一种高压涡轮导向叶片的制作方法

1.本技术属于高压涡轮导向叶片领域，特别涉及一种高压涡轮导向叶片。


背景技术：

2.高压涡轮位于航空发动机的核心机内，其工作环境具有高温、高压的特点，起飞前高压涡轮燃气温度已达1900k以上，因此高压涡轮导向叶片在封严、寿命、冷却方面均具有较高的要求。
3.在高压涡轮设计中，高压涡轮导向叶片除需进行内部冷却结构设计和外部接口结构设计外，由于其轴向上的空间限制且工作环境较为恶劣，还需考虑其与盘间结构的连接和配合以及对盘腔的冷却作用。
4.目前导向叶片与内环连接主要分为装配式和焊接式。装配式连接如图1所示，叶片1与导叶内环组件2相配合，内环组件包含内环、蜂窝环等结构，依靠焊接或螺栓连接，零件多、结构复杂。焊接式连接如图2-3所示，叶片与内环采用分体设计。第一导向叶片3、第二导向叶片4双联焊接，涡轮内环12与蜂窝环24焊接成内环蜂窝组件5后再与叶片焊接组件相焊接，导向叶片第一下缘板6的一端与涡轮内环端部组合形成第四焊接面7、下缘板与涡轮内环的连接处组合形成第一焊接面8、第二焊接面9和第三焊接面10，焊接结构连接性受焊接工艺性和焊缝质量影响。
5.现有的导向叶片与内环的连接结构存在不足，采用装配式结构时，具有：1）结构复杂，涉及多个零件的设计和加工；2）轴向需要足够的空间；3）无法兼顾一级盘冷却的缺点。
6.采用装配式结构时，具有：1）组合件形成的内环腔前后端壁厚具有明显差异，结构刚度不同，高温环境下两处热变形不均可能会对叶身造成不利的影响；2）叶片组件间封严不足，存在漏气可能；3）存在大面积焊接及拐角焊接等复杂焊接区域，工艺性较差，焊料填充困难、焊缝检验难度大、焊接质量无法保障，存在使用过程中内环脱落风险；4）分体加工工序繁复，生产周期延长的缺点。
7.因此，如何减少高压涡轮导向叶片的安装结构、提高焊接效率和质量是一个需要解决的问题。


