一种涡轮转子叶片阻尼封严结构及其过盈计算方法

技术领域

本申请属于航空发动机涡轮转子叶片领域，特别涉及一种涡轮转子叶片阻尼封严结构及其过盈计算方法。

背景技术

航空发动机涡轮转子叶片工作在高温高压的燃气环境中，可靠的阻尼封严结构既可以保证叶片在高速旋转过程中不发生碰磨或者失效脱开，又可以有效防止燃气倒灌导致相关构件超温烧蚀。

对于不带冠的高压涡轮转子叶片，工作中发生振动时主要依靠阻尼装置实现减振。现阶段阻尼装置多采用的是片式及盒式结构，即在叶片缘板间插入类似封严片或金属壳体的装置实现减振和封严。上述两种阻尼封严结构多为钣金件，在高温环境中使用易发生变形、烧蚀，且安装阻尼结构的位置为铸造面，公差较大，当钣金件发生变形时二者很难形成良好的贴合，接触面积不足会导致阻尼和封严效果不理想。

对于带冠的高压涡轮转子叶片或者低压涡轮转子叶片，常用阻尼结构为平行冠或者锯齿冠。平行冠在装配时保证一定间隙。在理想情况下，工作时由于热膨胀等原因，此间隙应该消失，相邻叶冠互相贴合。实际使用中，由于制造误差及叶片、轮盘变形等因素，间隙难以控制，所以这种叶冠常有磨损不均或使用过程中脱开的问题。锯齿形叶冠在装配时与相邻叶冠靠预扭压紧，工作时由于叶片的扭曲变形，接触面紧度加大，因而阻尼减振效果较好，但由于叶片非工作面间隙始终存在，会导致主流燃气泄漏，性能下降。

因此，希望有一种技术方案来克服或至少减轻现有技术的至少一个上述缺陷。

发明内容

本申请的目的是提供了一种涡轮转子叶片阻尼封严结构及其过盈计算方法，以解决现有结构阻尼和封严效果不理想的问题。

本申请的技术方案是：

本申请的第一个方面提供了一种涡轮转子叶片阻尼封严结构，包括：

涡轮转子叶片，所述涡轮转子叶片沿周向布置多个形成整环结构，所述涡轮转子叶片沿周向的两个端面上均开设有安装槽，且相邻两个所述涡轮转子叶片上的安装槽相互适配共同形成阻尼封严槽；

阻尼封严块，所述阻尼封严块通过过盈配合安装在所述阻尼封严槽中，所述阻尼封严块包括一个底面、两个顶面以及四个侧面，其中，所述底面呈平行四边形；

两个所述顶面均呈平行四边形，所述顶面与所述底面之间具有预定角度，且两个所述顶面远离所述底面的一端相互连接；

四个所述侧面两两为一组，每组中的两个侧面相对设置，且其中一组侧面呈矩形，另一组侧面呈五边形；

所述阻尼封严槽具有与所述阻尼封严块的顶面适配的顶部槽壁，以及与所述阻尼封严块的底面适配的底部槽壁，所述顶部槽壁与所述底部槽壁之间的角度为

所述阻尼封严块的顶面与底面之间的角度为

在本申请的至少一个实施例中，所述安装槽开设在所述涡轮转子叶片的缘板上。

在本申请的至少一个实施例中，所述安装槽开设在所述涡轮转子叶片的叶冠上。

在本申请的至少一个实施例中，所述阻尼封严块的底面与侧面、侧面与侧面、顶面与侧面、顶面与顶面的连接处均设置有光滑过度面。

在本申请的至少一个实施例中，所述安装槽的深度为

在本申请的至少一个实施例中，所述阻尼封严槽与所述阻尼封严块的顶面适配的顶部槽壁的粗糙度为Ra1=1.6；

所述阻尼封严块的顶面的粗糙度为Ra2=0.8。

在本申请的至少一个实施例中，通过改变顶面与底面之间的角度的公差设计不同规格的阻尼封严块，由多个所述涡轮转子叶片形成的整环结构上装配多种规格的阻尼封严块。

本申请的第二个方面提供了一种涡轮转子叶片阻尼封严结构过盈计算方法，基于如上所述的涡轮转子叶片阻尼封严结构，包括：

计算阻尼封严槽传递载荷所需的最小直径变化量：

；

；

其中，R

计算阻尼封严块传递载荷所需的最小直径变化量：

；

；

其中，R

计算涡轮转子叶片阻尼封严结构过盈量：

；

其中，e为过盈量，F为接触面受力，E

发明至少存在以下有益技术效果：

本申请的涡轮转子叶片阻尼封严结构，阻尼封严块与阻尼封严槽通过过盈配合连接，保证阻尼减振效果；在相邻两个叶片出现相对运动时，涡轮转子叶片阻尼封严结构的坡面设计能够有效防止叶片之间发生接触碰磨，可以有效防止主流燃气泄漏导致性能下降；同时阻尼封严结构相比钣金件结构可靠性、稳定性更高，不易变形失效。

附图说明

图1是本申请一个实施方式的涡轮转子叶片示意图；

图2是图1的A

图3是图1的A-A角度剖视图；

图4是本申请一个实施方式的阻尼封严块轴视图；

图5是本申请一个实施方式的阻尼封严块俯视图；

图6是本申请一个实施方式的阻尼封严块仰视图；

图7是图6的B-B角度剖视图。

其中：

1-涡轮转子叶片；2-阻尼封严块。

具体实施方式

为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，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更加详细的描述。在附图中，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。所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。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。下面结合附图对本申请的实施例进行详细说明。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“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申请和简化描述，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申请保护范围的限制。

