低压涡轮叶片制造技术

本实用新型专利技术的目的在于针对低压涡轮叶片负荷大、厚度小的设计趋势，提出一种能够降低低压涡轮端区流动损失的低压涡轮叶片。其中的低压涡轮叶片在端壁附近至少20％叶高的径向范围内的叶型具有加厚特征；在轴向范围内所述加厚特征的分布不超出叶型轴向宽度的5％～95％，即加厚区域不包括前缘和尾缘；在周向范围内，所述加厚特征的叶型最大厚度为弦长的20％；加厚起始位置的叶片厚度最小，端壁处叶片厚度最大，叶片从加厚起始位置至端壁逐渐增厚。

【技术实现步骤摘要】
低压涡轮叶片
本技术涉及低压涡轮叶片。
技术介绍
目前商用大涵道比涡扇发动机的一个重要技术发展方向是减轻低压涡轮的重量，在气动设计过程中，减轻低压涡轮重量常用的技术措施为减少叶片数或减小单个叶片体积，即提高负荷或减小厚度。但高负荷叶片和薄叶片的叶片表面容易出现分离，尤其是在端区附近，叶表分离还会与二次流相互作用，导致二次流强度及边界层扭曲程度增强，二次流损失增大。高升力设计的低压涡轮由于叶片数目减少，叶片端区的气动负荷随之增大，导致端区二次流损失增大。薄叶片设计压力面容易出现分离，并与端区二次流相互作用，使端区(尤其是轮毂端区)流动损失增大，这一现象同高升力设计类似。因此在采取高升力设计或薄叶片设计的同时，有必要采取其它技术措施对端区的二次流动损失进行控制。专利技术人认识到，为抑制叶型表面的流动分离及其与端区二次流的相互作用，在不改变主流区域叶型的前提下，将端区附近的叶片厚度增大，既能够尽可能在主流区采用薄叶片来降低低压涡轮重量，又能够抑制端区叶片表面分离及其与二次流的相互作用。
技术实现思路
本技术的目的在于，针对低压涡轮叶片负荷大、厚度小的设计趋势，提出一种能够降低低压涡轮端区流动损失的低压涡轮叶片。根据本技术一方面的低压涡轮叶片，在端壁附近至少20％叶高的径向范围内的叶型具有加厚特征；在轴向范围内所述加厚特征的分布不超出叶型轴向宽度的5％～95％，即加厚区域不包括加厚叶型的前缘和尾缘；在周向范围内，所述加厚叶型的最大厚度为弦长的20％；加厚起始位置的叶片厚度最小，端壁处叶片厚度最大，叶片从加厚起始位置至端壁逐渐增厚。在一个或多个实施方式中，从加厚起始位置至端壁的厚度分布特征为线性分布。在一个或多个实施方式中，从加厚起始位置至端壁的厚度分布特征为折线分布。在一个或多个实施方式中，从加厚起始位置至端壁的厚度分布特征为正弦线分布。在一个或多个实施方式中，从加厚起始位置至端壁的厚度分布特征为双曲线分布。在一个或多个实施方式中，从加厚起始位置至端壁的厚度分布特征为水滴形分布。在一个或多个实施方式中，在径向范围30％叶高到轮毂端壁之间的端区具有所述叶片加厚特征。在一个或多个实施方式中，所述叶片加厚特征位于轮毂端。在一个或多个实施方式中，所述叶片加厚特征位于机匣端。根据本技术另一方面的大涵道比涡扇发动机低压涡轮，包括轮毂以及沿轮毂周向分布的如任一所述的低压涡轮叶片。本技术的有益效果体现在：针对低压涡轮高负荷叶片、薄叶片端区损失大的现象，对叶片局部端区附近进行加厚，改变叶型曲率使流体加速，降低逆压梯度，抑制叶片表面的流动分离及其与二次流的相互作用。附图说明本技术的上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变得更加明显，其中：图1是根据一个或多个实施方式的叶片、叶片厚度径向分布以及损失径向分布的示意图；图2是根据一个或多个实施方式的叶片型线的示意图；图3是根据一个或多个实施方式的不同叶高的叶片型线的示意图；图4是根据一个或多个实施方式的叶片加厚特征的厚度沿径向分布示意图一；图5是根据一个或多个实施方式的叶片加厚特征的厚度沿径向分布示意图二；图6是根据一个或多个实施方式的叶片加厚特征的厚度沿径向分布示意图三；图7是根据一个或多个实施方式的叶片加厚特征的厚度沿径向分布示意图四；图8A是根据一个或多个实施方式的叶片端区加厚前的叶片从压力侧看的极限流线图；图8B是根据一个或多个实施方式的叶片端区加厚后的叶片从压力侧看的极限流线图；图9A是根据一个或多个实施方式的叶片端区加厚前的叶片从吸力侧看的极限流线图；图9B是根据一个或多个实施方式的叶片端区加厚后的叶片从吸力侧看的极限流线图；图10A是根据一个或多个实施方式的叶片端区加厚前的叶片从叶尖俯视的轮毂端壁极限流线图；图10B是根据一个或多个实施方式的叶片端区加厚后的叶片从叶尖俯视的轮毂端壁极限流线图；图11是根据一个或多个实施方式的叶片端区加厚前的端区损失等值线图；图12是根据一个或多个实施方式的叶片端区加厚后的端区损失等值线图；图13是根据一个或多个实施方式的叶片端区加厚前后的流动损失径向分布对比。