形状相匹配,其上、下端面有与碳梁的上、下面板尾部相匹配的上、下容槽,其置于泡沫芯的尾端,碳梁的上、下面板尾部铺敷在上、下容槽内;
所述碳纤维蒙皮包裹在金属叶柄的块状体、碳纤维碳梁、泡沫芯和实心玻璃纤维预制块的最外侧形成叶片,只有金属叶柄的长轴、圆盘和上、下凸台留在外面。
2.根据权利要求1所述的轴流式压缩机用叶片,其特征在于:所述叶根翼型厚度为134mm,圆盘的外径为170mm,圆盘的两个平面间的距离为155mm。
3.根据权利要求1或2所述的轴流式压缩机用叶片,其特征在于:所述泡沫芯在泡沫芯模具内发泡成型制成。
4.根据权利要求3所述的轴流式压缩机用叶片,其特征在于:所述实心玻璃纤维预制块在预制块模具内层铺,固化成型,长度为90mm。
5.根据权利要求4所述的轴流式压缩机用叶片,其特征在于:所述碳梁预先在碳梁模具上层铺成型,并用真空泵加压,使铺层致密。
6.根据权利要求1或2所述的轴流式压缩机用叶片,其特征在于:所述实心玻璃纤维预制块在预制块模具内层铺,固化成型,长度为90mm。
7.根据权利要求6所述的轴流式压缩机用叶片,其特征在于:所述碳梁预先在碳梁模具上层铺成型,并用真空泵加压,使铺层致密。
8.根据权利要求1或2所述的轴流式压缩机用叶片,其特征在于:所述碳梁预先在碳梁模具上层铺成型,并用真空泵加压,使铺层致密。
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Legal Events
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---|---|---|---|
PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant |