CN107035426A - 一种带冷却的整体轮盘及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种带冷却的整体轮盘及其制造方法，本发明属于高温涡轮技术领域。本发明的带冷却的整体轮盘通过增材制造技术一体化成型，其包括叶盘、若干叶片与若干热管，所述若干叶片均匀排布于所述叶盘的端面上，所述若干热管沿所述叶盘周向排布，所述热管沿所述轮盘径向方向设置，其两端分别设置于所述叶盘与所述叶片内部，且所述热管首尾相连形成一封闭的导热管路，所述热管内填充有导热介质，用于循环散发所述轮盘工作产生的热量。本发明的整体轮盘散热效率高、温度梯度低，开发制造的周期和成本低。本发明的带冷却的整体轮盘的制造方法具有开发制造的周期和成本低的好处。
Description
技术领域
本发明属于高温涡轮技术领域，尤其是涉及一种带冷却的整体轮盘及其制造方法。
背景技术
高温涡轮是航空发动机（燃气轮机）中的核心部件，它是通过高温高压的燃气流产生的能量转换成为机械能输出，高温涡轮在高温状态下的散热和应力集中问题一直以来是高温涡轮部件研发面临的重要课题。
此外，目前高温涡轮的制造基本将叶盘、叶轮等部件单独进行生产制造，然后将制造好的部件装配成完整的高温涡轮，这种制造方式常常容易因为各部件之间的装配不稳定，而导致工作时部件脱落的问题，并且，受到制造方式的影响，其开发、制造的周期和成本耗费高。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于：提供一种带冷却的整体轮盘，具有散热效率高、轮盘内部温度梯度低，同时制造和开发的成本低、周期短。
本发明所要解决的技术问题还在于：提供一种带冷却的整体轮盘的制造方法，其制造和开发的成本低、周期短。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案在于：提供一种带冷却的整体轮盘，所述轮盘通过增材制造技术一体化成型，其包括叶盘、若干叶片与若干热管，所述若干叶片均匀排布于所述叶盘的端面上，所述若干热管沿所述叶盘周向排布，所述热管沿所述轮盘径向方向设置，其两端分别设置于所述叶盘与所述叶片内部，且所述热管首尾相连形成一封闭的导热管路，所述热管内填充有导热介质，用于循环散发所述轮盘工作产生的热量。
作为上述技术方案的进一步改进，所述叶片内还开设有气膜冷却通道。
作为上述技术方案的进一步改进，所述若干热管内填充相同的导热介质。
作为上述技术方案的进一步改进，所述热管内填充不同的导热介质。
作为上述技术方案的进一步改进，所述轮盘还包括叶冠，所述叶冠盖设于所述叶片上端。
作为上述技术方案的进一步改进，所述叶盘与所述叶片内开设有细网结构。
作为上述技术方案的进一步改进，所述叶盘的盘面上固设有接口，所述接口与所述热管导通，用于补充热管内的导热介质。
作为上述技术方案的进一步改进，所述接口远离于所述叶盘的盘心位置设置。
本发明还提供一种带冷却的整体轮盘的制造方法，其包括如下步骤：步骤一、使用3D建模软件创建整体轮盘的三维模型；步骤二、对建立的整体轮盘的三维模型进行工况模拟仿真分析，检验并优化整体轮盘的结构强度和疲劳寿命；步骤三、将优化后的模型导入增材制造设备，进行一体化成型；步骤四、通过接口向热管内导入导热介质，并将接口封装。
作为上述技术方案的进一步改进，步骤三之后、步骤四之前，将一体化成型的整体轮盘进行后处理。
本发明的有益效果：
本发明的带冷却的整体轮盘采用增材制造技术一体化成型，大大节约开发制造的成本和周期；本发明的带冷却的整体轮盘包括叶盘、若干叶片与热管，通过热管形成一散热管路，并在热管内填充有导热介质，能顾有效的散发轮盘内的热量，降低温度梯度；本发明的带冷却的整体轮盘的制造方法可以有效的降低带冷却的整体轮盘的开发制造的周期和成本。
附图说明
图1是本发明的带冷却的整体轮盘的整体结构示意图；
图2是本发明的带冷却的整体轮盘热管位置处的结构示意图；
图3是本发明的带冷却的整体轮盘的侧剖视图；
图4是本发明的带冷却的整体轮盘的制造方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
请一并参照图1至图3，本发明提供了一种带冷却的整体轮盘，其采用增材制造技术一体化成型，保证了整体轮盘的结构稳定性，也大大降低了轮盘的开发制造的成本和周期，同时，为了提高其散热效率、降低其温度梯度，其至少包括叶盘1、叶片2以及热管3，其中，叶盘1呈圆盘形，在叶盘1的端面上固设有若干叶片2，且若干叶片2沿叶盘1的圆周方向均匀布置，热管3沿轮盘的径向方向设置，其两端分别设置于叶盘1与叶片2内，且热管3首尾相连形成一封闭的散热管路，在热管3内填充有导热介质，导热介质受热在靠近叶盘1一端受热蒸发，并移动到叶片2一端，并在叶片2一端遇冷冷凝，然后顺热管3的管路流到叶盘1一端，如此反复，形成一散热的循环，大大提高了散热的效率、降低了整体轮盘内的温度梯度。
