CN215949591U - 航空发动机叶片及包含其的航空发动机 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种航空发动机叶片及包含其的航空发动机，一种航空发动机叶片，包括叶背、尾缘棱、前缘，所述叶背上靠近所述尾缘棱处沿所述前缘方向设有若干个涂层，若干个所述涂层之间形成指示标记，所述指示标记用于评估所述叶片不同程度的磨损量，所述指示标记沿所述尾缘棱线方向设置，所述指示标记至少一部分漏出于所述叶背。这种涂层可以直观的判断每个叶片的磨损程度，而不需要额外的工装设备，同时基于发动机的叶背上的涂层的磨损深度与发动机性能衰退程度和发动机运营成本等反映发动机健康状态之间的关系，而且在狭窄的发动机内进行孔探时，孔探头相对于尾缘棱具有较好的可达性，便于正面观察涂层而提升评估数据的真实准确性。

Description

航空发动机叶片及包含其的航空发动机

技术领域

本实用新型属于航空发动机领域，尤其涉及一种航空发动机叶片及包含其的航空发动机。

背景技术

在航空发动机、燃气轮机、汽轮机等旋转机械钟，转子叶片顶端与静子机匣内壁之间的微小径向距离称之为叶尖间隙，是航空发动机设计过程中的一项基本参数,叶尖间隙大小对航空发动机的性能和结构安全影响较大。一般认为，叶尖间隙越小，航空发动机燃油消耗率越低，使用寿命越长，同时航空发动机性能也可以得到有效提升；而叶尖间隙越大，航空发动机推进效率将下降，从而需补充供油而导致燃油消耗率上升，EGT温度上升，进而使发动机使用寿命缩短。

航空发动机在运转过程中，由于转子叶片与静子机匣之间的热变形不协调等问题，经常引起转子叶片叶尖与机匣对应位置的蜂窝或涂层发生碰磨,进而易导致叶片叶尖产生轻微磨损。随着航空发动机运转循环数增加，叶片因碰磨产生的磨损将不断累积而使转子叶片叶尖间隙变大，进而导致发动机运转效率下降，EGT温度上升，发动机高温部件的使用寿命下降且航空发动机耗油率上升，对航空发动机在运营过程中的成本增加产生较大影响。正因为发动机转子叶片的磨损或叶尖间隙的变大和发动机性能衰退之间呈正相关，航空发动机在机务运营过程中通常利用检查转子叶片磨损情况或叶尖间隙以评估在役发动机的性能衰退情况和健康状态，从而制定发动机的维修级别，以确保发动机运营成本与安全维持在合理范围内。

然而，随着航空发动机结构设计得越来越紧凑且一台发动机有数千个叶片,在机务维护过程中很难对在役发动机进行转子叶片的磨损量或者叶尖间隙的测量和分析评估，必须借助复杂而昂贵的工装设备进行测量，不仅操作环境受到限制，而且耗时费力而成本又高。同时，在役发动机的整机或者零部件维修方案的制定通常基于发动机性能衰退状态和发动机结构损伤情况等而定，叶尖间隙的测量也限制了其维修方案的制定合理性和有效性。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是为了克服现有技术中在机务维护过程中很难对在役发动机进行转子叶片的磨损量或者叶尖间隙的测量和分析评估，必须借助复杂而昂贵的工装设备进行测量，不仅操作环境受到限制，而且耗时费力而又成本高的缺陷，提供一种航空发动机叶片及包含其的航空发动机。

本实用新型是通过下述技术方案来解决上述技术问题：

一种航空发动机叶片，包括叶背、尾缘棱、前缘，所述叶背上靠近所述尾缘棱处沿所述前缘方向设有若干个涂层，所述若干个涂层之间形成指示标记，所述指示标记用于评估所述叶片不同程度的磨损量，所述指示标记沿所述尾缘棱线方向设置，所述指示标记至少一部分漏出于所述叶背。

