一种基于陶瓷材料的耐高温涡轮盘制造技术

本实用新型专利技术涉及一种基于陶瓷材料的耐高温涡轮盘，包括涡轮主体，所述涡轮主体包括陶瓷盘、陶瓷叶片，所述陶瓷盘和陶瓷叶片由相同的或者不同的耐高温陶瓷材料制成，所述陶瓷盘的中心盘轴位置设置有前配重片，用于涡轮主体的动平衡配平，所述前配重片通过黏合金属片黏合在所述陶瓷盘的中心盘轴位置，所述前配重片与气流来流方向同侧，所述陶瓷叶片的叶尖设置有叶尖易磨涂层。本实用新型专利技术根据陶瓷材料的特性设计了多个独特结构，具有方便动平衡去材料、增强抗剪切能力、避免叶尖刮擦等优势，提高陶瓷基涡轮盘装配和运行的可靠性、安全性。

【技术实现步骤摘要】
一种基于陶瓷材料的耐高温涡轮盘
本技术涉及一种基于陶瓷材料的耐高温涡轮盘，属于航空
的发动机涡轮盘结构设计方向。
技术介绍
提高航空发动机涡轮前温度是设计者不懈的追求，更高的涡轮前温度可以使得发动机整体性能获得极大的提升，然而带来对涡轮叶片材料的耐温要求也随之提高。为了使发动机涡轮叶片能够承受越来越高的温度，常规的金属材料已经不能满足需求，采用陶瓷基材料将是涡轮叶片的必然趋势。近年来，陶瓷材料的加工成型技术越来越成熟，采用陶瓷基材料制作涡轮盘将成为未来耐高温涡轮盘设计的主流之一。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术旨在提供一种基于陶瓷材料的耐高温涡轮盘设计，根据陶瓷材料的特性设计了多个独特结构，具有方便动平衡去材料、增强抗剪切能力、避免叶尖刮擦等优势，提高陶瓷基涡轮盘装配和运行的可靠性、安全性。本技术通过如下技术方案实现。一种基于陶瓷材料的耐高温涡轮盘，包括涡轮主体，所述涡轮主体包括陶瓷盘、陶瓷叶片，所述陶瓷盘和陶瓷叶片由相同的或者不同的耐高温陶瓷材料制成，所述陶瓷盘的中心盘轴位置设置有前配重片，用于涡轮主体的动平衡配平，所述前配重片通过黏合金属片黏合在所述陶瓷盘的中心盘轴位置，所述前配重片与气流来流方向同侧，所述陶瓷叶片的叶尖设置有叶尖易磨涂层。优选的，所述黏合金属片由软质金属材料制成。黏合金属片须与前配重片配合使用，置于前配重片和陶瓷盘之间以黏合前配重片与陶瓷盘，并与陶瓷盘具有相同的传扭结构。优选的，所述黏合金属片的厚度不大于0.4mm。优选的，所述叶尖易磨涂层由易磨金属材料制成。优选的，陶瓷盘为等厚度盘或者等强度盘，陶瓷盘中心盘轴两面具有细槽，所述细槽为蛛网状细槽、蜂窝状或鱼网状。优选的，槽宽和槽深均不大于0.3mm。优选的，所述前配重片设置有与陶瓷盘相同的传扭结构。优选的，还包括后配重片，前配重片和后配重片分别位于陶瓷盘的两侧，后配重片通过黏合金属片黏合在所述陶瓷盘的中心盘轴位置。前配重片和后配重片一方面便于涡轮盘做动平衡，另一方面避免陶瓷盘与转轴直接接触，提高装配精度的作用优选的，前配重片的内孔直径与陶瓷盘的相同，外径d与陶瓷盘的轮毂半径H之比不大于0.6。优选的，后配重片的内孔直径与陶瓷盘的相同，外径d与陶瓷盘的轮毂半径H之比不大于0.6。优选的，前配重片和后配重片由合金材料制成。优选的，所述叶尖易磨涂层的几何形状为陶瓷叶片的叶尖叶型的自然延伸。当陶瓷盘在高速旋转工作时，该叶尖易磨涂层与机匣刮擦而被损耗，厚度将最终减小至不再与机匣刮擦为止。前配重片和后配重片与涡轮盘装配时应与黏合金属片一起热态压装，黏合金属片热态下柔软，其部分材料将被压入细槽。与现有技术相比，本技术的优点是：第一，解决了陶瓷盘太脆不宜去材料进行动平衡的问题。陶瓷材料具有性能较脆又不够均匀的特点，纯陶瓷盘加工出来后动不平衡量很大，其一旦成型又难以控制去材料量来进行转子动平衡设计。通过布置配重片，给陶瓷基涡轮盘提供了去重配平的可能性，解决了陶瓷盘动平衡设计的问题。第二，解决了金属材料与陶瓷材料的黏合问题。陶瓷材料表面较脆，受冲击时亦容易产生剥落等缺陷。通过热态压装方法，利用黏合金属片将配重片与陶瓷盘紧密黏合一体并压入蛛网细槽中，一方面提高黏合面的抗剪切能力，另一方面也作为轴与陶瓷盘之间的缓冲材料，避免陶瓷破损和剥落。第三，解决了陶瓷叶片与机匣刮擦断裂的问题。陶瓷材料硬而脆，其叶片若与机匣发生刮擦将受到很大的切向载荷从而易在叶根处发生断裂。通过布置叶尖易磨涂层，在发生刮擦时自动从叶尖部位摩擦掉，防止陶瓷叶片受损，同时可以保证叶尖间隙为最小值。附图说明图1为本技术的前侧立体图；图2为本技术的后侧立体图；图3为本发了的主视图和侧视图；图中：1、陶瓷盘，2、陶瓷叶片，3、前配重片，4、黏合金属片，5、叶尖易磨涂层，6、细槽，7、后配重片；图1中前配重片和黏合金属片做了爆炸处理，图2中后配重片和黏合金属片做了爆炸处理。