压气机转子组件及其压气机转子叶片的制作方法

1.本实用新型涉及一种压气机转子组件，更具体地，涉及一种压气机转子叶片。


背景技术：

2.航空发动机的压气机转子组件中，压气机转子叶片由叶身、缘板和榫头组成。叶身两侧根据对气流的作用方式不同，分为压力面和吸力面。在设计压气机转子叶片时，由于叶片安装角较大，且周向转子叶片数量分布较多，矩形缘板常常无法包容叶身根部。因而缘板常设计为斜缘板结构，以使缘板可包容叶身根部。
3.航空发动机在理想工作状态下，相邻的压气机转子叶片缘板周向两侧面相互贴合压紧。然而，当航空发动机喘振时，压气机转子叶片压力面受到较大的轴向载荷时，或者，当冷态缘板周向两侧的挤压力作用线不共线时，缘板会发生转动，会产生缘板累积周向间隙或者径向间隙。而且，压气机转子叶片处于不稳定工作状态，存在榫头工作面无法与榫槽工作面完全贴合的可能性，具有安全风险，并影响航空发动机性能。
4.因此，需要提供一种压气机转子叶片，可以限制自身转动。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的是提供一种可以有效防止绕自身转动的压气机转子叶片。
6.本实用新型提供一种压气机转子叶片，用于航空发动机的压气机转子组件，所述压气机转子组件具有轴向、周向和径向，所述压气机转子叶片包括在周向上具有两个侧面的缘板，其中，所述两个侧面沿轴向均呈阶梯形且阶梯走向一致，并且，所述两个侧面沿径向均呈阶梯形且阶梯走向一致。
7.在一个实施方式中，所述两个侧面沿轴向均呈直角阶梯形；和/或，所述两个侧面沿径向均呈直角阶梯形。
8.在一个实施方式中，所述两个侧面沿轴向均包含仅一个平直坡面；和/或，所述两个侧面沿径向均包含仅一个平直坡面。
9.在一个实施方式中，每个侧面包含沿轴向分布的第一面和第二面，还包含沿轴向分布的第三面和第四面，所述第一面和所述第二面沿径向分别位于所述第三面和所述第四面的外侧；所述第一面和所述第二面分别构成沿轴向接续的两段轴向阶梯面，所述第三面和所述第四面也分别构成沿轴向接续的两段轴向阶梯面，同时，所述第三面和所述第一面分别构成沿径向接续的两段径向阶梯面，所述第四面和所述第二面也分别构成沿径向接续的两段径向阶梯面。
10.在一个实施方式中，所述第一面和所述第二面之间的坡面与所述第三面和所述第四面之间的坡面为同一平直表面；所述第一面和所述第三面之间的坡面与所述第二面和所述第四面之间的坡面为在同一平面延展的两个平直表面。
11.在一个实施方式中，所述压气机转子叶片还包括固接于所述缘板的叶身，所述叶身具有吸力面和压力面；所述两个侧面是面对所述吸力面的第一侧面和面对所述压力面的
第二侧面，其中，所述第一侧面沿轴向呈朝向下游逐层降低的阶梯形，所述第二侧面沿轴向呈朝向下游逐层抬高的阶梯形。
12.在一个实施方式中，所述第一侧面沿径向呈逐层抬高的阶梯形，所述第二侧面沿径向呈逐层降低的阶梯形。
13.在一个实施方式中，所述叶身具有弦向，弦向与轴向之间的夹角为40
°‑
50
°
。
14.本实用新型还提供一种用于航空发动机的压气机转子组件，包括沿周向布置的多个前述压气机转子叶片。
15.在一个实施方式中，相邻的两个压气机转子叶片分别具有在周向上相对设置的第一侧面和第二侧面，所述第一侧面和所述第二侧面在周向上彼此贴合并且在径向上彼此搭接。上述压气机转子叶片中，由于周向上的两个侧面在轴向和径向上均呈阶梯走向一致的阶梯形，可以实现周向上相邻的压气机转子叶片在周向上的相互贴合压紧，有效防止压气机转子叶片绕自身转动，阻止周向间隙或径向间隙的产生，使得压气机转子叶片始终能够稳定工作，因而可以提高航空发动机性能，提升安全系数。
16.而且，阶梯形交错配合，还可以有助于装配时的定位，提升装配效率，另外还可以提升封严作用。
附图说明
