一种涡轮叶片内腔流量调整装置、涡轮叶片及方法与流程

1.本发明属于发动机设计技术领域，具体属于一种涡轮叶片内腔流量调整装置、涡轮叶片及方法。


背景技术：

2.在发动机的设计中，涡轮叶片作为发动机的关键零件，无论在航机或者燃机上都有着举足轻重的作用。在工作时需承受高温、高离心载荷，且需要保证长使用寿命。因此，近年来涡轮叶片均采用了结构复杂的空心交叉肋式冷却，以增强叶片的冷却效果，涡轮叶片的内腔水流量是叶片一项关键特性，是验证叶片内腔流通能力的检测要求之一，涡轮转子装配时，整盘叶片流量差值必须满足设计要求的数值范围，但涡轮叶片在生产初期无法满足流量数值要求，因此外购叶片及自产叶片混装的转子上时，叶片的流量值得不到控制，导致混装无法实现，因为原有零件无法满足设计要求以及涡轮转子装配设计要求的不可控性，会对试车性能指标造成影响，使得试车无法正常通过。


技术实现要素：

3.为了解决现有技术中存在的问题，本发明提供一种涡轮叶片内腔流量调整装置、涡轮叶片及方法，通过在涡轮叶片进水口处设置节流套来控制进涡轮叶片的内腔流量，从而提高涡轮叶片水流量合格率、能有效调整涡轮叶片水流量数据及稳定性，克服了原有零件无法满足设计要求及试车性能指标等问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种涡轮叶片内腔流量调整装置，包括设置在涡轮叶片进水口处的节流套，所述节流套为中空开槽式腰形堵塞结构，节流套顶部外围设置翻边，节流套底部本体向远离节流套顶部的方向延伸，节流套底部本体长度方向上两侧壁上开有一u型槽，u型槽从节流套底部本体底边向节流套顶部方向凹陷，节流套底部本体尺寸与涡轮叶片进水口相匹配用于伸入涡轮叶片进水口中调节的进水口大小从而调整涡轮叶片内腔流量。
5.进一步的，所述节流套选用与涡轮叶片材质相同的材料制备采用gh600-gh710材料制备。
6.进一步的，所述节流套底部本体采用等壁厚设计，其外型面尺寸与涡轮叶片进水口尺寸匹配。
7.进一步的，节流套顶部外围翻边与节流套底部本体圆弧过度连接，节流套翻边处倒圆半径r为0.2mm-0.6mm。
8.进一步的，所述翻边的高度为1.0mm-1.3mm，长度为18.5mm-18.9mm，宽度为5.8mm-8.0mm。
9.进一步的，节流套总高度为5.2mm-5.5mm。
10.进一步的，节流套底部本体壁厚为0.9mm-1.3mm，节流套底部本体内圈长度为14.5mm-15.0mm，节流套底部本体内圈宽度为3.0mm-4.3mm。
11.进一步的，节流套底部本体与涡轮叶片内部肋条的空档为u型槽，u型槽的宽度尺寸4.0-6.0mm、u型槽底部圆弧半径为2.0mm-3.0mm，u型槽的位置度为8.5mm-10.5mm。
12.本发明还提供一种涡轮叶片，涡轮叶片的进水口中安装有上述流量调整装置。
13.本发明还提供一种涡轮叶片内腔流量调整方法，具体步骤如下：
14.s1根据节流套底部本体内圈长度尺寸和节流套底部本体内圈宽度尺寸对上述节流套进行分组；
15.s2确定涡轮叶片的水流量数据，根据水流量数据在上述分组中选取对应尺寸的节流套；
16.s3将选好节流套安装在涡轮叶片进水口处，调节进水口的尺寸进而实现流量调整。
17.与现有技术相比，本发明至少具有以下有益效果：
18.本发明提供一种涡轮叶片内腔流量调整装置，通过在涡轮叶片进水口处设置节流套来调整涡轮叶片进水口的大小，进而控制进涡轮叶片的内腔流量，本发明节流套顶部外围设置翻边，便于更换节流套；节流套底部本体上设置有u型槽避免了节流套底部本体与叶片内部肋条接触对叶片结构产生影响；节流套底部本体尺寸与涡轮叶片进水口相匹配，装配后能保证节流套受力均匀不松动，工作过程中不易脱落，从而提高了涡轮叶片水流量合格率、能有效调整涡轮叶片水流量数据及稳定性，克服了原有零件无法满足设计要求及试车性能指标等问题，采用本发明流量调整装置的涡轮叶片均通过数十台试车性能验证，数十台返厂叶片流量检测实际验证。
附图说明
19.图1为涡轮叶片局部示意图；
20.图2为sy708流量器局部示意图；
21.图3为节流套结构图；
22.图4为加装节流套示意图；
23.图5为加装节流套后涡轮叶片的流量、流量标准值的时间序列图；
24.附图中：1为节流套、2为涡轮叶片。
具体实施方式
25.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的说明。
