CN209129677U - 一种无叶冠的涡轮转子叶片及具有其的航空发动机 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种无叶冠的涡轮转子叶片，所述涡轮转子叶片具有由叶盆、叶背、进气边和排气边构成具有预定凹陷深度的空腔的叶尖，在所述叶背上靠近所述排气边的平直段设有相差单位高度的多个U形槽，所述U形槽用于检查工作后的叶尖磨损程度。本申请通过对涡轮转子叶尖进行结构设计，可以简单地在整机状态观察磨损程度，估算叶尖间隙变化情况，判断是否需要对叶片叶尖进行修理，避免不必要的发动机分解，显著节约维护费用和时间，降低间隙测量的技术难度，提高维护效率。

Description

一种无叶冠的涡轮转子叶片及具有其的航空发动机

技术领域

本申请属于燃气涡轮发动机领域，特别涉及一种无叶冠的涡轮转子叶片及具有其的航空发动机。

背景技术

燃气涡轮发动机一般包括压气机、燃烧室和涡轮三大部件。压缩后的空气流入燃烧室，和燃油掺混燃烧后产生高温高压燃气，燃气流经涡轮导向器后，气流膨胀加速，冲击涡轮转子叶片，带动涡轮转子旋转做功，将燃气的内能和动能转化为机械能。

对于轴流式燃气涡轮发动机，工作状态，涡轮转子叶片的叶尖和涡轮机匣相互配合，涡轮叶栅内存在复杂的三维流动，由于旋转的涡轮转子叶片的叶尖和静止的涡轮机匣之间存在间隙，并且转子叶片的压力面和吸力面存在较大的压差，导致叶尖存在影响整机效率的燃气泄漏。叶尖和机匣间需要保持合适的间隙，在发动机生产时，其加工和装配精度初始状态下决定了其冷态叶尖间隙，但是在使用过程中，发动机在不同工作状态，特别是在瞬态时，如起飞、减速、再加速和着陆等，由于涡轮转子和涡轮机匣的变形伸长不协调，可能导致涡轮转子叶片的叶尖和涡轮机匣发生碰磨。碰磨累积的结果是，涡轮转子叶片叶尖在长时间使用后明显磨短，叶尖间隙明显增大，显著增加叶尖的燃气泄露，降低发动机的效率。通常，长时间使用后的发动机需要视涡轮叶尖间隙的变化情况，对叶尖进行维修，减小叶尖间隙，恢复发动机性能。

涡轮叶尖间隙对于保证发动机性能非常重要，但是在发动机整机状态下，涡轮的叶尖间隙很难测量，一般需要将整个涡轮转子分解下来，测量整个涡轮转子的叶尖直径，或者将涡轮转子叶片分解成散件，测量叶尖高度，然后计算出叶尖间隙，当间隙超过限定值时，对叶片进行修理。

然而对整个高压涡轮转子或单个叶片进行测量，然后计算叶尖间隙，其存在的主要缺点有：整机状态下难以测量间隙，测量需要将发动机进行分解，可能会带来额外的分解检查工作，耗费大量费用和时间；需要用到复杂的工装和熟练的技术人员，具有很高的技术难度。

发明内容

本申请的目的是提供了一种无叶冠的涡轮转子叶片及具有其的航空发动机，以解决上述任一问题。

在一方面，本申请提出了的技术方案是：一种无叶冠的涡轮转子叶片，所述涡轮转子叶片具有由叶盆、叶背、进气边和排气边构成具有预定凹陷深度的空腔的叶尖，在所述叶背上靠近所述排气边的平直段设有相差单位高度的多个U形槽，所述U形槽用于检查工作后的叶尖磨损程度。

在本申请中，所述U形槽包括直线段和圆弧段，所述U形槽宽度为所述圆弧段的直径，所述圆弧段能够降低所述涡轮转子叶片开槽处的应力集中。

在本申请中，在多个所述U形槽中，最小的U形槽的深度为所述圆弧段的半径值，最大的U形槽的深度不能超过所述空腔的深度。

在本申请中，所述U形槽的数量为2～4个。

在另一方面，本申请提出了一种航空发动机，所述航空发动机包括多个如上所述的无叶冠的涡轮转子叶片，所述无叶冠的涡轮转子叶片以所述航空发动机轴线周向均布。

本申请通过对涡轮转子叶尖进行结构设计，可以简单地在整机状态观察磨损程度，估算叶尖间隙变化情况，判断是否需要对叶片叶尖进行修理，避免不必要的发动机分解，显著节约维护费用和时间，降低间隙测量的技术难度，提高维护效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。

