一种具备封严和减振功能的涡轮叶冠结构的制作方法

1.本发明涉及一种涡轮的叶冠结构，具体涉及一种具备封严和减振功能的涡轮叶冠结构，属于涡轮发动机结构设计技术领域。


背景技术：

2.涡轮部件是航空发动机的主要部件之一，其主要作用是将高温高压燃气的能量转化为动能和机械能。涡轮部件由不旋转的静子组件和旋转的转子组件组成。
3.涡轮转子中的涡轮盘与涡轮叶片的连接方法通常有两种，一种为涡轮盘与叶片为分体式，采用榫头榫齿连接；另一种涡轮盘与叶片为一体，一起铸造成型。
4.其中第一种方式，结构较为复杂，零件多，设计、加工和装配较为困难，但是可以满足涡轮转子工作温度较高时叶片和盘的不同材料要求以及叶片冷却要求；第二种方式，结构较为简单，设计简单，加工方便、周期短，但不适合涡轮转子叶片和盘工作温度差别大的情况。
5.在小型涡轮发动机中，由于低压涡轮工作温度较低，发动机的外径较小，对重量的要求更高，因此，小型涡轮发动机的低压涡轮转子常采用叶盘一体的结构，叶盘一体的涡轮转子中，叶片顶部有两种形式，一种为无叶冠结构，一种为有叶冠形式。
6.无叶冠的叶盘一体式转子，转子转动使叶片产生不同方向的振动，因此叶根和涡轮盘部分易发生裂纹。
7.有叶冠的叶盘一体式转子，由于叶片在叶冠处相连，能够抑制叶片的振动，但是叶冠处无封严结构，易发生叶尖渗漏流量大的问题。


技术实现要素：

8.有鉴于此，本发明提供了一种具备封严和减振功能的涡轮叶冠结构，能够降低叶盘一体式转子的叶尖渗漏流量、提高涡轮的性能，同时减低涡轮叶片的振动，提高涡轮转子的使用寿命。
9.一种具备封严和减振功能的涡轮叶冠结构，该涡轮叶冠结构包括设置在叶冠顶部的篦齿、起连接作用的固定片和涂覆在流道壁面上的磨耗涂层；所述篦齿在叶冠的顶部沿涡轮转动方向环绕且径向凸出，涡轮在转动时叶冠外径变大，篦齿与流道壁面上的磨耗涂层接触后将磨耗涂层磨损出环槽；所述涡轮上的叶片以每2～4片为一组，对一组叶片的叶冠处切开一个前后贯穿的狭缝，所述固定片安装在狭缝处将相邻的一组叶片柔性连接在一起。
10.进一步地，所述篦齿的数量为两道，两道篦齿的高度相同。
11.进一步地，第一个所述篦齿与涡轮前缘的距离和两个篦齿之间的间距相等且均为l1，篦齿尖端宽度为a，篦齿的角度进气侧为90
°
，篦齿顶端角度为15
°
，篦齿高度为l2；篦齿之间的间距l1、篦齿高度l2和篦齿尖端宽度a三者的尺寸比例关系之间需满足：l1：l2：a＝12:10:1。
12.进一步地，所述固定片通过反向弯折后包络的形式实现相邻一组叶片的柔性连接。
13.进一步地，所述磨耗涂层的材料选用自熔合金加mo或ni/al混合粉、高铬不锈钢、ni/al丝、t8钢。
14.有益效果：
15.1、本发明在涡轮转子叶冠顶部有封严篦齿，且另一侧使用磨耗涂层，涡轮在转动时叶冠外径变大，篦齿与流道壁面上的磨耗涂层接触后将磨耗涂层磨损出环槽，通过篦齿与环槽的配合能够对叶尖渗漏流进行有效封严，提高涡轮的封严性能，此外，叶片以每2～4个为一组，每组叶片之间通过固定片进行柔性连接，使得相邻的一组叶片之间具有不同的伸长量和摆动量，既能减弱叶冠位置的应力防止断裂，又能降低叶片根部的振动应力，防止叶片根部出现裂纹。
16.2.本发明篦齿的数量为两道且高度相同，既能保证涡轮在工作过程中的封严效果，又不增加涡轮在转动过程中产生的转动摩擦力对其运转造成的影响。
17.3.本发明对篦齿的形状和尺寸进行了限定，上述限定条件有利于叶尖渗漏流进行有效封严并且降低篦齿与磨耗涂层上环槽之间的摩擦力。
附图说明
18.图1为本发明涡轮叶冠结构的示意图；
19.图2为叶冠顶部篦齿结构示意图；
20.图3为封严效果示意图；
21.图4为图2的c-c剖视图；
22.图5为固定片的结构示意图；
23.图6为叶冠顶部篦齿的结构参数示意图；
24.图7为固定片安装位置的三维视图；
25.图8为固定片安装在叶冠顶部内侧的示意图。
26.其中，1-流道壁面、1a-磨耗涂层、2-篦齿、3-固定片、4-叶片、5-叶冠。
具体实施方式
27.下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
28.如附图1和2所示，本发明提供了一种具备封严和减振功能的涡轮叶冠结构，该涡轮叶冠结构包括设置在叶冠5顶部的篦2齿、起连接作用的固定片3和涂覆在流道壁面1上的磨耗涂层1a。篦齿2的结构如附图1所示，叶冠顶部有两道篦齿，篦齿在叶冠的顶部沿涡轮转动方向环绕且径向凸出。篦齿2在转动时，由于离心力作用，叶冠外径变大，篦齿2与流道壁面1上的的磨耗涂层1a接触，并将磨耗涂层1a磨损出两圈环槽，如图3所示。
29.在叶盘一体式涡轮转子的环形叶冠顶端每2～4个叶片为一组，切开一个狭缝附图4所示。各组叶片之间，可以有不同的伸长量和摆动量，减少环形叶冠的应力。在狭缝处放置固定片3，固定片3的结构如附图5所示，装配后在虚线位置弯折。可以抑制各组叶片之间的振动，减低叶片根部的振动应力，固定片3与各组叶片之间的连接位置以及连接关系如附图7和8所示，固定片3从叶冠5的内底面穿过后，两端部分向叶冠的顶面反向弯折后将相邻的
一组叶片进行限位，使两组叶片之间既有活动量，又限制最大活动量，也就实现了柔性连接。
30.叶冠顶部篦齿的结构参数如附图6所示，篦齿与涡轮前缘的距离和两个篦齿之间的间距相等且均为l1，篦齿尖端宽度为a，篦齿的角度进气侧为90
°
，篦齿顶端角度为15
°
，篦齿高度为l2；篦齿之间的间距l1、篦齿高度l2和篦齿尖端宽度a三者的尺寸比例关系之间需满足：l1：l2：a＝12:10:1。
31.此外，磨耗涂层的材料选用自熔合金加mo或ni/al混合粉、高铬不锈钢、ni/al丝、t8钢以及自熔合金加co/wc混合粉，喷涂设备采用美国praxair公司生产的jp5000型超音速火焰喷涂设备进行喷涂。
32.综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。


