CN112943374B - 一种具有接收孔的双辐板涡轮盘 - Google Patents

一种具有接收孔的双辐板涡轮盘 Download PDF

Info

Publication number
CN112943374B
CN112943374B CN201911262662.5A CN201911262662A CN112943374B CN 112943374 B CN112943374 B CN 112943374B CN 201911262662 A CN201911262662 A CN 201911262662A CN 112943374 B CN112943374 B CN 112943374B
Authority
CN
China
Prior art keywords
turbine
disc
disk
spoke
plate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201911262662.5A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112943374A (zh
Inventor
马爱纯
胡日骍
刘非凡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Central South University
Original Assignee
Central South University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Central South University filed Critical Central South University
Priority to CN201911262662.5A priority Critical patent/CN112943374B/zh
Publication of CN112943374A publication Critical patent/CN112943374A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112943374B publication Critical patent/CN112943374B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/081—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
    • F01D5/082—Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades on the side of the rotor disc
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/06—Rotors for more than one axial stage, e.g. of drum or multiple disc type; Details thereof, e.g. shafts, shaft connections
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00—Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

本发明提供了一种具有增强冷却效果的带接收孔的双辐板涡轮盘结构,在双辐板涡轮盘的前辐板上设有若干接收孔,涡轮盘盘缘处沿圆周径向均布盘缘冷气出口孔，双辐板涡轮盘前后轮毂中心不进气。冷却气体从涡轮盘两侧经过预旋喷嘴进入，首先冷却涡轮盘外壁面，随后前辐板侧冷却气体通过前辐板上接收孔进入涡轮盘腔冷却涡轮盘内壁面，最后通过盘缘冷气出口孔流出进一步冷却涡轮叶片。采用带接收孔的双辐板涡轮盘腔结构，提高了冷气与涡轮盘腔内部的对流换热,达到了更好的冷却效果，同时双辐板轮毂中心采用封严结构，对涡轮盘结构强度有一定的提升。

