涡轮叶片和涡轮叶片的制备方法技术

本发明专利技术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。

Fabrication of Turbine Blade and Turbine Blade

【技术实现步骤摘要】
涡轮叶片和涡轮叶片的制备方法
本专利技术涉及发动机
，尤其涉及一种涡轮叶片的制备方法和涡轮叶片的设计装置。
技术介绍
航空发动机或其他燃气涡轮发动机中具有叶片脱落防止轮盘破裂的机械超转保护功能，即在涡轮叶片上设计一个脱落截面，一旦发动机失去负荷，涡轮转子超转到一定转速后，叶片在该脱落截面处脱落，从而使轮盘失去转速继续上升的动力，避免了轮盘超转破裂带来的危害发动机后果。现有技术中的制备方法制备的涡轮叶片精度较低，经常会在达到叶片脱落转速时并未脱落，导致轮盘损坏。因此，有必要设计一种新的涡轮叶片的制备方法和涡轮叶片。所述
技术介绍
部分公开的上述信息仅用于加强对本专利技术的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术叶片经常会在达到叶片脱落转速时并未脱落，导致轮盘损坏的不足，提供一种设计出的涡轮叶片在达到叶片脱落转速时脱落，不会对轮盘造成损坏的涡轮叶片的制备方法和涡轮叶片的设计装置。本专利技术的额外方面和优点将部分地在下面的描述中阐述，并且部分地将从描述中变得显然，或者可以通过本专利技术的实践而习得。根据本专利技术的一个方面，一种涡轮叶片的制备方法，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。在本公开的一种示例性实施例中，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。在本公开的一种示例性实施例中，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。在本公开的一种示例性实施例中，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。在本公开的一种示例性实施例中，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。在本公开的一种示例性实施例中，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。在本公开的一种示例性实施例中，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。在本公开的一种示例性实施例中，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。根据本专利技术的一个方面，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。在本公开的一种示例性实施例中，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，包括：所述涡轮叶片的所述第一部分叶片中心轴线两侧的质量不同；或所述第一部分叶片的中心轴线的一侧设有凹槽，所述脱落截面通过所述凹槽。由上述技术方案可知，本专利技术具备以下优点和积极效果中的至少之一：本专利技术涡轮叶片的制备方法，涡轮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涡轮叶片径向方向上具有间距，通过建立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，通过调节间距直到设计应力组满足预设条件进而完成对涡轮叶片的设计。相较于现有技术，一方面，第一部分叶片的质心与脱落截面的形心在涡轮叶片径向方向上具有间距，产生弯曲应力，通过调节间距来控制弯曲应力的大小，经过模拟设计出的涡轮叶片达到叶片脱落速度时第一部分叶片会脱落，设计精度更高，解决了现有技术中涡轮叶片有时在达到叶片脱落速度时第一部分叶片未脱落而造成轮盘损坏的问题；另一方面，在相同脱落转速的情况下，可以在设计时适当增大脱落截面的面积，通过调节间距使得涡轮叶片的第一部分叶片在达到脱落转速时脱落，由于脱落截面的增大，提升了采用该方法制备出涡轮叶片的刚度值，进而使得涡轮叶片的使用寿命增强。附图说明通过参照附图详细描述其示例实施方式，本专利技术的上述和其它特征及优点将变得更加明显。图1是相关技术中涡轮叶片的结构示意图图2是本专利技术涡轮叶片的制备方法的流程图；图3是本专利技术涡轮叶片的制备方法设计涡轮叶片的第一种实施方式中涡轮叶片的结构示意图；图4是本专利技术涡轮叶片的制备方法设计涡轮叶片的第二实施方式中涡轮叶片的结构示意图。附图标记说明如下：1、质心；2、形心；3、脱落截面。具体实施方式现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本专利技术将全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。参照图1所示，现有叶片脱落转速计算方法进行脱落截面为纯拉伸应力状态的叶片脱落转速预测，脱落截面以上部分的质心和截面形心重合，脱落截面只承受离心力。本专利技术首先提供一种涡轮叶片的制备方法，所述涡轮叶片被脱落截面3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1与所述脱落截面3的形心2在所述涡轮叶片径向方向上具有间距△X，参照图2所示，该涡轮叶片的制备方法可以包括以下步骤步骤S110，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。步骤S120，根据所述轮盘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。步骤S130，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。步骤S140，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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，...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟卫华，王建方，汪文君，徐友良，
申请(专利权)人：中国航发湖南动力机械研究所，
类型：发明
国别省市：湖南,43