本技术方案中，所述叶背上靠近所述尾缘棱处设有若干个涂层，同时涂层至少一部分漏出于所述叶背。在狭窄的发动机内进行孔探时，孔探头相对于尾缘棱具有较好的可达性，便于正面观察涂层而提升评估数据的真实准确性。这种涂层设置于叶背表面，从而不需要对叶片本身加工，可以避免破坏叶片结构完整性的问题，而且也能有效避免叶身的应力集中和对叶身型面的影响，更不会对叶片工作性能产生影响。若干个指示标记沿尾缘棱长度方向设置，使得利用若干个涂层在同一方向上的磨损标记叶片的磨损情况。这种涂层可以直观的判断每个叶片的磨损程度，而不需要额外的工装设备，同时基于发动机的叶背上的涂层的磨损深度与发动机性能衰退程度和发动机运营成本等反映发动机健康状态之间的关系，形成涂层磨损程度对发动机健康状态的综合影响因子。通过有效利用这种涂层衡量叶尖间隙大小从而便捷直观的评估发动机健康状态，同时也避免新增结构对叶身气动性能产生影响。

较佳地，所述涂层在所述叶背靠近所述尾缘棱处沿前缘方向部分设置，所述涂层设置在所述叶背的表面。

本技术方案中，在狭窄的发动机内进行孔探时，孔探头相对于尾缘棱具有较好的可达性，便于正面观察涂层而提升评估数据的真实准确性。

较佳地，所述涂层在所述叶背靠近所述尾缘棱处沿前缘方向全部敷设，所述涂层设置在所述叶背的表面。

本技术方案中，可以使得整个叶背均可以被探测，提高了探测的准确性。

较佳地，所述涂层为非穿透性涂层。

本技术方案中，对叶片结构不需加工，使用非穿透性涂层不会导致叶片气体泄漏，可以避免使用不规则结构对拥有光滑表面气动外形的叶身的气动特性发生改变，也减少叶身结构产生不必要的应力集中。

较佳地，所述涂层的数量为三个或者四个。

本技术方案中，无论是三个涂层还是四个涂层，叶片的叶尖与机匣之间的间隙主要由其中的三个涂层来度量。当最靠近机匣的涂层可以看到时，此时叶间间隙值为最佳，发动机性能和健康状态最好。当只能看到两个涂层时，此时的叶间间隙处于合理范围，对发动机性能衰退和健康状态影响较小。当中间的涂层开始看不到时，说明发动机性能衰退和发动机健康状态下降到警戒状态，可定义第一涂层和第二涂层之间属于关注范围，叶尖间隙在该范围之内时发动机工作正常会导致发动机油耗一定程度上升，但是发动机工作仍处于安全可靠的状态，仅需定期进行日常维护检查。当最后一个涂层开始看不到时，叶尖间隙的增大已经一定程度上影响了发动机正常工作状态，在发动机飞行剖面内运行存在一定的风险性，需要重点关注并在指定的循环数内进行大修检查。三个涂层完全看不到时属于危险范围，叶尖间隙过大导致发动机无法正常满足发动机完成飞行任务，需要报废并立即更换叶片，否则可能产生较大危险。

较佳地，所述涂层的颜色彼此之间互不相同，所述涂层包括荧光物质。

本技术方案中，该带荧光的涂层不仅可以用于标记不同的叶尖磨损量，还可以辅助叶片出现损伤或者缺陷的检测。并且在黑暗的发动机流道内进行孔探，能更加高效的利用孔探仪找到并准确评估叶片磨损量，立马与别的叶身基体部分区分开，降低工作负荷，提升叶身磨损量评估的准确性。

