CN114034587A - 一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，涉及燃气涡轮发动机技术领域，包括盘体，盘体的轮缘上沿着周向均匀开设2‑8个榫槽，盘体上沿周向每两个榫槽中间位置开设一个U形槽，U形槽剖面轮廓由圆弧C1、直线L1和直线L2组成。直线L1与直线L2沿圆弧C1的中间径向分段线对称，且直线L1和直线L2的延长线相交于盘体中心，U形槽可降低轮盘的离心载荷，降低轮心周向应力，又可保留足够的榫槽抗弯刚度，减小榫槽弯曲应力，能够显著降低轮盘榫槽等危险部位的应力水平，有效提升轮盘的抗疲劳性能，从而规避因轮盘提前失效导致试验失败的风险。

Description

一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘
技术领域
本发明涉及燃气涡轮发动机技术领域，尤其涉及一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘。
背景技术
航空发动机涡轮叶片在极其复杂、恶劣的工况下服役，通常发动机研制或故障排除任务中需要开展低循环疲劳试验。涡轮工作叶片试验件与涡轮盘通过榫接相连，并采用锁片进行轴向限位，涡轮转子组件通过转接段连接在高速旋转试验器上进行低循环疲劳试验。在试验中一般采用真实的涡轮盘作为陪试件，涡轮盘上每个榫槽都安装叶片。
现有技术试验用涡轮盘的涡轮工作叶片与发动机状态叶片数相同，一般不少于30片，榫槽较为密集。
在涡轮叶片低循环疲劳试验过程中，由于试验温度高、转速大和零件加工分散性等原因，作为陪试件的涡轮盘的榫槽部位在试验载荷下应力可能比工作状态更高造成过考核而发生提前失效，达不到试验考核的目的。此外，每个榫槽上都安装叶片，也增加了试验成本和加工周期。
发明内容
为了解决背景技术中存在的上述技术问题，本发明提出一种新的涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，在满足试验功能的基础上，能够根据需要仅加工少数榫槽用以安装试验叶片，同时降低轮盘榫槽等危险部位的应力水平，有效提升轮盘的抗疲劳性能，从而规避因陪试件提前失效导致试验失败的风险。
本发明的目的可以通过以下技术方案实现：
一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，包括盘体，所述盘体的轮缘上沿着周向均匀开设2-8个榫槽；
所述盘体上沿周向相邻榫槽之间均开设一个U形槽，所述U形槽剖面轮廓由圆弧C1、直线L1和直线L2组成。
进一步地：所述盘体中心设有用于与试验转接段连接的轴颈。
进一步地：所述轴颈内径与盘体直径的比值为1:(4-6)。
进一步地：所述榫槽的厚度方向与盘体轴线夹角为a，a的范围为12-20°。
进一步地：所述U形槽剖面轮廓的直线L1和直线L2与圆弧C1相切，直线L1与直线L2关于圆弧C1对称分布，且直线L1和直线L2的延长线相交于盘体中心。
进一步地：所述U形槽剖面轮廓的圆弧C1的直径与盘体直径的比值为1:5。
进一步地：所述动力输出轴为中空结构。
进一步地：所述盘体上周向均布有若干加强筋，所述加强筋沿径向分布在对应榫槽与轴颈之间，加强筋的设置有助于榫槽与轴颈之间的过渡段设计的尽可能轻薄，在保证足够机械强度的同时，相比现有的涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，能够降低轮盘的离心载荷，降低轮心周向应力。
进一步地：所述加强筋剖面轮廓呈圆弧形，且与盘体周向重合。
本发明的有益效果：
1、盘体上沿周向每两个榫槽中间位置开设一个U形槽，U形槽剖面轮廓由圆弧C1、直线L1和直线L2组成，直线L1与直线L2沿圆弧C1的中间径向分段线对称，且直线L1和直线L2的延长线相交于盘体中心，U形槽可降低轮盘的离心载荷，降低轮心周向应力，又可保留足够的榫槽抗弯刚度，减小榫槽弯曲应力，能够显著降低轮盘榫槽等危险部位的应力水平，有效提升轮盘的抗疲劳性能，从而规避因轮盘提前失效导致试验失败的风险。
2、本发明的模拟盘减少了榫槽数，试验所需叶片数也相应减少，显著降低试验成本，缩短加工周期，经济效益明显。
3、盘体上位于榫槽与轴颈之间设置有沿着盘体周向均匀分布的加强筋，加强筋的设置有助于榫槽与轴颈之间的过渡段设计的尽可能轻薄，在保证足够机械强度的同时，相比现有的涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，能够降低轮盘的离心载荷，降低轮心周向应力。
附图说明
为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1为本发明整体结构示意图；