下面结合附图1至图7对本申请做进一步详细说明。

本申请的第一个方面提供了一种涡轮转子叶片阻尼封严结构，包括：开设有阻尼封严槽的涡轮转子叶片1，以及安装在阻尼封严槽中的阻尼封严块2。

具体的，涡轮转子叶片1沿周向布置多个形成整环结构，相邻两个涡轮转子叶片1之间通过涡轮转子叶片阻尼封严结构进行封严连接。其中，在涡轮转子叶片1的缘板或叶冠的沿周向的两端的端面上开设有安装槽，且相邻两个涡轮转子叶片1上邻接的安装槽相互适配共同形成阻尼封严槽。阻尼封严块2通过过盈配合安装在阻尼封严槽中，阻尼封严块2为实心耐磨耐高温金属结构，其包括一个底面、两个顶面以及四个侧面，其中，底面呈平行四边形；两个顶面均呈平行四边形，顶面与底面之间具有预定角度，且两个顶面远离底面的一端相互连接；四个侧面两两为一组，每组中的两个侧面相对设置，其中一组侧面呈矩形，另外一组侧面呈五边形，矩形侧面的四个边缘分别与底面、两个五边形侧面以及一个顶面的边缘连接，五边形侧面的五个边缘分别与底面、两个矩形侧面以及两个顶面的边缘连接。阻尼封严槽与阻尼封严块2的结构相互适配，可以理解的是，本申请中共同形成阻尼封严槽的两个安装槽呈中心对称。在本申请的优选实施方式中，阻尼封严块2的底面与侧面、侧面与侧面、顶面与侧面、顶面与顶面的连接处均设置有倒角，从而形成光滑过度面，减少应力集中，提高结构的稳定性。

本申请的涡轮转子叶片阻尼封严结构，在相邻两个涡轮转子叶片1的缘板或叶冠上设置阻尼封严槽，阻尼封严块2通过过盈配合安装在阻尼封严槽中，如图1所示。在本申请的一个实施方式中，阻尼封严槽的结构如图2-图3所示，各个涡轮转子叶片1上的安装槽距离结构边缘最小厚度d根据实际情况设计，安装槽的深度的设计参考值为q=

本申请的涡轮转子叶片阻尼封严结构，在装配时，首先将阻尼封严块2安装到一个涡轮转子叶片1的安装槽中，然后装配相邻的涡轮转子叶片1，两个涡轮转子叶片1之间通过阻尼封严结构连接，依次完成整环叶片装配。在本申请的优选实施方式中，考虑到加工存在偏差，可以通过改变顶面与底面之间的坡面角度b的公差设计出不同规格的阻尼封严块2，由多个涡轮转子叶片1形成的整环结构上装配多种规格的阻尼封严块2。有利的是，本实施例中，阻尼封严块2通过改变坡面角度b的公差设计为3种规格，根据阻尼封严槽尺寸进行选配，装配到整环叶片上。

为了保证工作效率，减小阻尼封严块2与阻尼封严槽接触面之间的磨损，在涡轮转子叶片阻尼封严结构接触面上设计过盈量。本申请的第二个方面提供了一种涡轮转子叶片阻尼封严结构过盈计算方法。

本申请的涡轮转子叶片阻尼封严结构过盈计算方法，在涡轮转子叶片阻尼封严结构设计时，对典型使用状态阻尼封严结构进行过盈计算。计算时充分考虑涡轮转子叶片1受到的气动载荷、温度载荷和离心载荷，对阻尼封严块2与阻尼封严槽接触面进行受力分析，确定接触面受力F。涡轮转子叶片阻尼封严结构过盈计算过程具体如下：

计算阻尼封严槽传递载荷所需的最小直径变化量：

；

；

其中，R

计算阻尼封严块传递载荷所需的最小直径变化量：

；

；

其中，R

计算涡轮转子叶片阻尼封严结构过盈量：

；

其中，e为过盈量，F为接触面受力，E

本申请的涡轮转子叶片阻尼封严结构过盈计算方法，由于涡轮转子叶片阻尼封严结构是装配到涡轮转子叶片1上的，其载荷的计算与所在半径高度有关，因此通过等效面积计算将各个尺寸转换为当量尺寸，实现过盈计算。

在本申请的一个实施方式中，通过涡轮转子叶片阻尼封严结构过盈计算得到初始过盈量为0.535mm，经过数值计算或试验验证确定该初始过盈量下的使用过盈量。通过表1典型使用状态涡轮转子叶片阻尼封严结构过盈计算结果显示，阻尼封严块2与阻尼封严槽在使用中仍可保证一定的过盈量，阻尼封严有效。

表1

本申请的涡轮转子叶片阻尼封严结构及其过盈计算方法，使用过程中通过阻尼封严块2和阻尼封严槽之间的摩擦力达到阻尼减振效果，涡轮转子叶片阻尼封严结构的坡面设计可以有效防止相邻两个涡轮转子叶片之间发生接触碰磨，同时该结构可有效防止主流燃气泄漏导致性能下降；通过过盈计算进行验证，得到满足要求的涡轮转子叶片阻尼封严结构，保证阻尼封严效果更好。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。