一种用于航空发动机的压缩机叶轮的制作方法

本实用新型属于航空发动机领域，涉及用于航空发动机的压缩机叶轮。

背景技术：

用于航空发动机的压缩机叶轮是发动机的核心部件之一，随着发动机性能要求的提高，整体叶轮的形状也更趋复杂，具体为：叶片薄，扭曲大，叶片间隙小。但是，这却给整体叶片的加工带来了极大的困难。

大多数的叶轮是采用铝合金锻造后热处理制成，但是，这种加工方法较难满足结构复杂的新型叶轮，容易造成零件变形且加工误差很大。

而对于结构复杂的新型叶轮，3D打印时最佳选择，但是，现有技术中还未公开3D打印的压缩机叶轮。

技术实现要素：

为了克服上述问题，本发明人进行了锐意研究，采用3D打印技术得到一种一体成型的压缩机叶轮，其中，在所述压缩机叶轮，包括轮毂1与设置于轮毂1上的多个叶片2，所述轮毂1包括轮毂顶部11、轮毂底部12和连接轮毂顶部11和轮毂底部12的轮毂面13，在轮毂面13的下方、靠近叶片根部2’处开设有多个气泡孔14，并且，在轮毂底部121上设置有多个梯形凸起122，用于与穿过轮毂的其它航空发动机零部件进行卡扣结合，从而完成本实用新型。

本实用新型提供了一种用于航空发动机的压缩机叶轮，具体体现在以下：

(1)一种用于航空发动机的压缩机叶轮，其中，所述压缩机叶轮包括轮毂1及设置于轮毂1上的多个叶片2，其中，

所述轮毂1包括轮毂顶部11、轮毂底部12和连接轮毂顶部11和轮毂底部12的轮毂面13；

所述叶片2与轮毂面13相接处，形成叶片根部2’，所述叶片根部2’与轮毂面13相接处为倒角过渡；

在轮毂面13的下方、沿轮毂面13的曲面方向开设有多个相互连通的气泡孔14。

(2)根据上述(1)所述的压缩机叶轮，其中，

在轮毂1的轴心处开设有柱形的轴心孔10，所述轴心孔10用于与航空发动机的其它零部件连接；和/或

所述轮毂面13在与轴心垂直方向处的截面呈圆形，自轮毂顶部11到轮毂底部12，所述圆形的半径逐渐增大。

(3)根据上述(1)所述的压缩机叶轮，其中，轮毂顶部11的半径与轮毂底部12的半径之比为1:(3～6)；和/或

所述轮毂顶部11的半径与轮毂1的高度之比为1:(2～5)。

(4)根据上述(1)所述的压缩机叶轮，其中，

所述多个叶片22均呈类三角形结构；

所述多个叶片2的自由端均向背离轮毂面13的方向延伸；

所述多个叶片2的自由端均沿轮毂1的同一周向方向弯曲。

(5)根据上述(1)所述的压缩机叶轮，其中，所述叶片2包括主叶片21和分流叶片22，其中，

所述主叶片21和分流叶片22彼此相间地设置于轮毂面13上；和/或

所述主叶片21的面积大于分流叶片22；和/或

所述主叶片21和分流叶片22在轮毂底部12的周向边缘处对齐。

(6)根据上述(1)所述的压缩机叶轮，其中，

所述多个气泡孔14在沿周向方向和轮毂面的曲面方向上均相互连通，并且，在周向方向，相邻气泡孔相连形成环形；和/或

自轮毂顶部11开始，所述气泡孔14的孔径逐渐增大，在接近轮毂底部12时，所述气泡孔14的孔径逐渐减小。

(7)根据上述(1)至(6)之一所述的压缩机叶轮，其中，

在轮毂顶部11上开设有多个通孔111，所述通孔111与气泡孔14连通；和/或

在叶片根部2’内开设有条形沉孔15。

(8)根据上述(7)所述的压缩机叶轮，其中，在轮毂底部12、轴孔10周边设置有圆台形凹槽121，在圆台形凹槽121的内侧、轴孔10边缘处梯形凸起122。

(9)根据上述(8)所述的压缩机叶轮，其中，在轮毂底部12、沿径向远离圆台形凹槽121处设置有多个多边形凹槽123，所述多个多边形凹槽123沿轮毂的周向方向均匀分布。

(10)根据上述(9)所述的压缩机叶轮，其中，在多边形凹起123与轮毂底部12边缘处之间，开设有多个条形槽124，所述多个条形槽124沿轮毂底部12的周向方向、呈离心状有序排列。

附图说明

图1示出本实用新型所述压缩机叶轮的主视结构示意图；

图2示出图1中A-A向的截面示意图；

图3示出图2中B-B向的截面示意图；

图4示出图1的俯视结构示意图；

图5示出图4的局部放大图。

附图标号说明：

1-轮毂，10-轴心孔，11-轮毂顶部，111-通孔，12-轮毂底部，121-圆台形凹槽，122-梯形凸起，123-多边形凹槽，124-条形凹槽，13-轮毂面，14-气泡孔；15-条形沉孔；2-叶片，2’-叶片根部，21-主叶片，22-分流叶片。

具体实施方式

下面通过附图和实施方式对本实用新型进一步详细说明。通过这些说明，本实用新型的特点和优点将变得更为清楚明确。其中，尽管在附图中示出了实施方式的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。

本实用新型提供了一种用于航空发动机的压缩机叶轮，如图1～2所示，其包括轮毂1及设置于轮毂1上的多个叶片2，其中，在轮毂1的轴心处开设有柱形的轴心孔10，所述轴心孔10用于与航空发动机的其它零部件连接，例如与涡轮轴连接。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图2所示，所述轮毂1包括轮毂顶部11、轮毂底部12和连接轮毂顶部11和轮毂底部12的轮毂面13。

