空心離心葉輪的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及發(fā)動機技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，涉及一種空心離心葉輪。
【背景技術(shù)】
[0002]如圖1所示，現(xiàn)有技術(shù)采用單金屬實心輪盤結(jié)構(gòu)，隨著轉(zhuǎn)速的提高或葉輪半徑的增大，葉輪承受的離心載荷增大，此時輪盤需要增加更多材料來承擔載荷，由此增加了葉輪的重量，有時無論怎樣增大輪盤也無法滿足要求，無法實現(xiàn)用于中小型航空發(fā)動機或其他燃氣渦輪發(fā)動機中的離心葉輪關(guān)于重量輕、壽命長的目標。
[0003]為解決上述問題，本申請人在公開號為CN103967837A的專利申請中公開了一種航空發(fā)動機的壓氣機離心葉輪，提出將離心葉輪分割成兩個部分，形成雙路承力結(jié)構(gòu)，使承載力路線分散成兩路，從而提高離心葉輪的承載能力；通過在兩個部分圍合形成的內(nèi)空腔減輕結(jié)構(gòu)自重，減少材料用量，最終減輕離心葉輪的重量。
[0004]上述技術(shù)方案雖然一定程度上解決了葉輪應力較高或重量偏重，但是效果畢竟有限，材料的利用有效性有待進一步提高。大量研究對比試驗分析，雖有結(jié)構(gòu)上的良好改進，但是上述技術(shù)方案沿襲了現(xiàn)有技術(shù)的技術(shù)定勢，都是采用單一的金屬材料，無法同時根據(jù)周邊環(huán)境特點兼顧重量、抗外物損傷、耐高溫、價格等因素。目前未見結(jié)合葉輪的工況所提出的能保障離心葉輪重量輕、材料利用率高、耐用、易制造的應用要求的技術(shù)方案。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題在于解決現(xiàn)有技術(shù)中離心葉輪重量大、材料有效利用率低的不足，本發(fā)明提供一種結(jié)構(gòu)和材料雙重優(yōu)化的空心離心葉輪，該空心離心葉輪重量輕、材料利用率高、壽命長、制造工藝簡單。
[0006]本發(fā)明的上述目的通過以下技術(shù)方案予以實現(xiàn):
本發(fā)明打破現(xiàn)有技術(shù)的局限，創(chuàng)造性地結(jié)合離心葉輪的結(jié)構(gòu)進一步地優(yōu)化設(shè)計和材料的優(yōu)化使用技術(shù)方案，實現(xiàn)一種根據(jù)周邊環(huán)境特點兼顧重量、抗外物損傷、耐高溫、價格等因素的技術(shù)解決方案。
[0007]具體地，本發(fā)明提供一種空心離心葉輪，將所述離心葉輪分割成η個分割體；分割的分割面均垂直于所述離心葉輪的軸線；各分割體根據(jù)其處于離心葉輪不同部位的工況條件確定使用的材料，所述離心葉輪內(nèi)部開有空腔，所述空腔位于經(jīng)過測量的葉輪應力較低的區(qū)域，所述空腔挖去的重量為整個離心葉輪重量較常規(guī)的單金屬實心葉輪減輕了10%~35% ;所述η個分割體的η蘭2。
[0008]離心葉輪不僅有減輕重量的要求，同時有強度的要求，而在實際應用中，更有制造工藝和成本的要求。隨著轉(zhuǎn)速的提高或葉輪半徑的增大，葉輪承受的離心載荷增大，此時輪盤需要增加更多材料來承擔載荷，由此增加了葉輪的重量，有時無論怎樣增大輪盤也無法滿足強度要求。現(xiàn)有技術(shù)籠統(tǒng)地將離心葉輪分割為兩個部分分散承載力以滿足強度要求，經(jīng)兩個部分圍合形成空腔減輕重量。但是本發(fā)明人進一步針對性地研究總結(jié)，離心葉輪的輪盤并不是所有部位應力度很高，見附圖2所示，附圖2是某離心葉輪應力分布圖，從該圖可看出，輪盤并不是所有部位應力度很高，內(nèi)部有些部位的應力相對較小，材料的利用率不高，結(jié)構(gòu)效率較低。同時，離心葉輪處于進氣端的部位更容易被被沙粒打傷，可選用能抗沙粒打傷的材料，遠離進氣端的一側(cè)的部位被沙粒打傷的概率很小，可以采用重量更輕一些、價格更便宜的材料。當離心葉輪靠近燃燒室時，靠近燃燒室的部分工作溫度較高，希望材料能耐高溫，但遠離燃燒室的一側(cè)工作溫度較低，可以采用對耐高溫要求不那么高、重量更輕一些、價格更便宜的材料。
[0009]如果籠統(tǒng)地采用單一的金屬材料，即使將離心葉輪分割成2個部分分散承載力，但仍然存在很多情況下葉輪應力與結(jié)構(gòu)不適配、應力與材料不適配、重量偏重、不能盡量高效地利用材料的技術(shù)缺陷。
[0010]本發(fā)明將離心葉輪分割成多個分割體，并設(shè)置分割面均垂直于所述離心葉輪的軸線，大大提高離心葉輪的承載能力。同時將空腔設(shè)置于低應力區(qū)，可以設(shè)置各分割體在低應力區(qū)圍合形成空腔，也可以設(shè)置分割體后在葉輪的低應力區(qū)挖空形成空腔，實現(xiàn)減輕重量和保證強度的雙重技術(shù)效果。再進一步，本發(fā)明各分割體根據(jù)其處于離心葉輪不同部位的工況條件確定使用的材料，在越靠近離心葉輪高溫側(cè)的分割體使用相對耐高溫的材料，在越靠近低溫側(cè)的分割體的材料可以使用耐高溫要求較低的材料；在越靠近進氣口的分割體使用強度更高的材料，而在越靠近出氣口的分割體的材料使用的材料強度要求相對可較低，實現(xiàn)兼顧重量、抗外物損傷、耐高溫、價格等因素的技術(shù)效果。
[0011]優(yōu)選地，靠近低溫側(cè)或出氣口的部分采用金屬材料A，靠近高溫側(cè)或進氣口的部分采用金屬材料B。
[0012]進一步地，所述金屬材料A為招合金、鈦合金或者不銹鋼，所述金屬材料B為高溫合金鋼、鈦合金或者不銹鋼。
[0013]進一步地，被分割的所述分割體之間通過定位銷連接。采用定位銷連接，工藝簡單，裝配效率高。
[0014]進一步地，所述定位銷沿周向均布，所述定位銷的數(shù)量為2、3、4、5或6。
[0015]進一步地，所述定位銷沿周向均布。
[0016]進一步地，對所述離心葉輪在進行軸向壓力預緊。本發(fā)明采用軸向壓力預緊的技術(shù)手段可以有效抑制分割體之間的軸向位移，減少分割體之間產(chǎn)生縫隙。離心葉輪裝配在轉(zhuǎn)軸上，隨著葉輪的不停轉(zhuǎn)動，分割體之間會產(chǎn)生軸向位移，從而使分割體之間有縫隙，影響了離心葉輪的性能。因此對離心葉輪進行軸向壓力預緊，進一步確保本發(fā)明離心葉輪工作的穩(wěn)定性。
[0017]本發(fā)明具有以下有益效果:
本發(fā)明將離心葉輪分割成多個分割體，并設(shè)置分割面均垂直于所述離心葉輪的軸線，大大提高離心葉輪的承載能力。同時將空腔設(shè)置于低應力區(qū)，可以設(shè)置各分割體在低應力區(qū)圍合形成空腔，也可以設(shè)置分割體后在葉輪的低應力區(qū)挖空形成空腔，實現(xiàn)減輕重量和保證強度的雙重技術(shù)效果。再進一步，本發(fā)明各分割體根據(jù)其處于離心葉輪不同部位的工況條件確定使用的材料，在越靠近離心葉輪高溫側(cè)的分割體使用相對耐高溫的材料，在越靠近低溫側(cè)的分割體的材料可以使用耐高溫要求較低的材料；在越靠近進氣口的分割體使用強度更高的材料，而在越靠近