17.本实用新型的上述及其他的特征、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：
18.图1是现有技术中压气机转子叶片的侧视图。
19.图2是图1中压气机转子叶片沿着a向的俯视图。
20.图3是现有技术中压气机转子组件的示意图。
21.图4是图3中压气机转子叶片转动的示意图。
22.图5是根据本实用新型的示例性压气机转子叶片的示意图。
23.图6是根据本实用新型的示例性压气机转子组件的示意图。
24.图7是从斜后方位置向径向内侧看时示例性压气机转子组件的立体图。
25.图8是从斜后方位置向径向外侧看时示例性压气机转子组件的立体图。
26.图9是从内侧位置向径向外侧看时示例性压气机转子组件的立体图。
27.图10是沿轴向从后侧向前侧看时示例性压气机转子组件的立体图。
具体实施方式
28.下面结合具体实施方式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方式的内容限制本实用新型的保护范围。
29.可以理解，文中记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一特征和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可以包括在第一特征和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一特征和第二特征之间可以不直接联系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一元件和第二元件直接
相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一元件和第二元件间接地相连或彼此结合。
30.图1至图4示出了现有技术中用于航空发动机的压气机转子叶片10a及压气机转子组件100a。可以理解，压气机转子组件100a具有轴向x0、周向c0和径向r0，为了便于描述，部分附图用箭头示出，其中，轴向x0大致与航空发动机的主流进气方向平行，周向c0大致为圆周方向，而径向r0从径向内侧指向径向外侧。压气机转子组件100a包括沿周向c0均布的多个压气机转子叶片10a。压气机转子叶片10a可以包括叶身20、缘板1a和榫头30，三者可以是一体成型，也可以单独成型后组装在一起。例如，压气机转子组件100a的多个压气机转子叶片10a可以通过榫头30配合榫槽而安装于压气机转子组件100a的转子盘。
31.如前面提及的，缘板1a常设计为斜缘板结构，以使缘板1a包容叶身20的根部，如图2所示。在理想工作状态下，压气机转子组件100a中(沿周向c0)相邻的压气机转子叶片10a的缘板1a在周向c0上的两侧面2a、3a相互贴合压紧，如图3所示。而在不稳定工作状态下，例如，压气机转子叶片10a(叶身20)的压力面201可能受到较大的轴向载荷f3，或者，缘板1a在周向c0上两侧的挤压力f1、f2作用线可能不共线，此时，缘板1a会发生如图4所示的转动，另外，压气机转子叶片10a也可能在垂直于轴向x0的平面上发生转动，这可能导致产生周向间隙或径向间隙，也可能导致榫头无法与榫槽完全贴合，存在安全隐患，且对航空发动机的性能有影响。作为示例，缘板1a发生如图4所示的转动时，会产生缘板累积周向间隙
32.图5至图9示出了根据本实用新型的压气机转子叶片10的示例构造。需要理解，附图均仅作为示例，并非是按照等比例的条件绘制的，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。图5至图9沿用图1至图4的元件标号与部分内容，其中采用相同的标号来表示相同或近似的元件，并且选择性地省略了相同技术内容的说明。关于省略部分的说明可参照前面的描述，不再重复赘述。
