CN207332952U - 一种叶片及航空发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型的目的是提供一种叶片及航空发动机。以涡轮的涡轮盘的周向为参考，相邻的两个缘板中，一个缘板的顺时针面与另一个缘板的逆时针面对应连接，从而使多个缘板围绕涡轮盘的轴线围成一圈，并被设置成能够套设在涡轮盘上，以涡轮的涡轮盘的轴向为参考，顺时针面与逆时针面的中部相互抵靠，前部之间具有前侧间隙，后部之间具有后侧间隙。由于顺时针面与逆时针面的中部相互抵靠，所以相邻的两个叶片之间并不是独立的，而是相互制约的，从而能够获得阻尼减振的效果。此外，相邻的两个叶片之间的受力点位于顺时针面与逆时针面的中部，也使得连接结构更加稳定。航空发动机包括上述叶片，从而具有阻尼减振效果并且具有结构稳定的优点。

Description

一种叶片及航空发动机

技术领域

本实用新型涉及航空发动机领域，更具体地，涉及一种叶片及航空发动机。

背景技术

航空发动机高压涡轮叶片处于高温高压燃气的严苛工作环境中。高压涡轮转子叶片会由于振动、疲劳等多种原因而产生裂纹破坏。高压涡轮转子叶片缘板常用结构为平行平面缘板。叶片与叶片之间相互独立，不相互制约。该平行平面缘板设计不具有阻尼减振的效果。同时缘板设计时需要较好的包容叶型，受高压涡轮转子叶片叶型影响，平行平面缘板较难保证缘板边缘与叶片压力面和吸力面距离基本一致。

本领域需要一种具有阻尼减振效果的叶片及航空发动机。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种叶片，所述叶片具有阻尼减振效果并且结构稳定。

本实用新型的目的还在于提供一种航空发动机，该航空发动机包括上述叶片，从而具有阻尼减振效果并且具有结构稳定的优点。

为实现所述目的的叶片，用于发动机涡轮，包括叶身、榫头和缘板；所述叶身和所述榫头分别与所述缘板的两侧固定连接；以所述涡轮的涡轮盘的周向为参考，所述缘板具有顺时针面和逆时针面；

以所述涡轮盘的轴向为参考，所述顺时针面的中部具有楔形面，且所述逆时针面的中部也具有楔形面；对于能相邻设置于涡轮盘上的两所述叶片，其中一个所述叶片的所述顺时针面的所述楔形面与另一个所述叶片的所述逆时针面的所述楔形面之间具有配合关系，以使所述顺时针面的楔形面与所述逆时针面的楔形面相抵，并且相配合的所述顺时针面与所述逆时针面之间具有位于所述中部两侧的前侧间隙和后侧间隙。

所述的叶片，其进一步的特点是，以所述涡轮的涡轮盘的轴向为参考，所述前侧间隙从所述缘板的前端向后延伸至所述中部，所述后侧间隙从所述中部向后延伸至所述缘板的后端。

所述的叶片，其进一步的特点是，所述顺时针面包括依次相接并形成锯齿形的第一斜面、第二斜面和第三斜面；所述第一斜面与所述第二斜面交汇形成第一楔形凸起，所述第二斜面与所述第三斜面交汇形成第一楔形凹槽，所述第二斜面为所述顺时针面的所述楔形面；

所述逆时针面包括依次相接并形成锯齿形的第四斜面、第五斜面和第六斜面；所述第四斜面与所述第五斜面交汇形成第二楔形凹槽，所述第五斜面与所述第六斜面交汇形成第二楔形凸起，所述第五斜面为所述逆时针面的所述楔形面；

所述第一楔形凸起被设置成咬入到所述第二楔形凹槽中所述第二楔形凸起被设置成咬入到所述第一楔形凹槽，从而使得所述第二斜面与所述第五斜面相抵。

所述的叶片，其进一步的特点是，所述顺时针面上开设有第一半孔，所述逆时针面上对应开设有第二半孔；以所述涡轮的涡轮盘的径向为参考，所述第一半孔和所述第二半孔均从所述缘板的内侧延伸到所述缘板的外侧；

对于能相邻设置于所述涡轮的涡轮盘上的两个所述缘板中，其中一个所述缘板的所述顺时针面与另一个所述缘板的所述逆时针面对应连接，从而使所述第一半孔与所述第二半孔组合成气膜通孔；

