CN114278385A - 一种带有遮热板和空气夹层的新型涡轮盘腔隔热结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种带有遮热板和空气夹层的新型涡轮盘腔隔热结构，包括涡轮导叶，涡轮导叶的一侧设有涡轮隔热板，涡轮导叶的一端设有有涡轮动叶，涡轮隔热板相对涡轮导叶的位置设有凸台，涡轮隔热板远离涡轮导叶的一端通过螺钉固定连接有机封外壳与电机外壳，本发明的有益效果：通过长螺钉分别与机封外壳和电机外壳螺纹连接，起到固定涡轮盘隔热板，防止因隔热板悬臂距离过大产生大幅度振动的作用，同时涡轮盘隔热板贴近涡轮盘，两者之间形成了较小的盘腔间隙可以防止大的涡系生成，避免涡轮盘共振保证运行安全；相对于大涡系流动，狭窄盘腔空间内的流动的对流换热系数较小，降低了涡轮盘向遮热板的换热量。

Description

一种带有遮热板和空气夹层的新型涡轮盘腔隔热结构

技术领域：

本发明属于涡轮盘腔隔热技术领域，特别涉及一种带有遮热板和空气夹层的新型涡轮盘腔隔热结构。

背景技术：

高超声速飞行器的飞行速度通常都在5马赫以上，高马赫数飞行导致来流空气滞止温度随之升高。当飞行器马赫数达到4时，滞止温度约为860K左右，而马赫数达到6时，滞止温度可以达到1600K。一方面，飞行器面临越来越严重的热防护问题，而另一方面，则可以考虑利用部分气动热推动涡轮部件膨胀做功实现热电转化，解决高超声速飞行器的供电问题，同时也可以降低热防护系统的工作压力。近年来依靠飞行器高速飞行时的高温高速来流推动空气涡轮膨胀做功并带动高速电机发电成为解决高超声速飞行器供电问题主要解决方案之一。

在涡轮发电装置中，高温高速空气不可避免的会通过涡轮转静间隙入侵涡轮盘腔，造成盘腔内始终处于高温环境。其次涡轮发电装置通常采用紧凑式设计方案以减小对飞行器气动外形设计的影响，这样势必会造成各部件之间的传热量骤增，使得靠近涡轮端的轴承与密封装置寿命降低甚至失效。传统涡轮盘遮热方案中涡轮盘与隔热板之间的腔体较大会产生较大的涡系流动，易引发涡轮盘共振且增强涡轮盘腔流动换热，减弱隔热板的隔热效果，危害涡轮盘运转安全。因此需要设计一种在涡轮盘腔有限空间内实现可靠有效隔热的热防护结构，保证涡轮发电装置正常工作。

发明内容：

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种带有遮热板和空气夹层的新型涡轮盘腔隔热结构，通过长螺钉分别与机封外壳和电机外壳螺纹连接，起到固定涡轮盘隔热板，防止因隔热板悬臂距离过大产生大幅度振动的作用。同时涡轮盘隔热板贴近涡轮盘，两者之间形成了较小的盘腔间隙可以防止大的涡系生成，避免涡轮盘共振保证运行安全，起到稳定流动的作用。相对于大涡系流动，狭窄盘腔空间内的流动的对流换热系数较小，降低了涡轮盘向遮热板的换热量。遮热板将左侧机匣内空气与涡轮盘腔内空气隔开，由原来的强迫对流换热变成自然对流换热，起到降低涡轮侧高温空气向机封侧传热量的作用。

为了解决上述问题，本发明提供了一种技术方案：

一种带有遮热板和空气夹层的新型涡轮盘腔隔热结构，包括涡轮导叶，所述涡轮导叶的一侧设有涡轮隔热板，所述涡轮导叶的一端设有有涡轮动叶，所述涡轮隔热板相对涡轮导叶的位置设有凸台，所述涡轮隔热板远离涡轮导叶的一端通过螺钉固定连接有机封外壳与电机外壳，所述涡轮隔热板远离涡轮导叶和机封外壳的一侧紧贴有涡轮盘，所述涡轮盘与涡轮动叶固定连接，所述机封外壳与涡轮盘之间设有机封隔热板，所述机封隔热板的顶部与机封外壳焊接，所述机封隔热板与机封外壳之间形成有空气夹层。

作为本发明的一种优选技术方案，所述涡轮隔热板的中部螺纹连接有长螺钉，所述长螺钉贯穿涡轮隔热板依次与机封外壳和电机外壳螺纹连接，所述机封外壳远离机封隔热板的一侧固定连接有密封圈挡板，所述密封圈挡板与机封外壳之间设有短螺钉。

作为本发明的一种优选技术方案，所述机封外壳靠近密封圈挡板的一侧外部套设有斯特封，所述斯特封由内圈和外圈组合而成，所述斯特封的内圈材质为聚四氟乙烯，外圈材质为丁腈橡胶，所述斯特封的外部套设有静圈外套，所述静圈外套的外部套设有弹性套筒。

