[發明專利]一種無冠空心單晶渦輪葉片葉尖加載方法

有效

• 申請號: 201810283505.1
• 申請日: 2018-04-02
• 公開（公告）號: CN108547667B
• 公開（公告）日: 2019-04-16
• 發明（設計）人: 胡殿印;王榮橋;張斌;毛建興;馬琦航;崔金鐸
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: F01D5/14
• 分類號: F01D5/14
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 安麗

本發明涉及一種無冠空心單晶渦輪葉片葉尖加載方法，具體為：在無冠空心單晶渦輪葉片鑄造前，在其蠟模上焊接一個葉冠蠟模，形成組合蠟模，然后利用所述組合蠟模鑄造帶冠葉片試驗件，帶冠葉片試驗件的鑄造葉冠為倒梯形體結構，其內部帶有保證空心單晶渦輪葉片內部冷卻氣流順利排出的氣流通道。帶冠葉片試驗件的鑄造葉冠與所設計的專用夾具的分半內夾塊連接后，裝入整體外夾塊中部的倒梯形體空腔，借助所設計的專用夾具可以實現無冠空心單晶渦輪葉片葉尖加載。對于尺寸、大小等差異較大的無冠空心單晶渦輪葉片，無法采用統一尺寸的鑄造葉冠時，重新加工成本較低的分半內夾塊即可，無需多次加工成本較高的整體外夾塊。

技術領域

本發明涉及航空發動機無冠空心單晶渦輪葉片葉尖加載方法，用于在實驗室條件下實現對無冠空心單晶渦輪葉片的穩定加載，進而進行無冠空心單晶渦輪葉片特定考核截面的高溫疲勞試驗，屬于航空航天發動機技術領域。

背景技術

無冠空心單晶渦輪葉片是當前航空發動機的廣泛應用的核心部件之一，工作在高溫環境中，承受巨大的離心力，極易發生疲勞破壞。因此，開展無冠空心單晶渦輪葉片考核截面的高溫疲勞試驗具有十分重要的意義。

在渦輪葉片葉尖加載方面，不同渦輪葉片的加載方式不同。對于帶冠渦輪葉片，首先需要校核葉冠在試驗載荷下的強度，如果葉冠強度足夠，則可以通過葉冠承受拉伸載荷，實現渦輪葉片機械載荷的模擬；如果冠強度不夠，還需采取其他方式與葉冠一起傳遞離心載荷，例如摩擦加載。對于無冠渦輪葉片，由于通常渦輪葉片的考核截面位于渦輪葉片中上部，無法為摩擦加載提供足夠的夾持空間，難以直接實現渦輪葉片葉尖加載。中國航空工業集團公司沈陽發動機設計研究所采用在葉尖部分焊接夾持端的方式進行加載(CN202467935 U)，對于無冠等軸晶高溫合金渦輪葉片，該方案可行。但對于無冠單晶渦輪葉片而言，對渦輪葉片葉尖的焊接操作，將導致渦輪葉片晶體完整性破壞，并且由于單晶沒有晶界強化元素，其多晶形式的高溫合金的疲勞強度、耐高溫能力將顯著降低，試驗過程中容易首先在焊縫處出現裂紋，導致試驗失敗。為了解決該潛在風險，北航王榮橋、荊甫雷等采用在無冠空心單晶渦輪葉片的葉尖部位通過澆鑄較短小異型葉冠配合分半葉片夾具的方式進行加載(王榮橋,荊甫雷,胡殿印.單晶渦輪葉片熱機械疲勞試驗技術[J].航空動力學報,2013,28(2):252-258.)。盡管澆鑄形成的葉冠能夠實現葉冠的穩定夾持。然而，由于渦輪葉片考核截面距離夾具較近，為了防止夾具在高溫下首先出現破壞，需要引入冷卻水對夾具進行冷卻，不僅增加了加工成本而且引入的冷卻水孔以及連接分半葉片夾具的螺栓孔還會削弱葉片夾具的整體強度；同時由于葉冠為異型，不同葉片需要加工不同葉冠夾具，成本較高。

綜上所述，當前無冠空心單晶渦輪葉片葉尖加載方法并不完善，配套夾具加工復雜、成本過高，仍有較大改進空間。

發明內容

本發明解決的技術問題是：針對無冠空心單晶渦輪葉片葉尖加載問題，提供一種加工成本低、使用方便的無冠空心單晶渦輪葉片葉尖加載方法，用于無冠空心單晶渦輪葉片考核截面在室溫至高溫1000℃溫度范圍內的疲勞試驗。