较佳地，所述涂层设置有若干条刻度线，所述刻度线为所述指示标记，用于评估和测量不同程度的磨损量，所述刻度线由荧光物质敷设在所述涂层内形成。

本技术方中，通过在涂层的基础上划分刻度线更加准确地代表了叶片的不同磨损量级，增强了发动机内狭小空间对叶尖间隙评估的可视性和准确性。

本实用新型还提供一种航空发动机，所述航空发动机包括上述任一项所述的航空发动机叶片。

本技术方案中，航空发动机包括航空发动机叶片，可以利用航空发动机叶片上的涂层来标明发动机叶片的健康度，从而使得航空发动机运行更加稳定。

较佳地，所述航空发动机包括机匣，所述机匣和所述航空发动机叶片之间的最小间隙为叶尖间隙。

本技术方案中，叶尖间隙是航空发动机设计过程中的一项基本常数，叶尖间隙对航空发动机的性能和结构安全影响较大，但是限于空间狭小，叶尖间隙的测量极其困难。

本实用新型的积极进步效果在于：所述叶背上靠近所述尾缘棱处设有若干个涂层，同时涂层至少一部分漏出于所述叶背。在狭窄的发动机内进行孔探时，孔探头相对于尾缘棱具有较好的可达性，便于正面观察涂层而提升评估数据的真实准确性。这种涂层设置于叶背表面，从而不需要对叶片本身加工，可以避免破坏叶片结构完整性的问题，而且也能有效避免叶身的应力集中和对叶身型面的影响，更不会对叶片工作性能产生影响。若干个涂层沿尾缘棱长度方向设置，使得利用若干个涂层在同一方向上的磨损标记叶片的磨损情况。这种涂层可以直观的判断每个叶片的磨损程度，而不需要额外的工装设备，同时基于发动机的叶背上的涂层的磨损深度与发动机性能衰退程度和发动机运营成本等反映发动机健康状态之间的关系，形成涂层磨损程度对发动机健康状态的综合影响因子。通过有效利用这种涂层衡量叶尖间隙大小从而便捷直观的评估发动机健康状态，同时也避免新增结构对叶身气动性能产生影响。

附图说明

图1为为本实用新型航空发动机叶片的示意图；

图2为本实用新型实施例1中第一种评估叶尖磨损的方案示意图；

图3为本实用新型实施例2中第二种评估叶尖磨损的方案示意图；

图4为本实用新型实施例3中第三种评估叶尖磨损的方案示意图；

图5为本实用新型实施例4中第四种评估叶尖磨损的方案示意图；

图6为本实用新型航空发动机的剖面图。

附图标记说明：

航空燃气涡轮发动机1

风扇部分2

压气机部分3

燃烧室部分4

涡轮部分5

压气机转子叶片6

压气机静子机匣7

涡轮转子叶片8

涡轮静子机匣9

叶背110

前缘111

尾缘棱112

叶尖151

孔隙160

内壁面200

实施例1中：

第一涂层310

第二涂层320

第三涂层330

覆盖涂层340

实施例2中：

第一涂层410

第二涂层420

第三涂层430

实施例3中：

第一涂层510

第二涂层520

第三涂层530

实施例4中：

第一涂层610

第二涂层620

第三涂层630

第四涂层640

具体实施方式

下面通过实施例的方式进一步说明本实用新型，但并不因此将本实用新型限制在所述的实施例范围之中。

实施例1

如图1-2所示，本实施例提供一种航空发动机叶片，包括叶背110、尾缘棱112、前缘111，叶背110上靠近尾缘棱112处沿前缘111方向设有若干个涂层，若干个涂层之间形成指示标记，所述指示标记用于评估所述叶片不同程度的磨损量，若干个指示标记沿尾缘棱112线方向设置，指示标记至少一部分漏出于叶背110。在狭窄的发动机内进行孔探时，孔探头相对于尾缘棱112具有较好的可达性，便于正面观察涂层而提升评估数据的真实准确性。如图1所示，新发动机出厂时叶片叶尖151与机匣的内壁面200之间的间隙为a。

本实施例具体提供了四种不同评估叶尖磨损量的叶片：

第一种，如图2所示，涂层在叶背110靠近尾缘棱112处沿前缘方向部分设置，并设置在叶背110的表面。如图1所示，在叶片的叶背110的基体上通过热喷涂或者气相沉积等方法在叶背靠近尾缘棱112处沿前缘111方向分别敷设第一涂层310、第二涂层320、第三涂层330，这三个涂层为具有一定宽度的条带状涂层，然后再对整个叶片进行全面喷涂覆盖涂层340。若喷涂工艺精度可控，在喷涂覆盖涂层340时将对第一涂层310、第二涂层320、第三涂层330进行避让，最终实现第一涂层310、第二涂层320、第三涂层330厚度一致且漏出于叶背110表面，形成用于评估叶片不同程度的磨损量的指示标记；或者为了提升喷涂工艺的可行性，喷涂完一定覆盖涂层340后将对第一涂层310、第二涂层320、第三涂层330进行精细研磨加工，已确保叶身上涂层厚度一致且漏出于叶背110表面。其中第一涂层310、第二涂层320、第三涂层330与覆盖涂层340的热膨胀系数等材料物理属性相近，以确保涂层之间有较好的粘结性能而不至于受热开裂等影响涂层性能。同时，第一涂层310、第二涂层320、第三涂层330中添加了不同的材料以使其显示出不同的颜色，比如荧光物质或有色金属等。该带荧光物质的涂层不仅可以用于标记不同的叶尖磨损量，还可以辅助叶片出现损伤或者缺陷的检测。并且在黑暗的发动机流道内进行孔探，能更加高效的利用孔探仪找到并准确评估叶片磨损量，立马与别的叶身基体部分区分开，降低工作负荷，提升叶身磨损量评估的准确性。