33.压气机转子叶片10包括在周向c0上具有两个侧面的缘板1。如前所述，压气机转子叶片10还可以包括固接于缘板1的叶身20。可以理解，叶身20可以具有吸力面202和压力面201。叶身20的弦向s1可以相对于轴向x0倾斜，压力面201面向上游侧(或者，图3中，向前)，也可称之为叶盆，而吸力面202面向下游侧(或者，图3中，向后)，也可称之为叶背。还可以理解，叶身20的弦向s1意指从前缘点p1指向尾缘点p2的方向。缘板1在周向c0上的前述两个侧面可以是面对吸力面202的第一侧面2(图5中，左侧面)和面对压力面20的第二侧面3(图5中，右侧面)。
34.可以理解，文中使用“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，因此也不能理解为对本实用新型保护范围的限制。
35.根据本实用新型的压气机转子叶片10中，前述两个侧面(第一侧面2和第二侧面3)沿轴向x0均呈阶梯形且阶梯走向一致，如图5和图6所示。换言之，第一侧面2沿轴向x0呈阶梯形，第二侧面3也沿轴向x0呈阶梯形，而且，第一侧面2沿轴向x0的阶梯走向与第二侧面3沿轴向x0的阶梯走向一致。
36.以第一侧面2为例，第一侧面2沿轴向x0呈阶梯形意指，第一侧面2包含至少一个坡面和由坡面连接的轴向阶梯面(沿轴向x0延伸的阶梯面)，其中，一个坡面连接两个阶梯面，这两个阶梯面中，相对凸出的阶梯面可称之为坡顶面，相对凹陷的阶梯面可称之为坡底面。
“
阶梯走向一致”不仅要求两个侧面(第一侧面2和第二侧面3)的阶梯面在尺寸和延伸方向上对应相同，而且，坡面也对应相同。对于“前述两个侧面沿轴向x0均呈阶梯形且阶梯走向一致”而言，第一侧面2沿轴向x0的阶梯形和第二侧面3沿轴向x0的阶梯形相当于由同一裁切线lx在图4中左右(沿周向c0)平移来裁切而形成。这可以使得，多个压气机转子叶片10沿周向c0布置时，每个压气机转子叶片10的第一侧面2可以与相邻的另一压气机转子叶片10的第二侧面3在周向c0上完全贴合压紧。
37.根据本实用新型的压气机转子叶片10中，前述两个侧面(第一侧面2和第二侧面3)沿径向r0也均呈阶梯形且阶梯走向一致，如图7至图9所示。换言之，第一侧面2沿径向r0呈阶梯形，第二侧面3也沿径向r0呈阶梯形，而且，第一侧面2沿径向r0的阶梯走向与第二侧面3沿径向r0的阶梯走向一致。
38.类似地，以第二侧面3为例，第二侧面3沿径向r0呈阶梯形意指，第二侧面3包含至少一个坡面和由坡面连接的径向阶梯面(沿径向r0延伸的阶梯面)。“阶梯走向一致”不仅要求两个侧面(第一侧面2和第二侧面3)的阶梯面在尺寸和延伸方向上对应相同，而且，坡面也对应相同。对于“前述两个侧面沿径向r0也均呈阶梯形且阶梯走向一致”而言，第一侧面2沿径向r0的阶梯形和第二侧面3沿径向r0的阶梯形相当于由同一裁切线lr在图9中左右(沿周向c0)平移来裁切而形成。这可以使得多个压气机转子叶片10沿周向c0布置时，每个压气机转子叶片10的第一侧面2可以与相邻的另一压气机转子叶片10的第二侧面3在径向r0上完全搭接贴合。
39.可以理解，文中使用“沿”、“平行”、“垂直”来描述方向等特征时可以允许一定的容差范围，例如对应的角度相差5
°
以内。
40.这样，压气机转子组件100中，一个压气机转子叶片10的第一侧面2沿轴向x0和径向r0均呈阶梯形，与之相邻的另一压气机转子叶片10的第二侧面3沿轴向x0和径向r0均呈阶梯形，前述一个压气机转子叶片10的第一侧面2可以与前述另一压气机转子叶片10的第二侧面3通过沿轴向x0的阶梯形来贴合，可以防止压气机转子叶片10在垂直于径向r0的平面(图5和图6示出的平面)上转动，而且，前述一个压气机转子叶片10的第一侧面2可以与前述另一压气机转子叶片10的第二侧面3通过沿径向r0的阶梯形来搭接，可以防止压气机转子叶片10在垂直于轴向r0的平面(类似于图1示出的平面)上转动。因此，可以良好地防止压气机转子叶片10转动，压气机转子叶片10可以稳定工作，不易产生周向间隙或径向间隙。而且，这种阶梯形贴合、搭接的形式可以起到装配定位的作用，方便装配组装，增加装配效率。另外，通过沿径向r0的阶梯形来搭接本身可以形成迷宫式封严结构，封严效果好，因而可以提高航空发动机性能，降低安全风险。