Description

一种具有接收孔的双辐板涡轮盘
技术领域
本发明属于航空发动机高压涡轮盘冷却技术领域,尤其涉及一种具有增强双辐板涡轮盘冷却效果的带接收孔双辐板涡轮盘结构。
背景技术
现代航空发动机都追求高推重比、高可靠性和低油耗，其有效手段是提高涡轮前温度，但提高涡轮前温度会使得涡轮叶片及涡轮盘等高温部件承受较大的热负荷。由于发动机涡轮叶片和涡轮盘都属于高速旋转部件，长时间处在高温环境下运行，如若工作环境温度过高，将直接影响发动机涡轮叶片及涡轮盘等热端部件的强度和寿命，甚至危及飞机飞行安全。因此，寻找对涡轮盘等热端部件的有效冷却方式显得尤为重要。增加冷却空气量可以改善对涡轮盘的冷却效果,但会使得航空发动机的整体性能下降,目前航空发动机空气系统的引气量占比可达20％,这对提高发动机性能造成很大压力，所以更有效的方法是采用更耐高温的材料和更合理的冷却结构对涡轮部件进行冷却。
传统高压涡轮盘均采用单辐板结构形式,这种形式的涡轮盘由于不能实现辐板内部的冷却,容易导致温度不均、热应力较大,已经很难满足大推重比的设计要求，严重限制了航空发动机的发展。专利Twin-Web rotor disk(美国专利号5,961,287,1999-10-5)中提到一种新型的双辐板涡轮盘，这种涡轮盘由轴向上前后两个辐板组成,两个辐板围成一个中心盘腔，增加了冷却空气与盘腔内壁面的对流换热。与单辐板涡轮盘相比,这种结构形式能使冷却空气与涡轮盘充分对流换热，增强冷却效果，能明显降低涡轮盘的工作温度、大幅减少冷气用量；此外,在满足轮盘变形及强度要求的前提下,与单辐板涡轮盘相比可减重1/4，因此在美国高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划中,将双辐板涡轮盘指定为高压涡轮盘未来的发展趋势。
发明内容
为本发明要解决的技术问题是提供一种带接收孔的双辐板涡轮盘-腔结构,可进一步增大盘腔内表面及盘缘的换热效果,使涡轮盘得到充分冷却。
为解决上述问题，本发明提供了一种具有提升涡轮盘冷却效果的带接收孔双辐板涡轮盘-腔结构,由带接收孔的前辐板、后辐板、开有冷气出口孔的盘缘组成。
冷却气体通过涡轮盘两侧预旋喷嘴进入，对涡轮盘前后辐板进行冷却，随后前辐板侧冷却气体通过前辐板上接收孔流入涡轮盘腔对内壁面进行冷却，最后通过盘缘上冷气出口孔流出进一步对涡轮叶片进行冷却；双辐板涡轮盘的轮毂中心为封严结构，不进气。
所述的接收孔位于盘缘下方且靠近冷气出口孔位置，孔径4-6mm。
所述盘缘上冷气出口孔沿周向均匀布置，孔径3-5mm。
所述冷气出口孔位置与接收孔位置中心线位于一个平面上。
经研究中心进气对盘腔内冷却效果较小，为了使双辐板涡轮盘结构强度更大，故不设计中心进气，轴心位置处两轮毂间距较小，宽约2-5mm。
本发明的有益效果是：
(1)采用在涡轮盘前辐板上带接收孔和盘缘沿径向分布冷气出口孔的涡轮盘腔冷却结构，不仅能更好地冷却涡轮盘外表面，而且冷却气体能更多的进入涡轮盘腔内对内表面及盘缘进行冷却，提高了冷却效果。
(2)该冷却结构中，接收孔均匀分布在盘缘下方靠近冷气出口孔位置，其中心线与冷气出口孔中心线位于同一平面上，对涡轮盘结构强度影响较小，孔径4-6mm。
本发明是一种适用于双辐板涡轮盘盘腔的一侧辐板带接收孔的冷却结构,增强了涡轮盘腔内表面与盘缘的冷却效果，同时双辐板轮毂中心采用封严结构，对涡轮盘结构强度有一定的提升。该结构设计能够有效提高冷气的利用效率,且加工方法简单,易于在实际双辐板涡轮盘盘腔中实现。
附图说明
图1为带接收孔的双辐板涡轮盘轴向截面剖视图
图2为带接收孔的双辐板涡轮盘三维视图
图中符号说明如下：
1盘缘，2盘缘冷气出口孔，3冷气接收孔，4前辐板，5后辐板，6涡轮盘盘腔，7前轮毂，8后轮毂。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
如图1、图2所示,本发明的一种带接收孔的双辐板涡轮盘腔冷却结构,接收孔均匀分布在盘缘下方，对涡轮盘结构强度影响较小，孔径4-6mm，冷气出口孔与接收孔中心线位于一个平面上，孔径约为3-5mm，轮毂中心为封严结构，间距约为2-5mm。
冷却气体通过涡轮盘两侧喷嘴进入，首先对涡轮盘两侧辐板外壁面进行冷却，随后前辐板侧冷却气体通过接收孔进入涡轮盘腔内对内壁面进行冷却，最后通过盘缘上冷气出口孔流出进一步冷却涡轮叶片。
本发明的涡轮盘一侧带接收孔的结构，不仅增强了涡轮盘冷却效果，且加工简单，易于实现。

Claims (1)

1.一种具有提升涡轮盘冷却效果的带接收孔的双辐板涡轮盘结构,其特征在于：
在涡轮盘的前辐板上靠近盘缘位置开有接收孔，在涡轮盘的盘缘中心开有冷气出口孔；
冷却气体通过涡轮盘两侧预旋喷嘴进入，对涡轮盘前后辐板进行冷却，随后前辐板侧冷却气体通过前辐板上接收孔流入涡轮盘腔对内壁面进行冷却，最后通过盘缘上冷气出口孔流出对涡轮叶片进行冷却；
双辐板涡轮盘的轮毂中心为封严结构，不进气；
涡轮盘应力主要集中在盘缘处，所述接收孔位于盘缘下方且靠近冷气出口孔位置，沿周向均匀布置，所述接收孔的孔径为4-6mm；
所述盘缘上冷气出口孔沿周向均匀布置，孔径为3-5mm；
所述前辐板的径向内侧连接有前轮毂；
所述后辐板的径向内侧连接有后轮毂；
轴心位置处所述前轮毂和所述后轮毂的间距为2-5mm；
所述冷气出口孔与接收孔中心线位于一个平面上。
CN201911262662.5A 2019-12-11 2019-12-11 一种具有接收孔的双辐板涡轮盘 Active CN112943374B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911262662.5A CN112943374B (zh) 2019-12-11 2019-12-11 一种具有接收孔的双辐板涡轮盘