实施例2

第二种，如图3所示，在叶背110上靠近尾缘棱112分别敷设第一涂层410、第二涂层420、第三涂层430。所述涂层在叶背110靠近尾缘棱112处沿前缘方向全部敷设，并设置在叶背110的表面。第一涂层410、第二涂层420、第三涂层430实际上为采用荧光物质敷设在叶身涂层内形成得刻度线，该刻度线形成用于评估叶片不同程度的磨损量的指示标记。通过在涂层的基础上划分刻度线更加准确地代表了叶片的不同磨损量级，增强了发动机内狭小空间对叶尖间隙评估的可视性和准确性。叶片的叶尖与机匣之间的间隙可以由三个涂层来度量。叶片叶尖到第一涂层410的距离为b，第二涂层420到叶片叶尖的距离为c，叶片叶尖到第三涂层430的距离为d，涂层到叶片叶尖的不同距离可以作为叶片叶尖不同的叶尖磨损深度的参考。

由于第一涂层410、第二涂层420、第三涂层430的径向高度依次降低，所以可通过其径向位置与航空发动机叶片的叶尖间隙大小建立对应关系。第一涂层410的位置可以代表叶尖磨损量或叶尖间隙的绿线值b，即经过发动机运转循环数累积叶片叶尖逐渐发生磨损。第二涂层420的位置可以代表叶尖磨损量或叶尖间隙的黄线值c，即经过发动机运转循环数累积叶片叶尖产生了一定的磨损。第三涂层430的位置可以代表叶尖磨损量或叶尖间隙的红线值d，即经过发动机运转循环数累积叶片叶尖磨损比较严重，属于危险范围。

具体地，当第一涂层410可以看到时，此时叶间间隙值为最佳，发动机性能和健康状态最好。当只能看到第二涂层420、第三涂层430时，此时的叶间间隙处于合理范围，对发动机性能衰退和健康状态影响较小。当第二涂层420开始看不到时，说明发动机性能衰退和发动机健康状态下降到警戒状态，可定义第一涂层和第二涂层之间属于关注范围，叶尖间隙在该范围之内时发动机工作正常会导致发动机油耗一定程度上升，但是发动机工作仍处于安全可靠的状态，仅需定期进行日常维护检查。当第三涂层430开始看不到时，叶尖间隙的增大已经一定程度上影响了发动机正常工作状态，在发动机飞行剖面内运行存在一定的风险性，需要重点关注并在指定的循环数内进行大修检查。三个涂层完全看不到时属于危险范围，叶尖间隙过大导致发动机无法正常满足发动机完成飞行任务，需要报废并立即更换叶片，否则可能产生较大危险。

实施例3

第三种，如图4所示，与第二种方案的相同之处在于，在叶背110上靠近尾缘棱112处分别敷设第一涂层510、第二涂层520、第三涂层530。第一涂层510、第二涂层520、第三涂层530同样为采用荧光物质敷设在叶身涂层内形成得刻度线，即指示标记。与第二种方法的不同之处在于，所述涂层在叶背110靠近尾缘棱112处沿前缘方向部分敷设，并设置在叶背110的表面。在第一涂层510、第二涂层520、第三涂层530之间还设置有若干条刻度线，相比于第一种和第二种方案，能够更精确的评估叶尖的磨损程度。

