CN216518829U

CN216518829U - 一种压气机叶片的叶顶结构

Info

Publication number: CN216518829U
Application number: CN202120815261.4U
Authority: CN
Inventors: 强艳; 高国荣; 江奔; 刘鹏; 曹艺; 杨平
Original assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Current assignee: AECC Commercial Aircraft Engine Co Ltd
Priority date: 2021-04-20
Filing date: 2021-04-20
Publication date: 2022-05-13
Anticipated expiration: 2031-04-20

Abstract

本实用新型涉及一种压气机叶片的叶顶结构。该叶顶结构是在叶顶的压力面沿弦向开设第一凹槽，在叶顶沿周向设有第二凹槽。本实用新型提出了一种压气机叶片的叶顶结构，能降低压气机运行过程中转子叶尖与机匣碰磨对叶片造成的损伤，有效减缓叶尖泄露涡的增大，维持压气机的气动性能和工作稳定性，保证发动机的使用寿命。

Description

一种压气机叶片的叶顶结构

技术领域

本实用新型涉及航空发动机压气机气体动力学技术领域，尤其涉及一种压气机叶片的叶顶结构。

背景技术

压气机转子的叶尖间隙摞于转子与机匣之间允许相对运动的要求，其大小约为1％叶片高度。叶尖间隙是造成压气机内部流动损失的主要因素之一。一般而言，压气机部件叶尖间隙越小，发动机性能越好，但从结构安全性的角度，叶尖间隙过小可能导致叶尖与机匣发生碰磨，甚至导致叶片尖部的多种强度问题，从而造成极大的安全隐患。目前压气机一般在静子机匣内壁上喷涂易磨涂层，允许发动机工作时叶片不至于刮磨到机匣的钢基。在发动机实际服役过程中，机动飞行的负载对发动机间隙的瞬态变化的影响不可忽视，特别是在爬升、反推力、机动飞行状态下，由于飞机机动造成转子振动响应较快，经常引起非对称的间隙变化，容易造成碰摩、气流激振等，碰磨会导致叶尖应力集中区域的强度失效，造成叶片尖部的磨损、积垢、裂纹或掉角，加速了发动机性能和寿命的衰退。

实用新型内容

针对现有技术的上述问题，本实用新型提出了一种压气机叶片的叶顶结构，能降低压气机运行过程中转子叶尖与机匣碰磨对叶片造成的损伤，有效减缓叶尖泄露涡的增大，维持压气机的气动性能和工作稳定性，保证发动机的使用寿命。

具体地，本实用新型提出了种压气机叶片的叶顶结构，在所述叶顶的压力面沿弦向开设第一凹槽，在所述叶顶沿周向设有第二凹槽，所述第一凹槽的起点与所述叶片的前缘间隔，所述第一凹槽的终点到达所述叶片的尾缘。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一凹槽沿弦线的长度占所述叶顶弦线的长度的75～85％。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一凹槽的宽度从起点至所述叶片中区段随着所述叶片的厚度增大而增大，从所述所述叶片中区段至终点随着所述叶片的厚度减小而减小。

根据本实用新型的一个实施例，所述第一凹槽的周向剖面为一段圆弧。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二凹槽的宽度为1～4mm。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二凹槽的深度为0.15～0.4mm。

根据本实用新型的一个实施例，根据所述叶片的叶高来确定所述第二凹槽的深度。

根据本实用新型的一个实施例，所述第二凹槽位于所述叶顶的应力集中区域和/或所述叶顶的泄露涡初始发展区域。

本实用新型提供的一种压气机叶片的叶顶结构，设置了第一凹槽和第二凹槽，能降低压气机运行过程中转子叶尖与机匣碰磨对叶片造成的损伤，有效减缓叶尖泄露涡的增大，维持压气机的气动性能和工作稳定性，进而保证发动机的使用寿命。

应当理解，本实用新型以上的一般性描述和以下的详细描述都是示例性和说明性的，并且旨在为所述的本实用新型提供进一步的解释。

附图说明

包括附图是为提供对本实用新型进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本实用新型的实施例，并与本说明书一起起到解释本实用新型原理的作用。附图中：

图1A示出了本实用新型一个实施例的压气机叶片的叶顶结构的结构示意图。

图1B是图1A的局部放大图。

图1C是图1A中的第一凹槽的周向剖面示意图。

图1D示出了本实用新型一个实施例的压气机叶片的叶顶结构与机匣形成间隙的结构示意图。

图2A示出了本实用新型一个实施例的第二凹槽的结构示意图一。

图2B示出了本实用新型一个实施例的第二凹槽的结构示意图二。

图2C示出了本实用新型一个实施例的第二凹槽的结构示意图三。

图3示出了机匣涂层位置产生凸包的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

叶片 100 叶根 101

叶片本体 102 叶顶 103

第一凹槽 104 第二凹槽 105

机匣 106 凸包 107

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

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清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本申请及其应用或使用的任何限制。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。

在本申请的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请保护范围的限制；方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位旋转90 度或处于其他方位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。