所述气膜通孔用于使冷气通过。

所述的叶片，其进一步的特点是，所述气膜通孔为圆孔。

所述的叶片，其进一步的特点是，所述气膜通孔形成在所述前侧间隙和/或所述后侧间隙之间。

所述的叶片，其进一步的特点是，所述第二斜面和所述第五斜面处的厚度被加厚。

为实现所述目的的航空发动机，包括机匣和发动机涡轮，所述发动机涡轮设置在所述机匣中，所述发动机涡轮包括涡轮盘，所述发动机涡轮还包括如上所述的叶片，所述叶片固定设置在所述涡轮盘上。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型提供的叶片，用于发动机涡轮，包括叶身、榫头和缘板；叶身和榫头分别与缘板的两侧固定连接；以涡轮的涡轮盘的周向为参考，缘板具有顺时针面和逆时针面；以涡轮盘的轴向为参考，顺时针面的中部具有楔形面，且逆时针面的中部也具有楔形面；对于能相邻设置于涡轮盘上的两叶片，其中一个叶片的顺时针面的楔形面与另一个叶片的逆时针面的楔形面之间具有配合关系，以使顺时针面的楔形面与逆时针面的楔形面相抵，并且相配合的顺时针面与逆时针面之间具有位于中部两侧的前侧间隙和后侧间隙。由于顺时针面与逆时针面的中部相互抵靠，所以相邻的两个叶片之间并不是独立的，而是相互制约的，从而能够获得阻尼减振的效果。此外，相邻的两个叶片之间的受力点位于顺时针面与逆时针面的中部，也使得连接结构更加稳定。航空发动机包括上述叶片，从而具有阻尼减振效果并且具有结构稳定的优点。

附图说明

本实用新型的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：

图1现有技术中叶片的示意图；

图2为本实用新型中叶片处于分离状态的示意图；

图3为本实用新型中叶片处于接触状态的示意图；

图4为本实用新型中气膜通孔位置的示意图；

图5为图4中B处的放大图；

图6为为本实用新型中第一半孔的示意图。

具体实施方式

下面结合具体实施例和附图对本实用新型作进一步说明，在以下的描述中阐述了更多的细节以便于充分理解本实用新型，但是本实用新型显然能够以多种不同于此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本实用新型内涵的情况下根据实际应用情况作类似推广、演绎，因此不应以此具体实施例的内容限制本实用新型的保护范围。

需要注意的是，图1至图6均仅作为示例，其并非是按照等比例的条件绘制的，并且不应该以此作为对本实用新型实际要求的保护范围构成限制。

在本实用新型的上下文中，方位“上”、“下”、“前”、“中”、“后”“顺时针”、“逆时针”、“外”、“内”仅表示部件在图面中的相对方位，而不限定部件在实际放置或使用状态时的相对方位。“轴向”、“周向”和“径向”均以涡轮盘为参考系。在本实用新型中，顺时针方向与逆时针方向以涡轮盘的周向为参照，并标识在相应附图中。“前”、“中”、与“后”以涡轮盘的轴向为参照，并标识在相应附图中。

航空发动机包括机匣和发动机涡轮，发动机涡轮通过轴承等旋转支撑装置设置在机匣中，并能够在机匣内转动。图1示出了一种现有技术中常见的发动机涡轮，包括涡轮盘1和多个叶片2，多个叶片2包括多个缘板20，还包括叶身21和榫头22。在涡轮盘的径向上，叶身21与缘板20的外(上)侧固定连接，榫头与缘板30的内(下)侧固定连接。涡轮盘1沿周向开设有榫槽10，榫头22嵌入在榫槽10中，以将叶片2安装在涡轮盘上。

继续参考图1，以涡轮的涡轮盘1的周向为参考，每一个缘板20均具有顺时针面20a和逆时针面20b；相邻叶片的两个缘板20互相独立，相邻的两个缘板20之间采用传统的叶间阻尼块来进行减振，导致叶片的重量较重。

本实用新型采用了一种全新的叶片3，不需要额外设置阻尼块也能获得阻尼效果。

如图2、3所示，在本实用新型的一个实施例中，相邻设置的两个叶片3具有两个相同的且相邻设置的缘板30。缘板30具有顺时针面30a和逆时针面30b，以涡轮的涡轮盘的轴向为参考，顺时针面30a的中部具有楔形面，逆时针面30b的中部也具有楔形面；

