涡轮叶片和涡轮叶片的制备方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109977537A(43)申请公布日2019.07.05(21)申请号201910228780.8(22)申请日2019.03.25(71)申请人中国航发湖南动力机械研究所地址412002湖南省株洲市芦淞区董家塅高科园中国航发动研所(72)发明人孟卫华王建方汪文君徐友良(74)专利代理机构北京律智知识产权代理有限公司11438代理人袁礼君阚梓瑄(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)F01D5/14(2006.01)权利要求书2页说明书7页附图2页(54)发明名称涡轮叶片和涡轮叶片的制备方法(57)摘要本发明涉及发动机技术领域，提出一种涡轮叶片及其制备方法。叶片被脱落截面分为第一部分叶片和第二部分叶片，第一部分叶片的质心与脱落截面的形心在叶片径向方向上具有间距，该制备方法包括确定涡轮叶片所装配的轮盘破裂转速和涡轮叶片的设计转速；根据破裂转速与涡轮叶片脱落转速的设计裕度确定叶片脱落转速；根据涡轮叶片的材料极限、涡轮叶片脱落转速以及涡轮叶片设计转速计算叶片脱落截面的初始应力组；建立涡轮叶片的有限元模型并模拟涡轮叶片的正常工作状态获得设计应力组；调节间距至设计应力组与初始应力组之间满足预设条件。在同等脱落转速时可以增大脱落截面的面积，在增大叶片的刚度值的同时能够使涡轮叶片在达到脱落转速时正常脱落。CN109977537ACN109977537A权利要求书1/2页1.一种涡轮叶片的制备方法，其特征在于，所述涡轮叶片被脱落截面分为第一部分叶片和第二部分叶片，所述第一部分叶片的质心与所述脱落截面的形心在所述涡轮叶片径向方向上具有间距；所述涡轮叶片的制备方法包括：确定涡轮叶片所装配的轮盘的破裂转速和涡轮叶片的设计转速；根据所述破裂转速与涡轮叶片脱落转速的设计裕度确定叶片脱落转速；根据所述涡轮叶片的材料极限、所述涡轮叶片脱落转速以及所述涡轮叶片设计转速计算叶片脱落截面的初始应力组；建立所述涡轮叶片的有限元模型，模拟涡轮叶片的正常工作状态获得设计应力组；调节所述间距直到所述设计应力组与所述初始应力组之间满足预设条件。2.根据权利要求1所述的涡轮叶片的制备方法，其特征在于，所述设计应力组包括设计等效应力、设计拉伸应力和设计拉弯合应力。3.根据权利要求2所述的涡轮叶片的制备方法，其特征在于，调节所述间距，包括：调节所述涡轮叶片的有限元模型中所述第一部分叶片中心轴线一侧的质量，使得所述质心偏离所述第一部分叶片中心轴线。4.根据权利要求3所述的涡轮叶片的制备方法，其特征在于，所述初始应力组至少包括初始等效应力、初始拉伸应力和初始拉弯合应力；根据所述涡轮叶片的材料极限、所述涡轮叶片脱落转速以及所述涡轮叶片设计转速计算叶片脱落截面的初始应力组，包括：根据所述涡轮叶片的材料极限、所述涡轮叶片脱落转速以及所述涡轮叶片设计转速确定脱落截面的初始等效应力；根据脱落截面的初始等效应力，确定脱落截面的初始拉伸应力和初始拉弯合应力。5.根据权利要求4所述的涡轮叶片的制备方法，其特征在于，调节所述间距直到所述设计应力组与所述初始应力组之间满足预设条件，包括：调节所述间距至所述设计拉弯合应力在阈值范围内等于所述初始拉弯合应力。6.根据权利要求2所述的涡轮叶片的制备方法，其特征在于，调节所述间距，包括：在所述涡轮叶片的有限元模型上形成凹槽，所述脱落截面通过所述凹槽，调节所述凹槽的深度与面积使得所述脱落截面的形心偏离所述涡轮叶片的中心轴线。7.根据权利要求6所述的涡轮叶片的制备方法，其特征在于，所述初始应力组至少包括初始等效应力、初始拉伸应力和初始拉弯合应力；根据所述涡轮叶片的材料极限、所述涡轮叶片脱落转速以及所述涡轮叶片设计转速计算叶片脱落截面的初始应力组，包括：根据所述涡轮叶片的材料极限、所述涡轮叶片脱落转速以及所述涡轮叶片设计转速确定叶片脱落截面的初始等效应力；根据所述初始等效应力计算所述脱落截面的初始拉伸应力；计算脱落截面上部叶片质心位置到截面形心的离心弯矩；计算离心力、离心弯矩工况下的初始拉弯合应力。8.根据权利要求7所述的涡轮叶片的制备方法，其特征在于，调节所述间距直到所述设计应力组与所述初始应力组之间满足预设条件，包括：调节所述间距至设计等效应力等效应力等于初始等效应力，且设计等效应力、设计拉伸应力和设计拉弯合应力满足以下关系式：σ0＝Kσ拉弯合应力+(1-K)σ拉伸应力2CN109977537A权利要求书2/2页其中，σ0为设计等效应力，σ拉弯合应力为设计拉弯合应力，σ拉伸应力表示设计拉伸应力，K为结构常数。9.一种涡轮叶片，其特征在于，所述涡轮叶片被脱落截面分为第一部分叶片和第二部分叶片，所述第一部分叶片的质心与所述脱落截面的形心在所述涡轮叶片径向方向上具有间距。