图1为本申请的涡轮转子和涡轮机匣的配合简图；

图2为本申请的涡轮转子叶片叶尖结构俯视图；

图3为本申请的涡轮叶片叶尖U形槽的A向局部视图。

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。

如图1所示的涡轮转子和涡轮机匣配合简图，涡轮转子1包括一个涡轮盘2和装在涡轮盘上且周向均布的数十个涡轮转子叶片3，其中涡轮转子叶片3为无叶冠设计。在工作状态，涡轮转子叶片3的叶尖4和环形的涡轮机匣5之间存在一定的间隙，涡轮转子1需要在工作时保持合适的叶尖间隙。

为了能够方便、准确的测量出涡轮转子1与涡轮机匣5之间的间隙，本申请的技术方案是：无叶冠的涡轮转子叶片的叶尖4包括一个叶盆6、一个叶背7、一个进气边8和一个排气边9，叶盆6、叶背7、进气边8和排气边9随叶片整体铸造而成，形成具有一定凹陷深度的空腔10，空腔10能够在一定程度上阻止燃气由叶盆侧向叶盆侧泄露，起到封严作用。在叶背7上靠近排气边10的平直段上，以机械加工的方式构造阶梯排布的多个U形槽11，U形槽11的数量一般为2～4个即可。U形槽11由一个直线段12和一个圆弧段13构成，圆弧段13能够降低叶片开槽处的应力集中。U形槽11的宽度为圆弧段13的直径值，最小的U形槽11的深度为圆弧段13的半径值，此时U形槽11的直线段12为零，最大的U形槽11的深度不超过空腔11的凹陷深度，以免破坏叶片内部的冷却通道，相邻的两个U形槽11径向高度差为一个固定单位值。如图3所述的三个U形槽11，第一U型槽11a的深度为H1，其深度也为最小，第二U形槽11b的深度为H2，第三U型槽11c的深度为H3，H3-H2＝H2-H1＝固定单位值，通过检查工作后叶尖的U型槽11的磨损程度，快速计算叶片的间隙变化情况，避免不必要的整机分解测量。

在发动机装配时，可以将多片本申请中的涡轮转子叶片装配在整个涡轮转子的周向均布位置，例如可以将两片带有U形槽11的涡轮转子叶片3装配在整个涡轮转子1的周向对称位置，或4片带有U形槽11的涡轮转子叶片3沿周向90°均布装配在涡轮转子1上。以发动机的U形槽11的深度作为基准，经过一段时间的使用后，通过发动机自带的孔探仪观察孔，可以直观地检查各个U形槽11的高度变化情况，迅速估算叶尖4的磨损程度，进而计算叶片的间隙变化情况，判断叶片的间隙增大是否超过限定值，决策是否需要分解下来进行修理，避免不必要的整机分解测量工作，降低发动机维护难度和成本。

本申请的无叶冠的涡轮转子叶片及具有其的航空发动机可快速通过估算叶尖间隙的叶尖U形槽结构，使用中可以快速、直观地估算叶尖磨损情况，计算叶尖间隙变化，辅助涡轮转子叶片视情修理的决策，避免不必要的发动机分解检查和测量涡轮叶尖间隙带来的资源浪费，降低发动机维护难度和成本，提高发动机的可维护性。

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 (5)

1.一种无叶冠的涡轮转子叶片，其特征在于，所述涡轮转子叶片(3)具有由叶盆(6)、叶背(7)、进气边(8)和排气边(9)构成具有预定凹陷深度的空腔(10)的叶尖(4)，在所述叶背(7)上靠近所述排气边(9)的平直段设有相差单位高度的多个U形槽(11)，所述U形槽(11)用于检查工作后的叶尖磨损程度。

2.如权利要求1所述的无叶冠的涡轮转子叶片，其特征在于，所述U形槽(11)包括直线段(12)和圆弧段(13)，所述U形槽(11)宽度为所述圆弧段(13)的直径，所述圆弧段(13)能够降低所述涡轮转子叶片(3)开槽处的应力集中。

3.如权利要求2所述的无叶冠的涡轮转子叶片，其特征在于，在多个所述U形槽中，最小的U形槽(11)的深度为所述圆弧段(13)的半径值，最大的U形槽(11)的深度不能超过所述空腔(10)的深度。

4.如权利要求1至3任一所述的无叶冠的涡轮转子叶片，其特征在于，所述U形槽的数量为2～4个。

5.一种航空发动机，其特征在于，所述航空发动机包括多个如权利要求1至4任一所述的无叶冠的涡轮转子叶片，所述无叶冠的涡轮转子叶片以所述航空发动机轴线周向均布。