41.图示实施方式中，前述两个侧面2、3沿轴向x0可以均呈直角阶梯形。换言之，前述两个侧面2、3的阶梯面为沿轴向x0延伸的轴向阶梯面，也即，坡面与轴向x0垂直，这样，坡面与轴向阶梯面之间构成直角。以第一侧面2为例，第一侧面2沿轴向x0的相邻轴向阶梯面21、22之间的坡面23与轴向x0垂直，在图6中左右延伸。
42.图示实施方式中，前述两个侧面2、3沿径向r0也可以均呈直角阶梯形。换言之，前述两个侧面2、3的阶梯面为沿径向r0延伸的径向阶梯面，也即，坡面与径向r0垂直，这样，坡面与径向阶梯面之间构成直角。图10是沿着轴向x0略微倾斜地看向压气机转子组件100时的视图。以第一侧面2为例，第一侧面2沿径向r0的相邻径向阶梯面43、44之间的平直坡面26
与径向r0垂直，在图10中上下延伸。
43.可以理解，文中使用了特定词语来描述本实用新型的实施方式，如“一个实施方式”、“另一实施方式”、和/或“图示实施方式”意指与本实用新型至少一个实施方式相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一个实施方式”或“另一实施方式”并不一定是指同一实施方式。此外，本实用新型的一个或多个实施方式中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。图示实施方式中，两个侧面2、3沿轴向x0可以均包含仅一个平直坡面。需要理解，“仅一个平直坡面”并不要求是连续的一个平直表面，还可以是在同一平面延展的多个分离的平直表面，在同一平面延展的这多个平直表面可以认为是构成同一个平直坡面。如图5所示，第一侧面2沿轴向x0包含仅一个平直坡面23，而在图5示出的平面上，也即，在垂直于径向r0且沿周向c0展开的每一切面上，第一侧面2可以看成是沿轴向x0仅包含由该平直坡面23连接的两段轴向阶梯面21、22。第二侧面3沿轴向x0也包含仅一个平直坡面33，在图5示出的平面上，第二侧面3可以看成是沿轴向x0仅包含由该平直坡面33连接的仅两段轴向阶梯面31、32。前面提及，“阶梯走向一致”要求阶梯面和坡面在尺寸和延伸方向上皆对应相同，以此为例，轴向阶梯面21和对应的轴向阶梯面31的尺寸和延伸方向相同，轴向阶梯面22和对应的轴向阶梯面32的尺寸和延伸方向相同，并且，坡面23和对应的坡面33的尺寸和延伸方向也相同。
44.图示实施方式中，两个侧面2、3沿径向r0可以均包含仅一个平直坡面。如图10所示，以第一侧面2为例，第一侧面2沿径向r0包含仅一个平直坡面26，如前面提及的，“仅一个平直坡面”可以是在同一平面延展的多个分离的平直表面，图10示出的实施方式中，仅一个平直坡面26包含在同一平面延展的、分离的两个平直表面261、262。如图10所示，第一侧面2沿径向r0包含仅一个平直坡面26，在图10示出的平面上，也即，在垂直于轴向x0的每一切面上，平直坡面26沿周向c0分成平直表面261、262。构成平直坡面26一部分的平直表面261连接两段径向阶梯面41、42，构成平直坡面26另一部分的平直表面262连接两段径向阶梯面43、44。至于第二侧面3，图10仅示出与第一侧面2的两段径向阶梯面43、44对应的两段径向阶梯面45、46。前面提及，“阶梯走向一致”要求阶梯面和坡面在尺寸和延伸方向上皆对应相同，以此为例，径向阶梯面43和对应的径向阶梯面45的尺寸和延伸方向相同，径向阶梯面44和对应的径向阶梯面46的尺寸和延伸方向相同，并且，构成坡面的平直表面262和对应的构成坡面的平直表面263的尺寸和延伸方向也相同。
