一种航空发动机高压离心压气叶轮的制作方法

1.本发明涉及航空发动机领域，尤其涉及一种航空发动机高压离心压气叶轮。


背景技术：

2.目前，航空发动机离心压气机的叶轮由导风轮和离心叶轮组成。导风轮为不锈钢精铸而成，位于离心叶轮前部，用以将空气均匀地引入离心叶轮，叶片前缘向转子转动方向弯曲以适应气流进入转子时相对速度的方向。单面半开式离心叶轮由铝合金锻件机加而成，有导风轮叶片数量相等的直叶片，轮毂后端上有相应的凸块与轴相啮合传递扭矩。导风轮与离心叶轮各有三个非均布的销钉孔用来保证叶片的相对位置。现有的航空发动机离心压气机的安装时，需要两个叶轮分别进行平衡，再通过销钉进行装配，存在装配步骤繁琐且精度不高的问题。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种航空发动机高压离心压气叶轮，用于解决传统的航空发动机离心压气机装配难度大、装配步骤繁琐的技术问题。
4.为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种航空发动机高压离心压气叶轮，所述航空发动机高压离心压气叶轮包括：
5.轮毂部，所述轮毂部的中心开设轴孔，所述轮毂部的轴孔上设置有第一定位面以及第二定位面，所述第一定位面与所述第二定位面分别设置于所述轴孔的前后端，所述轮毂部的一端设置有端齿；
6.导风轮部，所述导风轮部设置于所述轮毂部上；
7.离心叶轮部，所述离心叶轮部设置于所述轮毂部上，且所述导风轮部设置于所述离心叶轮部的前端，所述导风轮部用于将空气均匀地引入离心叶轮部；
8.去重部分，所述去重部分设置于所述第一定位面与所述第二定位面之间的所述轮毂部内壁上；
9.所述轮毂部、导风轮部、离心叶轮部采用一体式结构。
10.在一个实施例中，所述去重部分为设置于所述轮毂部内部的弧形凹槽。
11.在一个实施例中，所述弧形凹槽的深度为b，所述第一定位面所处的圆弧面半径为a，并且b＝2a-17。
12.在一个实施例中，所述导风轮部的叶片型面采用机加的方式制成。
13.在一个实施例中，所述航空发动机高压离心压气叶轮还包括缓冲部，所述缓冲部设置于所述弧形凹槽内，所述缓冲部的两侧分别与所述弧形凹槽的两侧相连接。
14.在一个实施例中，所述缓冲部的底部设置有第三定位面，所述第三定位面的与所述第二定位面平齐。
15.在一个实施例中，所述缓冲部上设置有通气孔。
16.在一个实施例中，所述缓冲部包括第一缓冲块、第二缓冲块、缓冲环，所述第一缓
冲块一端固定于所述弧形凹槽的一侧，所述第二缓冲块的一端固定于所述弧形凹槽的另一侧，所述第一缓冲块与所述第二缓冲块相邻面的内侧设置有楔形槽，所述缓冲环的外侧面滑动配合于所述楔形槽内，且所述缓冲环的内侧面配合于转轴上。
17.在一个实施例中，所述缓冲部还包括连接杆，所述连接杆的一端连接所述弧形凹槽的顶部，所述连接杆的另一端连接所述缓冲环。
18.在一个实施例中，所述缓冲部包括曲面部、连接环，所述连接环的一端固定于所述去重部分上，所述连接环的另一端与所述曲面部相连，所述连接环均匀设置于所述曲面部与所述去重部分之间，所述曲面部的外形与所述去重部分相似，所述曲面部、连接环、去重部分之间形成多个储能腔室。
19.本发明实施例中上述的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
20.本发明实施例提供的航空发动机高压离心压气叶轮，通过将轮毂部、导风轮部与离心叶轮部设置成一体式，取消了两叶轮间销钉装配，装配时仅需进行一次静平衡，且整体成型避免了同心度及叶片的相对位置误差，进而提高了装配的精度以及降低了装配的难度，简化了装配的步骤。通过设置去重部分降低航空发动机高压离心压气叶轮的重量。
附图说明
21.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
22.图1为本发明实施例提供的航空发动机高压离心压气叶轮的结构示意图；
23.图2为本发明实施例提供的缓冲部的结构示意图；
24.图3、图4、图5为本发明其他实施例提供的缓冲部的结构示意图；
25.其中，各个附图标记如下：