本发明的有益效果：通过长螺钉分别与机封外壳和电机外壳螺纹连接，起到固定涡轮盘隔热板，防止因隔热板悬臂距离过大产生大幅度振动的作用，同时涡轮盘隔热板贴近涡轮盘，两者之间形成了较小的盘腔间隙可以防止大的涡系生成，避免涡轮盘共振保证运行安全；相对于大涡系流动，狭窄盘腔空间内的流动的对流换热系数较小，降低了涡轮盘向遮热板的换热量。遮热板将左侧机匣内空气与涡轮盘腔内空气隔开，由原来的强迫对流换热变成自然对流换热，起到降低涡轮侧高温空气向机封侧传热量的作用。

机封隔热板与机封外壳之间存在一定的间隔可以形成空气夹层，可以增加热阻降低导热，为斯特封起到隔热的作用，避免温度过高影响斯特封，保证密封效果，外圈为丁腈橡胶材质O型圈，内圈为聚四氟乙烯圈的斯特封，可以对油路b中的冷却油起到密封作用，O型圈为施力元件可以提供足够的密封力，对聚四氟乙烯圈起到补偿作用。

附图说明：

为了易于说明，本发明由下述的具体实施及附图作以详细描述。

图1为本发明的剖切结构示意图；

图2为本发明的斯特封的连接结构示意图。

图中：1、涡轮动叶；2、涡轮盘；3、长螺钉；4、涡轮隔热板；5、机封隔热板；6、机封外壳；7、斯特封；8、弹性套筒；9、静圈外套；10、密封圈挡板；11、短螺钉；12、电机外壳；13、涡轮导叶。

具体实施方式：

如图1-2所示，本具体实施方式采用以下技术方案：一种带有遮热板和空气夹层的新型涡轮盘腔隔热结构，包括涡轮导叶13，涡轮导叶13的一侧设有涡轮隔热板4，涡轮导叶13的一端固定连接有涡轮动叶1，涡轮隔热板4相对涡轮导叶13的位置设有凸台，安装时起到轴向位置卡紧的作用；涡轮隔热板4远离涡轮导叶13的一端通过螺钉设有有机封外壳6与电机外壳12，采用螺钉将隔热板固定在机封外壳6与电机外壳12上，起到防止因隔热板悬臂距离过大产生大幅度振动的作用；涡轮隔热板4远离涡轮导叶13和机封外壳6的一侧紧贴有涡轮盘2，涡轮盘2与涡轮动叶1固定连接，机封外壳6与涡轮盘2之间设有机封隔热板5，机封隔热板5的顶部与机封外壳6焊接，机封隔热板5与机封外壳6之间形成有空气夹层，涡轮隔热板4贴近涡轮盘2，较小的盘腔空间有助于抑制涡轮盘2腔中产生大的涡系流动，涡轮隔热板4的中部螺纹连接有长螺钉3，长螺钉3贯穿涡轮隔热板4依次与机封外壳6和电机外壳12螺纹连接。

机封外壳6远离机封隔热板5的一侧固定连接有密封圈挡板10，密封圈挡板10与机封外壳6之间设有短螺钉11，机封外壳6靠近密封圈挡板10的一侧外部套设有斯特封7，斯特封7由内圈和外圈组合而成，斯特封7的内圈材质为聚四氟乙烯，外圈材质为丁腈橡胶，安装时卡紧在密封圈挡板10和机封外壳6之间，对流路b中的冷却油起到封油的作用，斯特封7的外部套设有静圈外套9，静圈外套9的外部套设有弹性套筒8，与转轴过盈配合跟随转轴转动。套筒中预留沟槽可以起到减小导热的作用。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内，本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种带有遮热板和空气夹层的新型涡轮盘腔隔热结构，其特征在于，包括涡轮导叶(13)，所述涡轮导叶(13)的一侧设有涡轮隔热板(4)，所述涡轮导叶(13)的一端设有有涡轮动叶(1)，所述涡轮隔热板(4)相对涡轮导叶(13)的位置设有凸台，所述涡轮隔热板(4)远离涡轮导叶(13)的一端通过螺钉固定连接有机封外壳(6)与电机外壳(12)，所述涡轮隔热板(4)远离涡轮导叶(13)和机封外壳(6)的一侧紧贴有涡轮盘(2)，所述涡轮盘(2)与涡轮动叶(1)固定连接，所述机封外壳(6)与涡轮盘(2)之间设有机封隔热板(5)，所述机封隔热板(5)的顶部与机封外壳(6)焊接，所述机封隔热板(5)与机封外壳(6)之间形成有空气夹层。

2.根据权利要求1所述的一种带有遮热板和空气夹层的新型涡轮盘腔隔热结构，其特征在于：所述涡轮隔热板(4)的中部螺纹连接有长螺钉(3)，所述长螺钉(3)贯穿涡轮隔热板(4)依次与机封外壳(6)和电机外壳(12)螺纹连接，所述机封外壳(6)远离机封隔热板(5)的一侧固定连接有密封圈挡板(10)，所述密封圈挡板(10)与机封外壳(6)之间设有短螺钉(11)。

3.根据权利要求2所述的一种带有遮热板和空气夹层的新型涡轮盘腔隔热结构，其特征在于：所述机封外壳(6)靠近密封圈挡板(10)的一侧外部套设有斯特封(7)，所述斯特封(7)由内圈和外圈组合而成，所述斯特封(7)的内圈材质为聚四氟乙烯，外圈材质为丁腈橡胶，所述斯特封(7)的外部套设有静圈外套(9)，所述静圈外套(9)的外部套设有弹性套筒(8)。

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