[發明專利]一種燃氣渦輪發動機向心葉輪

有效

• 申請號: 201310278441.3
• 申請日: 2013-07-04
• 公開（公告）號: CN103306739A
• 公開（公告）日: 2013-09-18
• 發明（設計）人: 米棟;錢正明;張志佾
• 申請（專利權）人: 中國航空動力機械研究所
• 主分類號: F01D5/02
• 分類號: F01D5/02;F01D5/14;F01D5/30;F04D29/26
• 代理公司: 北京康信知識產權代理有限責任公司 11240
• 代理人: 吳貴明

技術領域

本發明涉及燃氣渦輪發動機技術領域，特別地，涉及一種燃氣渦輪發動機向心葉輪。

背景技術

向心葉輪由于具有落壓比高，做功能力強，小流量下能保持較高性能，且零件數少，制造成本低等優點，目前已廣泛在中小型航空動力輔助裝置、火箭用渦輪泵及汽車渦輪增壓器中采用。

向心葉輪工作轉速較高，一般在50000r/min以上，且流道半徑相對較大，離心負荷大；此外作為渦輪熱端部件，其工作溫度較高，目前先進的的向心葉輪工作溫度一般在700^°C以上。基于以上兩方面的原因，向心葉輪的離心及熱負荷高均較高，應力較大，壽命一般較短。一般來說，向心葉輪大應力點有兩個，一個是輪盤輪心、另一個是葉片葉根。

因此，研究一種燃氣渦輪發動機向心葉輪已為亟待解決的技術問題。

發明內容

本發明目的在于提供一種燃氣渦輪發動機向心葉輪，以解決向心葉輪的離心及熱負荷高均較高、應力較大，使得壽命較短等的技術問題。

為實現上述目的，本發明采用的技術方案如下:一種燃氣渦輪發動機向心葉輪，包括輪盤和葉片，葉片設置在輪盤表面，葉片延伸到輪盤外的輪緣上，葉片背部的輪盤上設置有減重槽，減重槽內至少包括兩個圓弧面。

進一步地，減重槽內包括有兩個圓弧面，形成減重槽雙段圓弧結構。

進一步地，減重槽內的圓弧面之間設置為圓滑過渡。

進一步地，減重槽內的圓弧面之間在接點處相切。

進一步地，減重槽內部遠離輪盤的圓弧面半徑大于靠近輪盤的圓弧面半徑。

進一步地，葉片的葉根與向心葉輪中部的輪轂連接，葉根的至少一側設置為至少兩個圓弧面形成的圓弧凹形構造。

進一步地，葉根的兩側均設置為至少兩個圓弧面形成的圓弧凹形構造。

進一步地，葉根的兩側均設置為兩個圓弧面形成的圓弧凹形構造，形成葉根雙側雙段圓弧結構。

進一步地，葉根上的圓弧面之間在接點處相切。

進一步地，葉根上的圓弧面在接點處圓滑過渡。

進一步地，輪緣上的葉片由向心葉輪中部向外高度遞減。

進一步地，輪盤上的葉片均呈螺旋狀偏向同一方向。

本發明具有以下有益效果

a、在葉輪背部位置加工減重槽，以減少輪心所承受的離心載荷從而降低應力。因向心葉輪的結構特點，減重槽不可能挖得過深，因此圓角半徑也不可能過大(一般來說圓角半徑越大應力集中現象越輕)，采用減重槽多段圓弧結構能夠有效的解決圓角半徑的限制，針對減重槽，其結構采用多段圓弧結構，在應力大的區域采用大的圓弧半徑，應力小的區域采用小的圓弧半徑。通過這種新結構能在較小空間范圍內大幅降低應力，延長壽命。

b、為降低減重槽處由于結構尺寸突變而引起的應力集中現象，通過圓角光滑過渡以降低應力。可以在較小的結構空間內實現大半徑的光滑過渡，從而降低減重槽及葉根的應力，延長向心葉輪壽命。

c、采用減重槽雙段圓弧結構能夠有效的解決圓角半徑的限制，針對減重槽，采用雙段圓弧結構，在應力大的區域采用大的R1圓弧半徑，應力小的區域采用小的R2圓弧半徑，兩個圓弧面在接點相切。通過這種新結構能在較小空間范圍內大幅降低應力，延長壽命。并且兩個圓弧面加工簡單。

d、采用減重槽雙段圓弧結構，向心葉輪的壽命至少提高了150%。

e、為降低葉根處的應力，在葉根處加圓弧過渡，同樣受結構限制，圓角半徑不可過大，在葉片葉根部位兩側采用多段圓弧結構能夠有效的解決圓角半徑的限制，針對減重槽，其結構采用多段圓弧結構，在應力大的區域采用大的圓弧半徑，應力小的區域采用小的圓弧半徑。通過這種新結構能在較小空間范圍內大幅降低應力，延長壽命。

f、而雙段圓弧結構，在應力大的區域采用大的R′₁圓弧半徑，應力小的區域采用小的R′₂圓弧半徑，兩個圓弧面在接點相切。通過這種新結構能在較小空間范圍內大幅降低應力，延長壽命。并且兩個圓弧面加工簡單。

g、同時采用葉片葉根部位兩側采用多段圓弧結構和減重槽雙段圓弧結構，向心葉輪的壽命會成倍上升。

h、輪緣上的葉片由向心葉輪中部向外高度遞減和輪盤上的葉片均呈螺旋狀偏向同一方向的流線型結構設計，制造簡單，抗腐蝕性好，阻力小，減少沖擊損失，效率高。

除了上面所描述的目的、特征和優點之外，本發明還有其它的目的、特征和優點。下面將參照圖，對本發明作進一步詳細的說明。

附圖說明