一种基元级前缘自带五个感压孔的榫式涡轮叶片制造技术

本发明专利技术公开了一种基元级前缘自带五个感压孔的榫式涡轮叶片。包含压力感受孔、引压通道、叶顶榫、叶根榫、低损弯管、引压管接口。叶片前缘沿叶高分布多排压力感受孔，每一排包含五个压力感受孔；引压通道分别连接压力感受孔孔口和引压管接口。本发明专利技术能同时测得涡轮进口、转子出口沿叶高方向、多个基元级位置、在来流方向与前缘夹角±120°范围内气流的总压、静压、偏转角和马赫数，适用于测量转子出口各种工况下二维流场参数沿叶高方向的分布。本发明专利技术不仅具有常规涡轮叶片的气动性能和强度，重要的是具有测量流场参数的功能，相比于常规压力探针、叶型探针测量技术，本发明专利技术没有外伸探头，不干扰被测流场，不影响叶片本身气动性能，测量参数精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基元级前缘自带五个感压孔的榫式涡轮叶片
本专利技术属于动力机械领域，涉及涡轮，具体涉及一种基元级前缘自带五个感压孔的榫式涡轮叶片。
技术介绍
涡轮静子叶片有多种安装至机匣上的方式，其中一种比较常见的安装方式是周向榫槽连接式。具体方式为，叶片在叶顶和叶根分别带有榫，可以通过这两个榫将叶片沿周向滑入机匣以及轮毂上的周向榫槽内，再使用锁片或者铆钉将叶片固定。这种安装方式可以避免在机匣上开孔，同时，由于叶顶榫与榫槽之间存在较大间隙，可以在间隙内通冷却空气对叶片进行冷却。在涡轮中，用一个和涡轮同轴的圆柱面对涡轮的叶片进行剖切，切得涡轮叶片的截面就叫做叶片的基元级。目前在涡轮叶片气动设计过程中，首先需要确定涡轮进出口的速度三角形。速度三角形主要包括四个参数：轴向速度、预旋、周向速度和扭速。其中，轴向速度是由流过涡轮的流量决定的。周向速度和扭矩是由轮缘功确定的。通过进出口速度三角形的计算可以求得基元级的进气角、出气角，针对不同位置的基元级给定不同的攻角，再结合落后角、叶片前缘角和后缘角，便可以求得对应每个基元级应有的安装角度。再将求得的基元级积叠就可以得到叶身的三维造型。除气动设计、结构设计之外，还需要对涡轮叶片进行强度设计，以确保叶片有足够的强度。因此叶片的设计过程是需要反复迭代的多参数优化设计。在保证涡轮叶片有足够强度的前提下，设计人员也希望叶片重量尽可能轻，这有利于减轻航空发动机或者燃气轮机的整体重量，提高航空发动机的推重比或者燃气轮机的效率。涡轮内部流动呈现出复杂的强三维性和非定常性，而且叶片结构、型面复杂，转子和静子间的轴向空间十分狭窄。另外，涡轮内工质为燃烧室排出的高温高压燃气。由于这些问题，常规的测试手段往往受限。接触式测量手段例如压力探针，包括可以实现多点同时测量的压力探针梳和叶型探针，大多存在前伸的探头。压力探针梳受到其自身尺寸的限制，无法插入小尺寸叶片排之间的狭窄流道内开展级间流场参数测试，即使能够插入，探针探头和支杆会对被测流场造成很大干扰。更重要的一点是，只有在机匣上打孔才能将压力探针或者压力探针梳插入转子和静子之间的流场，而对于涡轮而言，转子静子之间往往具有双层机匣，如图15所示，因此在机匣上打孔加工难度大。打孔也会破坏机匣机构的完整性，并且有漏气的可能，进一步干扰原有的流场结构。叶型探针可以插入小尺寸叶片排之间的狭窄流道内开展级间流场参数测试，但会对被测流场尤其是叶片近壁面流场产生很大的干扰，破坏流场原有结构，造成较大的测量误差，甚至带来额外的流动损失从而恶化叶片原有的气动负荷和涡轮的做功能力。其次，测量二维流场参数多采用三孔压力探针，但是现有的、较好三孔压力探针可测量的气流角度范围只有±40°。而涡轮中气流角度变化随涡轮工作状态变化十分剧烈，一些工况下气流角度变化范围可达±60°到±70°，这就导致现有的三孔压力探针无法准确地测量到涡轮内二维流场参数。热线风速仪也是涡轮内流场常用的测试手段之一，但是热丝易断裂，而且容易受到杂质的污染导致测量结果不准确。非接触测量手段例如粒子图像测速技术、激光多普勒测速技术虽然不会破坏流场结构，但是，由于叶片复杂型面遮挡激光或者流道狭窄遮挡激光，无法测到叶根区域的流场，另外，激光照射到壁面上，会产生强烈的反光，造成测量误差。粒子跟随性问题也会导致较大的测量误差。粒子图像测速技术、激光多普勒测速技术只能测量速度，不能测量压力，而涡轮性能实验更关心的是压力数据。现有的涡轮叶片设计没有包含级间气动参数测量设计，造成涡轮小尺寸叶片排之间的狭窄流道内无法开展级间流场参数准确测试。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：针对现有的涡轮叶片设计没有包含级间气动参数测量设计，造成涡轮小尺寸叶片排之间的狭窄流道内无法开展级间流场参数准确测量难题，专利技术一种基元级前缘自带五个感压孔的榫式涡轮叶片，解决涡轮小尺寸叶片排之间的狭窄流道内无法开展级间流场参数准确测量的技术问题。本专利技术的技术解决方案是：一种基元级前缘自带五个感压孔的榫式涡轮叶片，其特征在于：叶片包含叶片压力面(1)，叶片吸力面(2)，压力面后压力感受孔(3)，压力面前压力感受孔(4)，前缘点压力感受孔(5)，吸力面前压力感受孔(6)，吸力面后压力感受孔(7)，引压通道(8)，低损弯管(9)，叶顶榫(10)，叶根榫(11)，引压管接口(12)；所述叶片前缘沿叶高方向有多排压力感受孔，每一排包含5个位于叶片表面的压力感受孔，分别为位于叶片前缘点的前缘点压力感受孔(5)，位于叶片吸力面(2)的吸力面前压力感受孔(6)、吸力面后压力感受孔(7),位于叶片压力面(1)的压力面后压力感受孔(3)、压力面前压力感受孔(4)，五个孔的中心线位于同一叶片基元级上，且压力感受孔的直径均为0.2mm至1mm；其中，前缘点压力感受孔(5)中心线与其所在基元级的中弧线在前缘点处的切线重合；压力面后压力感受孔(3)与吸力面后压力感受孔(7)中心线共线，均为基元级中弧线从基元级前缘点开始的0.5％到20％长度点处的法线；压力面前压力感受孔(4)中心线与压力面后压力感受孔(3)和吸力面后压力感受孔(7)中心线成30°到45°夹角，吸力面前压力感受孔(6)中心线与压力面后压力感受孔(3)和吸力面后压力感受孔(7)中心线成30°到45°夹角；引压通道(8)一端连接压力感受孔孔口，另一端与位于叶顶榫(10)中的引压管接口(12)相连；引压通道的直径与压力感受孔一致，为0.2mm至1mm；在压力感受孔中心线所在的基元级上，连接前缘点压力感受孔(5)的引压通道(8)中心线与叶片基元级中弧线重合，其余引压通道(8)中心线皆为连接前缘点压力感受孔(5)的引压通道(8)中心线的等距线，所有引压通道(8)在其所在基元级向叶片后方延伸，并且在从叶片前缘点开始的30％至70％弦长处向叶顶榫(10)方向弯曲，弯曲处采用低损弯管(9)；低损弯管(9)中心线为极坐标曲线ρ2＝a2sin2θ的一部分，其中a的值为引压通道(8)直径的1到4倍，该曲线θ值在0到30°之间的曲线段为低损弯管(9)中心线，其分别与连接的两段引压通道(8)中心线相切；弯曲后的引压通道(8)采用直通道设计；引压管接口(12)中心线与引压通道(8)末端中心线存在30°至45°夹角，长度为2mm至20mm，直径为0.4mm至2mm；引压管连接至引压管接口(12)之后可以通过叶顶榫(10)与机匣安装导轨之间的周向间隙布线并最终从机匣上的开口引出；一种基元级前缘自带五个感压孔的榫式涡轮叶片，其特征在于：本专利技术有多排压力感受孔；最靠近叶根的一排，距离叶根0.2到1mm；最靠近叶顶的一排，距离叶顶0.2到1mm；靠近叶根或靠近叶顶25％叶高范围内，相邻两排压力感受孔之间间距为5％到15％叶高，其余叶高处相邻两排压力感受孔间距为10％到20％叶高。压力感受孔感受到的压力经过引压通道、引压管传至压力传感器；压力传感器将压力信号转换成电信号输出，通过计算机数据采集及处理系统，可以将压力传感器输出的电信号转换为压力感受孔测得的压力值；本专利技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基元级前缘自带五个感压孔的榫式涡轮叶片，其特征在于：叶片包含叶片压力面(1)，叶片吸力面(2)，压力面后压力感受孔(3)，压力面前压力感受孔(4)，前缘点压力感受孔(5)，吸力面前压力感受孔(6)，吸力面后压力感受孔(7)，引压通道(8)，低损弯管(9)，叶顶榫(10)，叶根榫(11)，引压管接口(12)；所述叶片前缘沿叶高方向有多排压力感受孔，每一排包含5个位于叶片表面的压力感受孔，分别为位于叶片前缘点的前缘点压力感受孔(5)，位于叶片吸力面(2)的吸力面前压力感受孔(6)、吸力面后压力感受孔(7),位于叶片压力面(1)的压力面后压力感受孔(3)、压力面前压力感受孔(4)，五个孔的中心线位于同一叶片基元级上，且压力感受孔的直径均为0.2mm至1mm；其中，前缘点压力感受孔(5)中心线与其所在基元级的中弧线在前缘点处的切线重合；压力面后压力感受孔(3)与吸力面后压力感受孔(7)中心线共线，均为基元级中弧线从基元级前缘点开始的0.5％到20％长度点处的法线；压力面前压力感受孔(4)中心线与压力面后压力感受孔(3)和吸力面后压力感受孔(7)中心线成30°到45°夹角，吸力面前压力感受孔(6)中心线与压力面后压力感受孔(3)和吸力面后压力感受孔(7)中心线成30°到45°夹角；引压通道(8)一端连接压力感受孔孔口，另一端与位于叶顶榫(10)中的引压管接口(12)相连；引压通道(8)的直径与压力感受孔一致，为0.2mm至1mm；在压力感受孔中心线所在的基元级上，连接前缘点压力感受孔(5)的引压通道(8)中心线与叶片基元级中弧线重合，其余引压通道(8)中心线皆为连接前缘点压力感受孔(5)的引压通道(8)中心线的等距线，所有引压通道(8)在其所在基元级向叶片后方延伸，并且在从叶片前缘点开始的30％至70％弦长处向叶顶榫(10)方向弯曲，弯曲处采用低损弯管(9)；低损弯管(9)中心线为极坐标曲线ρ...

【技术特征摘要】
1.一种基元级前缘自带五个感压孔的榫式涡轮叶片，其特征在于：叶片包含叶片压力面(1)，叶片吸力面(2)，压力面后压力感受孔(3)，压力面前压力感受孔(4)，前缘点压力感受孔(5)，吸力面前压力感受孔(6)，吸力面后压力感受孔(7)，引压通道(8)，低损弯管(9)，叶顶榫(10)，叶根榫(11)，引压管接口(12)；所述叶片前缘沿叶高方向有多排压力感受孔，每一排包含5个位于叶片表面的压力感受孔，分别为位于叶片前缘点的前缘点压力感受孔(5)，位于叶片吸力面(2)的吸力面前压力感受孔(6)、吸力面后压力感受孔(7),位于叶片压力面(1)的压力面后压力感受孔(3)、压力面前压力感受孔(4)，五个孔的中心线位于同一叶片基元级上，且压力感受孔的直径均为0.2mm至1mm；其中，前缘点压力感受孔(5)中心线与其所在基元级的中弧线在前缘点处的切线重合；压力面后压力感受孔(3)与吸力面后压力感受孔(7)中心线共线，均为基元级中弧线从基元级前缘点开始的0.5％到20％长度点处的法线；压力面前压力感受孔(4)中心线与压力面后压力感受孔(3)和吸力面后压力感受孔(7)中心线成30°到45°夹角，吸力面前压力感受孔(6)中心线与压力面后压力感受孔(3)和吸力面后压力感受孔(7)中心线成30°到45°夹角；引压通道(8)一端连接压力感受孔孔口，另一端与位于叶顶榫(10)中的引压管接口(12)相连；引压通道(8)的直径与压力感受孔一致，为0.2mm至1mm；在压...

【专利技术属性】
技术研发人员：马宏伟，徐博闻，夏晨希，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11