导热介质可以选择为：水与丙酮的混合物、乙醇等有机化合物或者钾、钠等碱金属，本实施例中的多个热管3内可以填充同一种导热介质，还可以填充不同种类的导热介质，热管3内填充不同种类的导热介质可以改变整体轮盘的散热性能，满足不同的散热需求。
叶片2内还开设有气膜冷却通道（图中未示出），在整体轮盘工作时对整体轮盘起冷却的作用，气膜冷却通道与热管3相互配合，保证了整体轮盘的散热效率以及温度梯度，提高整体轮盘的使用寿命。
优选的，本发明的带冷却的整体轮盘还包括叶冠4，叶冠4盖设于叶片2上，在工作状态时，叶冠4的设置有效的避免了导热介质的泄露，提高涡轮转子的工作效率。
叶盘1、叶片2以及叶冠4的亚表面还设置有细网结构（图中未示出），可减少轮盘的质量，并降低轮盘转动时的离心力，改善刚度分布，减小应力集中。
叶盘1的盘面上开设有若干输入接口10，每个输入接口10均对应于一个热管3设置，输入接口10与热管3导通，通过输入接口10向热管3内填充导热介质，工作时，输入接口10进行封装处理，防止导热介质泄露。
输入接口10的设置导致了叶盘1的盘面上会存在力学性能的改变，降低叶盘1的结构强度，为降低输入接口10对叶盘1的影响，将输入接口10远离于叶盘1的盘心位置设置，使得输入接口10对叶盘1力学性能影响降到最低。
叶盘1的盘心位置处开设有通孔11，叶盘1通过通孔11与输出轴相连，为外部器件提供驱动力。
本发明还提供一种带冷却的整体轮盘的制造方法，如图4所示，其制造流程包括如下步骤：
S100，使用三维建模软件建立整体轮盘的三维模型，在建模的过程中，选择叶盘、叶片、叶冠、热管等的材料，同时设计出内部的细网机构。
S110，将建立的三维模型进行仿真模拟分析，验证其结构强度以及疲劳寿命，根据实际工况的需求，对三维模型进行优化。
S120，将优化后的三维模型导入增材制造设备中，进行增材制造，一体化成型整体轮盘。
S121，对成型后的整体轮盘进行后处理，如对整体轮盘的表面进行热处理、对整体轮盘进行精密加工处理，进一步改善整体轮盘的力学性能。
S130，通过输入接口向热管内填充导热介质，然后将输入接口封装处理，针对不同的热管，可以填充同样的导热介质，也可以填充不同的导热介质，不同的导热介质可以满足不同的导热需求。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。
Claims (10)
1.一种带冷却的整体轮盘，其特征在于：所述轮盘通过增材制造技术一体化成型，其包括叶盘、若干叶片与若干热管，所述若干叶片均匀排布于所述叶盘的端面上，所述若干热管沿所述叶盘周向排布，所述热管沿所述轮盘径向方向设置，其两端分别设置于所述叶盘与所述叶片内部，且所述热管首尾相连形成一封闭的导热管路，所述热管内填充有导热介质，用于循环散发所述轮盘工作产生的热量。
2.根据权利要求1所述的整体轮盘，其特征在于：所述叶片内还开设有气膜冷却通道。
3.根据权利要求2所述的整体轮盘，其特征在于：所述若干热管内填充相同的导热介质。
4.根据权利要求2所述的整体轮盘，其特征在于：所述若干热管内填充不同的导热介质。
5.根据权利要求3或4所述的整体轮盘，其特征在于：所述轮盘还包括叶冠，所述叶冠盖设于所述叶片上端。
6.根据权利要求5所述的整体轮盘，其特征在于：所述叶盘与所述叶片内开设有细网结构。
7.根据权利要求6所述的整体轮盘，其特征在于：所述叶盘的盘面上固设有输入接口，所述输入接口与所述热管导通，用于补充热管内的导热介质。
8.根据权利要求7所述的整体轮盘，其特征在于：所述接口远离于所述叶盘的盘心位置设置。
9.一种带冷却的整体轮盘的制造方法，其特征在于，其包括如下步骤：
步骤一、使用3D建模软件创建整体轮盘的三维模型；
步骤二、对建立的整体轮盘的三维模型进行工况模拟仿真分析，检验并优化整体轮盘的结构强度和疲劳寿命；
步骤三、将优化后的模型导入增材制造设备，进行一体化成型；
步骤四、通过输入接口向热管内导入导热介质，并将接口封装。
10.根据权利要求9所述的待冷却的整体轮盘的制造方法，其特征在于：步骤三之后、步骤四之前，将一体化成型的整体轮盘进行后处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20170811 |
|
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |