CN112065588B - 一种航空发动机用旋流叶片式预旋喷嘴的流量调整方法 - Google Patents

Abstract

一种航空发动机用旋流叶片式预旋喷嘴的流量调整方法，步骤为：对预旋喷嘴三维模型进行流量模拟调整以确定调整量；遵循避免旋流叶片出现撕裂损伤和不可修复性损伤的调整原则，对旋流叶片采用扭转调整方式、扭转与磨削切除相结合的调整方式或扭转与堆焊相结合的调整方式；当预旋喷嘴的流量测量值与设计标准值相差≤10％时，旋流叶片采用扭转调整方式；当预旋喷嘴的流量测量值与设计标准值相差＞10％时，旋流叶片采用扭转与磨削切除相结合的调整方式或扭转与堆焊相结合的调整方式。本发明有效解决了流量试验检查过程中预旋喷嘴的调整问题，保证试验流量值合格并满足设计要求，充分发挥出预旋喷嘴的冷却能力，达到对涡轮部件的冷却效果。

Description

一种航空发动机用旋流叶片式预旋喷嘴的流量调整方法

技术领域

本发明属于航空发动机技术领域，特别是涉及一种航空发动机用旋流叶片式预旋喷嘴的流量调整方法。

背景技术

随着航空发动机对效率和单位推力的不断追求，涡轮进口温度不断提高，远远超出了耐高温材料可承受的极限温度，而多型航空发动机会应用预旋技术来降低涡轮部件的温度，其原理为：利用预旋结构，使气流在预旋喷嘴内膨胀，以降低气流静温，并使其获得与涡轮转子部件转向相同的周向速度，同时减小冷气的相对速度，对涡轮转子部件而言，可达到降低相对总温并提高冷气冷却品质的目的。

预旋喷嘴的空气流通能力和出口气流参数，对涡轮部件的冷却效率至关重要，其直接影响涡轮部件的安全工作和使用寿命，因此必须对预旋喷嘴的流量进行试验检查，只有流量调整合格后才可以供航空发动机使用。但是，预旋喷嘴的流量调整方法尚未明确提出，而预旋喷嘴的流量作为试验检查的重要环节，如何实施成为预旋喷嘴流量合格与否的关键性问题。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种航空发动机用旋流叶片式预旋喷嘴的流量调整方法，有效解决了流量试验检查过程中预旋喷嘴的调整问题，保证试验流量值合格并满足设计要求，充分发挥出预旋喷嘴的冷却能力，达到对涡轮部件的冷却效果；杜绝了以往盲目操作带来的喷嘴结构件冗余修复甚至不可修复性损伤，避免了生产资源的浪费，能够使流量快速准确的达到试验目标值，提高了生产工作效率；规定了周向均匀分布式调整要求，确保每个叶片和流道调整程度相同，以保证经预旋喷嘴流出的冷却空气温度分布均匀及冷却效果一致，避免涡轮部件集中冷却形成热应力危害。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种航空发动机用旋流叶片式预旋喷嘴的流量调整方法，包括如下步骤：

步骤一：对预旋喷嘴进行三维建模，对预旋喷嘴的三维模型进行模拟调整，分析预旋喷嘴的截留面积变化，直到流量值满足设计要求，然后根据模拟调整的结果，确定预旋喷嘴的调整量；

步骤二：遵循避免旋流叶片出现撕裂损伤和不可修复性损伤的调整原则，对旋流叶片采用扭转调整方式、扭转与磨削切除相结合的调整方式或扭转与堆焊相结合的调整方式；当预旋喷嘴的流量测量值与设计标准值相差≤10％时，旋流叶片采用扭转调整方式；当预旋喷嘴的流量测量值与设计标准值相差＞10％时，旋流叶片采用扭转与磨削切除相结合的调整方式或扭转与堆焊相结合的调整方式；

①、当旋流叶片采用扭转调整方式时，需要准备一把钳型工装，并选取一个旋流叶片，将钳型工装的基准杆的定位面与环形内壳体的外端面贴合，同时将钳型工装的扭转杆的定位面与旋流叶片的尾部表面贴合，对钳型工装施加握力，由扭转杆对旋流叶片的尾部进行扳扭，扳扭角度由刻度盘进行标示，直到旋流叶片尾部的开度调整达到设定值；另选取其他几个旋流叶片实施相同的调整过程，并且保证被选中的全部旋流叶片呈周向均匀分布，而旋流叶片经过调整后则改变了截流面积，最终实现流量调整；

②、当旋流叶片经过扭转调整后流量仍未达到设计标准值时，则进一步采用磨削切除调整方式，先选取一个旋流叶片，并以旋流叶片的尾缘为起始，并沿着旋流叶片的型面方向画刻线，以确定调整量的终止位置，然后利用小型电钻修磨切除旋流叶片尾缘至刻线处，以此扩大旋流叶片的截流面积，增强流通能力；另选取其他几个旋流叶片实施相同的调整过程，并且保证被选中的全部旋流叶片呈周向均匀分布，同时保证这些旋流叶片上从叶根至叶高方向的磨削切除程度完全相同；

