一种涡轮叶片盘的制作方法

本发明涉及一种涡轮叶片盘，具体为一种结构效率高、可靠性高的涡轮叶片盘。

背景技术：

用于航空发动机或其他燃气涡轮发动机中的涡轮转子要求重量轻、寿命长、可靠性高。现有的涡轮叶片盘的结构如图1至3所示，包括：叶片1、轮盘2、导流盘3、冷气进孔4、冷气通道5。其中，叶片1和轮盘2采用榫接方式连接。导流盘3设置于轮盘2的侧面，在导流盘3和轮盘2之间形成冷气通道5。在导流盘3上设置有与冷气通道5相连通的冷气进孔4，冷却气体通过冷气进孔4进入冷气通道5，并沿冷气通道5向上进入叶片1，对叶片1进行冷却。

上述现有轮盘内部为实心体，在工作中并不是所有部位应力度都很高，内部有些部位的应力相对较小，使得材料的利用率不高，结构效率较低，导致在很多情况下轮盘应力较高或重量偏重。

另外，叶片和轮盘是分开的且叶片数目较多，因此零件数目多。且涡轮转子需配上导流盘，使得零件数目进一步增加，导致可靠性降低。叶片和轮盘通过榫结构连接，工艺环节多，精度要求高，加工周期较长、成本较高。

技术实现要素：

本发明的一个主要目的在提供一种涡轮叶片盘，包括多个叶片和轮盘，在所述叶片内开设有空腔，所述多个叶片与所述轮盘通过焊接工艺一体成型。

根据本发明一实施方式，在所述轮盘内开设有多条自所述轮盘的中心向四周延伸的冷气通道，每条冷气通道对应于一叶片，并与所述叶片内的空腔相连通。

根据本发明一实施方式，所述冷气通道与所述涡轮叶片盘旋转轴的夹角为45～90°。

根据本发明一实施方式，在所述轮盘内开设有一环形空腔、多条第一通气孔及多条第二通气孔；所述环形空腔环绕所述轮盘中心设置，所述第一通气孔连通所述环形空腔与所述轮盘中心，所述第二通气孔连通所述环形空腔与所述叶片空腔；所述冷气通道由所述第一通气孔、所述环形空腔和所述第二通气孔组成。

根据本发明一实施方式，所述第一通气孔和/或所述第二通气孔的截面形状为圆形、椭圆或带倒角的矩形。

根据本发明一实施方式，第一通气孔的数目为四条，所述第二通气孔的数目与所述叶片的数目相同。

根据本发明一实施方式，所述焊接工艺为扩散焊。

根据本发明一实施方式，所述叶片采用耐单晶材料制得，所述轮盘采用粉末金属制得。

根据本发明一实施方式，所述叶片包括依次相连的叶片本体、叶片缘板和叶片伸根，所述叶片通过所述叶片伸根焊接于所述轮盘。

本发明一实施方式的涡轮叶片盘，相较于现有的涡轮叶片盘减少了零件数，提高了可靠性。

附图说明

图1为现有的涡轮叶片盘的叶片和轮盘的截面示意图；

图2为图1的叶片和轮盘的榫连接局部示意图；

图3为现有的涡轮叶片盘的冷气流通示意图；

图4为本发明一实施方式的涡轮叶片盘的截面示意图；

图5为本发明一实施方式的涡轮叶片盘内的冷气流通示意图。

具体实施方式

体现本发明特征与优点的典型实施方式将在以下的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的实施方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及图示在本质上是当作说明之用，而非用以限制本发明。本发明所涉及的“上”“下”“左”“右”等方位用语，均是结合附图中装置的方位进行的描述，并非对本发明的限定。

如图4、5所示，本发明一实施方式的涡轮叶片盘，包括多个叶片10和轮盘20，叶片10与轮盘20通过焊接一体成型，该焊接工艺例如可以是扩散焊。轮盘20为一圆形体，多个叶片10可均匀地分布于轮盘的圆周边上。

叶片10可包括依次相连的叶片本体11、叶片缘板12和叶片伸根13，在叶片本体11内开设有空腔111，在空腔111内设置有加强筋112、113，在叶片本体11上还开设有连通外部的多个出气孔114及多个尾缘出气孔115。

