[发明专利]叶片缘板、叶片环、叶轮盘以及燃气涡轮发动机

说明书

本发明涉及一种叶片缘板、叶片环、叶轮盘以及燃气涡轮发动机。其中，所述叶片缘板包括一对侧边以及一对底边，所述侧边在其延伸方向包括直线段以及弧线段，所述直线段包括第一直线段，第二直线段，所述弧线段包括第一弧段、第二弧段；其中，所述第一直线段、第二直线段分别连接所述弧线段的两端，并于所述弧线段相切，所述弧线段的所述第一弧段与所述第二弧段的斜率同向，并且所述第一弧段与所述第二弧段外切连接。所述叶片缘板的有益效果在于避免了采用现有技术方案将导致的工作状态下缘板间挤压咬死，或者叶片周向间隙检测及动平衡试验的试验结构精度不足等问题。

技术领域

本发明涉及叶轮机械领域，尤其涉及一种叶片缘板、叶片环、叶轮盘以及燃气涡轮发动机。

背景技术

叶轮机械，以燃气涡轮发动机的高压压气机为例，如图1以及图5所示的，叶片环10的叶片可以通过周向榫头安装于压气机盘2的榫槽中，榫头与榫槽的定位基准如图5所示的基准线T，榫头与榫槽之间具有接触区M，形成叶轮盘。叶片带有缘板以适应流道，发动机工作中叶片的缘板需有一定的周向间隙，以保证在离心力的作用下叶片的榫头贴合在轮盘榫槽工作面上传递载荷。叶片环10中的多个叶片会累积周向间隙，例如图1所示的，叶片环10的周向两端的首端叶片缘板1、末端叶片缘板5累积有设计周向间隙W。

由于燃气涡轮发动机对于高效率高裕度高压压气机的要求，需要设置更多的叶片，即叶片的稠度需要提高，以及加大扭角加强转子叶片做功能力，对于高稠度、大安装角、周向燕尾榫头叶片缘板通常需要成斜缘板结构，即例如图1、图2所示的平行四边形的结构，即图2所示的，缘板角度α无法设为90°的直角缘板结构，如此才能放置足够多的叶片以及实现大安装角。

但是，由于设置斜缘板，如图2至图4所示的，发明人在完成本发明的过程中发现，在外力作用下，例如进行转子不平衡试验时，叶片发生扭转角度为B的扭转，相邻叶片相互挤压并相对榫头中心P产生力偶N（N=H*cosα*F，其中，H为缘板宽度，α为缘板角度，F为相邻叶片缘板之间的挤压力）使叶片绕榫头中心P转动，相邻叶片的缘板间产生缝隙C，由于缘板呈直线斜率k(k=tanα=constant)为一常量，扭转后叶片缘板相互间不发生干涉，可沿同一方向S移动，使得首端叶片缘板1、末端叶片缘板5的周向间隙增大至实际周向间隙W’=W+n*C（n为叶片数）。

由于实际周向间隙W’与设计周向间隙W不一致，影响缘板周向间隙检测及动平衡精度，例如进行转子动平衡试验无法真实反映转子剩余动不平衡量，对发动机运转带来较大的安全隐患。

因此，为了得到真实反映转子动不平衡量的试验结构，现有技术的试验方法之一是通过修配或换装不同缘板宽度的叶片，消除缝隙C带来的影响，从而使得即使发生扭转也保证实际周向间隙W’与设计周向间隙W相等。但是，发明人在完成本发明的过程中发现，这会导致叶片环10在实际工作中周向间隙W不足，导致相邻的叶片缘板相互挤压，工作中叶片榫头不能完全贴合在轮盘榫槽工作面上，在离心力及气动力共同作用下缘板发生角向扭转，首先叶片榫头与榫槽由面接触变成点、线接触恶化了轮盘榫槽受力状态；同时改变了叶片安装角，导致通流面积发生变化影响气动性能；随着转速提高，在高温高压工作环境下叶片缘板相互贴合挤压进而咬死，分解中常常出现叶片缘板卡死现象，需用较大外力敲击使其松动后才能进行分解。

现有技术中的方案还包括，如图5至图7所示的，在压气机盘与叶片缘板连接区域，即叶片缘板的边缘部以及压气机盘的边缘部的一侧或者两侧设置凸台限位结构，例如图6所示的在压气机盘的榫槽的边缘部21一侧设置第一榫槽凸台31，叶片缘板的边缘部11设置第一缘板凸台32，两者构成第一凸台限位结构3，又例如图7所示的，在两侧分别设置第一凸台限位结构3、第二凸台限位结构4，并尽量减小叶片缘板与凸台的间隙G，以限制叶片角向扭转的角度，但由于间隙G的存在，同样会存在实际周向间隙W’与设计周向间隙W不一致的问题。

现有技术的方案还包括，在相邻的叶片缘板之间采用中间锁定件以及所述结构进行紧固连接。但如此使得叶片环的结构更为复杂，并且中间锁定件的强度要求也较高，才能保证紧固连接的可靠性。