以涡轮的涡轮盘的周向为参考，多个叶片3包括多个缘板30，多个缘板30包括相邻设置的两个缘板30；在相邻设置的两个缘板30中，一个缘板30具有顺时针面30a，另一个缘板30具有与顺时针面30a相对设置的逆时针面30b。

以涡轮的涡轮盘的轴向为参考，顺时针面30a的中部具有楔形面，且逆时针面30b的中部也具有楔形面；对于能相邻设置于涡轮盘上的两叶片3，其中一个叶片3的顺时针面30a的楔形面与另一个叶片3的逆时针面30b的楔形面之间具有配合关系，以使顺时针面30a的楔形面与逆时针面30b的楔形面相抵，并且相配合的顺时针面30a与逆时针面30b之间具有位于中部两侧的前侧间隙4和后侧间隙5；借此使多个缘板30围绕涡轮盘的轴线A-A首尾相接，围成一圈，并被设置成能够套设在涡轮盘上。

图2为本实用新型中叶片处于分离状态的示意图，图3为本实用新型中叶片处于接触状态的示意图。叶片3的叶身31和榫头结构可参考图1中的叶片。

结合图2和图3，以涡轮的涡轮盘的轴向为参考，顺时针面30a与逆时针面30b的中部相互抵靠，顺时针面30a与逆时针面30b的前部之间具有前侧间隙4，顺时针面30a与逆时针面30b的后部之间具有后侧间隙5。由于顺时针面30a与逆时针面30b的中部相互抵靠，所以相邻的两个叶片3之间并不是独立的，而是相互制约的，从而能够获得阻尼减振的效果。此外，由于前侧间隙4和后侧间隙5的存在，相邻的两个叶片3之间的受力点位于顺时针面30a与逆时针面30b的中部，不会产生偏转力矩，从而使得叶片3之间的连接结构更加稳定。

可选地，通过不同的制造设计，可将前侧间隙4和/或后侧间隙5制造成宽度不变的间隙或者宽度渐变的间隙，具体依实际需要而定。前侧间隙4和后侧间隙5为非常细小的间隙。以涡轮的涡轮盘的轴向为参考，前侧间隙4从缘板30的前端向后延伸至中部，后侧间隙5从中部向后延伸至缘板30的后端。

继续参考图2、3，顺时针面30a和逆时针面30b被制造成锯齿状的截面，以方便二者的连接及力的传递。具体地，顺时针面30a的中部具有第一楔形凸起30a-1和第一楔形凹槽30a-2，逆时针面30b的中部具有第二楔形凸起30b-1和第二楔形凹槽30b-2；第一楔形凸起30a-1被设置成咬入到第二楔形凹槽30b-2中并与第二楔形凹槽30b-2接触配合，第二楔形凸起30b-1被设置成咬入到第一楔形凹槽30a-2中并与第一楔形凹槽30a-2接触配合，从而使得顺时针面30a与逆时针面30b的中部相互抵靠。

锯齿状的截面可通过以下实施例来实现。顺时针面30a包括依次相接并形成锯齿形的第一斜面301、第二斜面302和第三斜面303；第一斜面301与第二斜面302交汇形成第一楔形凸起30a-1，第二斜面302与第三斜面303交汇形成第一楔形凹槽30a-2；逆时针面30b包括依次相接并形成锯齿形的第四斜面304、第五斜面305和第六斜面306；第四斜面304与第五斜面305交汇形成第二楔形凹槽30b-2，第五斜面305与第六斜面306交汇形成第二楔形凸起30b-1。第一斜面301、第二斜面302、第三斜面303、第四斜面304、第五斜面305和第六斜面306可以是具有特定方向的平面，两个不同的斜面交汇时可采用弧面平滑过渡。

第二斜面302为顺时针面30a的中部具有的楔形面，第五斜面305为逆时针面30b的中部具有的楔形面；第二斜面302与第五斜面305相抵；

需要说明的是，顺时针面30a包括的第一斜面301、第二斜面302和第三斜面303，以及逆时针面30b包括的第四斜面304、第五斜面305和第六斜面306不一定是一个完整的平面，例如为了减重，可以将这些斜面进行一定程度的挖空。