技术实现要素：

8.本技术的目的是提供了一种高压涡轮导向叶片，以解决现有技术中采用装配式结构导致结构复杂、占用空间大；采用焊接式结构的刚度不平均、焊接质量不稳定的问题。
9.本技术的技术方案是：一种高压涡轮导向叶片，包括叶身、设于叶身上端的上缘板、设于叶身下端的下缘板、设于下缘板内侧的内环结构，所述内环结构上设有蜂窝环，所述下缘板内侧一体设置有涡轮内环，每组所述涡轮内环与一组下缘板相连，所述涡轮内环与下缘板之间开设有与叶身内部连通的内环腔，所述涡轮内环与下缘板一端共同形成焊接面、另一端共同形成非焊接面，所述蜂窝环与涡轮内环的内环面焊接配合。
10.优选地，所述下缘板包括主支板、后支板、前支板和侧支板，所述主支板与叶身相
连，所述后支板、前支板和侧支板均连接于主支板和涡轮内环之间，所述侧支板共有两组并与后支板、前支板围成环形结构，配合主支板和涡轮内环形成内环腔，所述前支板的径向长度大于后支板，所述后支板、前支板和两组侧支板的壁厚相同。
11.优选地，所述焊接面由主支板、前支板和涡轮内环围成，形成u型焊接端面，所述焊接面向内开槽并且单侧槽深不小于3mm，所述焊接面的焊接宽度为0.8～1.2倍侧支板壁厚，所述非焊接面形成π形焊接端面。
12.优选地，所述非焊接面上设有横向封严槽和径向封严槽，所述横向封严槽共有两组并开设于主支板上，所述后支板和前支板对应非焊接面位置处均伸出有封严凸台，所述径向封严槽共有两组并分别开设于两组封严凸台上。
13.优选地，所述侧支板位于焊接面和非焊接面的内侧，所述焊接面、非焊接面与侧支板之间围成内凹腔。
14.优选地，所述涡轮内环的内侧壁上开设有浅槽，所述蜂窝环插入至浅槽内并与涡轮内环焊接配合。
15.优选地，所述涡轮内环前段侧壁上开设有与内环腔连通的出气孔。
16.本技术的一种高压涡轮导向叶片，包括叶身、上缘板、下缘板；下缘板内侧一体设置有涡轮内环，涡轮内环与下缘板一端共同形成焊接面、另一端共同形成非焊接面，蜂窝环与涡轮内环的内环面焊接配合；由于涡轮内环与下缘板一体设置，两者之间不需要进行焊接，在安装时将两组焊接区域焊接完成即可，叶片的整个安装结构紧凑、安装工艺简单、连接牢固稳定；采用一组蜂窝环与一组下缘板结合进行焊接，焊接更为方便；冷却气从内环结构前端出气孔射出，冲击涡轮盘后端区域，实现叶片与涡轮盘的同时冷却，在冷却气流通过程中涡轮内环蜂窝与盘间封严盘共同形成篦齿封严结构，起到封严效果；内环腔周围壁面壁厚均匀，规避强度风险，同时彻底解决了使用过程中涡轮内环掉落风险。
附图说明
17.为了更清楚地说明本技术提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本技术的一些实施例。
18.图1为背景技术中叶片装配式剖视结构示意图；图2为背景技术中叶片焊接式爆炸结构示意图；图3为背景技术中叶片焊接式侧视结构示意图；图4为本技术侧向剖视结构示意图；图5为本技术轴测剖视结构示意图；图6为本技术凸显焊接面的轴测结构示意图；图7为本技术凸显非焊接面的轴测结构示意图。
19.1、叶片；2、导叶内环组件；3、第一导向叶片；4、第二导向叶片；5、内环蜂窝组件；6、第一下缘板；7、第四焊接面；8、第一焊接面；9、第二焊接面；10、第三焊接面；11、叶身；12、涡轮内环；13、内环腔；14、浅槽；15、u型焊接端面；16、后支板；17、出气孔；18、横向封严槽；19、径向封严槽；20、前支板；21、侧支板；22、第二下缘板；23、封严凸台；24、蜂窝环；25、主支板。
具体实施方式
20.为使本技术实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
21.一种高压涡轮导向叶片，如图3、图4所示，包括叶身11、上缘板、第二下缘板22和内环结构。叶身11设于上缘板和第二下缘板22之间，内环结构设于第二下缘板22的内侧，内环结构上设有用于封严配合的蜂窝环24，蜂窝环24与盘间封严盘上的篦齿配合形成封严结构。
22.第二下缘板22内侧一体设置有涡轮内环12，涡轮内环12用于对蜂窝环24起到定位的作用，涡轮内环12与一组第二下缘板22相连，涡轮内环12与第二下缘板22之间开设有与叶身11内部连通的内环腔13，涡轮内环12与第二下缘板22一端共同形成焊接面、另一端共同形成非焊接面，蜂窝环2424与涡轮内环12的配合采用现有焊接配合结构蜂窝环24。
23.涡轮内环12上共有两处焊接位置，一个是涡轮内环12的内环面与蜂窝环24焊接配合，该处的焊接方式与现有的内环与蜂窝组件的焊接方式相同；另一个是焊接面，用于将双联叶片中的左、右叶片焊接组合，该焊接面由第二下缘板22和涡轮内环12组合形成，由于涡轮内环12与第二下缘板22一体设置，两者之间不需要进行焊接，在安装时左、右叶片在焊接面处进行焊接形成叶片组件，叶片1的整个安装结构紧凑、安装工艺简单、连接牢固稳定。
24.冷却气从上缘板引入、经过叶身11内腔后进入到第二下缘板22的内环腔13内，而后又能够通过涡轮内环12流出，冲击一级涡轮盘后，实现叶片1与涡轮盘的同时冷却。
25.由于涡轮内环12与第二下缘板22一体设置，则内环腔13周向不会出现由焊接导致的焊缝结构，在焊接时仅需要通过焊接面即可完成稳定的焊接固定，其周围壁面光滑，规避强度风险，同时彻底解决了使用过程中涡轮内环12掉落风险。
26.由于减少了涡轮内环12与第二下缘板22之间的定位结构，减少了定位槽、定位板的相关结构，在保证定位精度的同时能够有效减轻重量。
27.优选地，第二下缘板22包括主支板25、后支板16、前支板20和侧支板21，主支板25与叶身11相连，后支板16、前支板20和侧支板21均连接于主支板25和涡轮内环12之间，侧支板21共有两组并与后支板16、前支板20围成环形结构，配合主支板25和涡轮内环12形成内环腔13，前支板20的径向长度大于后支板16。后支板16、前支板20和两组前支板20的壁厚相同，壁厚范围在0.8～1.1倍第二下缘板22壁厚范围内选取。
28.通过将内环腔13的周侧采用等壁厚处理，内环腔13周围的刚度相同，高温环境下的热变形量也相同，不会对叶身11造成不利影响；而现有的涡轮内环12需要设计定位板，会与第二下缘板22结合形成双层板结构，也就无法实现等壁厚。
29.结合图5，优选地，焊接面由主支板25、前支板20和涡轮内环12围成，形成u型焊接端面15，焊接面向内开槽并且单侧槽深不小于3mm，焊接面的焊接宽度为0.8～1.2倍侧支板21壁厚。通过采用u型焊接端面15，无大面积焊接，不会出现复杂焊接区域，一定程度上避免了由于焊接面积大造成的焊料填充不均的问题，同时有足够的焊接工艺操作空间，提升焊接工艺性。非焊接面形成π形焊接端面。
30.结合图6，优选地，非焊接面上设有横向封严槽18和径向封严槽19，横向封严槽18共有两组并开设于主支板25上，后支板和前支板对应非焊接面位置处均伸出有封严凸台23，径向封严槽共有两组并分别开设于两组封严凸台23上。通过设置横向封严槽18和径向
封严槽19来保证涡轮内环12、第二下缘板22与内环结构之间的可靠封严。
31.优选地，侧支板21位于焊接面和非焊接面的内侧，焊接面、非焊接面与侧支板21之间围成内凹腔。由于第二下缘板22与涡轮内环12一体式的设计使得两者之间连接牢固稳定，在保证封严和结构稳定之后通过开设内凹腔能够有效减少整个叶片1的重量。
32.优选地，涡轮内环12的内侧壁上开设有浅槽14，蜂窝环24插入至浅槽14内并与涡轮内环12焊接配合，浅槽14对蜂窝块起到焊接定位作用。
33.优选地，涡轮内环12前段侧壁上开设有与内环腔13连通的出气孔17，内环腔13内的冷却气从出气孔17引出之后进入到内环结构的盘腔内，对一级内环结构进行冷却，出气孔17的孔数和孔径根据盘腔的引气需求确定。
34.综上所述，本技术通过采用更简单的结构实现了结构更为稳定、安装更为方便、重量更轻、焊接更为方便高效、冷却效果更好等多种优点。
35.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。