③、当旋流叶片经过扭转调整后流量仍未达到设计标准值时，则进一步采用堆焊调整方式，先选取相邻的两个旋流叶片，然后利用氩弧焊将冷却空气通道进行堆焊封堵，且两个旋流叶片之间的堆焊不能有间断，防止焊接强度不达标以及堆焊焊料脱落损伤转子部件，以此减小旋流叶片的截流面积，降低流通能力；另选取其他几组旋流叶片实施相同的调整过程，并且保证被选中的旋流叶片呈周向均匀分布，同时保证所有堆焊处的堆焊高度保持一致。

本发明的有益效果：

本发明的航空发动机用旋流叶片式预旋喷嘴的流量调整方法，有效解决了流量试验检查过程中预旋喷嘴的调整问题，保证试验流量值合格并满足设计要求，充分发挥出预旋喷嘴的冷却能力，达到对涡轮部件的冷却效果；杜绝了以往盲目操作带来的喷嘴结构件冗余修复甚至不可修复性损伤，避免了生产资源的浪费，能够使流量快速准确的达到试验目标值，提高了生产工作效率；规定了周向均匀分布式调整要求，确保每个叶片和流道调整程度相同，以保证经预旋喷嘴流出的冷却空气温度分布均匀及冷却效果一致，避免涡轮部件集中冷却形成热应力危害。

附图说明

图1为实施例中的旋流叶片式预旋喷嘴的结构示意图；

图2为图1中A向视图；

图3为采用扭转调整方式时的示意图；

图4为采用磨削切除调整方式时的示意图；

图5为采用堆焊调整方式时的示意图；

图中，1—环形内壳体，2—环形外壳体，3—旋流叶片，4—燃烧室内机匣，5—钳型工装，5.1—基准杆，5.2—扭转杆，5.3—刻度盘，6—磨削切除部位，7—堆焊部位。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。

如图1、2所示，为本实施例中公开的一种旋流叶片式预旋喷嘴，该预旋喷嘴由环形内壳体1、环形外壳体2及若干旋流叶片3组成，环形内壳体1和环形外壳体2同轴层叠焊接在燃烧室内机匣4末端，所有的旋流叶片3沿周向均匀焊接在环形内壳体1和环形外壳体2的间隙处，而相邻的旋流叶片3之间便形成了冷却空气通道。当通过试验测定该预旋喷嘴的流量值不满足设计要求时，则需要对预旋喷嘴的流量进行调整，具体调整方式如下：

一种航空发动机用旋流叶片式预旋喷嘴的流量调整方法，包括如下步骤：

步骤一：对预旋喷嘴进行三维建模，对预旋喷嘴的三维模型进行模拟调整，分析预旋喷嘴的截留面积变化，直到流量值满足设计要求，然后根据模拟调整的结果，确定预旋喷嘴的调整量；

步骤二：遵循避免旋流叶片3出现撕裂损伤和不可修复性损伤的调整原则，对旋流叶片3采用扭转调整方式、扭转与磨削切除相结合的调整方式或扭转与堆焊相结合的调整方式；当预旋喷嘴的流量测量值与设计标准值相差≤10％时，旋流叶片3采用扭转调整方式；当预旋喷嘴的流量测量值与设计标准值相差＞10％时，旋流叶片3采用扭转与磨削切除相结合的调整方式或扭转与堆焊相结合的调整方式；

①、当旋流叶片3采用扭转调整方式时，需要准备一把钳型工装5，并选取一个旋流叶片3，如图3所示，将钳型工装5的基准杆5.1的定位面与环形内壳体1的外端面贴合，同时将钳型工装5的扭转杆5.2的定位面与旋流叶片3的尾部表面贴合，对钳型工装5施加握力，由扭转杆5.2对旋流叶片3的尾部进行扳扭，扳扭角度由刻度盘5.3进行标示，直到旋流叶片3尾部的开度调整达到设定值；另选取其他几个旋流叶片3实施相同的调整过程，并且保证被选中的全部旋流叶片3呈周向均匀分布，而旋流叶片3经过调整后则改变了截流面积，最终实现流量调整；

②、当旋流叶片3经过扭转调整后流量仍未达到设计标准值时，则进一步采用磨削切除调整方式，先选取一个旋流叶片3，并以旋流叶片3的尾缘为起始，并沿着旋流叶片3的型面方向画刻线，以确定调整量的终止位置，然后利用小型电钻修磨切除旋流叶片3尾缘至刻线处，如图4所示，以此扩大旋流叶片3的截流面积，增强流通能力；另选取其他几个旋流叶片3实施相同的调整过程，并且保证被选中的全部旋流叶片3呈周向均匀分布，同时保证这些旋流叶片3上从叶根至叶高方向的磨削切除程度完全相同；

