一种双层壁涡轮叶片的制造方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115570105A(43)申请公布日2023.01.06(21)申请号202211451891.3(22)申请日2022.11.21(71)申请人中国航发四川燃气涡轮研究院地址610500四川省成都市新都区新都学府路999号(72)发明人黄维娜陈易诚娄德仓刘韬唐勇赵浩川王标(74)专利代理机构北京清大紫荆知识产权代理有限公司11718专利代理师吴波(51)Int.Cl.B22C9/04(2006.01)B22C9/22(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种双层壁涡轮叶片的制造方法(57)摘要本发明涉及航空设计及制造领域，公开了一种双层壁涡轮叶片的制造方法，根据双层壁涡轮叶片设计尺寸和冷却设计要求，在给定设计边界条件下，根据双层壁带冲击扰流结构的流量系数、换热系数计算经验关联式，计算获得满足叶片冷却设计要求的冷却结构尺寸；根据满足关联式的冲击孔、扰流柱以及冷却通道尺寸制备可浇铸成带扰流柱和内壁冷却通道结构的叶片型芯，然后采用失蜡法进行双层壁涡轮叶片铸造成型。本发明根据流量系数、换热系数计算经验关联式，在给定的设计边界条件下，获得满足叶片冷却设计要求的冷却结构尺寸，优化获得双层壁涡轮叶片型芯的微尺度结构，通过失蜡法浇铸获得双层壁涡轮叶片，可以获得更高效的冷却效果的双层壁涡轮叶片结构。CN115570105ACN115570105A权利要求书1/1页1.一种双层壁涡轮叶片的制造方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、根据双层壁涡轮叶片设计尺寸和冷却设计要求，确定双层壁涡轮叶片型芯基体材料和尺寸以及叶片的冷却设计参数，所述冷却设计参数包括叶片冷却通道进口的冷气温度、压力，以及冷却气流量、叶片表面气膜孔出口压力；步骤2、根据叶片的壁厚设计确定或选取双层壁冲击腔高度H，以及初始的冲击扰流冷却结构，冲击扰流冷却结构包括冲击孔孔径D、孔间距P、扰流柱及冷却通道尺寸；步骤3、在给定的设计边界条件下，开展叶片内流及温度场计算，并根据流量系数、换热系数计算经验关联式，计算获得满足叶片冷却设计要求的双层壁冲击扰流冷却结构；其中，扰流柱顺排布局时采用以下计算公式验证：0.1299190.0428700.384319Cd=0.218582ReKn（H/D）Nu=0.020332Re0.879857（H/D）‑0.192851扰流柱叉排布局时采用以下计算公式验证：0.1348780.0420110.398420Cd=0.205671ReKn（H/D）Nu=0.019616Re0.87926（0H/D）‑0.168356Cd为流量系数，Nu为努赛尔数，Re为雷诺数，Kn为克努森数，H/D为冲击距离与孔径比；步骤4、根据步骤3中满足关联式的型芯尺寸以及扰流柱、冷却通道尺寸制备可浇铸成带扰流柱和内壁冷却通道结构的叶片型芯，然后采用失蜡法进行双层壁涡轮叶片铸造成型。2.根据权利要求1所述的双层壁涡轮叶片的制造方法，其特征在于，步骤3中对满足关联式要求的型芯尺寸以及扰流柱、冷却通道尺寸对应的双层壁涡轮叶片进行仿真获得叶片的温度场，判断叶片温度、应力是否在材料耐温、强度范围内；若不在则调整几何参数值，直至双层壁组合冷却结构满足要求。3.根据权利要求1所述的双层壁涡轮叶片的制造方法，其特征在于，步骤4进行失蜡法浇铸前，对放入浇铸模具中的型芯进行加固预处理，具体包括如下步骤：A、预先选取型芯前、后缘以及型芯曲面平坦的部分，施加型芯定位工装；B、在型芯强度薄弱处进行前置挂蜡，型芯强度薄弱处通过ANSYS软件计算确定；C、对前置挂蜡处理后的型芯进行蜡模压制成型，并在蜡模的上下缘板处设置蜡模支撑件。4.根据权利要求1所述的双层壁涡轮叶片的制造方法，其特征在于，步骤B中通过在ANSYS软件输入设计温度、振动、空气流量以及冷效系数参数，采用带中节点广义平面应变单元plane183进行强度计算，确定等效应力在420MPa以上或机械应力在160MPa以上的区域为双层壁涡轮叶片的薄弱处，并在薄弱对应位置处采用前置挂蜡的方法进行加强。5.根据权利要求4所述的双层壁涡轮叶片的制造方法，其特征在于，挂蜡填充厚度控制在0.3mm‑1.0mm范围，冷却时间不小于8h。6.根据权利要求3所述的双层壁涡轮叶片的制造方法，其特征在于，支撑件形状为方形、圆形或异形，横截面面积范围在2.25mm2‑6mm2。2CN115570105A说明书1/6页一种双层壁涡轮叶片的制造方法技术领域[0001]本发明涉及航空发动机技术领域，具体涉及一种双层壁涡轮叶片的制造方法。背景技术[0002]高性能航空发动机中，由于涡轮进口燃气温度远超涡轮叶片材料的承受极限，所以必须采用有效的冷却措施，来保证涡轮叶片在高温高压高转速环境下