[發(fā)明專利]一種內(nèi)置骨架結(jié)構(gòu)式離心葉輪

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811091547.1
• 申請日: 2018-09-19
• 公開（公告）號: CN109268310A
• 公開（公告）日: 2019-01-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 胡曉安;程穆威;趙高樂;張宇;王云
• 申請（專利權(quán)）人: 南昌航空大學(xué)
• 主分類號: F04D29/28
• 分類號: F04D29/28;F04D29/30
• 代理公司: 南昌洪達(dá)專利事務(wù)所 36111
• 代理人: 何磊

本發(fā)明公開了一種內(nèi)置骨架結(jié)構(gòu)式離心葉輪，包括入口端、出口端、圓弧形外表面、軸孔、輪轂、主葉片、導(dǎo)流葉片、主葉片骨架、導(dǎo)流葉片骨架，輪轂內(nèi)部設(shè)為空心，主葉片骨架一端連接主葉片根部，另一端連接軸孔內(nèi)壁面，導(dǎo)流葉片骨架一端連接導(dǎo)流葉片根部，另一端連接軸孔內(nèi)壁面，其中主葉片骨架、導(dǎo)流葉片骨架將輪轂內(nèi)部分割成多個單獨(dú)腔體，主葉片、導(dǎo)流葉片分別沿圓弧形外表面陣列，軸孔上端設(shè)有入口端，輪轂底端設(shè)有出口端，進(jìn)口端設(shè)有清粉孔，清粉孔聯(lián)通放置起動磁鐵的磁鐵座1、磁鐵座2和輪轂內(nèi)的腔體。本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)：這種結(jié)構(gòu)重量較輕、材料應(yīng)力分布均勻、材料利用率高，提高了發(fā)動機(jī)的推重比。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及葉輪機(jī)械技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種內(nèi)置骨架結(jié)構(gòu)式離心葉輪。

背景技術(shù)

離心式壓氣機(jī)相較于軸流式壓氣機(jī)，具有結(jié)構(gòu)簡單、單機(jī)增壓比特點(diǎn)，在空氣流量小的情況下流動損失大、迎風(fēng)面積大等問題并不突出，因此廣泛應(yīng)用于小型渦噴和渦軸發(fā)動機(jī)，離心葉輪在出口處半徑大，采用實(shí)心輪轂結(jié)構(gòu)的葉輪，重量較大，葉片的重量占比較低，并且，小型發(fā)動機(jī)擁有較高轉(zhuǎn)速，輪轂在發(fā)動機(jī)運(yùn)行過程中承受巨大離心載荷。

現(xiàn)有的離心葉輪受到傳統(tǒng)的鍛造、鑄造工藝的限制，內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)難以加工，從而大多采用實(shí)心結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。這種葉輪加工較為方便，但是通過氣動優(yōu)化提高發(fā)動機(jī)推重比效果不明顯，而推重比的提高，對提升飛行器的負(fù)載能力和機(jī)動性具有十分重大的意義。近年來，隨著增材制造技術(shù)和CAD技術(shù)的飛速發(fā)展，依靠傳統(tǒng)工藝難以成形的復(fù)雜結(jié)構(gòu)可以輕松設(shè)計(jì)、生產(chǎn)，促進(jìn)了航空工業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。在保證氣動外形不變的前提下，利用增材制造技術(shù)可以對離心葉輪內(nèi)部的復(fù)雜結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)與加工，從而在不降低葉輪強(qiáng)度與剛度的前提下降低其質(zhì)量，為提高航空發(fā)動機(jī)的推重比提供了有力的技術(shù)條件。

同時，等強(qiáng)度盤的結(jié)構(gòu)在軸流式葉輪機(jī)械中廣泛使用，這種結(jié)構(gòu)重量較輕、材料應(yīng)力分布均勻、材料利用率高。離心式葉輪由于不同的氣動結(jié)構(gòu)，其輪盤(輪轂)結(jié)構(gòu)與軸流式壓氣機(jī)存在很大不同，因此，使用實(shí)心輪設(shè)計(jì)時，難以運(yùn)用等強(qiáng)度結(jié)構(gòu)。而增材制造技術(shù)的發(fā)展為這一結(jié)構(gòu)原理在離心式葉輪機(jī)械中的應(yīng)用提供了可能。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種內(nèi)置骨架結(jié)構(gòu)式離心葉輪，能降低離心葉輪重量、增加材料利用率，可應(yīng)用于航空離心式壓氣機(jī)葉輪的減重優(yōu)化設(shè)計(jì)，也可以用于小型渦軸、渦槳發(fā)動機(jī)。

本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：一種內(nèi)置骨架結(jié)構(gòu)式離心葉輪，包括入口端、出口端、圓弧形外表面、軸孔、輪轂、主葉片、導(dǎo)流葉片、主葉片骨架、導(dǎo)流葉片骨架、磁鐵座1、磁鐵座2、清粉孔、腔體，入口端處設(shè)有清粉孔，用于為增材制造方案清理粉末，清粉孔聯(lián)通磁鐵座1、磁鐵座2、腔體，磁鐵座1、磁鐵座2設(shè)于內(nèi)置骨架結(jié)構(gòu)式離心葉輪上端，主葉片、導(dǎo)流葉片連接在圓弧形外表面上，并分別沿圓弧形外表面陣列，磁鐵座1、磁鐵座2用于放置發(fā)動機(jī)起動用的磁鐵，輪轂內(nèi)部采用空心，主葉片骨架、導(dǎo)流葉片骨架設(shè)于輪轂內(nèi)部，且主葉片骨架一端連接主葉片根部，另一端連接軸孔內(nèi)壁面，導(dǎo)流葉片骨架一端連接導(dǎo)流葉片根部，另一端連接軸孔內(nèi)壁面，主葉片骨架沿徑向針對主葉片的離心載荷采用等強(qiáng)度的厚度變化規(guī)律、導(dǎo)流葉片骨架沿徑向針對導(dǎo)流葉片的離心載荷采用等強(qiáng)度的厚度變化規(guī)律，其中主葉片骨架、導(dǎo)流葉片骨架拉伸應(yīng)力小于對應(yīng)實(shí)心結(jié)構(gòu)離心葉輪最大應(yīng)力水平的110％。

優(yōu)選地，所述軸孔的壁厚是變化的，且軸孔壁厚度最大處靠近出口端。

優(yōu)選地，所述主葉片骨架、導(dǎo)流葉片骨架將輪轂的空心內(nèi)部分割成多個單獨(dú)腔體。

優(yōu)選地，所述圓弧形外表面厚度取1mm，入口端厚度取1mm，出口端厚度取1～3mm，軸孔處壁面厚度取2～5mm，清粉孔直徑取1mm。

優(yōu)選地，所述主葉片骨架、導(dǎo)流葉片骨架厚度分別沿轉(zhuǎn)軸半徑減少方向逐漸變厚，且承受的離心拉伸應(yīng)力保持定值。

本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)：這種結(jié)構(gòu)重量較輕、材料應(yīng)力分布均勻、材料利用率高，提高了發(fā)動機(jī)的推重比。

附圖說明