图1A示出了本实用新型一个实施例的压气机叶片的叶顶结构的结构示意图。图1B是图1A的局部放大图。图1C是图1A中的第一凹槽的周向剖面示意图。图1D示出了本实用新型一个实施例的压气机叶片的叶顶结构与机匣形成间隙的结构示意图。如图所示，一种压气机叶片100包括叶根101和叶片本体102。叶顶103 位于叶片本体102的顶部。在叶顶103的压力面沿弦向开设第一凹槽104，在叶顶 103沿周向设有第二凹槽105。

参考图1A和图1B，图中右侧为叶片100的前缘，左侧为叶片100的尾缘。第一凹槽104的起点与叶片100的前缘间隔，第一凹槽104的终点到达叶片100的尾缘。第一凹槽104具有一定的深度H1。

较佳地，第一凹槽104沿弦线的长度占叶顶103弦线的75～85％。换言之，第一凹槽104的起点为沿弦线距前缘的15～25％。

较佳地，第一凹槽104的宽度从起点至叶片100中区段随着叶片100的厚度增大而增大，从叶片100中区段至终点随着叶片100的厚度减小而减小。

较佳地，参考图1C，第一凹槽104的周向剖面为一段半径为R的圆弧。

参考图1D，在叶顶103和机匣106之间形成间隙。常规的，该间隙越小，发动机性能越好。但从结构安全性的角度，叶尖间隙过小可能导致叶顶103与机匣 106发生碰磨。然而，在发动机实际服役过程中不可避免的发生压气机叶尖与机匣 106上涂层碰磨的情况。第一凹槽104的设置能减小碰磨时叶顶103和机匣106的接触面积，降低压气机运行过程中叶顶103与机匣106碰磨对叶片100造成的损伤。容易理解的，在叶顶103开设第二凹槽105，能进一步降低子叶顶103和机匣106 的接触面积，从而降低对叶片100造成的损伤。需要说明的是，在叶顶103可以开设多个第二凹槽105，在本实用新型的实施例中第二凹槽105的数量为两个。

图2A示出了本实用新型一个实施例的第二凹槽105的结构示意图一。图2B 示出了本实用新型一个实施例的第二凹槽105的结构示意图二。图2C示出了本实用新型一个实施例的第二凹槽105的结构示意图三。作为举例而非限制，图2A至图2C列出了第二凹槽105的三种不同形状。当压气机叶片100的叶顶103和机匣 106发生碰磨时，第二凹槽105的存在使叶顶103面积进一步变小，减少了碰磨面积，能在一定程度上降低碰磨的能量，进而减小由此产生的叶片100变形。此外，周向贯通的第二凹槽105减少了机匣106涂层在叶片100顶部的粘附堆积。

较佳地，第二凹槽105的宽度L2为1～4mm。

较佳地，第二凹槽105的深度H2为0.15～0.4mm。更佳地，根据压气机的各级叶片的叶高来确定第二凹槽105的深度。例如，进口级叶片100的叶高较高，可选择较深的第二凹槽105，出口级叶片100的叶高较短，可选择较浅的第二凹槽105。

较佳地，第二凹槽105位于叶顶103的应力集中区域和/或叶顶103的泄露涡初始发展区域。

图3示出了机匣涂层位置产生凸包的结构示意图。如图所示，当压气机的叶片100的叶顶103和机匣106发生碰磨后，会在叶顶103周向贯通的第二凹槽105 对应的机匣106涂层位置形成凸包107。该凸包107的形状与第二凹槽105的形状适配，可有效阻止叶顶103间隙增大后泄漏洞在槽道中的发展，降低叶顶103区域的流动损失，延缓压气机性能的衰退。

本领域技术人员可显见，可对本实用新型的上述示例性实施例进行各种修改和变型而不偏离本实用新型的精神和范围。因此，旨在使本实用新型覆盖落在所附权利要求书及其等效技术方案范围内的对本实用新型的修改和变型。

Claims

1.一种压气机叶片的叶顶结构，其特征在于，在所述叶顶的压力面沿弦向开设第一凹槽，在所述叶顶沿周向设有第二凹槽，所述第一凹槽的起点与所述叶片的前缘间隔，所述第一凹槽的终点到达所述叶片的尾缘。

2.如权利要求1所述的叶顶结构，其特征在于，所述第一凹槽沿弦线的长度占所述叶顶弦线的长度的75～85％。

3.如权利要求1所述的叶顶结构，其特征在于，所述第一凹槽的宽度从起点至所述叶片中区段随着所述叶片的厚度增大而增大，从所述叶片中区段至终点随着所述叶片的厚度减小而减小。

4.如权利要求1所述的叶顶结构，其特征在于，所述第一凹槽的周向剖面为一段圆弧。

5.如权利要求1所述的叶顶结构，其特征在于，所述第二凹槽的宽度为1～4mm。

6.如权利要求1所述的叶顶结构，其特征在于，所述第二凹槽的深度为0.15～0.4mm。

7.如权利要求1所述的叶顶结构，其特征在于，根据所述叶片的叶高来确定所述第二凹槽的深度。

8.如权利要求1所述的叶顶结构，其特征在于，所述第二凹槽位于所述叶顶的应力集中区域和/或所述叶顶的泄露涡初始发展区域。