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本技术作进一步说明，但不作为本技术的限定。如图1至图3所示，一种基于陶瓷材料的耐高温涡轮盘，包括涡轮主体，所述涡轮主体包括陶瓷盘1、陶瓷叶片2，所述陶瓷盘1和陶瓷叶片2由相同的或者不同的耐高温陶瓷材料制成，所述陶瓷盘1的中心盘轴位置设置有前配重片3，用于涡轮主体的动平衡配平，所述前配重片3通过黏合金属片4黏合在所述陶瓷盘1的中心盘轴位置，所述前配重片3与气流来流方向同侧，所述陶瓷叶片2的叶尖设置有叶尖易磨涂层5。作为优选的实施方案，所述黏合金属片4由软质金属材料制成。黏合金属片4须与前配重片3配合使用，置于前配重片3和陶瓷盘1之间以黏合前配重片3与陶瓷盘1，并与陶瓷盘1具有相同的传扭结构。作为优选的实施方案，所述黏合金属片4的厚度不大于0.4mm，本实施例选用0.4mm。作为优选的实施方案，所述叶尖易磨涂层5由易磨金属材料制成。作为优选的实施方案，陶瓷盘1为等厚度盘或者等强度盘，陶瓷盘中心盘轴两面具有细槽6，所述细槽6为蛛网状细槽、蜂窝状或鱼网状。作为优选的实施方案，槽宽和槽深均不大于0.3mm，本实施例选用0.3mm。作为优选的实施方案，所述前配重片3设置有与陶瓷盘1相同的传扭结构。作为优选的实施方案，还包括后配重片7，前配重片3和后配重片7分别位于陶瓷盘1的两侧，后配重片7通过黏合金属片4黏合在所述陶瓷盘1的中心盘轴位置，后配重片7不设置于陶瓷盘1相同的传扭结构。前配重片3和后配重片7一方面便于涡轮盘做动平衡，另一方面避免陶瓷盘与转轴直接接触，提高装配精度的作用。作为优选的实施方案，前配重片3的内孔直径与陶瓷盘1的相同，外径d与陶瓷盘1的轮毂半径H之比不大于0.6，本实施例选用0.4。作为优选的实施方案，后配重片7的内孔直径与陶瓷盘1的相同，外径d与陶瓷盘1的轮毂半径H之比不大于0.6，本实施例选用0.4。作为优选的实施方案，前配重片3和后配重片7由合金材料制成。作为优选的实施方案，所述叶尖易磨涂层5的几何形状为陶瓷叶片2的叶尖叶型的自然延伸。当陶瓷盘1在高速旋转工作时，该叶尖易磨涂层5与机匣刮擦而被损耗，厚度将最终减小至不再与机匣刮擦为止。前配重片3和后配重片7与涡轮盘1装配时应与黏合金属片4一起热态压装，黏合金属片4热态下柔软，其部分材料将被压入细槽。以上所述仅为本技术较佳的实施例，并非因此限制本技术的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本技术说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本技术的保护范围内。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于陶瓷材料的耐高温涡轮盘，其特征在于，包括涡轮主体，所述涡轮主体包括陶瓷盘(1)、陶瓷叶片(2)，所述陶瓷盘(1)和陶瓷叶片(2)由相同的或者不同的耐高温陶瓷材料制成，所述陶瓷盘(1)的中心盘轴位置设置有前配重片(3)，用于涡轮主体的动平衡配平，所述前配重片(3)通过黏合金属片(4)黏合在所述陶瓷盘(1)的中心盘轴位置，所述前配重片(3)与气流来流方向同侧，所述陶瓷叶片(2)的叶尖设置有叶尖易磨涂层(5)。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于陶瓷材料的耐高温涡轮盘，其特征在于，包括涡轮主体，所述涡轮主体包括陶瓷盘(1)、陶瓷叶片(2)，所述陶瓷盘(1)和陶瓷叶片(2)由相同的或者不同的耐高温陶瓷材料制成，所述陶瓷盘(1)的中心盘轴位置设置有前配重片(3)，用于涡轮主体的动平衡配平，所述前配重片(3)通过黏合金属片(4)黏合在所述陶瓷盘(1)的中心盘轴位置，所述前配重片(3)与气流来流方向同侧，所述陶瓷叶片(2)的叶尖设置有叶尖易磨涂层(5)。


2.根据权利要求1所述的基于陶瓷材料的耐高温涡轮盘，其特征在于，所述黏合金属片(4)由软质金属材料制成。


3.根据权利要求1所述的基于陶瓷材料的耐高温涡轮盘，其特征在于，所述黏合金属片(4)的厚度不大于0.4mm。


4.根据权利要求1所述的基于陶瓷材料的耐高温涡轮盘，其特征在于，所述叶尖易磨涂层(5)由易磨金属材料制成。


5.根据权利要求1所述的基于陶瓷材料的耐高温涡轮盘，其特征在于，陶瓷盘(1)为等厚度盘或者等强度盘，陶瓷...

【专利技术属性】
技术研发人员：向鑫，胡晓安，孙海俊，盛志强，吴锦武，刘小冲，
申请(专利权)人：南昌航空大学，
类型：新型
国别省市：江西;36