具体实施方式下述公开了多种不同的实施所述的主题技术方案的实施方式或者实施例。为简化公开内容，下面描述了各元件和排列的具体实例，当然，这些仅仅为例子而已，并非是对本专利技术的保护范围进行限制。例如在说明书中随后记载的第一特征在第二特征上方或者上面形成，可以包括第一和第二特征通过直接联系的方式形成的实施方式，也可包括在第一和第二特征之间形成附加特征的实施方式，从而第一和第二特征之间可以不直接联系。另外，这些公开内容中可能会在不同的例子中重复附图标记和/或字母。该重复是为了简要和清楚，其本身不表示要讨论的各实施方式和/或结构间的关系。进一步地，当第一元件是用与第二元件相连或结合的方式描述的，该说明包括第一和第二元件直接相连或彼此结合的实施方式，也包括采用一个或多个其他介入元件加入使第一和第二元件间接地相连或彼此结合。根据一个或多个实施方式，低压涡轮叶片的叶型线如图2所示，具有前缘(leadingedge)13、尾缘(trailingedge)14、压力面侧(pressureside)12、吸力面侧(suctionside)11。在图1中，将叶片、叶片厚度的径向分布、叶片二次流损失径向分布关联显示，叶片1以其轮毂端壁100为造型端。在另一些实施方式中，后面的描述也适合于机匣端101为造型端。在端壁附近至少20％叶高的径向范围具有加厚特征102。在图所示的实施例中，以30％叶高到轮毂端壁之间的范围为加厚区域。在至少一个实施方式中，局部加厚区域的径向范围一般不小于20％，以覆盖端区二次流动区域。至少20％叶高是指从端壁开始到叶片径向高度至少20％的位置。在图1中，中间的图表为叶片最大厚度沿径向分布的示意图，纵轴为无量纲叶片高度，例如0.2对应20％叶高，横轴为叶片最大厚度，其中厚度分布线BASE对应增厚前的叶片，厚度分布线SPOON对应增厚后的叶片。在图1中，右边的图表为叶片二次流损失沿径向的分布，纵轴同样是无量纲叶片高度，横轴为损失。从图1中可以看出该叶片轮毂侧二次流区域约为0～30％叶高范围(由虚线圈出)，因此端区叶片加厚区域选为0～30％叶高范围。如图2所示，在轴向范围内加厚特征102的分布不超出叶片轴向宽度的5％～95％，叶片的轴向A平行于低压涡轮的轴向，加厚特征102位于叶片前缘13和叶片尾缘14之间的区域，不包括前、尾缘的结构特征，即不改变前缘的直径、椭圆度、楔角及尾缘直径，避免对叶型的攻角特性、表面压力分布、尾迹损失等带来负面影响。根据叶片端区的流动情况确定叶型调整的具体区域，在至少一个实施方式中，基准叶片较薄、压力面侧的分离比较明显，因此主要对压力面侧进行了叶片型线的调整，如图3所示，调整后的叶片型线以虚线表示，调整前的型线以实线表示。调整后的叶片型线120对应0％叶高位置的叶型线，调整后的叶片型线121对应10％叶高位置的叶型线，调整后的叶片型线122对应20％叶高位置的叶型线，调整后的叶片型线123对应30％叶高位置的叶型线；调整前的叶片型线110对应0％叶高位置的叶型线，调整前的叶片型线111对应10％叶高位置的叶本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.低压涡轮叶片，其特征在于，在端壁附近至少20％叶高的径向范围内的叶型具有加厚特征；在轴向范围内所述加厚特征的分布不超出叶型轴向宽度的5％～95％，即加厚区域不包括前缘和尾缘；在周向范围内，所述加厚特征的叶型最大厚度为弦长的20％；加厚起始位置的叶片厚度最小，端壁处叶片厚度最大，叶片从加厚起始位置至端壁逐渐增厚。

【技术特征摘要】
1.低压涡轮叶片，其特征在于，在端壁附近至少20％叶高的径向范围内的叶型具有加厚特征；在轴向范围内所述加厚特征的分布不超出叶型轴向宽度的5％～95％，即加厚区域不包括前缘和尾缘；在周向范围内，所述加厚特征的叶型最大厚度为弦长的20％；加厚起始位置的叶片厚度最小，端壁处叶片厚度最大，叶片从加厚起始位置至端壁逐渐增厚。2.如权利要求1所述的低压涡轮叶片，其特征在于，从加厚起始位置至端壁的厚度分布特征为线性分布。3.如权利要求1所述的低压涡轮叶片，其特征在于，从加厚起始位置至端壁的厚度分布特征为折线分布。4.如权利要求1所述的低压涡轮叶片，其特征在于，从加厚起始位置至端壁的厚度分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：许晶莹，王国强，侯伟涛，赵磊，
申请(专利权)人：中国航发商用航空发动机有限责任公司，
类型：新型
国别省市：上海,31