26.1、轮毂部；2、导风轮部；3、离心叶轮部；4、去重部分；5、缓冲部；11、第一定位面；12、第二定位面；13、端齿；51、第三定位面；52、通气孔；53、第一缓冲块；54、第二缓冲块；55、缓冲环；56、连接杆；57、曲面部；58、连接环；59、储能腔室。
具体实施方式
27.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
28.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
29.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
30.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
31.请参阅图1至图3，本技术实施例提供了一种航空发动机高压离心压气叶轮，包括轮毂部1、导风轮部2、离心叶轮部3、去重部分4。其中，轮毂部1的中心开设轴孔，轮毂部1的轴孔上设置有第一定位面11以及第二定位面12，第一定位面11与第二定位面12分别设置于轴孔的前后端，轮毂部1的一端设置有端齿13。导风轮部2设置于轮毂部1上。离心叶轮部3设置于轮毂部1上，且导风轮部2设置于离心叶轮部3的前端，导风轮部2用于将空气均匀地引入离心叶轮部3。去重部分4设置于第一定位面11与第二定位面12之间的轮毂部1内壁上。轮毂部1、导风轮部2、离心叶轮部3采用一体式结构。本实施例提供的航空发动机高压离心压气叶轮，通过将轮毂部1与导风轮部2与离心叶轮部3设置成一体式，取消了两叶轮间销钉装配，装配时仅需进行一次静平衡，且整体成型避免了同心度及叶片的相对位置误差，进而提高了装配的精度以及降低了装配的难度，简化了装配的步骤。通过设置去重部分4降低航空发动机高压离心压气叶轮的重量。
32.针对现在离心压气机存在的问题，本实施例采用的技术方案是：在叶片型面和安装方案不改变的前提下，选取钛合金作为离心压气机的材料，进行结构设计。保证改型前后转子质量不变，将导风轮与离心叶轮进行整体加工。去重部分4设置在较厚的第一定位面11与第二定位面12之间的轮毂部1内壁，使得去重部分4即可实现去重的目的，同时不会大幅影响离心压气机整体的强度。在一个实施例中，去重部分4为设置于轮毂部1内部的弧形凹槽。相比于非弧形凹槽(如方形凹槽等)，弧形凹槽的去重部分4具有去重面光滑过渡的优点，使得当离心压气机受力时，离心压气机的去重部分4不易出现应力集中，进而进一步的降低去重部分4对离心压气机整体强度的影响。
33.在一个实施例中，弧形凹槽的深度为b，第一定位面11所处的圆弧面半径为a，并且b＝2a-17。针对不同尺寸大小的离心压气机，其去重部分4的尺寸应当做相应改变，以在保证不过渡影响离心压气机整体强度的同时，确保离心压气机的重量更轻。为此，本实施例通过限制a与b之间的关系为b＝2a-17，使得去重部分4的尺寸达到最佳值，当b《2a-17时，去重效果不佳，无法到达最佳的减重目的。当b》2a-17时，去重部分4过多，导致去重部分4上方的轮毂部1厚度过薄，虽然能到达更好的去重效果，但是会严重影响离心压气机的强度，离心压气机容易形变失效。故而本实施例通过限定去重部分4的尺寸为b＝2a-17，使得去重部分4能根据不同尺寸的大小的离心压气机进行变化，且在保证离心压气机足够强度的同时最大限度的减轻离心压气机的重量。
34.在一个实施例中，导风轮的叶片型面采用机加的方式制成。相比于传统采用铸造的导风轮叶片型面，采用机械加工的方式可提高叶片的精度，并且同时避免了铸造件存在的缺陷(如缩松、缩孔等)，使得导风轮的叶片的安全系数更加高。
35.请参阅图2，在一个实施例中，航空发动机高压离心压气叶轮还包括缓冲部5，缓冲
部5设置于弧形凹槽内，缓冲部5的两侧分别与弧形凹槽的两侧相连接。通过设置缓冲部5，使得当离心压气机高速旋转时，弧形凹槽两侧的叶片所受的应力可过缓冲部5进行传导，在对去重部分4去重效果影响较小的前提下，大幅提高离心压气机的强度，大幅抵消去重部分4对离心压气机强度的影响。
