一种具有盘腔扰流柱的双辐板涡轮盘.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN107060889A(43)申请公布日2017.08.18(21)申请号201710255290.8(22)申请日2017.04.19(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人李磊唐仲豪张猛创高文静万欢李亚东岳珠峰(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人华金(51)Int.Cl.F01D5/02(2006.01)F01D5/08(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图4页(54)发明名称一种具有盘腔扰流柱的双辐板涡轮盘(57)摘要本发明涉及一种具有盘腔扰流柱的双辐板涡轮盘，包括两个双辐板涡轮盘，在双辐板涡轮盘的盘腔内设有若干扰流柱，形成扰流柱群；扰流柱为柱状体，连接方式为两端分别与两个涡轮盘固连，或一端与其中一个涡轮盘表面连接，另一端与对面涡轮盘表面不接触；冷却气体通过双辐板涡轮盘盘心入口，进入双辐板涡轮盘盘腔内，通过扰流柱群的强化换热后，经过双辐板涡轮盘盘缘处出口流出。该发明盘腔内部布置的扰流柱群会使流经的冷却气体产生边界层分离，增加冷却气体湍流度，提高盘腔的强化换热效率；扰流柱群增加了涡轮盘盘腔与冷却气体的接触面积，可以进一步降低双辐板涡轮盘温度、减少冷却用量；②通过扰流柱群增加了双辐板涡轮盘前后辐板轴向刚度等。CN107060889ACN107060889A权利要求书1/1页1.一种具有盘腔扰流柱的双辐板涡轮盘，包括两个双辐板涡轮盘，其特征在于，在双辐板涡轮盘的盘腔内设有若干扰流柱(4)，形成扰流柱群；所述扰流柱(4)为柱状体，连接方式为两端分别与两个涡轮盘固连，或一端与其中一个涡轮盘表面连接，另一端与对面涡轮盘表面不接触；冷却气体通过双辐板涡轮盘盘心入口，进入双辐板涡轮盘盘腔内，通过扰流柱群的强化换热后，经过双辐板涡轮盘盘缘处出口流出。2.如权利要求1所述的一种具有盘腔扰流柱的双辐板涡轮盘，其特征在于，当扰流柱(4)两端分别与两个涡轮盘固连时，扰流柱(4)与扰流柱(4)之间相互平行分布或交错分布。3.如权利要求1所述的一种具有盘腔扰流柱的双辐板涡轮盘，其特征在于，当扰流柱(4)一端与其中一个涡轮盘固连，另一端与另一个涡轮盘不接触时，扰流柱(4)与扰流柱(4)之间相互平行分布或交错分布。4.如权利要求1所述的一种具有盘腔扰流柱的双辐板涡轮盘，其特征在于，扰流柱(4)轴线与辐板内表面所在平面之间的夹角为60度—90度。5.如权利要求1或4所述的一种具有盘腔扰流柱的双辐板涡轮盘，其特征在于，所述扰流柱(4)有不同的截面形状，如圆形、圆竹节形、椭圆竹节形、椭圆形、水滴形、矩形、菱形等。2CN107060889A说明书1/3页一种具有盘腔扰流柱的双辐板涡轮盘技术领域[0001]本发明涉及一种具有盘腔扰流柱的双辐板涡轮盘，可以用于航空发动机和燃气轮机领域。背景技术[0002]作为航空发动机和燃气轮机核心零部件，高压涡轮盘需要承受复杂的机械载荷和热载荷。恶劣的工况容易导致其破坏，并且涡轮盘一旦发生断裂将会击穿机匣引起灾难性事故的发生。传统高压涡轮盘常采用单辐板的形式，通过较厚的盘心和一定径向高度来承担叶片和自身的离心载荷，这种结构形式一方面大大增加了涡轮盘的重量，另一方面容易导致温度不均、热应力过大。当前单辐板涡轮盘已达到了结构的设计极限，限制了涡轮进口温度、高压涡轮转速的进一步提高，严重影响到高性能航空发动机的发展。[0003]针对传统单辐板涡轮盘的问题，美国综合高性能涡轮发动机技术(IHPTET)计划提出了一种新型涡轮盘——双辐板涡轮盘。其可利用两个辐板形成的盘腔进行冷却，具有明显降低工作温度、大幅减少冷气用量、等强度条件下减重17％-25％、有效提高AN2等巨大优势，已成为高压涡轮盘的未来发展趋势。[0004]美国专利“Twin-webrotordisk”(美国专利号5,961,287,1999-10-5)提出一种具有光滑盘腔的双辐板涡轮盘，冷气经盘心进入涡轮盘盘腔，对流换热后经盘缘出口排出。这种光滑盘腔结构由于没有采用强化换热手段，对流换热不够充分导致盘缘温度过高，容易引起盘缘和相连接的叶片榫头过早失效，降低双辐板涡轮盘的使用寿命，成为航空发动机安全服役的隐患，增加维护成本。中国专利“一种具有盘腔导流肋板的双辐板涡轮盘”(中国专利号ZL201410335942.5)在盘腔内部布置了一定数目的导流肋板，一方面增加了盘腔的换热面积、起到了强化换热的效果，另一方面起到了离心增压的作用；但是这种方式在距离盘缘的盘腔处布置的导流肋板数量和位置固定，换热面积较小，不能有效降低盘缘温度。因此，提高双辐板涡轮盘盘腔对流换热效率，进一步降低盘缘工作温度，对于提高双辐板涡轮盘的性能具有重要意义。发明内容[