【机械cax360第384期】航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械破碎机叶片付款,为航空器提供飞行所需动力的发动机,其制造过程十分复杂,发动机的性能很大程度上取决于叶片型面的设计和制造水平。这期主要介绍涡轮叶片的组成和铸造成型工艺过程。
01 涡轮叶片组成
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为了完成由燃气化学能到转子机械能的转化,涡轮叶片在结构上主要由叶冠、叶身、缘板、叶根四部分组成。
叶身破碎机叶片付款:其功能主要是实现叶片的气动特性。叶身不同高度的截面形状通过气动设计来选取,周向上相邻叶片的叶身之间构成气流通道,供高温、高压燃气流过并膨胀做功;同时,叶身型面还兼具调整气流方向的功能,保证气流进入排气系统时轴向速度均匀。
缘板:其功能主要是形成独立的气流通道,保证高温燃气不会流入气流通道以外的涡轮盘、密封、支承等其他耐温性较差的部件。缘板介于叶身与叶根之间,一般采取方形结构,上下分别通过过渡段和叶身、叶根连接,同一级转子的叶片缘板组成一个封闭的环形结构。
叶根:其功能主要是连接叶片和轮盘,以便将功率传输到与轮盘相连的转子轴上。叶根靠上、和缘板连接的部分称为伸根。叶根下端,连接涡轮盘的部分一般采用枞树形榫头,其优点有:榫头的周向尺寸较小,可在轮缘上安装较多的叶片,输出功率大;多个齿面传力,承载能力强,安全裕度大;接触面积较大,有利于散热和摩擦减振;间隙配合,受热后能够自由膨胀,可以减小热应力;拆装方便等。
叶冠:为了提高涡轮效率,常在叶片的上端采用一个类似缘板的叶冠结构。其作用是:减小叶尖由叶盆向叶背的漏气,降低二次损失,提高涡轮效率;相邻叶片的叶冠之间的摩擦可以吸收震动能量,起到减振作用;同一级转子叶片的叶冠相互抵紧,可增强叶片的刚性,提高其抗振强度;带冠叶片可以采用对气动性更为有利的薄叶型。目前,常用的叶冠形状主要为平行四边形和锯齿形叶冠。
02 涡轮叶片加工制造
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叶片是一类典型的自由曲面零件,加工这类零件时都有一个特点:薄,加工时易变形,并且材质通常为不锈钢、蒙乃尔合金、INCONEL、钛和镍为基础的难加工合金材料,更增添了加工的困难度,同时对加工工艺与加工用的刀具提出了更高的要求。
在叶片的加工中,叶片加工难点有以下3个方面:铣工艺围带处,叶根的加工,铣拉筋孔。
再看看国外某工厂铸造工艺制造航空发动机的涡轮叶片全过程。
▲首先将瓷土通过粉碎机打碎,制作涡轮叶片的内芯。
▲工作人员正在将塑形后的瓷土模型逐个检查修形,做好的瓷土模型将烧结成熔融石英陶瓷芯。
涡轮喷气式发动机需要中空的涡轮叶片,只有高质量的陶瓷芯是失蜡法铸造的最好内芯材料,它能够在浇铸金属时依然能够保持稳定,在铸件冷却后有能通过化学工艺轻易溶解,在叶片中留下所需要的空气通道。
▲已经包裹了陶瓷芯的蜂蜡叶片
▲将叶片进行最后加工,这样熔融金属就可以将空腔充满,不会造成铸造砂眼。
▲机械手在陶土液中旋转,使其均匀包裹住模型的任何部位,这样才能算合格。
▲机械手将模型加入特殊风箱中,在外表喷淋瓷土,形成厚实的外壳。
▲包裹陶土后的铸造模型,再进行风干处理
▲接着要进行加温,将铸造模型外部包裹的瓷土烧成陶瓷范模,同时,将内部的蜂蜡排出,形成铸造空腔。
▲每种范模都要一种特别的熔炉进行加工。
▲最后,生产出的叶片还需要进行X光探伤,每个叶片都要进行多角度探伤,防止出现任何瑕疵。
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