为了方便力的传递，第二斜面302与第五斜面305相互抵靠。如图3所示，相邻的两个缘板30之间的作用力F在第二斜面302与第五斜面305的接触区域可以分解成沿周向的力Fy和沿轴向的力Fx，即第二斜面302与第五斜面305的接触区域既能传递轴向作用力也能传递周向作用力，从而可以有效地使一周叶片连成一个整体，增加整圈叶片的刚性，并且能够减小叶片的振动应力，减少叶片疲劳裂纹的产生，延长叶片使用寿命。在一个实施例中，第二斜面302与第五斜面305被挖空至只有厚度方向上的上下两条边互相接触。

参考图4、5、6，在本实用新型的另外一个实施例中，顺时针面30a上开设有第一半孔6，逆时针面30b上对应开设有第二半孔7；在涡轮盘的径向上，第一半孔6和第二半孔7均从缘板30的内侧延伸到缘板30的外侧；相邻的两个缘板30中，一个缘板30的顺时针面30a与另一个缘板30的逆时针面30b对应连接，从而使第一半孔6与第二半孔7组合成气膜通孔8；气膜通孔8用于使冷气9通过，可有效改善和控制此处冷却效果。可选地，气膜通孔8为圆孔。气膜通孔8形成在前侧间隙4和/或后侧间隙5之间，这是因为叶片的前缘和尾缘处的缘板的温度相对较高，特别是前缘，此处设置间隙并设置气膜孔比较有利于缘板冷却。冷气9由缘板30的下侧经气膜通孔8流至缘板30的上表面，起到冷却效果。气膜通孔8的孔径大小，开孔位置等可根据冷却需求进行设置。相较传统平行缘板，锯齿形的缘板30由于其可调节范围更大，能更好的适应冷却需求。

可选地，第二斜面302与第五斜面305可选择与缘板30的其余位置厚度一致，或者在此处加厚。由于存在前侧间隙4和后侧间隙5，第一斜面301、第三斜面303、第四斜面304和第六斜面306为非接触面，并且这些非接触面可以调整倾斜角度从而以更好的包住叶身31的根部，此外，还可以更好的贴合叶型，并且可以使力的传递过程集中到缘板30的中部。第二斜面302与第五斜面305的长度影响了叶片之间的阻尼摩擦面积，从而影响整圈叶片的刚性。第二斜面302与第五斜面305的倾斜角度也影响了叶片之间相互作用应力。第二斜面302与第五斜面305的长度及角度由设计需求及减振阻尼效果的数值模拟或者试验结果来确定。

关于叶片的安装，由于叶片3的缘板30的结构为锯齿形，因此在将叶片3安装进涡轮盘前，先将叶片3依次周向排列，除最后一片叶片，其余叶片均可由轴向放入，最后一片叶片由径向放入。所有叶片围成一圈后，整体装入轮盘。叶片3安装至涡轮盘后，叶片与叶片之间由第二斜面302与第五斜面305相抵，互相产生阻尼，相互制约。形状为楔形的第二斜面302与第五斜面305既能传递轴向作用力也能传递周向作用力，从而可以有效地使一周叶片连成一个整体，增加整圈叶片的刚性。

本实用新型的积极进步效果在于：本实用新型提供的叶片，用于固定设置在涡轮盘的外周侧上，包括叶身、榫头和缘板；叶身和榫头分别与缘板的两侧固定连接；榫头用于嵌入到涡轮盘的榫槽中，从而将叶片安装在涡轮盘上；以涡轮的涡轮盘的周向为参考，缘板具有顺时针面和逆时针面；以涡轮的涡轮盘的轴向为参考，顺时针面的中部具有楔形面，逆时针面的中部也具有楔形面；以涡轮的涡轮盘的周向为参考，多个叶片包括多个缘板，多个缘板包括相邻设置的两个缘板，相邻设置的两个缘板包括相对设置的顺时针面和逆时针面，其中，以涡轮的涡轮盘的轴向为参考，在相对设置的顺时针面和逆时针面中，顺时针面的楔形面与逆时针面的楔形面相抵；并且顺时针面与逆时针面的前部之间具有前侧间隙；并且顺时针面与逆时针面的后部之间具有后侧间隙；从而使多个缘板围绕涡轮盘的轴线A-A围成一圈。由于顺时针面与逆时针面的中部相互抵靠，所以相邻的两个叶片之间并不是独立的，而是相互制约的，从而能够获得阻尼减振的效果。此外，相邻的两个叶片之间的受力点位于顺时针面与逆时针面的中部，也使得连接结构更加稳定。航空发动机包括上述叶片，从而具有阻尼减振效果并且具有结构稳定的优点。

