一种涡轮散热结构制造技术

本发明专利技术提供一种涡轮散热结构，包括整体式涡轮和导流盘，所述导流盘固定套装在整体式涡轮的轮毂处，整体式涡轮包括涡轮盘和其外圆周面上的多个涡轮叶片；涡轮盘上均布多个通流孔，导流盘的外侧面上设有多个同心圆布置的导流盘壁齿，轮毂上也设有若干圈等距排列的轮毂壁齿，导流盘的翻边端部上沿圆周方向设置多个切槽。本发明专利技术的设置在涡轮盘叶片根部处的多个通流孔结构，一方面可以有效地对叶片根部实施冷却，对于整个涡轮结构而言，提高了叶片根部的材料利用率，增加了根部结构处的应力许用上限，改善了局部敏感区域的强度特性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于旋转动力机械涡轮结构设计领域，具体而言，本专利技术涉及一种涡轮散热结构，具体指一种用在盘片一体式涡轮，提高封严效果及降低叶片向轮盘传热量的散热结构。
技术介绍
燃气涡轮发动机的涡轮盘是燃气涡轮的关键零件，承受着严酷的热和机械的负荷，工作条件非常恶劣，为保证运行期间涡轮盘结构的机械性能，继而保证其寿命和可靠性，提供涡轮盘的封严效果，防止高温燃气直接冲击涡轮盘，同时尽可能降低涡轮盘的工作温度至关重要。基于工艺制造及设备维护的更换考虑，在实际生产中，涡轮叶片和涡轮盘通常单独加工制备，然后再组装在一起，该种形式的涡轮结构通常称为分体式涡轮。分体式涡轮由带榫头的叶片和带榫槽的轮盘两部分组成，榫头插入榫槽，形成涡轮盘体，并由导流盘沿轴向压紧各叶片榫头，防止叶片松动。为降低轮盘热负荷，榫头与榫槽周边留有通流间隙，供冷却气体流过，既冷却叶片，也减少叶片根部向轮盘的传热量。对于微小型燃气涡轮机械，由于几何尺度的限制，分体式涡轮结构复杂，加工难度、成本极高，虽然一定程度上利于局部故障叶片的更换，但热流密度大，热负荷高，在相同材料的情况下，不利于可靠性、寿命的保证。基于上述情况，将分体式涡轮改进为整体式，在保证其它零件结构不变的前提下，既能简化涡轮结构、降低成本，还能保证可靠性、寿命、功能性等要求。然而对于整体式涡轮，其冷却及封严技术在目前的科研及生产实践中尚未得到充分的研宄，成为影响整体式涡轮技术发展的一个瓶颈之一。目前，整体式涡轮盘的冷却基本采用冷却空气直接流经涡轮盘带走热量。然而现有涡轮盘的封严结构和冷却散热结构往往独立设计，二者之间缺乏有效的配合和协同作用，导致设计出的涡轮盘结构要么具有好的封严效果而冷却效果差，要么冷却效果好而封严效果差。因而，迫切需要针对整体式涡轮的结构特点，提供有效的冷却及封严技术。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种涡轮散热结构，以至少解决现有技术的整体式涡轮的封严结构和冷却散热结构无法协同配合的技术问题，以及进一步地解决现有技术中冷却气体利用率不高的技术问题。为了解决上述问题，本专利技术提供一种涡轮散热结构，其技术方案如下:一种涡轮散热结构，包括整体式涡轮和导流盘；所述整体式涡轮包括涡轮盘和一体形成在所述涡轮盘外圆周面上的多个涡轮叶片，所述导流盘的导流盘轮毂固定套装在所述涡轮盘的涡轮盘轮毂处并且所述导流盘的翻边端部的外缘面压紧在所述涡轮盘的第一侧面外端部处，在所述导流盘的第一侧面和所述涡轮盘的第一侧面之间形成一环形空腔；在所述涡轮盘的外端部上开有多个通流孔，所述通流孔位于所述导流盘的翻边端部的外缘面的内侧并与所述环形空腔相贯通；在所述导流盘上设有多个导流孔，所述导流孔与所述环形空腔相贯通。在上述涡轮散热结构中，进一步优选为:在所述导流盘的翻边端部的外缘面上开有多个切槽，多个所述切槽与所述环形空腔相贯通。在上述涡轮散热结构中，进一步优选为:所述切槽为斜切槽，斜切槽的正向倾角为锐角。在上述涡轮散热结构中，进一步优选为:所述切槽的槽面侧壁呈涡旋线形式设置。在上述涡轮散热结构中，进一步优选为:所述导流盘与所述涡轮盘之间形成的环形空腔的中间宽度大于内侧宽度和外侧宽度。在上述涡轮散热结构中，进一步优选为:所述导流孔与所述环形空腔的内侧端部相贯通；所述通流孔与所述环形空腔的外侧端部相贯通。在上述涡轮散热结构中，进一步优选为:在所述导流盘的第二侧面上以所述导流盘的中心为圆心设有多个同心圆布置的导流盘壁齿，多个所述导流盘壁齿的高度以所述导流盘的中心向外逐渐减小，其中最内侧的所述导流盘壁齿位于所述导流孔的外侧。在上述涡轮散热结构中，进一步优选为:所述导流盘壁齿的个数为四个；相邻所述导流盘壁齿的高度之间的差值为Λ h，取值范围为:0.1mm?0.5mm。在上述涡轮散热结构中，进一步优选为:在所述导流盘轮毂的外圆周面上设有多圈轮毂壁齿，多圈所述轮毂壁齿的高度以所述涡轮盘为基础，距离所述涡流盘越近的所述轮毂壁齿的高度越小；其中最高的所述轮毂壁齿位于所述导流孔的内侧。在上述涡轮散热结构中，进一步优选为:所述轮毂壁齿的圈数为五圈；所述轮毂壁齿为等间距排列，相邻所述轮毂壁齿之间的高度差为Λ h，取值范围为:0.1mm?0.5mm。分析可知，与现有技术相比，本专利技术的优点和有益效果在于:一、本专利技术通过在涡轮盘上设置通流孔，以及通过导流盘上的高度变化的导流盘壁齿及设置在导流盘外端部上的多个切槽结构，使得本专利技术的可以极大地改善涡轮叶片根部的冷却散热效果；并且该结构具有结构简单，加工成本低；形式灵活，尺寸调整便利；以及提高涡轮叶片根部关键区域的许用应力极限，改善了结构强度特性等一系列的优点。二、本专利技术设置的通流孔和切槽结构，可以使涡轮叶片根部内外均起到冷却散热效果，通过切槽对涡轮叶片根部的外部进行冷却，同时通过通流孔多涡轮叶片根部的内部进行冷却。三、本专利技术的环形空腔的宽度设置为由内向外逐渐增大；这样冷却气流在环形空腔中由内向外的流动中压力逐渐膨胀，气流速度逐渐增大；可以同时满足后续通流孔和切槽结构对冷却气体的需求。四、本专利技术的导流孔位于环形空腔的内侧端部，通流孔位于环形空腔的外侧端部，可以使环形空腔得到充分利用。【附图说明】图1为本专利技术优选实施例的涡轮散热结构的装配图。图2为本专利技术优选实施例的涡轮散热结构的后视图。图3为本专利技术优选实施例的涡轮散热结构的散热流道图。图4为本专利技术优选实施例的涡轮散热结构中的导流盘的立体图。图5为本专利技术优选实施例的涡轮散热结构中的导流盘的后视图。图6为本专利技术优选实施例的涡轮散热结构中的导流盘的主视图。图7为本专利技术优选实施例的涡轮散热结构中的导流盘的剖视图。图8为图7中的II局部放大图。图9为图7中的I局部放大图。图10为本专利技术的斜切槽的示意图。图11为本专利技术的切槽的两种母线结构示意图。图中，1-整体式涡轮；11_涡轮盘；12_涡轮叶片；13_通流孔；14_涡轮盘轮毂；15-外端部；2-导流盘；21_导流盘壁齿；22_导流孔；23_切槽；230_径向轮廓线；231_直线型母线；232_涡线型母线；24_轮毂壁齿；25_导流盘轮毂；26_翻边；3_环形空腔。【具体实施方式】下面结合附图和【具体实施方式】对本专利技术做进一步详细说明。如图1、图2所示，本专利技术优选实施例的涡轮散热结构主要包括整体式涡轮I和导流盘2，整体式涡轮I包括涡轮盘11和一体形成在涡轮盘11外圆周面上的多个涡轮叶片12，导流盘2的导流盘轮毂25固定套装在涡轮盘11的涡轮盘轮毂14处并且导流盘2的翻边26端部的外缘面压紧在涡轮盘11的第一侧面外端部15处(即涡轮叶片12的根部位置)，在导流盘2的第一侧面和涡轮盘11的第一侧面之间形成一环形空腔3 ;在涡轮盘11的外端部15上开有多个通流孔13，其贯穿涡流盘11，通流孔13位于导流盘2的翻边26端部的外缘面的内侧并与环形空腔3相贯通；在导流盘2上设有多个导流孔22，导流孔22与环形空腔3相贯通。具体而言，如图3所示，在工作时，冷却气体由导流孔22进入环形空腔3内，气流行至导流盘2的外圆周部的环形空腔3处，由设置在涡轮盘11的通流孔13从涡轮盘11的第一侧面流向第二侧面，由于这些通流孔13对应设置在涡轮叶片12的根部，从而实现了对涡轮叶片12的根部内侧的有效冷却。为了能够本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种涡轮散热结构，其特征在于：包括整体式涡轮和导流盘；所述整体式涡轮包括涡轮盘和一体形成在所述涡轮盘外圆周面上的多个涡轮叶片，所述导流盘的导流盘轮毂固定套装在所述涡轮盘的涡轮盘轮毂处并且所述导流盘的翻边端部的外缘面压紧在所述涡轮盘的第一侧面外端部处，在所述导流盘的第一侧面和所述涡轮盘的第一侧面之间形成一环形空腔；在所述涡轮盘的外端部上开有多个通流孔，所述通流孔位于所述导流盘的翻边端部的外缘面的内侧并与所述环形空腔相贯通；在所述导流盘上设有多个导流孔，所述导流孔与所述环形空腔相贯通。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：陈巍，
申请(专利权)人：中国能建集团装备有限公司北京技术中心，
类型：发明
国别省市：北京;11