技术特征：
1.一种具备封严和减振功能的涡轮叶冠结构，其特征在于，该涡轮叶冠结构包括设置在叶冠顶部的篦齿、起连接作用的固定片和涂覆在流道壁面上的磨耗涂层；所述篦齿在叶冠的顶部沿涡轮转动方向环绕且径向凸出，涡轮在转动时叶冠外径变大，篦齿与流道壁面上的磨耗涂层接触后将磨耗涂层磨损出环槽；所述涡轮上的叶片以每2～4片为一组，对一组叶片的叶冠处切开一个前后贯穿的狭缝，所述固定片安装在狭缝处将相邻的一组叶片柔性连接在一起。2.如权利要求1所述的一种具备封严和减振功能的涡轮叶冠结构，其特征在于，所述篦齿的数量为两道，两道篦齿的高度相同。3.如权利要求2所述的一种具备封严和减振功能的涡轮叶冠结构，其特征在于，第一个所述篦齿与涡轮前缘的距离和两个篦齿之间的间距相等且均为l1，篦齿尖端宽度为a，篦齿的角度进气侧为90
°
，篦齿顶端角度为15
°
，篦齿高度为l2；篦齿之间的间距l1、篦齿高度l2和篦齿尖端宽度a三者的尺寸比例关系之间需满足：l1：l2：a＝12:10:1。4.如权利要求3所述的一种具备封严和减振功能的涡轮叶冠结构，其特征在于，所述固定片通过反向弯折后包络的形式实现相邻一组叶片的柔性连接。5.如权利要求4所述的一种具备封严和减振功能的涡轮叶冠结构，其特征在于，所述磨耗涂层的材料选用自熔合金加mo或ni/al混合粉、高铬不锈钢、ni/al丝、t8钢。

技术总结
本发明公开了一种具备封严和减振功能的涡轮叶冠结构，属于涡轮发动机结构设计技术领域。该涡轮叶冠结构包括设置在叶冠顶部的篦齿、起连接作用的固定片和涂覆在流道壁面上的磨耗涂层；篦齿在叶冠的顶部沿涡轮转动方向环绕且径向凸出，涡轮在转动时叶冠外径变大，篦齿与流道壁面上的磨耗涂层接触后将磨耗涂层磨损出环槽；涡轮上的叶片以每2～4片为一组，对一组叶片的叶冠处切开一个前后贯穿的狭缝，固定片安装在狭缝处将相邻的一组叶片柔性连接在一起。本发明能够降低叶盘一体式转子的叶尖渗漏流量、提高涡轮的性能，同时减低涡轮叶片的振动，延长涡轮转子的使用寿命。延长涡轮转子的使用寿命。延长涡轮转子的使用寿命。


技术研发人员：赵阳 郭昆 宋友辉 陈宝延 徐乐 王雨龙 余海生
受保护的技术使用者：北京动力机械研究所
技术研发日：2022.03.22
技术公布日：2022/8/2