轴向燕尾形榫头、弧形燕尾形榫头、环形燕尾形榫头和销钉式榫头简介

图27、带凸肩的风扇叶片凸肩相互抵紧形成一环

对于风扇第2级以后的叶片,这种设计还是可以采用的,因为不会在外场飞机上拆换某一片叶片。但是,对于高涵道比涡扇发动机的风扇叶片,易被外来物打伤,因此需经常在飞机上拆换单个的风扇叶片,这时,就需采用如图28所示的设计。在这种设计中,轮盘的榫槽做得较深。

槽底与叶片榫根底面间留有一定空隙,在此空隙中插入一安装垫块。当需拆换叶片时,首先将安装垫块2向前拉出,再将叶片向槽底压下,此时该叶片的凸肩即与相邻叶片的凸肩脱开,叶片可自由地向前拉出。现有的高涵道比涡扇发动机,风扇叶片如有叶身中间减振凸肩,都需在叶片下采用这种用于拆装的安装垫块,只是具体形状稍有不同而已。

图28、带凸肩的风扇叶片下端的安装垫块

2.2.2 弧形燕尾形榫头

在轴向燕尾形榫头中,榫头上端面必须将叶根型面包容住,如图26(b)所示。由于叶根型面是呈弧形的,要能将叶根型面全部包住,榫头上端面的平行四边形就比较大(如图29所示),这样,在轮盘装的叶片数会受到限制。如果叶片数不能变,只能将轮缘外径加大。

为了克服这个问题,罗·罗公司在 RB211535E4等发动机上,采用了弧形燕尾形榫头,即榫头的上端面的外形基本做成与叶根型面的外形一致而呈圆弧形,相应地轮盘上的燕尾形榫槽也做成圆弧形,如图30所示。

图29、带底座的压气机工作叶片

采用这种榫头后,轮盘轮缘直径可以小,风扇的轮毂比可取得较小,在相同的空气流量下,风扇直径可以稍小些。但是,轮盘的榫槽不能用拉刀拉出来,只能用铣床将它铣出来,增加了加工的困难与工作量。

CFMI公司在 CFM56系列发动机中的最新型号 CFM56 7中,风扇叶片榫根也做成圆弧形(参见“CFM56系列发动机结构与研制特点”)。

图30、带圆弧形榫根的风扇叶片

2.2.3 环形燕尾形榫头

叶片榫头的剖面形状仍然是燕尾形,但榫头与叶片弦长方向的相对位置与轴向燕尾榫头不同,在轴向燕尾形榫头中,榫头做成与叶片弦长方向一致,而环形燕尾形榫头中,榫头与弦长方向垂直相交;相应地,轮盘上的榫槽是在轮缘上车出环形燕尾槽,如图31所示。

在环形槽的某一位置处开一个能通过燕尾榫头的缺口,将叶片一片一片由此缺口插入环形槽中后,沿槽道将叶片滑向一周,最后用锁紧块将叶片锁定在环形槽中。

图31、带环向燕尾榫头的叶片

采用环形燕尾槽后,轮盘的加工量较小,也不需采用昂贵的拉刀,更重要的是,它能在打开压气机机匣后,单独地更换某一级的叶片。因此,自20世纪80年代初期,GE公司的CF6发动机高压压气机后几级上采用这种结构后,很快地被其他发动机采用,例如GE公司的CFM56与GE90,普惠公司的PW4000与 PW2000;罗·罗公司则采用得较晚,在它的RB211535E4(1984年底投入使用)与RB211524G/H(1989年投入使用)上尚未采用这种结构,但1994

年投入使用的遄达700与于1996年初投入使用的遄达800上采用了这种结构,在这两型发动机中,中压压气机后两级(共8级)、高压压气机后五级(共6 级)均采用了环形燕尾形榫头。

目前,绝大多数新研制的发动机中,高压压气机前2~3级采用轴向燕尾形榫头或整体叶盘,后几级采用环形榫头,如图32所示的CFM563高压压气机转子可以代表这种设计。 但是,苏制 AЛ31Ф发动机(苏 27飞机用)的高压压气机中,所有级的叶片均采用了环形燕尾形榫头。

轴向燕尾形榫头的长度与宽度均大于环形燕尾形榫头。因而其承受载荷的榫根面积也大,能承受大的离心载荷。因此,在叶片高度较大的前2~3级叶片采用轴向燕尾形榫头较好;后几级叶片高度很小,离心负荷小很多,因此采用环形燕尾形榫头较好。

图32、CFM56-3高压压气机转子结构图

图33示出了一增压压气机转子结构图,由图可见,4级叶片全部采用环形燕尾形榫头,为了减少气流在榫槽中的逸漏损失,在叶片底座与鼓筒间装有 O形封严环封严。

图33、增压压气机转子结构图

2.2.4销钉式榫头

工作叶片藉凸耳跨在轮缘上,如图34所示,或插在轮缘的环槽内如图35所示,靠销钉(如图35所示)或销钉外的衬套(如图34所示)承剪,传递叶片的负荷。衬套(或销钉)与凸耳孔之间,凸耳与轮盘侧面间均有一定的间隙,工作时,允许叶片绕销钉摆动,以起到减振和消除连接处的附加应力的作用。

图34、叶片藉销钉连接到轮盘上

对于负荷小的短叶片,可采用如图34所示的结构,对于大负荷的叶片,则需采用如图35所示的结构,以增加销钉承剪面。图35示出了 CF34涡扇发动机的风扇叶片,它的尺寸较大,离心负荷大,因此叶片根上需用3个凸耳来增加承剪面。

图35 、CF34风扇叶片与轮盘的连接

这种榫头不用专用设备加工,对于单独生产或试验用的发动机有一定的优越性。另外,利用叶片在销钉或衬套间的相对摩擦,可以减少叶片的振动问题,还可以利用改变销钉的直径或销钉与销孔的配合间隙来改变叶片的自振频率。但是,这种榫头承载能力有限,且榫根尺寸和重量大,因而在现代发动机已较少用。

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