CN114705413A - 利用主流气动力紧固的叶片安装结构、方法及其应用 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用主流气动力紧固的叶片安装结构、方法及其应用，涉及叶栅试验叶片安装技术领域，该安装结构包括叶片、试验台、叶片底座、安装座，所述叶片底座处于叶片下方，安装座设置于试验台内，所述叶片底座包括不完整圆片、不完整矩形片、圆柱叠加而成，不完整圆片的轴线与圆柱轴线重合、不完整矩形片对角线的交点在圆柱轴线上，不完整圆片直径大于试验叶型上任意两点的距离。其技术方案的要点是：试验台设有安装座，将叶片底座插入壁面后旋转，利用主流对叶片的气动力使得叶片固定，无需其他零件与工具，安装简单，可以缩短叶片安装时间。

Description

利用主流气动力紧固的叶片安装结构、方法及其应用

技术领域

本发明属于叶栅试验叶片安装技术领域，具体地说，设计一种利用主流气动力紧固的叶片安装结构、安装方法及其应用。

背景技术

燃气涡轮发动机是一种基于布雷顿循环的热动力装置，依靠其强大的输出功率和高热效率已广泛应用于现代军事和工业。发动机中不可或缺的压气机部件与涡轮部件均为叶轮机，需要叶片用于减速扩压或收缩通道、加速气流、降低温度或做功；而在叶片相关试验中，无论是针对静叶(或导叶)或者动叶，静止叶栅试验是设计、验证叶片相关性能的重要试验形式。在试验中，均需要在主流条件下，将叶片安装、固定在叶栅通道中。

目前，静止叶栅试验叶片的固定方式一般为法兰螺栓连接或榫连接。其中，法兰螺栓连接方式需要大量的螺栓结构，这使得更换试验件的过程费时费力，并且，某些静止叶栅试验在腔体中进行，较为紧凑的试验台腔体无法提供螺栓的拆卸与安装过程中扳手伸入所必需的空间。而榫连接的榫头类型包括销钉式榫头、轴向燕尾榫头、环形燕尾榫头、枞树形榫头。在工作过程中，气动力会使叶片沿槽向移动，因此榫连接需要锁定结构。锁定结构会增加零件个数，而且锁定结构往往是利用自身结构的塑性变形来提供安装固定所需的力，在需要反复更换叶片的静止叶栅试验中是不可取的。在叶栅试验中，更换叶片的时间在整体试验周期中往往比重较大，叶片的固定效果则直接决定了试验过程中的安全程度与试验结果的可靠性。

此外，现有技术如，中国专利申请，其申请号：CN2019104427051，公开号：CN110145372A，公开一种汽轮机转子叉形叶片安装结构，涉及汽轮机叶片安装技术领域，旨在解决传统的安装叶片时，无法消除安装间隙的问题，其技术方案要点是：包括转子以及连接于转子的叉形叶片，所述转子侧壁连接有安装座，所述安装座与转子同轴开设有环形的叉形轮槽，所述叉形轮槽内滑动卡接有若干中间叶片，所述叉形轮槽侧壁沿转子径向开设有轮槽，所述轮槽内穿设有末叶片，所述轮槽设置有用于对末叶片锁紧的锁紧组件。申请号：CN2017108308230，公开号：CN107725117A，公开一种可应用于地面燃气轮机、航空发动机等领域的一种静子叶片安装结构，包括带压板的静子叶片、内外环轻质弹性件、内外环机匣以及外环压板用卡箍。通过上述零件，可实现静子叶片的单片可拆卸功能，由于采用了轻质弹性件，利用轻质弹性件与叶片内外环叶型的冷态过盈量，实现整环静子叶片的装配及定位。装配状态下，该组件具有一定的刚性，并可将静子叶片的气动扭矩传递给相应的机匣安装边位置处。

然而，上述现有技术安装复杂，不利于安装定位。因此，改进叶片安装结构，在保证可靠性的前提下，尽可能减少零件个数、简化安装步骤、减小安装所需的空间，对于提升静止叶栅试验效率是十分必要和有意义的。

发明内容

为了提升静止叶栅试验效率，实现有限空间内的叶片安装，本发明提出了一种利用主流气动力紧固的叶片安装结构及其安装方法，具有安装简单的优点。

本发明的目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种利用主流气动力紧固的叶片安装结构，包括叶片、试验台、叶片底座、安装座，其特征为：

所述叶片底座与安装座相互接触，起到连接叶片与试验台的作用，保证在试验过程中，叶片能固定在试验台上，所述叶片底座由不完整圆片、不完整矩形片、圆柱叠加而成，不完整圆片的轴线与圆柱轴线重合、不完整矩形片对角线的交点在圆柱轴线上，使得不完整矩形片插入试验台后能够绕该轴线旋转。

所述安装座开设有进入腔，旋转腔，定位腔。旋转腔由不完整圆片俯视图形状贯穿安装座形成，因此不完整圆片与旋转腔轴线重合。进入腔由安装座内开设的向下贯通槽、圆弧带槽和定位槽形成，向下贯通槽与不完整矩形片末端形状相同，使得不完整矩形片能够插至圆弧带槽。定位腔为安装座内开设的圆弧带槽。

优选为：进入腔与定位腔的圆弧带槽外径与不完整矩形片对角线长度相同，圆弧带槽的高度与不完整矩形片厚度相同。

优选为：在叶片插入后，不完整矩形片能在圆弧带槽中旋转，且无法沿试验台平面法向方向上下移动，实现轴向方向的固定。

优选为：圆弧带槽上表面与叶栅通道下表面的距离与不完整圆片厚度相同。不完整矩形片侧面分别与定位槽侧面、定位腔侧面接触时，叶片恰好置于安装位置，且此时，不完整圆片与不完整矩形片与试验台出口平齐。

优选为：叶片安装完成后，叶片底座上表面与叶栅通道，即试验台内表面的下表面在同一平面，叶栅通道平整；叶片底座在叶片尾缘侧不突出于试验台，不影响试验出口条件。

优选为：不完整圆片直径大于试验叶型上任意两点的距离，且在俯视图上能完全包含叶片底面。

通过采用上述技术方案，能够预留叶片内部需要布置气路、线路的位置。

上述技术方案，需要通过以下技术方案实现：

一种利用主流气动力紧固的叶片安装结构的安装方法，包括如下步骤，

S1，将叶片自试验台下方插入，插入过程中，不完整圆片的轴线与旋转腔轴线重合，不完整矩形片一侧与向下贯通槽形状对齐，插入方向为试验台法向方向；直至不完整矩形片上表面与圆弧带槽上表面相接触，此时不完整圆片侧面与旋转腔侧面相接触，不完整圆片上表面与叶栅通道下表面对齐。

S2，将叶片沿圆柱轴线旋转，直至不完整矩形片侧面分别与定位槽侧面、定位腔侧面接触。

通过采用上述技术方案安装好叶片后，在试验进行过程中，主流气体沿叶片流动，由叶片气动原理，叶片压力面侧压力大于吸力面侧压力，可以根据叶片形状，通过设置圆柱轴线所在位置，使得主流气体对叶片的气动力产生与安装方向相同的扭矩，使得不完整矩形片侧面与定位槽侧面、定位腔侧面持续接触，使叶片底座无法逆安装方向旋转，从进入腔掉落，从而实现紧固。同时，不完整矩形片与定位槽侧面接触，不完整圆片与旋转腔侧壁接触，使叶片无法沿主流方向向后从试验台掉落。

上述技术方案通过以下设置实现：进入腔在叶片安装后的叶盆侧，定位腔在叶片安装后的叶背侧。

本发明还公开一种将上述的利用主流气动力紧固的叶片安装结构应用于燃气涡轮发动机中静止叶栅试验叶片的固定。

本发明还公开一种将上述的利用主流气动力紧固的叶片安装结构的安装固定方法应用于燃气涡轮发动机中静止叶栅试验叶片的安装固定过程中。

有益效果：

在叶片插入试验台时，叶片底座不完整矩形片通过向下贯通槽插至圆弧带槽，利用不完整圆片与旋转腔轴线重合，壁面接触实现径向定位，叶片整体旋转后，利用圆弧带槽厚度与不完整矩形片厚度相同实现轴向定位与固定，利用不完整矩形片与定位槽侧面、定位腔侧面接触实现周向定位。叶片安装后，利用主流对叶片的气动力实现固定，安装过程无需其他零件与工具，安装时间短。