45.可以理解，实际的阶梯面数量可以根据压气机转子叶片10的安装角大小和形式来变化。
46.图示实施方式中，每个侧面(以第一侧面2为例)可以包含沿轴向x0分布的第一面51和第二面52，还包含沿轴向x0分布的第三面53和第四面54。其中，第一面51和第二面52沿径向r0分别位于第三面53和第四面54的外侧，也即，第一面51位于第三面53的径向外侧，而第二面52位于第四面54的径向外侧。第一面51和第二面52分别构成沿轴向x0接续的两段轴向阶梯面(图5中的两段轴向阶梯面21、22)，第三面53和第四面54也分别构成沿轴向x0接续的两段轴向阶梯面。同时，第三面53和第一面51分别构成沿径向r0接续的两段径向阶梯面，第四面54和第二面52也分别构成沿径向r0接续的两段径向阶梯面。
47.图示实施方式中，第一面51和第二面52之间的坡面与第三面53和第四面54之间的坡面可以为同一平直表面，也即，第一面51和第二面52之间的坡面为平直坡面23，第三面53
和第四面54之间的坡面也为平直坡面23。第一面51和第三面53之间的坡面与第二面52和第四面54之间的坡面可以为在同一平面延展的两个平直表面，也即，第一面51和第三面53之间的坡面为平直表面261，第二面52和第四面54之间的坡面为平直表面262，平直表面261和平
48.图示实施方式中，面对吸力面202的第一侧面2沿轴向x0可以呈朝向下游逐层降低的阶梯形。换言之，第一侧面2中，位于下游侧(后侧)的轴向阶梯面22相比于位于上游侧(前侧)的轴向阶梯面21凹陷，或者，位于下游侧的轴向阶梯面22为坡底面，而位于上游侧的轴向阶梯面21为坡顶面。而面对压力面201的第二侧面3可以沿轴向x0呈朝向下游逐层抬高的阶梯形。换言之，位于下游侧(后侧)的轴向阶梯面32相比于位于上游侧(前侧)的轴向阶梯面31凸起，或者，位于下游侧的轴向阶梯面32为坡顶面，而位于上游侧的轴向阶梯面31为坡底面。这样，使得每个侧面(图5中以第二侧面3为例)从前棱边l1指向后棱边l2的方向矢量s2跟随弦向s1一起相对于轴向x0朝向同一侧偏离，使得缘板1可以更好地包容叶身20的根部。
49.参见图10，面对吸力面202的第一侧面2沿径向r0可以呈逐层抬高的阶梯形，而面对压力面201的第二侧面3沿径向r0可以呈逐层降低的阶梯形。
50.前面提及，叶身20的弦向s1相对于轴向x0倾斜。优选地，弦向s1与轴向x0之间的夹角α为40
°‑
50
°
。
51.图6至图9也示出根据本实用新型的压气机转子组件100。压气机转子组件100可以包括沿周向c0布置的多个前述压气机转子叶片10。
52.上述压气机转子组件100中，相邻的两个压气机转子叶片10分别具有在周向c0上相对设置的第一侧面2和第二侧面3，(分属于这两个压气机转子叶片10的)第一侧面2和第二侧面3在周向c0上彼此贴合并且在径向r0上彼此搭接。
53.上述压气机转子组件100的压气机转子叶片10中，缘板1沿轴向x0和径向r0均呈阶梯形，在装配过程中，相邻压气机转子叶片10的阶梯形侧面2、3交错配合。在工作状态下，相邻缘板1之间相互贴合压紧，例如，当压气机转子叶片10的压力面201受到较大轴向载荷，或者，当缘板1周向c0上两侧的挤压力作用线不共线时，相邻的阶梯形缘板结构可以有效地防止压气机转子叶片10绕自身旋转，转子叶片可稳定工作，且不会产生周向间隙或径向间隙，提高航空发动机性能，降低安全风险。
54.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。因此，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。