图2为本发明整体结构的正视图；
图3为本发明实施例提供的模拟盘侧面结构示意图。
图中：10、榫槽；20、U形槽；30、加强筋；40、轴颈。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参照图1-3所示，本发明的优选实施例提供了一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，包括盘体，盘体的轮缘上沿着周向均匀开设2-8个榫槽10，盘体上沿周向每两个榫槽10中间位置开设一个U形槽20，U形槽20剖面轮廓由圆弧C1、直线L1和直线L2组成，直线L1与直线L2沿圆弧C1的中间径向分段线对称，且直线L1和直线L2的延长线相交于盘体中心，U形槽20可降低轮盘的离心载荷，降低轮心周向应力，又可保留足够的榫槽10抗弯刚度，减小榫槽10弯曲应力，能够显著降低轮盘榫槽10等危险部位的应力水平，有效提升轮盘的抗疲劳性能，从而规避因轮盘提前失效导致试验失败的风险。
盘体中心设有用于与试验转接段连接的轴颈40，盘体上位于榫槽10与轴颈40之间设置有沿着盘体周向均匀分布的加强筋30，加强筋30剖面轮廓呈圆弧形，且与盘体周向重合，加强筋30的设置有助于榫槽10与轴颈40之间的过渡段设计的尽可能轻薄，在保证足够机械强度的同时，相比现有的涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，能够降低轮盘的离心载荷，降低轮心周向应力。
轴颈40内径与盘体直径的比值为1:(4-6)，榫槽10的厚度方向与盘体轴线夹角为a，a的范围为12-20°(如图3所示)。
U形槽20剖面轮廓的圆弧C1的直径与盘体直径的比值为1:5。
在一具体实施方案中，在盘体的轮缘上，沿圆周均匀设置4个榫槽10，U形槽20数量与榫槽10数量一致，榫槽10的高度和形状与具体型号发动机真实涡轮盘上的榫槽10保持一致。其中，盘体的直径为200mm，轴颈40内径为42mm，榫槽10长度方向与盘体轴向夹角为12度，U形槽20剖面轮廓的圆弧C1的直径为40mm，U形槽20剖面轮廓由圆弧C1直径为40mm，直线L1与直线L2的夹角为28度。
通过仿真分析，该方案模拟盘能够显著降低榫槽10等危险部位的应力水平，有效提升轮盘的低循环疲劳寿命，达到规避因陪试件提前失效而导致试验失败的风险的目的。
以上内容仅仅是对本发明结构所作的举例和说明，所属本技术领域的技术人员对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，包括盘体，其特征在于：
所述盘体的轮缘上周向均匀开设2-8个榫槽(10)；
所述盘体上沿周向相邻榫槽(10)之间均开设一个U形槽(20)，所述U形槽(20)剖面轮廓由圆弧C1、直线L1和直线L2组成。
2.根据权利要求1所述的一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，其特征在于，所述盘体中心设有用于与试验转接段连接的轴颈(40)。
3.根据权利要求2所述的一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，其特征在于，所述轴颈(40)内径与盘体直径的比值为1:(4-6)。
4.根据权利要求1所述的一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，其特征在于，所述榫槽(10)的厚度方向与盘体轴线夹角为a，a的范围为12-20°。
5.根据权利要求1所述的一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，其特征在于，所述U形槽(20)剖面轮廓的直线L1和直线L2与圆弧C1相切，直线L1与直线L2关于圆弧C1对称分布，且直线L1和直线L2的延长线相交于盘体中心。
6.根据权利要求5所述的一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，其特征在于，所述U形槽(20)剖面轮廓的圆弧C1的直径与盘体直径的比值为1:5。
7.根据权利要求1所述的一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，其特征在于，所述盘体上周向均布有若干加强筋(30)，所述加强筋(30)沿径向分布在对应榫槽(10)与轴颈(40)之间。
8.根据权利要求7所述的一种涡轮工作叶片低循环疲劳试验用模拟盘，其特征在于，所述加强筋(30)剖面轮廓呈圆弧形，且与盘体周向重。
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