加强筋112、113均可为条形体，具体的尺寸可根据其所处的位置与空腔111相匹配，其截面的具体形状也可根据需要进行选定。加强筋112呈直条形，设置于空腔111的中部，将空腔111阻隔成相连通的两部分。加强筋112的上部连接于叶片本体11的顶部，两个侧面分别固定于叶片本体11的前侧面和后侧面(图4中前侧面和后侧面重叠)。加强筋113为具有一拐点的条形体，设置于空腔111被加强筋112阻隔的左侧空腔内，并进一步将左侧空腔分隔成相连通的两部分。加强筋113通过两个侧面分别固定于叶片本体11的前侧面和后侧面。加强筋112、113的设置不仅可以增强空心的叶片10的强度，还可对冷却气体起到分流的作用。

在叶片本体11的顶部开设有多个出气孔114，在叶片本体11的右侧设置有多个尾缘出气孔115，出气孔114以及尾缘出气孔115的开设使得空腔111与外界保持流通。

叶片10可通过叶片伸根13焊接于轮盘20，使得叶片10与轮盘20一体成型，其中图4中叶片伸根13下部的虚线表示焊接线。如此使得零部件的数目减少，可靠性得到了提高。叶片10与轮盘20的材质都可以是金属，它们可以是相同的金属，也可以是不同的金属，优选为不同的金属。叶片10可采用耐高温材料，例如单晶或等轴晶材料，如dd3、dd6、dz125等。轮盘20可采用高强度、抗疲劳材料，可以是粉末金属，例如fgh95、fgh96等。

在轮盘20内开设有多条自轮盘20的中心分别向四周延伸并贯穿轮盘20的冷气通道，每一叶片10具有一对应的冷气通道。冷气通道与涡轮叶片盘旋转轴oo′的夹角可以为45～90°，优选为90°，即冷气通道优选为与涡轮叶片盘的旋转轴oo′相垂直。每一冷气通道可由三部分组成：通气孔21、空腔22和通气孔23。轮盘20为一圆环形体，旋转轴oo′可位于轮盘20的中心，在轮盘20上可开设多条自中心处向圆周边延伸的通气孔21，每条通气孔21均与空腔22相连通。通气孔21的数目可以为2个、4个或者是与叶片10的数目相同。通气孔21与旋转轴oo′的夹角可以为45～90°，优选为通气孔21垂直于旋转轴oo′。进一步地，通气孔21所处的位置优选为将轮盘20沿旋转轴oo′方向的长度分成相等的两份，即图4中位于通气孔21左侧的轮盘的厚度与位于通气孔21右侧的轮盘的厚度相等。通气孔21的截面形状可以是圆形、椭圆或带倒角的矩形，总面积可根据叶片10需要的冷气流量确定。

空腔22为一环形空腔，以轮盘20的中心为中心。空腔22设置于通气孔21和通气孔23之间，所处的位置优选为将轮盘20沿旋转轴oo′方向的长度分成相等的两份，即位于空腔22两侧(沿oo′方向)的轮盘20的厚度相等。另外，空腔22的具体形状和体积可依据实际需要而定。空腔22的设置相当于轮盘20内部应力较小的区域被去除，可有效减轻涡轮叶片盘的整体重量，降低结构应力，提高了结构效率，延长轮盘寿命，缩短加工周期、提高经济性。

多条通气孔23开设于轮盘20的边缘部分，通气孔23的数量与叶片10的数量相同，每条通气孔23均分别连通于空腔22和空腔111。通气孔23的方向、截面形状等可与通气孔21相同。优选地，通气孔23与对应的通气孔21处于同一直线上。

如图5所示，作业时，冷却气体通过通气孔21进入空腔22，并进一步通过通气孔23进入叶片10。在加强筋112、113的作用下，进入空腔111的冷却气体被分流，部分冷却气体通过位于叶片本体11顶部的出气孔114流出，另一部分气体通过尾缘出气孔115流出，其中图5中箭头的指向为冷气的流向。

将本发明一实施方式的涡轮叶片盘与图1至图3的现有的涡轮叶片盘相比较，在满足强度要求的基础上，重量减轻>8％，应力降低>10％，综合效果非常明显。

除非特别限定，本发明所用术语均为本领域技术人员通常理解的含义。

本发明所描述的实施方式仅出于示例性目的，并非用以限制本发明的保护范围，本领域技术人员可在本发明的范围内作出各种其他替换、改变和改进，因而，本发明不限于上述实施方式，而仅由权利要求限定。