本实用新型虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本实用新型，任何本领域技术人员在不脱离本实用新型的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何修改、等同变化及修饰，均落入本实用新型权利要求所界定的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种叶片，用于发动机涡轮，包括叶身(31)、榫头和缘板(30)；所述叶身(31)和所述榫头分别与所述缘板(30)的两侧固定连接；以所述涡轮的涡轮盘的周向为参考，所述缘板(30)具有顺时针面(30a)和逆时针面(30b)；其特征在于，

以所述涡轮盘的轴向为参考，所述顺时针面(30a)的中部具有楔形面，且所述逆时针面(30b)的中部也具有楔形面；对于能相邻设置于涡轮盘上的两所述叶片(3)，其中一个所述叶片(3)的所述顺时针面(30a)的所述楔形面与另一个所述叶片(3)的所述逆时针面(30b)的所述楔形面之间具有配合关系，以使所述顺时针面(30a)的楔形面与所述逆时针面(30b)的楔形面相抵，并且相配合的所述顺时针面(30a)与所述逆时针面(30b)之间具有位于所述中部两侧的前侧间隙(4)和后侧间隙(5)。

2.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，以所述涡轮的涡轮盘的轴向为参考，所述前侧间隙(4)从所述缘板(30)的前端向后延伸至所述中部，所述后侧间隙(5)从所述中部向后延伸至所述缘板(30)的后端。

3.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述顺时针面(30a)包括依次相接并形成锯齿形的第一斜面(301)、第二斜面(302)和第三斜面(303)；所述第一斜面(301)与所述第二斜面(302)交汇形成第一楔形凸起(30a-1)，所述第二斜面(302)与所述第三斜面(303)交汇形成第一楔形凹槽(30a-2)，所述第二斜面(302)为所述顺时针面(30a)的所述楔形面；

所述逆时针面(30b)包括依次相接并形成锯齿形的第四斜面(304)、第五斜面(305)和第六斜面(306)；所述第四斜面(304)与所述第五斜面(305)交汇形成第二楔形凹槽(30b-2)，所述第五斜面(305)与所述第六斜面(306)交汇形成第二楔形凸起(30b-1)，所述第五斜面(305)为所述逆时针面(30b)的所述楔形面；

所述第一楔形凸起(30a-1)被设置成咬入到所述第二楔形凹槽(30b-2)中所述第二楔形凸起(30b-1)被设置成咬入到所述第一楔形凹槽(30a-2)，从而使得所述第二斜面(302)与所述第五斜面(305)相抵。

4.如权利要求1所述的叶片，其特征在于，所述顺时针面(30a)上开设有第一半孔(6)，所述逆时针面(30b)上对应开设有第二半孔(7)；以所述涡轮的涡轮盘的径向为参考，所述第一半孔(6)和所述第二半孔(7)均从所述缘板(30)的内侧延伸到所述缘板(30)的外侧；

对于能相邻设置于所述涡轮的涡轮盘上的两个所述缘板(30)中，其中一个所述缘板(30)的所述顺时针面(30a)与另一个所述缘板(30)的所述逆时针面(30b)对应连接，从而使所述第一半孔(6)与所述第二半孔(7)组合成气膜通孔(8)；

所述气膜通孔(8)用于使冷气(9)通过。

5.如权利要求4所述的叶片，其特征在于，所述气膜通孔(8)为圆孔。

6.如权利要求5所述的叶片，其特征在于，所述气膜通孔(8)形成在所述前侧间隙(4)和/或所述后侧间隙(5)之间。

7.如权利要求3所述的叶片，其特征在于，所述第二斜面(302)和所述第五斜面(305)处的厚度被加厚。

8.一种航空发动机，包括机匣和发动机涡轮，所述发动机涡轮设置在所述机匣中，所述发动机涡轮包括涡轮盘，其特征在于，所述发动机涡轮还包括如权利要求1至7中任意一项权利要求所述的叶片，所述叶片固定设置在所述涡轮盘上。