26.本发明提供一种涡轮叶片内腔流量调整装置，具体为安装在涡轮叶片进水口处的节流套，节流套的结构、尺寸按照涡轮叶片进水口及型腔内部实际尺寸进行设计，节流套材质根据涡轮叶片材质、工作环境性能及经济效益选定，选择型号为gh600-gh710材料制备节流套。
27.如图3所示，本发明节流套为中空开槽式腰形堵塞结构，节流套顶部外围设置翻边，使用时翻边底部与叶片表面接触，用以起到加严密封及为避免与零件内腔干涉的作用，节流套底部本体上长度方向上两侧壁上均开有一u型槽用于避免节流套与叶片内部肋条接触，节流套底部本体上用于伸入叶片榫头底部内腔中对涡轮叶片进水口的大小进行调节；
28.优选的，节流套底部本体采用等壁厚设计，外型面根据实际叶片尺寸配做，装配后
保证节流套受力均匀不松动，工作过程中不易脱落。
29.优选的，节流套选用与涡轮叶片材质相同的材料制备，以满足在高温环境下相同的热胀冷缩及变形。
30.优选的，节流套顶部外围翻边与节流套底部本体圆弧过度连接可以减少应力集中(尖边极易应力集中)；优选的，如图3所示，其中h1为节流套总高度(5.2-5.5mm)，h2为节流套翻边高度(1.0-1.3mm，此部位无需嵌入叶片内腔)，b1为节流套与叶片内部肋条的空档(u型槽)宽度尺寸(4.0-6.0mm)、r1为空档底部r尺寸(r2.0-r3.0)，r2为节流套翻边处倒圆半径(r0.2-r0.6)，d为节流套壁厚尺寸(0.9-1.3mm)，b2为节流套空档位置度尺寸(8.5-10.5mm)，b3为节流套内圈长度尺寸(14.5-15.0mm)，b4为节流套翻边长度尺寸(18.5-18.9mm)，a1为节流套内圈宽度尺寸(3.0-4.3mm)，a2为节流套翻边处宽度尺寸(5.8-8.0mm)。
31.实施例1
32.使用时，针对不同水流量数据段，将节流套按照a1、b3的尺寸进行分组，达到分组调整的效果。
33.如图4所示，1为节流套、2为涡轮叶片，装配时操作者将节流套对准涡轮叶片上相应孔位，用大拇指将节流套1垂直向下按压，在剩余不足1mm时，使用木质榔头沿节流套大面竖直向下轻轻按压，确保节流套与涡轮叶片榫齿顶部贴合且不松动，安装结束后使用塞尺沿节流套四周进行间隙检验(要求间隙不大于0.1mm)。
34.如图1所示，某机涡轮叶片m4孔为试验时叶片的进水口。
35.如图2所示，在进行水流量检测时，在2000mm高度调整下形成一定压力使得纯净水经管路进入涡轮叶片的进水口，纯净水流经零件型腔内部最终从叶片排气边孔口流出，为保证及适度调整流量数值，在m4孔内部以嵌套节流套的方式进行限流。
36.按照涡轮叶片进水口及型腔内部实际尺寸，进行节流套结构及尺寸设计，结合涡轮叶片材质、工作环境性能及经济效益，节流套的材料确定为gh696。
37.按照上述规则制备得到节流套1的尺寸具体如下：h1为节流套总高度5.3mm，h2为节流套翻边高度1.3mm，b1为节流套与叶片内部肋条的空档宽度尺寸6mm、r1为空档底部r尺寸r3.0，r2为节流套翻边处倒圆尺寸r0.6，d为节流套壁厚尺寸1.3mm，b2为节流套为节流套空档位置度尺寸10.5mm，b3为节流套内圈长度尺寸15.0mm，b4为节流套总长度尺寸18.5mm,a1为节流套内圈宽度尺寸4.3mm，a2为节流套翻边处宽度尺寸8.0mm。
38.装配节流套后的成品涡轮叶片如图4所示，安装时，操作者使用芯棒，从节流套内孔处穿出(从节流套上部向下部穿出)，注意避开型腔内部肋筋，最终使用木质榔头按紧即可。
39.实施例2
40.某机涡轮叶片转子装配要求整盘流量最大差异无法满足，按照涡轮叶片进水口实际尺寸，进行节流套结构及尺寸设计。h1为节流套总高度5.2mm，h2为节流套翻边高1.0mm，b1为节流套与叶片内部肋条的空档宽度尺寸4mm、r1为空档底部r尺寸r2.0，r2为节流套翻边处倒圆尺寸r0.2，d为节流套壁厚尺寸0.9mm，b2为节流套空档位置度尺寸8.5mm，b3为节流套内圈长度尺寸，b4为节流套总长度尺寸，a1为节流套内圈宽度尺寸，a2为节流套翻边处宽度尺寸，具体尺寸如下表所示。
41.序号b3b4a1a2114.518.03.05.8 214.718.43.56.3 314.918.93.86.5
42.流量值检测：
43.节流套按照要求的流量数据制造，随机抽取35件叶片安装对应节流套后，在水流量试验器上进行流量检测，并将流量值与实验室检测值进行比较，具体数据见下表及图5所示，加装节流套后涡轮叶片的流量和流量标准值差距较小，说明节流套可以有效调整涡轮叶片的流量。