附图说明

图1为本发明叶片安装完成后试验台的轴测图。

图2为本发明中试验台的轴测图。

图3为本发明中叶片的轴测图。

图4为本发明叶片安装完成后试验台的后视图。

图5为本发明试验台图4的D-D剖视图(不含叶片)。

图中：

1.叶片；2.试验台；3.叶片底座；4.安装座；5.不完整圆片；6.不完整矩形片；7.圆柱；8.进入腔；9.旋转腔；10.定位腔；11.向下贯通槽；12.定位槽；13.叶盆侧；14叶背侧

具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

实施例一

结合附图1-5，本实施例提供了一种利用主流气动力紧固的叶片安装结构及其安装方法，安装结构主要包括叶片1、试验台2、叶片底座3、安装座4。

如图1与图4所示，所述叶片底座3与安装座4相互接触，起到连接叶片1与试验台2的作用。

如图3所示，所述叶片底座3由不完整圆片5、不完整矩形片6、圆柱7叠加而成，不完整圆片5的轴线与圆柱7轴线重合、不完整矩形片6对角线的交点在圆柱7轴线上。例中，不完整圆片5厚度为5mm，不完整矩形片6厚度为10mm。

如图2与图4所示，安装座4开设有进入腔8，旋转腔9，定位腔10。旋转腔9由不完整圆片5俯视图形状贯穿形成，结合图3所示叶片底座3的特点，不完整圆片5、圆柱7与旋转腔9的轴线均重合，使得叶片1与叶片底座3插入试验台2后能够绕该轴线旋转。进入腔8在叶片1安装后的叶盆侧13，定位腔10在叶片1安装后的叶背侧14，例中进入腔8在后视图左侧，定位腔10在后视图右侧，这能使主流气动力对叶片产生的扭矩与安装方向相同。

如图5所示，进入腔8为安装座4内设向下贯通槽11、圆弧带槽和定位槽12形成，向下贯通槽11与不完整矩形片6末端形状相同，使得不完整矩形片6能够插至圆弧带槽。定位腔10为安装座内开设圆弧带槽。

进入腔8与定位腔10的圆弧带槽上表面与叶栅通道下底面之间的距离为5mm，与不完整圆片5厚度相同，因此叶片1安装完成后，叶片底座3上表面能够恰好填补叶栅通道底面，叶栅通道平整，安装结构不会影响试验流场。两个圆弧带槽的外径等于不完整矩形片6对角线长度，圆弧带槽高度为10mm，与不完整矩形片6厚度相同。在叶片插入后，不完整矩形片6能在圆弧带槽中旋转，且无法沿轴向上下移动，实现轴向方向的固定。

不完整矩形片6与定位槽12侧面、定位腔10侧面接触时，叶片恰好置于安装位置，且不完整圆片5与不完整矩形片6与试验台2出口平齐，安装结构不影响试验出口条件。

不完整圆片5能完全包含叶片1底面，能够预留叶片内部布置气路、线路所需要的位置。

实施例二

一种利用主流气动力紧固的叶片安装结构的安装方法，包括如下步骤，

S1，将叶片1自试验台2下方插入，插入过程中，插入方向为叶栅下底面的法向方向，在此例中，叶片2尾缘朝向左前方，使得不完整矩形片6在叶片2尾缘侧的形状与向下贯通槽11形状对齐，由此，不完整矩形片6能够通过向下贯通槽11插至圆弧带槽，此时不完整矩形片上表面与圆弧带槽上表面接触，不完整圆片上表面与叶栅通道下表面平齐，不完整圆片侧面与旋转腔侧面接触，同时不完整圆片5的轴线与旋转腔9轴线重合，由上述实现径向固定。

S2，在例中，将叶片1与叶片底座3整体沿圆柱7轴线，按俯视图逆时针的方向旋转，旋转角度为90度时，不完整矩形片6的侧面分别与定位槽12侧面、定位腔10侧面相接触。在旋转过程中，能够利用圆弧带槽厚度与不完整矩形片6厚度相同实现叶片的轴向定位。