在进一步优选的实施方式中，所述轮毂面13在与轴心垂直方向处的截面呈圆形。

在更进一步优选的实施方式中，自轮毂顶部11到轮毂底部12，所述圆形的半径逐渐增大。

其中，所述轴心是指所述轮毂的对称轴。所述叶片1设置于轮毂面13上。

由上可知，所述轮毂面为半径逐渐增大的曲面，这样，可以将流过的气流由轴向改变到径向。

根据本实用新型一种优选的实施方式，轮毂顶部11的半径与轮毂底部12的半径之比为1:(3～6)，优选为1:(4～5)。

在进一步优选的实施方式中，所述轮毂顶部11的半径与轮毂1的高度之比为1:(2～5)，优选为1:(3～4)。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图1所示，所述多个叶片22均呈类三角形结构。

在进一步优选的实施方式中，如图1所示，所述类三角形结构的底边与轮毂面13相接，形成叶片2的根部，即叶片根部2’。

在更进一步优选的实施方式中，所述叶片根部2’与轮毂面13相接处为倒角过渡。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图1所示，所述多个叶片2的自由端均向背离轮毂面13的方向延伸。

在进一步优选的实施方式中，如图1所示，所述多个叶片2的自由端均沿轮毂1的同一周向方向弯曲。

在更进一步优选的实施方式中，如图1所示，所述多个叶片2的自由端均沿轮毂1的逆时针方向、同一周向弯曲。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图1所示，所述叶片2包括主叶片21和分流叶片22。

在进一步优选的实施方式中，如图1所示，所述主叶片21和分流叶片22彼此相间地设置于轮毂面13上。

在更进一步优选的实施方式中，如图1所示，所述主叶片21的面积大于分流叶片22。

其中，主叶片21相当于是长叶片，分流叶片22相当于短叶片，这样，长叶片和短叶片间隔布置在轮毂面13上，可以有效改善叶轮内流场分布，提高叶轮压比，提高运行稳定性。同时，设置分别叶片还可以防止气流分离，减小噪声。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图1所示，所述主叶片21和分流叶片22在轮毂底部12的周向边缘处对齐。

在进一步优选的实施方式中，如图1所示，所述主叶片21的弯曲程度大于所述分流叶片22的弯曲程度。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图2所示，在轮毂面13的下方、沿轮毂面13的曲面方向开设有多个相互连通的气泡孔14。

在进一步优选的实施方式中，如图2～3所示，所述多个气泡孔14在沿周向方向和轮毂面的曲面方向上均相互连通，并且，在周向方向，相邻气泡孔相连形成环形。

在更进一步优选的实施方式中，如图2所示，自轮毂顶部11开始，所述气泡孔14的孔径逐渐增大，在接近轮毂底部12时，所述气泡孔14的孔径逐渐减小。

其中，所述多个气泡孔连续设置在轮毂面13的下方，这样，内部的气泡孔可以使得叶轮减重，减小离心力，提高能量转化率。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图1～2所示，在轮毂顶部11上开设有多个通孔111，例如两个。

在进一步优选的实施方式中，所述通孔111与气泡孔14连通。

其中，通孔111可以为一个也可为多个，例如2个，其中，由于内部设置的气泡孔彼此之间相互连通，因此，只要在轮毂顶部开设有通孔111与其中一个或多个气泡孔相同，即可实现整体连通。这样，在3D打印加工完成后，可以通过通孔111清除内部(气泡孔内)金属粉末。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图1～3所示，在叶片根部2’内开设有条形沉孔15。

其中，所述条形沉孔15与内部的气泡孔14不连通，在叶片根部开设条形沉孔15的作用是开改善叶片受力情况，减小叶片在高速旋转中应力集中，提高疲劳寿命。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图4～5所示，在轮毂底部12、轴孔10周边设置有圆台形凹槽121。

在进一步优选的实施方式中，如图4～5所示，在圆台形凹槽121的内侧、轴孔10边缘处梯形凸起122。

其中，所述梯形凸起122用于与穿过轴孔10的涡轮杆进行卡扣结合。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图4～5所示，在轮毂底部12、沿径向远离圆台形凹槽121处设置有多个多边形凹槽123，例如矩形凹槽。

在进一步优选的实施方式中，如图4～5所示，所述多个多边形凹槽123沿轮毂的周向方向均匀分布。

其中，所述多边形凹槽123用于压缩机叶轮与涡轮杆装卸时使用，其中，由于涡轮杆穿过轴孔10且与梯形凸起122卡扣，为了便于叶轮与蜗轮轴之间的拆卸，设置多边形凹槽123，作为拆卸支点。

根据本实用新型一种优选的实施方式，如图4～5所示，在多边形凹起123与轮毂底部12边缘处之间，开设有多个条形槽124。

在进一步优选的实施方式中，如图4～5所示，所述多个条形槽124沿轮毂底部12的周向方向、呈离心状有序排列。

其中，所述条形凹槽是作为平衡槽，其中，叶轮在高速旋转中受到气流的作用，产生轴向力，在背面开设平衡槽，可减小轴向受力，并且在压缩机叶轮条形槽面与径向扩压器底面产生气隙，使压缩机叶轮高速旋转中与径向扩压器底面处于分离状态，减小摩擦力。

本实用新型所具有的有益效果包括：

(1)所述压缩机叶轮采用3D打印制得，一体成型；

(2)所述压缩机叶轮在保证使用强度的前提下，成功实现新型复杂结构。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”“内”等指示的方位或位置关系仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

以上结合了优选的实施方式对本实用新型进行了说明，不过这些实施方式仅是范例性的，仅起到说明性的作用。在此基础上，可以对本实用新型进行多种替换和改进，这些均落入本实用新型的保护范围内。