③、当旋流叶片3经过扭转调整后流量仍未达到设计标准值时，则进一步采用堆焊调整方式，先选取相邻的两个旋流叶片3，然后利用氩弧焊将冷却空气通道进行堆焊封堵，且两个旋流叶片3之间的堆焊不能有间断，如图5所示，防止焊接强度不达标以及堆焊焊料脱落损伤转子部件，以此减小旋流叶片3的截流面积，降低流通能力；另选取其他几组旋流叶片3实施相同的调整过程，并且保证被选中的旋流叶片3呈周向均匀分布，同时保证所有堆焊处的堆焊高度保持一致。

具体的，针对图1、2所示的旋流叶片式预旋喷嘴，结合实际工作总结了一份调整量的经验数据，如下表所示：

表1

上述表格中，扭转调整方式和磨削切除调整方式下的经验数据是按全部旋流叶片3均进行调整后获取的，而堆焊调整方式下的经验数据是以8处均布的堆焊位置进行调整后获取的。当流量测量值低于设计标准值且采用扭转调整方式时，如果旋流叶片3的扳扭角度增大调整3.5°时流量仍未达到设计标准值，则不再继续增大旋流叶片3的扳扭角度，防止扳扭角度过大造成叶片撕裂，之后进一步采用磨削切除调整方式，直到将流量调整到与设计标准值相一致。反之，当流量测量值高于设计标准值且采用扭转调整方式时，如果旋流叶片3的扳扭角度减小调整3.5°时流量仍未达到设计标准值，则不再继续减小旋流叶片3的扳扭角度，防止扳扭角度过大造成叶片撕裂，之后进一步采用堆焊调整方式，直到将流量调整到与设计标准值相一致，并且在堆焊调整过程中，允许少部分的冷却空气通道被堆焊完全封堵。

实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (1)

1.一种航空发动机用旋流叶片式预旋喷嘴的流量调整方法，其特征在于包括如下步骤：

步骤一：对预旋喷嘴进行三维建模，对预旋喷嘴的三维模型进行模拟调整，分析预旋喷嘴的截留面积变化，直到流量值满足设计要求，然后根据模拟调整的结果，确定预旋喷嘴的调整量；预旋喷嘴由环形内壳体、环形外壳体及若干旋流叶片组成，环形内壳体和环形外壳体同轴层叠焊接在燃烧室内机匣末端；

步骤二：遵循避免旋流叶片出现撕裂损伤和不可修复性损伤的调整原则，对旋流叶片采用扭转调整方式、扭转与磨削切除相结合的调整方式或扭转与堆焊相结合的调整方式；当预旋喷嘴的流量测量值与设计标准值相差≤10％时，旋流叶片采用扭转调整方式；当预旋喷嘴的流量测量值与设计标准值相差＞10％时，旋流叶片采用扭转与磨削切除相结合的调整方式或扭转与堆焊相结合的调整方式；

①、当旋流叶片采用扭转调整方式时，需要准备一把钳型工装，并选取一个旋流叶片，将钳型工装的基准杆的定位面与环形内壳体的外端面贴合，同时将钳型工装的扭转杆的定位面与旋流叶片的尾部表面贴合，对钳型工装施加握力，由扭转杆对旋流叶片的尾部进行扳扭，扳扭角度由刻度盘进行标示，直到旋流叶片尾部的开度调整达到设定值；另选取其他几个旋流叶片实施相同的调整过程，并且保证被选中的全部旋流叶片呈周向均匀分布，而旋流叶片经过调整后则改变了截流面积，最终实现流量调整；

②、当旋流叶片经过扭转调整后流量仍未达到设计标准值时，则进一步采用磨削切除调整方式，先选取一个旋流叶片，并以旋流叶片的尾缘为起始，并沿着旋流叶片的型面方向画刻线，以确定调整量的终止位置，然后利用小型电钻修磨切除旋流叶片尾缘至刻线处，以此扩大旋流叶片的截流面积，增强流通能力；另选取其他几个旋流叶片实施相同的调整过程，并且保证被选中的全部旋流叶片呈周向均匀分布，同时保证这些旋流叶片上从叶根至叶高方向的磨削切除程度完全相同；

③、当旋流叶片经过扭转调整后流量仍未达到设计标准值时，则进一步采用堆焊调整方式，先选取相邻的两个旋流叶片，然后利用氩弧焊将冷却空气通道进行堆焊封堵，且两个旋流叶片之间的堆焊不能有间断，防止焊接强度不达标以及堆焊焊料脱落损伤转子部件，以此减小旋流叶片的截流面积，降低流通能力；另选取其他几组旋流叶片实施相同的调整过程，并且保证被选中的旋流叶片呈周向均匀分布，同时保证所有堆焊处的堆焊高度保持一致。

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