一种单晶涡轮转子叶片榫头堵盖装配结构及装配方法与流程

本发明属于航空发动机领域，具体涉及发动机燃气轮机中单晶涡轮转子叶片榫头堵盖装配结构及装配方法

背景技术：

涡轮转子叶片是航空发动机、燃气轮机中重要部件之一，由于承受高热负荷，容易出现烧蚀、断裂等故障。因此涡轮转子叶片通常为空心结构，从叶片榫头底部的进气孔通入冷却空气，冷却空气在叶片内腔进行冲击、对流换热后，最终从尾缝及气膜孔排入到燃气中。为了对叶片进行高效地冷却，叶片内腔设计成复杂多腔结构，有蛇形腔、冲击腔等，个别腔还设计有横向肋、绕流柱结构来加强换热。通常，空气系统冷却流路分配给叶片冷气量是一定的，需要涡轮叶片冷却设计时精打细算，尽量采用最少的冷气量来实现最大化的的冷却。因此提供每个内腔通道的冷气量必须精确控制，不能浪费，更不能缺少冷气而导致叶片烧蚀。

每个内腔通道的冷气量是通过控制榫头底部进气孔的面积来实现的，当不希望某个榫底进气孔面积过大时，就需要装配堵盖来进行封堵。现有技术中对堵盖的设计主要有以下几种办法，第一种方法采用钎焊的方式装配榫头底部堵盖，如图6所示，在榫头底部加工凹槽，凹槽壁面为竖直面，凹槽比需要封堵的孔略宽，往凹槽装配厚度与凹槽深度等值、与凹槽等宽的堵盖后钎焊，堵盖上开有小圆孔，可根据需要决定圆孔大小，但是该方法加工成本高，时间周期长，且由于引入了钎焊热工艺，钎焊温度达到1000℃以上，对单晶叶片组织性能带来了不确定性影响。封堵的另一种办法是采用滚压的方式装配榫头底部堵盖，如图7所示，榫头底部开槽，凹槽前、后方向的壁面与竖直面有小于30°的夹角，呈平行四边形，其他壁面为竖直面，堵盖也呈平行四边形，装配堵盖后，用直径3～6毫米的球头滚压收口的方式，使叶片凹槽边缘变形，达到卡住堵盖的效果，但是，该方式由于使叶片凹槽边缘变形，容易产生裂纹，而且单晶叶片对变形极度敏感，容易产生再结晶，导致叶片工作时萌生裂纹甚至断裂。

因此，需提供一种适合单晶叶片，装配方式不使叶片产生再结晶及裂纹，对叶片组织性能无影响，成本低廉、装配周期短的堵盖装配结构。

技术实现要素：

发明目的：为了解决上述问题，本发明提供了一种适合单晶叶片的堵盖装配结构，该堵盖不使叶片产生再结晶及裂纹，对叶片组织性能无影响，且成本低廉、装配周期短。

技术方案

本发明提供了一种单晶涡轮转子叶片榫头堵盖装配结构，所述结构包括叶片榫头(1)、进气孔(2)、梯形槽(3)以及堵盖(4)；

所述梯形槽(3)设于进气孔(2)的孔口。

优选的，所述梯形槽(3)的槽口呈倒梯形，口窄底宽，槽深h为1.5～3毫米，槽的前、后壁面与竖直面的夹角β为10°～30°，槽口长度l2与进气孔长度的比例为1.6～3：1，槽口宽度b2与进气孔宽度的比例为1.5～2.5：1。

优选的，所述堵盖(4)装配前呈v形，中间设有圆孔(5)；所述堵盖(4)的厚度t与所述梯形槽深度h的比例为1.5～2：1；所述堵盖(4)装配前长度与所述梯形槽(3)槽口长度l2一致，宽度b1与梯形槽(3)的槽口宽度相同；所述圆孔(5)直径为ф1～ф3毫米；所述堵盖(4)的v形夹角α为130°～150°；堵盖(4)装配后的长度l1与装配前的比例为1.2～1.5：1。

本发明的另一目的在于提供上述任一项所述的单晶涡轮转子叶片榫头堵盖装配结构的装配方法，所述方法包括如下步骤：

(1)：采用电火花在叶片榫头底部的进气孔处加工梯形槽；

(2)：用模具将钣金件压制成型，形成v型堵盖；

(3)：将v型堵盖的顶部高点朝外，装配进梯形槽，并对顶部高点施力，使v型堵盖展平。

(4)：通过v型堵盖上的圆孔对v型堵盖的松紧度进行检查，若松动，则对其进一步展平或更换不同尺寸的堵盖；若未松动，则装配完成。

有益效果

本发明所提供的单晶涡轮转子叶片榫头堵盖装配结构，结构简单，无需热处理或滚压等大型设备，只需在钳工台上就可完成装配，成本低，操作简单，装配效率高。

本发明所提供的单晶涡轮转子叶片榫头堵盖装配结构只对堵盖产生变形，不会对单晶叶片产生变形或裂纹，杜绝了叶片再结晶的可能，且没有采用热工艺，对叶片单晶组织性能无影响，提高了叶片的使用可靠性。

附图说明

图1为本发明所提供的堵盖装配结构装配后示意图。

图2为本发明所提供的堵盖装配结构装配示意图。

图3为本发明所提供的堵盖装配结构中梯形槽结构图。

图3a为本发明所提供的堵盖装配结构中梯形槽剖视图。

图3b为本发明所提供的堵盖装配结构中梯形槽仰视图。

图4为本发明所提供的堵盖装配结构中v型堵盖结构图。

图4a为本发明所提供的堵盖装配结构中v型堵盖前视图。

图4b为本发明所提供的堵盖装配结构中v型堵盖仰视图。

图5为涡轮转子叶片局部示意图

图6钎焊法装配榫头底部堵盖结构示意图

图7滚压法装配榫头底部堵盖结构示意图

其中：1：叶片榫头；2：进气孔；3：梯形槽；4：堵盖；5：圆孔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步解释

如图5所示，为涡轮转子叶片局部示意图，腔ⅰ和腔ⅱ通过隔板隔开，隔板上开有小孔联通腔ⅰ和腔ⅱ，冷气分别从榫头上的进气孔①和孔②进入腔ⅰ和腔ⅱ。冷却设计时，希望进入孔①的冷气较多，先对温度较高的腔ⅰ进行冷却，然后通过隔板上的小孔进入腔ⅱ，与从孔②进入的冷气一起掺混对腔ⅱ进行冷却，最后通过尾缝排入燃气中。但设计时不能直接把孔②设计过小，孔②较大的话，一是可加强叶片铸造过程中陶瓷型芯的支撑作用，防止制芯、压蜡时陶瓷型芯断裂；二是方便脱芯，提高脱芯效率，防止内腔残芯。因此先把孔②做大，然后通过装配堵盖、堵盖开孔的方式控制孔②的冷气流量。

如图6所示，为现有的钎焊法装配榫头底部堵盖结构示意图。在榫头底部加工凹槽，凹槽壁面为竖直面，凹槽比需要封堵的孔略宽，往凹槽装配厚度与凹槽深度等值、与凹槽等宽的堵盖后钎焊。堵盖上开有小圆孔，可根据需要决定圆孔大小。该方法加工成本高，时间周期长，且由于引入了钎焊热工艺，钎焊温度达到1000℃以上，对单晶叶片组织性能带来了不确定性影响。

如图7所示，为现有的滚压法装配榫头底部堵盖结构示意图。榫头底部开槽，凹槽前、后方向的壁面与竖直面有小于30°的夹角，呈平行四边形，其他壁面为竖直面。堵盖也呈平行四边形。装配堵盖后，用直径3～6毫米的球头滚压收口的方式，使叶片凹槽边缘变形，达到卡住堵盖的效果。该方式由于使叶片凹槽边缘变形，容易产生裂纹，而且单晶叶片对变形极度敏感，容易产生再结晶，导致叶片工作时萌生裂纹甚至断裂。

如图1-4所示，为本发明提供的堵盖装配结构的结构示意图。该堵盖装配结构包括叶片榫头1、进气孔2、梯形槽3以及堵盖4；所述梯形槽3设于进气孔2的孔口。所述梯形槽3的槽口呈倒梯形，口窄底宽，槽深h为1.5～3毫米，槽的前、后壁面与竖直面的夹角β为10°～30°，槽口长度l2与进气孔长度的比例为1.6～3：1，槽口宽度b2与进气孔宽度的比例为1.5～2.5：1。所述堵盖4装配前呈v形，中间设有圆孔5；所述堵盖4的厚度t与所述梯形槽深度h的比例为1.5～2：1；所述堵盖4装配前长度与所述梯形槽3槽口长度l2一致，宽度b1与梯形槽3的槽口宽度相同；所述圆孔5直径为ф1～ф3毫米；所述堵盖4的v形夹角α为130°～150°；堵盖4装配后的长度l1与装配前的比例为1.2～1.5：1。

上述装配结构的装配方法，包括如下步骤：

(1)：采用电火花在叶片榫头底部的进气孔处加工梯形槽；

(2)：用模具将钣金件压制成型，形成v型堵盖；

(3)：将v型堵盖的顶部高点朝外，装配进梯形槽，并对顶部高点施力，使v型堵盖展平。

(4)：通过v型堵盖上的圆孔对v型堵盖的松紧度进行检查，若松动，则对其进一步展平或更换不同尺寸的堵盖；若未松动，则装配完成。

工作原理：

叶片榫头底部的梯形槽采用电火花加工，堵盖采用钣金件成型。堵盖展平之前，尺寸合适，刚好能放入梯形槽中，然后采用工具对堵盖顶部高点施力，采用静压法将堵盖展平。由于堵盖展平后变长，无法从窄口的梯形槽脱出，实现了装配紧固的目的。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。