CN114623101A - 一种可变周向位置的串列叶片 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种可变周向位置的串列叶片，所述串列叶片包括串列布置的前叶和后叶，所述前叶的基座与后叶的基座之间设有周向调节装置，通过周向调节装置调节前叶与后叶的周向位置。所述周向调节装置为榫槽结构。本发明通过将前叶基座与后叶基座分离，前叶的基座与后叶的基座之间通过周向调节装置改变周向位置，可以减少叶片打印的时间成本以及材料成本。

Description

一种可变周向位置的串列叶片

技术领域

本发明涉及叶轮机械领域，特别涉及一种可变周向位置的串列叶片。

背景技术

随着航空燃气轮机的发展，下一代压气机的负荷水平会更高，由于串列叶片在高负荷情况下展现的较高的性能优势，预示着串列叶片将会是未来压气机之中一种重要的选择。而压气机叶片作为压气机中控制气流流动并对气流做功的部件，其结构设计是需要着重关注的。

数值模拟研究表明串列叶片前后叶片相对位置对压气机内的流动有重要影响，为了利用实验研究周向位置对串列叶片的影响，需要加工不同前后叶片相对位置的串列叶片。目前设计的转子叶片数量为47，静子叶片个数为50，研究过程需要变换3-5个转子周向相对位置和变换3-5个静子周向相对位置，需要加工多套叶片大大增加了材料成本和时间成本，这样加工费用十分高昂，对于实验研究来说这是一笔较高的费用。

发明内容

针对现有技术中存在的不足，本发明提供了一种可变周向位置的串列叶片，通过将前叶基座与后叶基座分离，前叶的基座与后叶的基座之间通过周向调节装置改变周向位置，可以减少叶片打印的时间成本以及材料成本。

本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。

一种可变周向位置的串列叶片，所述串列叶片包括串列布置的前叶和后叶，所述前叶的基座与后叶的基座之间设有周向调节装置，通过周向调节装置调节前叶与后叶的周向位置。

进一步，所述周向调节装置为榫槽结构。

进一步，所述榫槽结构包括榫头和榫槽，所述前叶的基座沿周向至少设有1个榫头，所述后叶的基座沿周向设有若干榫槽，通过改变所述榫头与榫槽的配合位置，用于改变前叶与后叶的周向位置。

进一步，所述榫槽结构包括榫头和榫槽，所述前叶的基座沿周向设有若干榫槽，所述后叶的基座沿周向至少设有1个榫头，通过改变所述榫头与榫槽的配合位置，用于改变前叶与后叶的周向位置。

进一步，所述基座呈燕尾型或者工字型。

进一步，所述前叶的基座与后叶的基座分别设有连接孔，通过紧固件使前叶的基座与后叶的基座固定。

进一步，所述基座包括基座榫头和底板，所述基座榫头上设有榫槽或榫头，所述基座榫头上部设底板，所述底板上设有叶身。

本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的可变周向位置的串列叶片，通过将前叶基座与后叶基座分离，前叶的基座与后叶的基座之间通过周向调节装置改变周向位置，可减少叶片打印的时间成本以及材料成本。

2.本发明所述的可变周向位置的串列叶片，榫槽结构包括榫头和榫槽，所述前叶或后叶的基座沿周向至少设有1个榫头，对应的后叶或前叶的基座沿周向设有若干榫槽，通过改变所述榫头与榫槽的配合位置，用于改变前叶与后叶的周向位置，这样设计可以通过榫头与不同的榫槽配合，形成多组周向位置不同的串列叶片，从而进行多组周向位置不同的串列叶片的实验研究。

3.本发明所述的可变周向位置的串列叶片，叶片通过榫槽结构定位的方式可实现改变叶片周向相对位置。在串列叶片变周向位置的研究过程中，极大的减小了打印的叶片数。以3D打印方式为例，一套转子叶片和一套静子叶片加工的费用约8万元，研究过程需要变换3-5个转子周向相对位置和3-5个静子周向相对位置，总加工费用接近40万元，而本发明采用一套叶片即可实现3-5种不同相对周向位置的的变化，成本可控在8万左右，加工成本可控制在原来的20％-30％，同时加工时间成本也可以缩短到原来的20％-30％。