实施例4

第四种，如图5所示，为了改进分区域喷涂涂层工艺，结合叶尖磨损量标记需求，将叶身涂层进行区域划分，即第一涂层610、第二涂层620、第三涂层630和第四涂层640，与第二种和第三种方案相同的是，第一涂层610、第二涂层620、第三涂层630的宽度对应不同磨损量级：绿线值b、黄线值c和红线值d，即指示标记。而第一涂层610、第二涂层620、第三涂层630和第四涂层640所对应的涂层材料主要成分是相同的，只是会添加一种不同的特殊材料使其存在颜色差异而不对涂层性能产生影响，如荧光粉末。该带荧光的涂层形成指示标记不仅可以用于标记不同的叶尖磨损量，还可以辅助叶片出现损伤或者缺陷的检测。

对于第四种方案可替代地分区域喷涂的方案则是，在第一涂层610、第二涂层620、第三涂层630和第四涂层640中的涂层材料中适当调整不同的粒子的色芯浓度，从而使其在气相沉积过程中不同区域产生不同的晶体缺陷，从而改变其光学系数，最终实现不同区域的颜色变化。也就是说，不同涂层区域的涂层的工艺不一样，引起的颜色色差。

需要说明的是，在本实施例中的涂层数量不限于上述实施例中的3个或者4个。可以根据实际需要设置不同数量的涂层以达到评估叶尖磨损程度的效果，这里不做具体限定。

在本实施例中的涂层均为非穿透性涂层，对叶片结构不需加工，使用非穿透性涂层不会导致叶片气体泄漏，可以避免使用不规则结构对拥有光滑表面气动外形的叶身的气动特性发生改变，也减少叶身结构产生不必要的应力集中。

实施例5

如图6所示，本实施例公开了一种航空发动机，该航空发动机包括航空发动机叶片。航空发动机包括航空发动机叶片，可以利用航空发动机叶片上的涂层来标明发动机叶片的健康度，从而使得航空发动机运行更加稳定。

航空发动机包括航空燃气涡轮发动机1，航空燃气涡轮发动机1主要是由风扇部分2、压气机部分3、燃烧室部分4和涡轮部分5组成的轴流式双或三转子发动机，压力机转子叶片6和压气机静子机匣7之间、涡轮转子叶片8和涡轮静子机匣9之间存在的微小径向间隙称之为叶尖间隙。航空发动机包括叶片叶尖，叶片叶尖之间设有孔隙160。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是本领域的技术人员应当理解，这仅是举例说明，本实用新型的保护范围是由所附权利要求书限定的。本领域的技术人员在不背离本实用新型的原理和实质的前提下，可以对这些实施方式做出多种变更或修改，但这些变更和修改均落入本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1.一种航空发动机叶片，包括叶背、尾缘棱、前缘，其特征在于，所述叶背上靠近所述尾缘棱处沿所述前缘方向设有若干个涂层，若干个所述涂层之间形成指示标记，所述指示标记用于评估所述叶片不同程度的磨损量，所述指示标记沿所述尾缘棱线方向设置，所述指示标记至少一部分漏出于所述叶背。

2.如权利要求1所述的航空发动机叶片，其特征在于，所述涂层在所述叶背靠近所述尾缘棱处沿前缘方向部分设置，所述涂层设置在所述叶背的表面。

3.如权利要求1所述的航空发动机叶片，其特征在于，所述涂层在所述叶背靠近所述尾缘棱处沿前缘方向全部敷设，所述涂层设置在所述叶背的表面。

4.如权利要求1所述的航空发动机叶片，其特征在于，所述涂层为非穿透性涂层。

5.如权利要求1所述的航空发动机叶片，其特征在于，所述涂层的数量为三个或四个。

6.如权利要求1所述的航空发动机叶片，其特征在于，所述涂层的颜色彼此之间互不相同，所述涂层包括荧光物质。

7.如权利要求1所述的航空发动机叶片，其特征在于，所述涂层之间设置有若干条刻度线，所述刻度线为所述指示标记，用于评估和测量不同程度的磨损量。

8.如权利要求1所述的航空发动机叶片，其特征在于，所述涂层之间至少具有相同的热膨胀系数。

9.一种航空发动机，其特征在于，所述航空发动机包括如权利要求1-8中任一项所述的航空发动机叶片。

10.如权利要求9所述的航空发动机，其特征在于，所述航空发动机包括机匣，所述机匣和所述航空发动机叶片之间的最小间隙为叶尖间隙。

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