[發明專利]一種適用于高壓渦輪轉子葉片減振的非對稱導葉設計方法

在審

• 申請號: 202210939131.0
• 申請日: 2022-08-05
• 公開（公告）號: CN115306487A
• 公開（公告）日: 2022-11-08
• 發明（設計）人: 韋繼勤;林亞;韓冬;梁湘華;李義平;王開明;蔣競升;李雪韜
• 申請（專利權）人: 中國航發貴陽發動機設計研究所
• 主分類號: F01D5/16
• 分類號: F01D5/16;F01D9/04
• 代理公司: 貴州派騰知識產權代理有限公司 52114
• 代理人: 谷慶紅

一種適用于高壓渦輪轉子葉片減振的非對稱導葉設計方法，將高壓渦輪導向器內的導葉在周向分為多個扇區；單個扇區內相鄰導葉間的單通道周向導葉間隔角相等；相鄰兩個扇區內的導葉數量不同，且相鄰兩個扇區內的導葉間的單通道周向導葉間隔角不同，形成非對稱式導葉布置結構。通過將高壓渦輪導向器內的導葉在周向分為多個扇區，并對每個扇區中導葉的數量、以及導葉間的單通道周向導葉間隔角進行設計形成非對稱式導葉布置結構，可有效降低激勵幅值，避開共振頻率，且不產生新的高能激勵，經氣動仿真及振動仿真，實現導葉尾流激勵幅值降低約75％，降低動葉在該頻率激勵下的振動幅值約82％，付出的性能代價為：高壓渦輪效率降低約0.4％，對低壓渦輪基本無影響。

技術領域

本發明涉及航空發動機高壓渦輪導向器設計技術領域，尤其涉及一種適用于高壓渦輪轉子葉片減振的非對稱導葉設計方法。

背景技術

渦輪部件是航空發動機關鍵部件之一，對整機性能和可靠性有重要影響。而高壓渦輪導向器位于燃燒室和高壓渦輪轉子中間，是渦輪部件的重要部分，主要功能是對燃燒室出口的氣流進行整流、膨脹加速和改變燃氣流動方向，為渦輪轉子創造合理的進口氣流條件，讓高壓渦輪葉片既實現最大限度的作功，又要保證渦輪部件安全、可靠、高效工作。

航空發動機高壓渦輪導向器導葉周向布局通常采用對稱分布，對動葉不可避免的產生導葉葉片數倍頻的尾流激勵。高壓渦輪動葉設計時，在保證高氣動性能的同時，還需保證具備較高的強度儲備、壽命，那就需避開導葉造成的共振激勵，當受到結構限制，無法避開共振激勵時，大致可采取兩種措施：一是采用增加阻尼的方法，降低或限制動葉在共振激勵下的振幅，進而降低振動應力；二是重新匹配設計導葉，使得尾流激勵避開動葉低階振動頻率，進而降低動葉振動應力。

針對第二種重新匹配設計導葉的情況中，某高壓渦輪動葉存在尾流激勵下低階共振頻率，如何在不改變導葉葉型、數量、子午流道尺寸、出口氣流角和流通能力的情況下，設計高壓導向葉片周向間隔角，改變燃氣在高導后產生的氣動力激勵頻率和幅值分布，避開高壓渦輪動葉的共振點，是重新匹配設計導葉過程中需要解決的技術問題。

發明內容

本發明的主要目的是提出一種適用于高壓渦輪轉子葉片減振的非對稱導葉設計方法，旨在解決上述技術問題。

為實現上述目的，本發明提出一種適用于高壓渦輪轉子葉片減振的非對稱導葉設計方法，將高壓渦輪導向器內的導葉在周向分為多個扇區；單個扇區內相鄰導葉間的單通道周向導葉間隔角相等；相鄰兩個扇區內的導葉數量不同，且相鄰兩個扇區內的導葉間的單通道周向導葉間隔角不同，形成非對稱式導葉布置結構。

優選的，單通道周向導葉間隔角的最大值和最小值根據共振頻率±10％的裕度進行設計，其中一個或多個扇區內的單通道周向導葉間隔角為最大值；一個或多個扇區內的單通道周向導葉間隔角為最小值。

優選的，根據共振頻率±5％裕度處設計導葉過渡間隔角，其中一個或多個扇區內的單通道周向導葉間隔角為過渡間隔角。

優選的，單通道周向導葉間隔角為過渡間隔角對應的扇區內的通道數量為m；單通道周向導葉間隔角為最大值對應的扇區內的通道數量為n；單通道周向導葉間隔角為最小值對應的扇區內的通道數量為q；其中m、n、q滿足：m＞n＞q。

優選的，高壓渦輪導向器全環在周向上分為六個扇區，依次為第一扇區、第二扇區、第三扇區、第四扇區、第五扇區以及第六扇區；

第一扇區、第三扇區、和第五扇區中對應的單通道周向導葉間隔角為最小值；

第六扇區中對應的單通道周向導葉間隔角為最大值；

過渡間隔角的取值為兩個，分別對應的扇區分別為第二扇區、第四扇區。