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201911262662.5A CN112943374B (zh) 2019-12-11 2019-12-11 一种具有接收孔的双辐板涡轮盘

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112943374A CN112943374A (zh) 2021-06-11
CN112943374B true CN112943374B (zh) 2022-11-15

Family

ID=76226057

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201911262662.5A Active CN112943374B (zh) 2019-12-11 2019-12-11 一种具有接收孔的双辐板涡轮盘

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112943374B (zh)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5961287A (en) * 1997-09-25 1999-10-05 United Technologies Corporation Twin-web rotor disk
CN104196572A (zh) * 2014-07-15 2014-12-10 西北工业大学 一种具有盘腔导流肋板的双辐板涡轮盘
CN106014485A (zh) * 2016-07-01 2016-10-12 中航空天发动机研究院有限公司 一种应用于双辐板涡轮盘盘腔的导流冷却结构
CN106089310A (zh) * 2016-07-01 2016-11-09 中航空天发动机研究院有限公司 一种提高辐板承载能力的纤维增强双辐板涡轮盘

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7559745B2 (en) * 2006-03-21 2009-07-14 United Technologies Corporation Tip clearance centrifugal compressor impeller

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5961287A (en) * 1997-09-25 1999-10-05 United Technologies Corporation Twin-web rotor disk
CN104196572A (zh) * 2014-07-15 2014-12-10 西北工业大学 一种具有盘腔导流肋板的双辐板涡轮盘
CN106014485A (zh) * 2016-07-01 2016-10-12 中航空天发动机研究院有限公司 一种应用于双辐板涡轮盘盘腔的导流冷却结构
CN106089310A (zh) * 2016-07-01 2016-11-09 中航空天发动机研究院有限公司 一种提高辐板承载能力的纤维增强双辐板涡轮盘

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
旋转盘腔进气位置的敏感性分析;丁水汀等;《航空动力学报》;20110831;第26卷(第8期);第1681-1687页 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN112943374A (zh) 2021-06-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104196572B (zh) 一种具有盘腔导流肋板的双辐板涡轮盘
CN106014485B (zh) 一种应用于双辐板涡轮盘盘腔的导流冷却结构
US8113784B2 (en) Coolable airfoil attachment section
CN107060889A (zh) 一种具有盘腔扰流柱的双辐板涡轮盘
CN105275499B (zh) 一种具有离心增压和封严效果的双辐板涡轮盘盘心进气结构
CN111911237A (zh) 一种带冷却引气增压叶轮的涡轮转子
CN110805476A (zh) 一种带有容腔封严结构的涡轮盘
CN104963775A (zh) 一种微型无叶片式燃气轮机
CN106761945A (zh) 一种低惯量涡轮盘结构
CN112943374B (zh) 一种具有接收孔的双辐板涡轮盘
CN104603399A (zh) 翼型件冷却回路和相应的翼型件
CN108374692B (zh) 一种涡轮轮盘及涡轮发动机
CN117328947A (zh) 一种适用于高压涡轮盘的高效冷却结构
CN204899984U (zh) 一种涡轮散热结构
CN108180171B (zh) 航空发动机高压压气机前盘腔引气结构
CN111350549A (zh) 一种适用于富燃工质涡轮高温静叶的冷却结构
CN115680798A (zh) 一体化涡轮盘冷却结构
CN204458937U (zh) 一种汽车制动盘
CN114017131B (zh) 一种变几何低压涡轮导向叶片半层板冷却结构
CN103016077A (zh) 涡轮盘冷却封严装置
CN113623014B (zh) 一种燃气轮机透平叶片-轮盘联合冷却结构
CN112324518A (zh) 具有基于涡流效应内冷通道的涡轮叶片
CN116291743B (zh) 飞机辅助动力装置及组合式混流涡轮
CN202628198U (zh) 涡轮叶片前缘沉槽肋内冷结构
CN205370747U (zh) 一种涡轮增压器中间体

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant