CN210105927U

CN210105927U - 一种涡轮机转子叶片及涡轮机

Info

Publication number: CN210105927U
Application number: CN201920101898.XU
Authority: CN
Inventors: 徐文奇; 雍翱伟; 高爱琼
Original assignee: Beijing Nanfang Snecma Turbine Technology Co Ltd
Current assignee: Beijing Nanfang Snecma Turbine Technology Co Ltd
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2020-02-21
Anticipated expiration: 2029-09-10

Abstract

本实用新型涉及一种涡轮机转子叶片及涡轮机,通过在叶片特定部位减轻重量，不失结构强度的同时减轻转子叶片在叶根处因离心力产生的应力,所述涡轮机转子叶片的叶身按从叶冠至榫头且垂直于回转轴线方向，依次被划分为顺次相接的：近叶冠部分、叶身上部、中介部分、叶身下部和近榫头部分5部分；所述叶身上部的内部设置有空腔；所述叶身下部的内部设置有支承结构；所述近叶冠部分、中介部分、近榫头部分分别为实心结构。涡轮机，具有如前所述的涡轮机转子叶片。本实用新型适合作为航空发动机低压涡轮转子叶片使用，通过减轻转子叶片重量，减小转子叶片最大应力，提高转子叶片使用寿命。

Description

一种涡轮机转子叶片及涡轮机

技术领域

本实用新型涉及一种涡轮机转子叶片，特别是一种用于航空发动机的具有排除装置的低压级涡轮机转子叶片。

背景技术

现有的航空发动机低压涡轮转子叶片为铸造叶片，由图1所示的叶冠1、叶身2、缘板3、伸根4和榫头5组成。该叶片通过榫头5 安装在涡轮盘上，如图2所示其叶身2为实心叶身结构。涡轮转子叶片为转动件，在高温、高压与高转速的条件下工作。

低压涡轮转子叶片在高温、高压与高转速的工作条件下，受热应力、气动力与离心力等共同作用。其中，离心力因旋转产生，从叶尖至叶根累计增大；具体的，如图3所示，由应力定义ρ＝F/A可知，转子叶片在叶根处因离心力产生的应力ρ的大小与其所受离心力F成正比。如图3所示，若取叶根处半径为r₀，在距离叶根r处取一段微元 dr，设其质量为dm，则此微元的离心力为d_F＝dm*(r+r₀)*ω²。对整个叶身L上的微元进行积分，可得叶根r₀处所受离心力为F＝m*r_g*ω²，其中m为叶身质量，r_g为叶片重心处半径。当转速ω和叶片重心位置 r_g一定时，转子叶片在叶根处所受离心力F的大小与叶身质量m成正比。因此，在保持相同转速ω和叶片重心位置r_g的条件下，若能减轻叶身质量m，则转子叶片在叶根处因离心力产生的应力能成比例减小。而热应力与气动力因高温高压的工作条件产生，与离心力相比，两者在整个转子叶片叶身上的量级较为均匀。受离心力作用影响，其最大应力位置通常位于转子叶片叶根与榫头处。一方面，转子叶片通常为关键件，因为若其应力过大，容易产生叶片断裂等危害性极大的故障。另一方面，根据可靠性要求，榫头与叶根处的大应力影响转子叶片的使用寿命。

因此，提供一种涡轮机转子叶片，以克服上述技术缺陷中的至少一种成为一种必需。

实用新型内容

因此本实用新型的目的在于，提供一种涡轮机转子叶片及涡轮机, 通过在叶片特定部位减轻重量，不失结构强度的同时减轻转子叶片在叶根处因离心力产生的应力。

具体地，本实用新型通过下述方式实现所述目的。

一方面，本实用新型的涡轮机转子叶片，所述涡轮机转子叶片的叶身按从叶冠至榫头且垂直于回转轴线方向，依次被划分为顺次相接的：近叶冠部分、叶身上部、中介部分、叶身下部和近榫头部分5部分；其中，沿垂直于回转轴线方向：

所述近叶冠部分的最大长度占所述叶身总长度的3.5％-5％，

所述叶身上部的最大长度占所述叶身总长度的30％-40％，

所述中介部分的最大长度占所述叶身总长度的3％-8％，

所述叶身下部的最大长度占所述叶身总长度的35％-45％，

所述近榫头部分的最大长度占所述叶身总长度的8％-18％；

所述叶身上部的内部设置有空腔；所述叶身下部的内部设置有支承结构；所述近叶冠部分、中介部分、近榫头部分分别为实心结构。

优选地，所述支承结构为用于支承的晶格结构。

优选地，所述叶身上部的空腔垂直于涡轮机转子叶片进风方向沿外力方向，设置有排除装置；所述排除装置被设置用于借助外力将内部材料从所述空腔排出。

优选地，所述排除装置为至少一个开口。

优选地，所述开口设置可拆卸覆盖部。

另一方面，本实用新型还提供一种涡轮机，具有如前所述的涡轮机转子叶片。

本实用新型针对现有航空发动机低压涡轮转子叶片叶根与榫头处应力大，从而导致转子叶片容易产生叶片断裂等危害性极大的故障并影响转子叶片的使用寿命的问题，设计了一种叶身内部采用晶格与空腔组合结构的涡轮机转子叶片，适合作为航空发动机低压涡轮转子叶片使用。本申请通过减轻转子叶片重量，减小转子叶片最大应力，提高转子叶片使用寿命。

进一步地，排除装置能更方便地、更干净地取出留存在空腔中的金属粉末。

此外，本实用新型的提供的涡轮机通过具有根据前述实施方式之一所述的低压涡轮转子叶片，具有前述改进所能达到的优异的使用效果。

附图说明

根据下文的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本实用新型的其他目的、优点和特征。

图1示出了现有技术中导向叶片的结构主视图。

图2为图1所示导向叶片沿线A-A或B-B方向剖视的结构示意图。

图3为图1中涡轮机转子叶片受力分析原理示意图。

图4为本申请涡轮机转子叶片的结构位置划分示意图。

图5为图4所示叶身上部垂直于径向方向的截面外形示意图。

图6为图4所示叶身下部垂直于径向方向的截面外形示意图。

图7为图4所示涡轮机转子叶片平行于径向方向的截面外形示意图。

图8为图7所示涡轮机转子叶片设置覆盖部后的结构示意图。

具体实施方式

具体实施例

图4所示本申请提供一种涡轮机转子叶片，所述涡轮机转子叶片的叶身按从叶冠至榫头且垂直于回转轴线方向，依次被划分为顺次相接的：近叶冠部分a、叶身上部b、中介部分c、叶身下部d和近榫头部分e5部分；其中，沿垂直于回转轴线方向：

所述近叶冠部分a的最大长度占所述叶身总长度的3.5％-5％，

所述叶身上部b的最大长度占所述叶身总长度的30％-40％，

所述中介部分c的最大长度占所述叶身总长度的3％-8％，

所述叶身下部d的最大长度占所述叶身总长度的35％-45％，

所述近榫头部分e的最大长度占所述叶身总长度的8％-18％；

所述叶身上部b的内部设置有空腔100；所述叶身下部d的内部设置有支承结构200；所述近叶冠部分a、中介部分c、近榫头部分e 分别为实心结构。

具体的，如图5所示，所述叶身上部b的内部设置有空腔100；如图6所示，所述叶身下部d的内部设置的支承结构200为用于支承的晶格结构。

优选地，在本实施例的其中一个优选实施方式中，所述排除装置为至少一个开口。

优选地，如图7所示，在本实施例的其中一个优选实施方式中，所述叶身上部的空腔垂直于涡轮机转子叶片进风方向沿外力方向，设置有排除装置300；所述排除装置被设置用于借助外力将内部材料从所述空腔排出。在制作上述涡轮机转子叶片时，通常使用增材制造、即3D打印的方法制造完成。但制作完毕后，上述空腔内通常会滞留大量金属粉末，由于本申请上述开口设置在远离所述回转轴线的最远端，故能够巧妙利用文氏效应将上述金属粉末排出，进而取得减轻涡轮机转子叶片的工作重量的技术效果。具体的，如图7所示，所述排除装置300由在空腔靠近叶冠一侧设置第一开口301，以便与外部连通，及在空腔与晶格结构之间的实体部分设置第二开口302组成。其中，第一开口301为贯通孔，将叶身内部空腔的叶身实体部分与叶冠贯穿。在空腔与晶格结构之间的实体部分设置第二开口302也是贯通孔，将晶格结构腔与空腔贯通。转子叶片成形后，若将其倒置，其叶身空腔内的金属粉末可利用自重从第一开口301倒出；晶格结构腔内的金属粉末则先通过第二开口302倒入空腔后，再从第一开口301倒出。

然而转子叶片通过自重的这种方式不容易倒干净。所以还可以在该叶身的靠近榫头的端面上设置第三开口(未示出)，该第三开口同样与该至少一个空腔连通。以这种方式，可以利用吹风的方式、例如利用鼓风机向第三开口吹风，以便将金属粉末从第三开口吹出，这样能更为干净地清除金属粉末。

待清除金属粉末后，如图8所示，保留第二开口302；利用覆盖部400将第一开口301覆盖，以便防止异物进入。在该第一开口301 处设置覆盖部400，该覆盖部400可与转子叶片连接，在清除金属粉末之后覆盖开口。该覆盖部400为盖或填充块。其材料可与转子叶片的材料相同。优选地，在本实施例的其中一个优选实施方式中，所述覆盖部400可拆卸。可拆卸覆盖部400的设置不仅方便将上述金属粉末排出，还能取得待金属粉末排出后将开口封闭的技术效果。

可以理解的是，具有前述涡轮机转子叶片的涡轮机具有前述涡轮机转子叶片所具备的所有优点。因此，该涡轮机也是本申请所要求保护的。

虽然本文示出和描述了示例性的优选实施例，但本领域技术人员可以据此推导出符合本实用新型原理的其他实施例，这些实施例也应被认为落入本实用新型的保护范围内。

Claims

1.一种涡轮机转子叶片，其特征在于，所述涡轮机转子叶片的叶身按从叶冠至榫头且垂直于回转轴线方向，依次被划分为顺次相接的：近叶冠部分、叶身上部、中介部分、叶身下部和近榫头部分5部分；其中，沿垂直于回转轴线方向：

所述近叶冠部分的最大长度占所述叶身总长度的3.5％-5％，

所述叶身上部的最大长度占所述叶身总长度的30％-40％，

所述中介部分的最大长度占所述叶身总长度的3％-8％，

所述叶身下部的最大长度占所述叶身总长度的35％-45％，

所述近榫头部分的最大长度占所述叶身总长度的8％-18％；

2.根据权利要求1所述的涡轮机转子叶片，其特征在于，所述支承结构为用于支承的晶格结构。

3.根据权利要求1所述的涡轮机转子叶片，其特征在于，所述叶身上部的空腔垂直于涡轮机转子叶片进风方向沿外力方向，设置有排除装置；所述排除装置被设置用于借助外力将内部材料从所述空腔排出。

4.根据权利要求3所述的涡轮机转子叶片，其特征在于，所述排除装置为至少一个开口。

5.根据权利要求4所述的涡轮机转子叶片，其特征在于，所述开口设有可拆卸覆盖部。

6.一种涡轮机，所述涡轮机具有根据前述权利要求1-5中任一项所述的涡轮机转子叶片。