通过采用上述技术方案，安装好叶片2后，在试验进行过程中，主流气体对叶片1的气动力给与叶片1与安装方向相同的扭矩，例中为俯视图逆时针方向，使得不完整矩形片6与定位槽12侧面、定位腔10侧面持续接触，使叶片底座3无法逆安装方向旋转，从进入腔8掉落，实现周向定位，由此叶片的位置完全固定，实现紧固。不完整矩形片6与定位槽12侧面接触，不完整圆片5与旋转腔6侧壁接触，使叶片1无法沿主流方向向后从试验台2掉落。

本具体实施方式的实施例均为本发明的较佳实施例，并非依此限制本发明的保护范围，故：凡依本发明的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种利用主流气动力紧固的叶片安装结构，包括叶片(1)、试验台(2)、叶片底座(3)、安装座(4)，其特征在于：所述叶片底座(3)处于叶片(1)下方，安装座(4)设置于试验台(2)内，所述叶片底座(3)包括不完整圆片(5)、不完整矩形片(6)、圆柱(7)叠加而成，不完整圆片(5)的轴线与圆柱(7)轴线重合、不完整矩形片(6)对角线的交点在圆柱(7)轴线上，不完整圆片(5)直径大于试验叶型上任意两点的距离。

2.根据权利要求1所述的一种利用主流气动力紧固的叶片安装结构，其特征在于：所述安装座(4)开设有进入腔(8)，旋转腔(9)，定位腔(10)；所述进入腔(8)由安装座(4)内开设圆弧带槽、向下贯通槽(11)和定位槽(12)形成，向下贯通槽(11)形状与不完整矩形片(6)末端形状相同；所述旋转腔(9)由不完整圆片(5)俯视图形状沿法向拉伸形成；所述定位腔(10)为安装座(4)内开设的圆弧带槽；所述进入腔(8)与定位腔(10)的圆弧带槽外径均为不完整矩形片(6)对角线的长度，厚度与不完整矩形片(6)厚度相同。

3.根据权利要求2所述的一种利用主流气动力紧固的叶片安装结构，其特征在于：所述进入腔(8)在叶片(1)安装完成后的叶盆侧(13)，所述定位腔(10)在叶片(1)安装完成后的叶背侧(14)。

4.根据权利要求1所述的一种利用主流气动力紧固的叶片安装结构，其特征在于，安装完成后，不完整圆片(5)与不完整矩形片(6)安装后与试验台(2)出口平齐；不完整圆片(5)厚度与圆弧带槽上表面至叶栅通道下表面的距离相同。

5.一种利用主流气动力紧固的叶片安装结构的安装固定方法，其特征在于：包括如下步骤

S1，将叶片(1)从试验台(2)下方插入，插入过程中，不完整圆片(5)的轴线与旋转腔(9)轴线重合，不完整矩形片(6)与向下贯通槽(11)对齐；直至不完整矩形片(6)上表面与圆弧带槽上表面相接触，此时不完整圆片(5)上表面与叶栅通道下表面对齐，不完整圆片(5)侧面与旋转腔(9)侧面相接触；

S2，将叶片(1)沿圆柱轴线旋转，直至不完整矩形片(6)与定位槽(12)侧面、定位腔(10)侧面接触，叶片恰好置于安装位置。

6.根据权利要求5所述的一种利用主流气动力紧固的叶片安装结构的安装固定方法，其特征在于：在执行上述步骤后，在试验进行过程中，主流气体对叶片(1)的气动力给与叶片(1)与安装方向相同的扭矩，使得不完整矩形片(6)与定位槽(12)侧面、定位腔(10)侧面持续接触，叶片底座(3)无法沿逆安装方向旋转，从进入腔(8)掉落，从而实现固定；同时，不完整圆片(5)与旋转腔(9)侧壁接触，不完整矩形片(6)与定位槽(12)侧面接触，均使得叶片(1)无法)沿主流向后从试验台(2)掉落。

7.将权利要求1-4任一所述的利用主流气动力紧固的叶片安装结构应用于燃气涡轮发动机中静止叶栅试验叶片的固定。

8.将权利要求5-6任一所述的利用主流气动力紧固的叶片安装结构的安装固定方法应用于燃气涡轮发动机中静止叶栅试验叶片的安装固定过程中。

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