4.本发明所述的可变周向位置的串列叶片，由于榫槽结构只起到定位作用，并不受力，本发明前叶的基座与后叶的基座分别设有连接孔，通过紧固件使前叶的基座与后叶的基座固定，前后基座的约束力由紧固件提供。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，显而易见地还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为串列叶型几何示意图。

图2为本发明实施例1的串列转子前叶三维图。

图3为本发明实施例1的串列转子后叶三维图。

图4为本发明实施例1的前叶基座和后叶基座安装示意图。

图5为本发明实施例1的串列转子前叶和串列转子后叶第一种周向安装位置。

图6为本发明实施例1的串列转子前叶和串列转子后叶第二种周向安装位置。

图7为本发明实施例1的串列转子前叶和串列转子后叶第三种周向安装位置。

图8为本发明实施例2的串列静子前叶三维图。

图9为本发明实施例2的串列静子后叶三维图。

图中：

1-叶身；2-底板；3-基座榫头；4-螺栓连接孔；5-榫头；6-榫槽。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本发明作进一步的说明，但本发明的保护范围并不限于此。

下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其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。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“轴向”、“径向”、“竖直”、“水平”、“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发明和简化描述，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发明的限制。此外，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。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

图1是串列叶片的叶型几何示意图。相比于常规的单一叶片，串列叶片包含了前后叶片，其中前后排叶片的相对位置对串列叶片的性能有较为显著的影响。在这里需要强调周向相对位置的定义，周向相对位置用后排叶片前缘较大的周向坐标减去前排叶片尾缘较小的周向坐标来表示，并以栅距无量纲化得：如图1所示的串列叶片中，前排叶片和后排叶片的周向相对位置(PP)可表示为：PP＝Δs/s；其中s为相邻叶片的距离，称为栅距，∧s为前叶尾缘与后叶前缘的周向距离。现有技术中在压气机叶片的设计结构主要包括叶身，底板和基座等部分，串列叶片基座往往是一体式燕尾型榫头，GE(通用)公司设计的串列叶片，其中基座主要用于将叶片连接并固定在轮毂上，但其无法实现周向调节。

实施例1为可变周向位置的串列转子叶片，如图2和图3所示，所述串列转子叶片包括串列布置的转子前叶和转子后叶，所述转子前叶的基座与转子后叶的基座为分体结构，所述转子前叶的基座与转子后叶的基座通过榫槽结构连接。所述榫槽结构包括榫头5和榫槽6，所述转子前叶的基座沿周向至少设有1个榫头5，所述转子后叶的基座沿周向均布若干榫槽6，通过改变所述榫头5与榫槽6的配合位置，用于改变转子前叶与转子后叶的周向位置。

如图4所示，所述转子前叶的基座和转子后叶的基座均包括基座榫头3和底板2，所述基座榫头3上部设底板2，所述底板2上设有叶身1。不同的是转子前叶的基座榫头3上设有榫头5，转子后叶的基座榫头3上设有榫槽6。由于转子是旋转部件，所述基座榫头3呈燕尾型，所述转子前叶的基座与转子后叶的基座分别设有连接孔4，通过紧固件使前叶的基座与后叶的基座固定。由于基座榫头3呈燕尾型，所以连接孔4的位置在榫槽6或榫头5的下方。

实施例1中，转子前叶和转子后叶的叶身1分别以合适的位置固定在底板2上，前叶基座为榫头结构，后叶基座为榫槽结构，基座和叶片可以通过3D打印或者金属机械加工得到。所述转子前叶的基座沿周向均布设有3个榫头5，所述转子后叶的基座沿周向均布设有5个榫槽6，转子前叶的基座和转子后叶的基座之间有3种组合方式对应三种不同的周向相对位置的变化，如图5、图6和图7所示；若转子前叶的基座的榫头个5数为1，则转子前叶的基座和转子后叶的基座之间的组合方式可增到5种。转子前叶的基座和转子后叶的基座通过螺栓拉紧，提供前后排转子叶片间的轴向力以及周向摩擦力。在前后排叶片的连接方式中，榫槽结构只起到定位作用，并不受力，前后基座的约束力是由螺栓拉紧提供的。