36.详细的说，缓冲部5为侧面为弧形的圆环，圆环的两底面分别连接在去重部分4的弧形凹槽上，且缓冲部5的弯曲方向与弧形凹槽的弯曲方向相反。使得当叶片给予弧形凹槽应力时，弧形凹槽将应力传递至缓冲部5，缓冲部5发生微量形变，使得缓冲部5的中间位置朝着转轴方向弯曲，并将应力传递至主轴，进而将应力及时转移至主轴，降低离心压气机受应力而发生形变的风险。
37.在一个实施例中，缓冲部5的底部设置有第三定位面51，第三定位面51的与第二定位面12平齐。通过设置第三定位面51，使得当离心压气机与主轴进行装配时，降低二者的装配误差，提高装配精度。
38.在一个实施例中，缓冲部5上设置有通气孔52。通过设置通气孔52，使得当缓冲部5与去重部分4的弧形凹槽形成的空腔体积发生变化时，空腔内的气体可及时流通，以配合缓冲部5进行形变。
39.请参阅图3，在一个实施例中，缓冲部5包括第一缓冲块53、第二缓冲块54、缓冲环55，第一缓冲块53一端固定于弧形凹槽的一侧，第二缓冲块54的一端固定于弧形凹槽的另一侧，第一缓冲块53与第二缓冲块54相邻面的内侧设置有楔形槽，缓冲环55的外侧面滑动配合于楔形槽内，且缓冲环55的内侧面配合于转轴上。当离心压气机上的叶片受力(主要指沿主轴轴向方向的力)时，叶片将应力传递至与之相连的轮毂上，轮毂再将应力传递至缓冲块上，使得缓冲块具有朝着中部运动的趋势，进而在另一缓冲块的配合下，通过楔形槽，将该应力转化为对缓冲环55朝圆心的压力，缓冲环55再将该压力传递至主轴上，进而可及时将叶片所受的应力及时传递至主轴，保护离心压气机。
40.请参阅图4，在另一个实施例中，缓冲部5还包括连接杆56，连接杆56的一端连接弧形凹槽的顶部，连接杆56的另一端连接缓冲环55。通过在缓冲环55上连接连接杆56，使得当叶轮转动时，导风轮部2与离心叶轮部3旋转时产生的离心力可通过连接杆56转移至缓冲环55，进而将导风轮部2与离心叶轮部3受到的离心力传递至主轴，提高导风轮部2与离心叶轮部3能够承受的离心力的最大值，进而提高叶轮转速的上限。此外，由第一缓冲块53/第二缓冲块54与缓冲环55、连接杆56以及去重部分4的内表面之间形成一个稳定的三角结构，故而当叶轮高速转动，使得导风轮部2与离心叶轮部3受到强大的离心力时，整个去重部分4以及导风轮部2与离心叶轮部3均有沿着离心力方向变长的趋势，是使得导风轮部2与离心叶轮部3沿着主轴的径向方向延伸并使去重部分4宽度变窄、高度变高的一个趋势，由于缓冲环55配合在第一缓冲块53与第二缓冲块54的楔形槽内，故而，该趋势使得第一缓冲块53与第二缓冲块54朝着缓冲环55方向挤压，使得缓冲环55受到朝向主轴轴心方向的力，而该力将作用到与之相连的连接杆56上。由于连接杆56同时还受到导风轮部2与离心叶轮部3给予的方向由主轴轴线垂直朝外的一个离心力，故而缓冲环55给予连接杆56的力和导风轮部2与离心叶轮部3给予连接杆56的离心力反向相反，二者相互抵消，进而使得叶轮的在高速旋转时，其结构更加稳定，不易发生变形等现象。
41.在一个实施例中，缓冲部5包括曲面部57、连接环58，连接环58的一端固定于去重
部分4上，连接环58的另一端与曲面部57相连，连接环58均匀设置于曲面部57与去重部分4之间，曲面部57的外形与去重部分4相似，曲面部57、连接环58、去重部分4之间形成多个储能腔室59。通过采用曲面部57、连接环58、去重部分4形成多个独立的储能腔室59，使得当导风轮部2与离心叶轮部3存在形变势能时(叶轮高速旋转时产生离心力，进而使得导风轮部2与离心叶轮部3存在形变势能)，此时缓冲部5上的储能腔室59能给予导风轮部2与离心叶轮部3抵抗形变的力，同时将部分形变势能转移至每个储能腔室59内，降低导风轮部2与离心叶轮部3的形变势能，进而降低导风轮部2与离心叶轮部3发生形变的概率。此外，由于曲面部57与去重部分4的结构相似，使得曲面部57与去重部分4的距离基本一致，进而使得缓冲部5给予去重部分4的抵抗性能的力更加均匀，避免去重部分4某些位置因离心力过大而发生形变甚至于开裂破坏。
42.此外，制作缓冲部5时，可将去重部分4中的连接环58与叶轮主体采用一体式铸造方式加工，而后将曲面部57分隔成多部分，分段焊接至连接环58上。
43.以上仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。