CN118292952A - 一种涡轮叶片轴向定位结构 - Google Patents

Abstract

本发明属于机械结构技术领域，涉及航空发动机结构，特别涉及叶片定位方式。涉及一种涡轮叶片轴向定位结构。所述定位结构为薄片状，中部设有凸起，两边弯折，采用弹性金属材料制成；若干个所述轴向定位结构共同组成圆环状，实现对整周叶片的轴向固定，涡轮叶片轴向定位结构挡板装配后可将预弯产生的弹力转化为轴向压紧力，实现叶片的轴向定位，装配和加工简单，可避免锁片的定位失效风险和螺栓挡板对寿命和效率影响，提高可靠性和寿命。本发明利用简单的挡板即实现了涡轮叶片的轴向定位，方法简单可靠成本低。

Description

一种涡轮叶片轴向定位结构

技术领域

本发明属于机械结构技术领域，涉及航空发动机结构，特别涉及叶片定位方式。涉及一种涡轮叶片轴向定位结构。

背景技术

涡轮是航空发动机的主要部件之一，是将高温高压燃气的能量转变为动能和机械能的叶轮机械。涡轮是由不旋转的静子部分和旋转的转子部分组成。转子部分主要有工作叶片、涡轮盘和涡轮轴组成。

转子的连接结构中，叶片与盘的连接是非常重要的，叶片用榫头和涡轮盘连接，实现叶片的径向定位，它是发动机中负荷较大的部分。现代航空燃气涡轮中，最广泛应用的是枞树形榫头连接，榫头呈楔形，两侧是对称分布的梯形半圆形齿。

叶片的轴向定位一般采用以下两种方式：

(1)锁片锁紧结构

锁片通过冲锁后与涡轮盘盘面贴合，实现叶片的轴向定位。

锁片锁紧结构存在的主要问题是，锁片冲锁容易不到位，造成叶片的轴向活动量过大，引起转子重心变化，易导致转子振动大；同时冲锁易产生裂纹和二次冲锁，加大了锁片断裂，叶片定位失效的风险。为适应锁片，需改进榫头设计，无法实现通用性设计。

(2)螺栓挡板定位结构

前、后挡板通过横穿涡轮盘的螺栓固定在盘面上，实现叶片的轴向定位。螺栓挡板结构存在的主要问题是，需在涡轮盘开孔，产生应力集中，降低涡轮盘寿命，同时螺栓头部凸出盘体，转子转动时，扰动周围的气流，造成温升，影响涡轮效率。

发明内容

发明目的

本发明要解决的技术问题是提供了一种新型的涡轮叶片轴向定位结构，降低锁片结构的断裂风险和螺栓挡板结构对寿命和效率的影响。提供了一种新型的涡轮叶片轴向定位结构，降低锁片结构的断裂风险和螺栓挡板结构对寿命和效率的影响。

技术方案

一种涡轮叶片轴向定位结构，所述定位结构为薄片状，中部设有凸起，两边弯折，采用弹性金属材料制成；若干个所述轴向定位结构共同组成圆环状，实现对整周叶片的轴向固定，装配步骤如下：

1将部分涡轮叶片装入涡轮盘榫槽内，将叶片挡板槽与涡轮盘挡板槽轴向位置对齐。

2从圆周切向方向将挡板装入挡板槽内，依次类推直至装至最后一片挡板槽。

3利用挡板上的圆形孔，使用工装调整各挡板间的周向间隙。

4使用工装测量最后一片挡板的装配位置的周向宽度，并对最后一片进行切割和折弯。

5装入最后的几片涡轮叶片，并将已经折弯的最后一片挡板装入挡板槽内，并使用滚压工装对最后一片挡板进行压平，最终挡板发生变形进入挡板槽内形成锁紧。

进一步的，所述轴向定位结构弯折部分的弯折度不大于20°，避免过大弯折产生较尖锐弯折痕。

进一步的，所述轴向定位结构厚度不大于1mm，在满足强度的前提下降低转子质量。

进一步的，所述轴向定位结构的整体长度应与叶片和涡轮盘结合后的高度相匹配。

进一步的，所述轴向定位结构与涡轮盘盘缘接触面表面粗糙度不大于Ra3.2。

进一步的，所述轴向定位结构的扇形角度为10°-15°，角度过大则装配难度提高，角度过小则数量增加且装配繁琐。

进一步的，相邻所述轴向定位结构的周向间隙不大于0.1mm，挡板离燃气侧较近，温度较高，需考虑热膨胀，如间隙过小会导致热态发生周向挤压。

进一步的，相邻所述轴向定位结构的跳动量不大于0.05mm。

进一步的，相邻所述轴向定位结构上设有工艺孔，用于调整周向间隙保证均匀。利用叶片缘板和涡轮盘的预制凹槽实现无需螺栓固定即可实现叶片轴向定位。

本申请的有益效果在于：

新型的涡轮叶片轴向定位结构挡板装配后可将预弯产生的弹力转化为轴向压紧力，实现叶片的轴向定位，装配和加工简单，可避免锁片的定位失效风险和螺栓挡板对寿命和效率影响，提高可靠性和寿命。本发明利用简单的挡板即实现了涡轮叶片的轴向定位，方法简单可靠成本低。

