[发明专利]一种低压涡轮叶片锯齿冠结构设计方法

说明书

本发明属叶轮机械技术领域，涉及一种低压涡轮叶片锯齿冠结构设计方法，主要针对高负荷低压涡轮转子叶片。确定锯齿冠结构特征的步骤如下：建立全局坐标系XYZ和叶冠坐标系X₁Y₁Z₁；根据气动设计的要求给定低压涡轮叶片锯齿冠啮合面所在直径高度D，以满足发动机性能要求；确定低压涡轮叶片锯齿冠啮合面与Y轴的夹角α；确定低压涡轮叶片预扭角△β；根据夹角α、预扭角△β和直径高度D，确定低压涡轮叶片锯齿冠啮合面弦宽b。本设计方法实现了低压涡轮叶片啮合面上的扭矩和因旋转后低压涡轮叶片叶身的恢复力矩平衡；与此同时，通过低压涡轮叶片锯齿冠啮合面之间相互约束，达到减少叶片振幅的目的。

技术领域

本发明属叶轮机械技术领域，涉及一种涡轮叶片锯齿冠设计方法，主要针对高负荷低压涡轮转子叶片。

背景技术

低压涡轮叶片作为航空燃气涡轮风扇发动机关键的核心部件之一，其稳定、可靠的工作影响着航空燃气涡轮风扇发动机的使用安全。

随着航空推进系统向高推重比的方向发展，对压气机压比、涡轮前温度和效率要求越来越高，在相同的迎风面积下，对低压涡轮叶片使用温度、转速和效率提出了更高的要求。从性能方面考虑，在低压涡轮叶片叶尖位置布置叶冠，可以有效的减少叶片叶尖位置处的绕流，可以有效提高低压涡轮效率；从结构方面考虑，由于低压涡轮叶片细长的特点，低压涡轮叶片需要布置叶冠来限制叶片振幅，从而达到降低叶根振动应力的目的，保证低压涡轮叶片工作的安全性、可靠性。现有的叶冠设计通常常用仿制或根据设计员的经验去设计，设计得到的叶冠均一性很差。

发明内容

本发明的目的：提出一种低压涡轮叶片锯齿冠的设计方法，在高温高转速的工作状态下，在低压涡轮叶片叶尖位置布置锯齿冠，达到提高涡轮叶片工作效率、工作安全性和可靠性的目的。

本发明的技术解决方案：一种低压涡轮叶片锯齿冠结构设计方法，主要针对高负荷低压涡轮转子叶片。确定锯齿冠结构特征的步骤如下：建立全局坐标系XYZ和叶冠坐标系X₁Y₁Z₁；根据气动设计的要求给定低压涡轮叶片锯齿冠啮合面所在直径高度D，以满足发动机性能要求；确定低压涡轮叶片锯齿冠啮合面与Y轴的夹角α；确定低压涡轮叶片预扭角△β；根据夹角α、预扭角△β和直径高度D，确定低压涡轮叶片锯齿冠啮合面弦宽b；确定非啮合面；非啮合面在叶冠坐标系Y₁方向上的弦宽按照低压涡轮叶片预扭后的理论值来设计，最终值为理论值减去预留的间隙；确定锯齿冠重心位置：完成上述内容后，分析叶尖截面惯性，检查锯齿冠重心在叶尖处的相对位置，保证上述弦宽的条件下，通过整体平动调整来确保工作时锯齿冠不会附加较大的弯矩。

有益技术效果：设计低压涡轮叶片锯齿冠时，将两个啮合面之间在Y方向上的实际弦宽设计为大于理论弦宽的值，在装配低压涡轮叶片时，由于弦宽过盈，锯齿冠会逆时针旋转以消除过盈形成整环，从而实现低压涡轮叶片啮合面上的扭矩和因旋转后低压涡轮叶片叶身的恢复力矩平衡。上述设计通过低压涡轮叶片锯齿冠啮合面之间相互约束，达到减少叶片振幅的目的。

附图说明

图1为锯齿状叶冠设计参数示意图，

图2为锯齿状叶冠在叶片中位置示意图。

具体实施方式

下面对本发明做进一步详细说明。

低压涡轮叶片锯齿冠的结构设计方法，涉及的主要相关参数有：定义以下参数；锯齿冠啮合面任意给定点Q所在直径高度D、锯齿冠啮合面与Y方向夹角α、锯齿冠预扭角△β和锯齿冠啮合面弦宽b，具体步骤如下：

1、全局坐标系XYZ：以叶片回转中心线方向为X轴，以通过叶片榫头中心，且法向方向为X轴方向的平面与X轴的交点为坐标原点，指向叶片排气边方向为正方向，以过原点并垂直于X轴的直线为Y轴，正方向指向叶片盆向，Z轴按照右手定则确定；