实施例2为可变周向位置的串列静子叶片，如图8和图9所示，所述串列静子叶片包括串列布置的静子前叶和静子后叶，所述静子前叶的基座与静子后叶的基座为分体结构，所述静子前叶的基座与静子后叶的基座通过榫槽结构连接。所述榫槽结构包括榫头5和榫槽6，所述静子后叶的基座沿周向至少设有1个榫头5，所述静子前叶的基座沿周向均布若干榫槽6，通过改变所述榫头5与榫槽6的配合位置，用于改变静子前叶与静子后叶的周向位置。

所述静子前叶的基座和静子后叶的基座均包括基座榫头3和底板2，所述基座榫头3上部设底板2，所述底板2上设有叶身1。不同的是静子前叶的基座榫头3上设有榫槽6，静子后叶的基座榫头3上设有榫头5。由于静子是非旋转部件，所述基座榫头3呈工字型，所述静子前叶的基座与静子后叶的基座分别设有连接孔4，通过紧固件使前叶的基座与后叶的基座固定。由于基座榫头3呈燕尾型，所以连接孔4的位置在榫槽6或榫头5的上方。

实施例2中，静子前叶和静子后叶的叶身1分别以合适的位置固定在底板2上，前叶基座为榫头结构，后叶基座为榫槽结构，基座和叶片可以通过3D打印或者金属机械加工得到。所述静子后叶的基座沿周向均布设有3个榫头5，所述静子前叶的基座沿周向均布设有5个榫槽6，静子前叶的基座和静子后叶的基座之间有3种组合方式对应三种不同的周向相对位置的变化；若静子后叶的基座的榫头个5数为1，则静子前叶的基座和静子后叶的基座之间的组合方式可增到5种。静子前叶的基座和静子后叶的基座通过螺栓拉紧，提供前后排静子叶片间的轴向力以及周向摩擦力。在前后排叶片的连接方式中，榫槽结构只起到定位作用，并不受力，前后基座的约束力是由螺栓拉紧提供的。

应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施例的具体说明，它们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明技艺精神所作的等效实施例或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种可变周向位置的串列叶片，所述串列叶片包括串列布置的前叶和后叶，其特征在于，所述前叶的基座与后叶的基座之间设有周向调节装置，通过周向调节装置调节前叶与后叶的周向位置。

2.根据权利要求1所述的可变周向位置的串列叶片，其特征在于，所述周向调节装置为榫槽结构。

3.根据权利要求1所述的可变周向位置的串列叶片，其特征在于，所述榫槽结构包括榫头(5)和榫槽(6)，所述前叶的基座沿周向至少设有1个榫头(5)，所述后叶的基座沿周向设有若干榫槽(6)，通过改变所述榫头(5)与榫槽(6)的配合位置，用于改变前叶与后叶的周向位置。

4.根据权利要求1所述的可变周向位置的串列叶片，其特征在于，所述榫槽结构包括榫头(5)和榫槽(6)，所述前叶的基座沿周向设有若干榫槽(6)，所述后叶的基座沿周向至少设有1个榫头(5)，通过改变所述榫头(5)与榫槽(6)的配合位置，用于改变前叶与后叶的周向位置。

5.根据权利要求1所述的可变周向位置的串列叶片，其特征在于，所述基座呈燕尾型或者工字型。

6.根据权利要求1-5任一项所述的可变周向位置的串列叶片，其特征在于，所述前叶的基座与后叶的基座分别设有连接孔(4)，通过紧固件与所述连接孔(4)配合使前叶的基座与后叶的基座固定。

7.根据权利要求1-5任一项所述的可变周向位置的串列叶片，其特征在于，所述基座包括基座榫头(3)和底板(2)，所述基座榫头(3)上设有榫槽(6)或榫头(5)，所述基座榫头(3)上部设底板(2)，所述底板(2)上设有叶身(1)。

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