44.节流套流量标准值节流套流量标准值节流套流量标准值320032103430341034003410 324032203650360036403660 328032903530354035303520 335033503610361036103610 340034103500352035003520 366036403620361036203610 357035603240323032403230 360036303320333033203300 350035203240324032303240 3640363033103320331033203280329032803290
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3340330033403300
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技术特征：
1.一种涡轮叶片内腔流量调整装置，其特征在于，包括设置在涡轮叶片进水口处的节流套，所述节流套为中空开槽式腰形堵塞结构，节流套顶部外围设置翻边，节流套底部本体向远离节流套顶部的方向延伸，节流套底部本体长度方向上两侧壁上开有一u型槽，u型槽从节流套底部本体底边向节流套顶部方向凹陷，节流套底部本体尺寸与涡轮叶片进水口相匹配用于伸入涡轮叶片进水口中调节的进水口大小从而调整涡轮叶片内腔流量。2.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片内腔流量调整装置，其特征在于，所述节流套选用与涡轮叶片材质相同的材料制备采用gh600-gh710材料制备。3.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片内腔流量调整装置，其特征在于，所述节流套底部本体采用等壁厚设计，其外型面尺寸与涡轮叶片进水口尺寸匹配。4.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片内腔流量调整装置，其特征在于，节流套顶部外围翻边与节流套底部本体圆弧过度连接，节流套翻边处倒圆半径r为0.2mm-0.6mm。5.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片内腔流量调整装置，其特征在于，所述翻边的高度为1.0mm-1.3mm，长度为18.5mm-18.9mm，宽度为5.8mm-8.0mm。6.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片内腔流量调整装置，其特征在于，节流套总高度为5.2mm-5.5mm。7.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片内腔流量调整装置，其特征在于，节流套底部本体壁厚为0.9mm-1.3mm，节流套底部本体内圈长度为14.5mm-15.0mm，节流套底部本体内圈宽度为3.0mm-4.3mm。8.根据权利要求1所述的一种涡轮叶片内腔流量调整装置，其特征在于，节流套底部本体与涡轮叶片内部肋条的空档为u型槽，u型槽的宽度尺寸4.0-6.0mm、u型槽底部圆弧半径为2.0mm-3.0mm，u型槽的位置度为8.5mm-10.5mm。9.一种涡轮叶片，其特征在于，涡轮叶片的进水口中安装有权利要求1～8中任一项所述的流量调整装置。10.一种涡轮叶片内腔流量调整方法，其特征在于，具体步骤如下：s1根据节流套底部本体内圈长度尺寸和节流套底部本体内圈宽度尺寸对权利要求1～8中任一项所述的节流套进行分组；s2确定涡轮叶片的水流量数据，根据水流量数据在上述分组中选取对应尺寸的节流套；s3将选好节流套安装在涡轮叶片进水口处，调节进水口的尺寸进而实现流量调整。

技术总结
本发明公开了一种涡轮叶片内腔流量调整装置、涡轮叶片及方法，包括设置在涡轮叶片进水口处的节流套，所述节流套为中空开槽式腰形堵塞结构，节流套顶部外围设置翻边，节流套底部本体向远离节流套顶部的方向延伸，节流套底部本体长度方向上两侧壁上开有一U型槽，U型槽从节流套底部本体底边向节流套顶部方向凹陷，节流套底部本体尺寸与涡轮叶片进水口相匹配用于伸入涡轮叶片进水口中调节的进水口大小从而调整涡轮叶片内腔流量，本发明通过在涡轮叶片进水口处设置节流套来控制进涡轮叶片的内腔流量，从而提高涡轮叶片水流量合格率、能有效调整涡轮叶片水流量数据及稳定性，克服了原有零件无法满足设计要求及试车性能指标等问题。问题。问题。


技术研发人员：肖红 杨薇 刘宇 卫嘉 张培建 王文博 董茵 江滨
受保护的技术使用者：中国航发动力股份有限公司
技术研发日：2023.07.28
技术公布日：2023/10/8