附图说明

图1为本发明装配中间过程示意图

图2为本发明背景技术的结构示意图；

图3为本发明结构示意图；

图4为本发明实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步描述。以下所述仅为本发明一部分实施例，非全部实施例。基于本发明实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

新型的涡轮叶片轴向定位结构挡板如图1所示，挡板装配于叶片缘板和涡轮盘预制的凹槽内，由于挡板预制弯曲的原因，可将弹力转化为轴向压力，可保证叶片的轴向定位，可克服锁片锁紧结构定位失效的缺点。

叶片缘板和涡轮盘预制的凹槽均可通过车削工艺实现，加工简单，不会对叶片和涡轮盘的应力水平产生影响，可克服螺栓挡板的缺点。

新型的涡轮叶片轴向定位结构挡板和挡板上的工艺孔均可通过板材冲压的方式进行加工，无需高精度设备，成本较低，可实现大批量生产。

从圆周切向方向将挡板装入挡板槽内，依次类推直至装至最后一片挡板槽如图2所示。

新型的涡轮叶片轴向定位结构挡板的周向位置结构如图3所示，可使用工艺孔对挡板的周向位置进行调整，以确保挡板间的周向间隙。最后一块挡板可根据实际间隙结果进行补充加工，以补偿挡板在加工和装配过程中产生的误差。由于安装最后一块挡板时已无空间进行装配，因此需对最后一块进行弯曲变形，如图4所示，后续通过专用工装对挡板进行压平，以完成装配。

新型的涡轮叶片轴向定位结构挡板完成安装后，即可实现叶片的轴向方向的前、后定位，可取消前挡板。

如需分解则需破坏最后的挡板补偿块，其他挡板即可使用工艺孔进行周向串动，依次退出。后续复装仅需重新加工挡板补偿块，其余挡板无需更换，且补偿块尺寸亦无需改变。

挡板预弯，与预制凹槽配合，将弹力转化为轴向压紧力。挡板设计为扇形，非整环，便于装配。挡板中部设计工艺孔，便于使用工装对挡板的周向位置进行调整。挡板使用板材冲压，加工成本低、效率高。涡轮盘预制凹槽加工简单，不会对涡轮盘寿命造成影响。无需改动榫头榫槽设计，利于通用化设计。最后一片挡板采用补偿设计，利于调整挡板间间隙，避免热膨胀引起的翘起。无螺栓，避免了螺栓头部对气流的搅动和螺栓孔对涡轮盘强度和寿命的影响。

本技术领域技术人员可以理解的是，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种涡轮叶片轴向定位结构，其特征在于，所述定位结构为薄片状，中部设有凸起，两边弯折，采用弹性金属材料制成；若干个所述轴向定位结构共同组成圆环状，实现对整周叶片的轴向固定，装配步骤如下：

1)将部分涡轮叶片装入涡轮盘榫槽内，将叶片挡板槽与涡轮盘挡板槽轴向位置对齐；

2)从圆周切向方向将挡板装入挡板槽内，依次类推直至装至最后一片挡板槽；

3)利用挡板上的圆形孔，使用工装调整各挡板间的周向间隙；

4)使用工装测量最后一片挡板的装配位置的周向宽度，并对最后一片进行切割和折弯；

5)装入最后的几片涡轮叶片，并将已经折弯的最后一片挡板装入挡板槽内，并使用滚压工装对最后一片挡板进行压平，最终挡板发生变形进入挡板槽内形成锁紧。

2.如权利要求1所述的定位结构，其特征在于，所述轴向定位结构弯折部分的弯折度不大于20°。

3.如权利要求2所述的定位结构，其特征在于，所述轴向定位结构厚度不大于1mm。

4.如权利要求3所述的定位结构，其特征在于，所述轴向定位结构的整体长度应与叶片和涡轮盘结合后的高度相匹配。

5.如权利要求4所述的定位结构，其特征在于，所述轴向定位结构与涡轮盘盘缘接触面表面粗糙度不大于Ra3.2。

6.如权利要求5所述的定位结构，其特征在于，所述轴向定位结构的扇形角度为10°-15°。

7.如权利要求6所述的定位结构，其特征在于，相邻所述轴向定位结构的周向间隙不大于0.1mm。

8.如权利要求7所述的定位结构，其特征在于，相邻所述轴向定位结构的跳动量不大于0.05mm。

9.如权利要求8所述的定位结构，其特征在于，相邻所述轴向定位结构上设有工艺孔，用于调整周向间隙保证均匀；利用叶片缘板和涡轮盘的预制凹槽实现无需螺栓固定实现叶片轴向定位。