CN114542191A - 一种具有高承载导流结构的双辐板涡轮盘 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有高承载导流结构的双辐板涡轮盘，包括上导流连接板、下导流连接板上辐板涡轮盘和下辐板涡轮盘，上导流连接板和下导流连接板均采用倾斜式设计方式，上导流连接板和下导流连接板之间均设置有冷气槽，上辐板涡轮盘和下辐板涡轮盘通过上导流连接板和下导流连接板连接形成双辐板涡轮盘，冷气槽结合形成双辐板涡轮盘内的冷气通道，冷气通道曲率半径范围在84.1mm～156.4mm，本发明中的冷却通道采用曲线设计，进一步提高冷却气体利用效率，该设计可以在保证涡轮盘承力作用的同时提高冷气利用效率，同时加工方法简单，易于在双辐板涡轮盘盘腔中实现，适用性强。

Description

一种具有高承载导流结构的双辐板涡轮盘

技术领域

本发明涉及双辐板涡轮盘技术领域，尤其涉及一种具有高承载导流结构的双辐板涡轮盘。

背景技术

双辐板涡轮盘是美国高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划下，对于新一代高推重比涡轮发动机的高压涡轮盘设计，所提出的一种轻质量、高冷却效率的先进涡轮盘结构设计技术。

对现代航空发动机而言，其涡轮前温度与叶片材料耐受温度的差值已增至500K以上，尽管涡轮前燃气温度不能超过材料的耐受值，但是涡轮冷却技术的引入则彻底的改变这一情况，因此冷却技术对航空发动机来说至关重要，尽管材料已经限定了，但是通过先进的涡轮冷却技术可以提高涡轮的性能和涡轮叶片的寿命，对流冷却是当下广泛采用的冷却方式之一。冷却空气从叶片内部若干专门的通道通过，通这种对流与叶片内壁面进行热交换，使得叶片温度降低达到冷却的效果，冷却效果为200℃到250℃。

文献CN2016/106014485B提出了一种关于双辐板涡轮盘盘腔的导流冷却结构，这种涡轮盘前后辐板形成空腔，，前后辐板上带有导流片，将气流导入盘缘冷却通道，同时辐板增大对流面积，提高冷却效率。

文献US2000/6267553B1提出了一种应用在高压压气机上的双辐板轮盘。这种涡轮盘可以减少涡轮盘总质量，提高发动机性能。

文献CN2014/104196572A提出了一种具有盘腔导流肋板的双辐板涡轮盘，在双辐板涡轮盘的前后辐板上设置若干导流肋板，沿盘缘周向均匀分布冷却出气孔，冷却气体从盘腔进入冷气通道。

传统涡轮盘常采用预旋降低相对总温，同时通过高位进气减少盘缘热量的传递，减小纵向热传递，对于双辐板涡轮盘，为了保障轮盘的总体强度和稳定性，冷气只能采用中心进气的结构。在双辐板涡轮盘高速运转的过程中，由于惯性力和离心力的作用使得冷却气体在接近盘缘时往往切合涡轮盘，使得常规设计下的直通道型冷却通道容易发生进气口堵塞，导致冷却效率降低，发动机性能下降。

在对涡轮盘设计中，最重要的一点是保证涡轮盘作为重要的承力部件的结构稳定性和承载能力，双辐板涡轮盘的设计中，为了提高整体的冷却能力，往往在盘腔的设计中，采用大空间的结构设计，使得前后辐板的厚度远远薄于常规涡轮盘，同时工作时高速旋转时产生的热应力和离心应力使得涡轮盘容易发生轴向的变形，因此保证双辐板涡轮盘的结构稳定性是设计的第一要求；同时由于高速旋转产生的离心力与惯性力、轮盘摩擦力等因素的影响，在对冷却结构的设计中应考虑整体气体流动结构，以达到提高整体冷却效率的要求。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中存在的技术问题，提供一种具有高承载导流结构的双辐板涡轮盘。

为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：一种具有高承载导流结构的双辐板涡轮盘，包括上导流连接板、下导流连接板上辐板涡轮盘和下辐板涡轮盘，所述上导流连接板和所述下导流连接板的一端分别与所述上辐板涡轮盘、下辐板涡轮盘的轮盘边缘连接，所述上导流连接板和所述下导流连接板的另一端分别与所述上辐板涡轮盘、下辐板涡轮盘的辐板内壁面连接，所述上导流连接板和所述下导流连接板均采用倾斜式设计方式，所述上导流连接板和所述下导流连接板的曲率半径为5mm，所述上导流连接板和所述下导流连接板之间均设置有冷气槽，所述上辐板涡轮盘和所述下辐板涡轮盘通过所述上导流连接板和所述下导流连接板连接形成双辐板涡轮盘，所述冷气槽结合形成所述双辐板涡轮盘内的冷气通道，所述上辐板涡轮盘、下辐板涡轮盘上的辐板内壁面结合形成所述双辐板涡轮盘内的盘腔，所述盘腔与所述冷气通道连通，所述冷气通道曲率半径范围在84.1mm～156.4mm。

优选的，所述上导流连接板与所述上辐板涡轮盘的辐板内壁面连接处呈逆时针排列，所述下导流连接板与所述下辐板涡轮盘的辐板内壁面连接处呈顺时针排列。

优选的，所述的上辐板涡轮盘和下辐板涡轮盘大小相同，半径均为1200mm，所述上辐板涡轮盘和下辐板涡轮盘均设置有盘心，且所述上辐板涡轮盘和下辐板涡轮盘的中心重合。

优选的，所述冷气槽以圆形阵列分布所述上辐板涡轮盘、下辐板涡轮盘的辐板内壁面边缘，数量为23个，相邻所述冷气槽对应所述盘心的中心夹角为15.65°。

优选的，所述上导流连接板和所述下导流连接板的长度均为40mm。

优选的，所述的冷气通道的通道口直径为6mm。

本发明有益效果：

1.本发明通过在上辐板涡轮盘、下辐板涡轮盘之间固定设置有导流连接板，使得涡轮盘在采用双辐板涡轮盘结构的同时，增大了其承载能力并提高其稳定性，改善了其应力集中现象，同时导流连接板增大了冷却空气在盘腔内部的接触面积，提高冷却气体的利用率，导流连接板采用倾斜式设计，使得盘腔与冷气通道的接触面更平滑，使高速旋转产生切向冷却空气低损耗的进入冷却通道。

2.本发明中的冷却通道采用曲线设计，进一步提高冷却气体利用效率，该设计可以在保证涡轮盘承力作用的同时提高冷气利用效率，同时加工方法简单，易于在双辐板涡轮盘盘腔中实现，适用性强。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1本发明的局部剖面视图；

图2是本发明中上辐板涡轮盘的全视图；

图3是本发明中下辐板涡轮盘的全视图；

图4是本发明整体结构的剖视图。

附图标注：

1-上导流连接板，2-下导流连接板，3-上辐板涡轮盘，4-下辐板涡轮盘，5-冷气通道，6-盘心。

具体实施方式

本部分将详细描述本发明的具体实施例，本发明之较佳实施例在附图中示出，附图的作用在于用图形补充说明书文字部分的描述，使人能够直观地、形象地理解本发明的每个技术特征和整体技术方案，但其不能理解为对本发明保护范围的限制。

在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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发明的限制。

在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。

本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。

参照图1-图4，本发明的优选实施例，一种具有高承载导流结构的双辐板涡轮盘，包括上导流连接板1、下导流连接板2、上辐板涡轮盘3和下辐板涡轮盘4，所述上导流连接板1和所述下导流连接板2的一端分别与所述上辐板涡轮盘3、下辐板涡轮盘4的轮盘边缘连接，所述上导流连接板1和所述下导流连接板2的另一端分别与所述上辐板涡轮盘3、下辐板涡轮盘4的辐板内壁面连接，所述上导流连接板1和所述下导流连接板2均采用扩散焊方式分别焊接在所述上辐板涡轮盘3和下辐板涡轮盘4盘缘，，所述上辐板涡轮盘3、下辐板涡轮盘4的辐板内壁面的盘缘除冷气通道5外均被所述上导流连接板1和所述下导流连接板2撑满，所述上导流连接板1和所述下导流连接板2均采用倾斜式设计方式，所述上导流连接板1和所述下导流连接板2的曲率半径为5mm，所述上导流连接板1和所述下导流连接板2之间均设置有冷气槽，所述上辐板涡轮盘3和所述下辐板涡轮盘4通过所述上导流连接板1和所述下导流连接板2连接形成双辐板涡轮盘，所述上导流连接板1与所述下导流连接板2也焊接在一起，所述冷气槽结合形成所述双辐板涡轮盘内的冷气通道5，所述上辐板涡轮盘3、下辐板涡轮盘4上的辐板内壁面结合形成所述双辐板涡轮盘内的盘腔，所述盘腔与所述冷气通道5连通，所述冷气通道5曲率半径范围在84.1mm～156.4mm。

作为本发明的优选实施例，其还可具有以下附加技术特征：

本实施例中，所述上导流连接板1与所述上辐板涡轮盘3的辐板内壁面连接处呈逆时针排列，所述下导流连接板2与所述下辐板涡轮盘4的辐板内壁面连接处呈顺时针排列。

本实施例中，所述的上辐板涡轮盘3和下辐板涡轮盘4大小相同，半径均为1200mm，所述上辐板涡轮盘3和下辐板涡轮盘3均设置有盘心6，且所述上辐板涡轮盘3和下辐板涡轮盘3的中心重合。

本实施例中，所述冷气槽以圆形阵列分布所述上辐板涡轮盘3、下辐板涡轮盘4的辐板内壁面边缘，数量为23个，相邻所述冷气槽对应所述盘心6的中心夹角为15.65°。

本实施例中，所述上导流连接板1和所述下导流连接板2的长度均为40mm。

本实施例中，所述的冷气通道7的通道口直径为6mm。

本发明通过在上辐板涡轮盘3、下辐板涡轮盘4之间固定设置有上导流连接板1和下导流连接板2，使得本发明在采用双辐板涡轮盘结构的同时，增大了其承载能力并提高其稳定性，改善了其应力集中现象，同时上导流连接板1和下导流连接板2增大了冷却空气在盘腔内部的接触面积，提高冷却气体的利用率，上导流连接板1和下导流连接板2采用倾斜式设计，使得盘腔与冷气通道的接触面更平滑，使高速旋转产生切向冷却空气低损耗的进入冷却通道；本发明中的冷却通道5采用曲线设计，进一步提高冷却气体利用效率，该设计可以在保证涡轮盘承力作用的同时提高冷气利用效率，同时加工方法简单，易于在双辐板涡轮盘盘腔中实现，适用性强。

在不出现冲突的前提下，本领域技术人员可以将上述附加技术特征自由组合以及叠加使用。

以上所述仅为本发明的优先实施方式，只要以基本相同手段实现本发明目的的技术方案都属于本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种具有高承载导流结构的双辐板涡轮盘，其特征在于：包括上导流连接板(1)、下导流连接板(2)上辐板涡轮盘(3)和下辐板涡轮盘(4)，所述上导流连接板(1)和所述下导流连接板(2)的一端分别与所述上辐板涡轮盘(3)、下辐板涡轮盘(4)的轮盘边缘连接，所述上导流连接板(1)和所述下导流连接板(2)的另一端分别与所述上辐板涡轮盘(3)、下辐板涡轮盘(4)的辐板内壁面连接，所述上导流连接板(1)和所述下导流连接板(2)均采用倾斜式设计方式，所述上导流连接板(1)和所述下导流连接板(2)的曲率半径为5mm，所述上导流连接板(1)和所述下导流连接板(2)之间均设置有冷气槽，所述上辐板涡轮盘(3)和所述下辐板涡轮盘(4)通过所述上导流连接板(1)和所述下导流连接板(2)连接形成双辐板涡轮盘，所述冷气槽结合形成所述双辐板涡轮盘内的冷气通道(5)，所述上辐板涡轮盘(3)、下辐板涡轮盘(4)上的辐板内壁面结合形成所述双辐板涡轮盘内的盘腔，所述盘腔与所述冷气通道(5)连通，所述冷气通道(5)曲率半径范围在84.1mm～156.4mm。

2.根据权利要求1所述的一种具有高承载导流结构的双辐板涡轮盘，其特征在于：所述上导流连接板(1)与所述上辐板涡轮盘(3)的辐板内壁面连接处呈逆时针排列，所述下导流连接板(2)与所述下辐板涡轮盘(4)的辐板内壁面连接处呈顺时针排列。

3.根据权利要求1所述的一种具有高承载导流结构的双辐板涡轮盘，其特征在于：所述的上辐板涡轮盘(3)和下辐板涡轮盘(4)大小相同，半径均为1200mm，所述上辐板涡轮盘(3)和下辐板涡轮盘(3)均设置有盘心(6)，且所述上辐板涡轮盘(3)和下辐板涡轮盘(3)的中心重合。

4.根据权利要求3所述的一种具有高承载导流结构的双辐板涡轮盘，其特征在于：所述冷气槽以圆形阵列分布所述上辐板涡轮盘(3)、下辐板涡轮盘(4)的辐板内壁面边缘，数量为23个，相邻所述冷气槽对应所述盘心(6)的中心夹角为15.65°。

5.根据权利要求1所述的一种具有高承载导流结构的双辐板涡轮盘，其特征在于：所述上导流连接板(1)和所述下导流连接板(2)的长度均为40mm。

6.根据权利要求1所述的一种具有高承载导流结构的双辐板涡轮盘，其特征在于：所述的冷气通道(7)的通道口直径为6mm。

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