[發明專利]一種具有盤腔導流肋板的雙輻板渦輪盤

有效

• 申請號: 201410335942.5
• 申請日: 2014-07-15
• 公開（公告）號: CN104196572A
• 公開（公告）日: 2014-12-10
• 發明（設計）人: 李磊;張猛創;仝福娟;高文靜;楊未柱;楊帆;曾小虎;岳珠峰;茍文選
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: F01D5/06
• 分類號: F01D5/06;F01D5/08
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 陳星

技術領域

本發明屬于燃氣輪機技術領域，具體地說,涉及一種用于燃氣輪機上具有盤腔導流肋板和增加盤心軸向剛度的舌板結構的雙輻板渦輪盤。

背景技術

隨著燃氣輪機渦輪進口溫度的不斷提高，高壓渦輪盤的工作溫度也越來越高。目前高壓渦輪盤的盤緣溫度已高達700°左右，距離高溫燃氣較遠的盤心，其溫度通常也在400°左右。傳統高壓渦輪盤均采用單輻板結構形式，這種形式的渦輪盤由于不能實現輻板內部的冷卻，容易導致溫度不均、熱應力較大，一般來講高壓渦輪盤的溫度應力大致占到其總應力的30％左右。目前單輻板渦輪盤已經達到了結構的設計極限，嚴重限制了發動機的進一步發展。為了適應不斷升高的環境溫度，需要針對燃氣輪機高壓渦輪盤進行冷卻，減少其溫度應力對于整個渦輪盤使用壽命的影響。目前渦輪盤冷卻技術已經越來越得到重視，各種有利于冷卻的渦輪盤設計和制造技術已成為燃氣渦輪發動機設計的核心技術之一。

專利Twin-web?rotor?disk(美國專利號5,961,287，1999-10-5)中提到一種新型的、區別于以前單輻板的雙輻板渦輪盤。這種渦輪盤由軸向上前后兩個輻板組成，兩個輻板圍成一個中心盤腔。雙輻板渦輪盤內腔冷卻的基本原理是:冷卻空氣通過尺寸較小的渦輪盤盤心入口進入截面面積較大的盤腔，經過盤腔的對流換熱流入渦輪冷卻葉片。與單輻板渦輪盤相比，這種結構形式有利于冷卻空氣直接流入雙輻板渦輪中對內腔進行冷卻，可以明顯降低渦輪盤的工作溫度、大幅減少冷氣用量并提高AN2值；此外，在滿足輪盤變形及強度要求的前提下，雙輻板較之單幅板渦輪盤可以減重1/4。由于雙輻板渦輪盤呈現的突出優勢，美國開展的綜合高性能渦輪發動機技術計劃(IHPTET)(U.S.Department?of?Defense.Integrated?high?performance?turbine?engine?technology(IHPTET)[R].Gas?Turbine?Forecast,Archived,2006)中將雙輻板渦輪盤指定為高壓渦輪盤結構的未來發展趨勢。因此針對雙輻板渦輪盤進行相關的結構設計并推廣應用，對于進一步提升燃氣輪機的性能具有重要意義。

但是所提出的盤腔表面光滑沒有相應的輔助結構。這種渦輪盤腔形成的對流換熱面積較小，并且導致冷氣從較小入口流入較大盤腔后形成較大渦流、容易導致氣體壓力降低、流速減小，嚴重時會導致渦輪冷卻葉片燃氣倒灌；雖然提出一種保持雙輻板距離的盤轂間隙控制器(hub?spacer)，但是缺乏相應說明；此外，雙輻板渦輪盤盤心往往具有較大的環形缺口，這種開口設計下的雙輻板渦輪盤在盤心處軸向剛度較小，容易發生軸向變形和引起結構共振，甚至導致災難性事故發生。因此進一步提高雙輻板渦輪盤對流換熱效率、提高盤腔出口壓力，并增加盤心軸向剛度成為需要解決的問題。

發明內容

為了避免現有技術存在的不足,本發明提出一種具有盤腔導流肋板的雙輻板渦輪盤。目的是采用具有盤腔導流肋板的雙輻板渦輪盤和舌板結構，以解決現有雙輻板渦輪盤換熱效率低、盤腔出口壓力小的問題；采用若干導流肋板和與舌板件結構與雙輻板渦輪盤配合增加盤心處的軸向剛度。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案是:包括渦輪盤，其中還包括前輻板、后輻板、導流肋板、舌板、前輪轂、后輪轂，所述渦輪盤盤緣上沿圓周徑向均布多個盤緣冷氣通道,所述前輻板內壁面上沿徑向和周向分層均布若干導流肋板，導流肋板彎曲方向與渦輪盤的旋轉方向相同，所述后腹板內壁面上沿徑向和周向分層均布若干導流肋板，導流肋板彎曲方向與渦輪盤的旋轉方向相同，前輻板和后輻板與中心線傾斜角α為15～30°,所述舌板為圓環形,沿舌板圓周徑向均布舌板中心通道，舌板嵌入在前輪轂與后輪轂之間,舌板中心通道與渦輪盤內腔相通，舌板中心通道與盤緣冷氣通道數量相同。

所述前輻板上的導流肋板依中心向盤緣延伸為三層，導流肋板沿徑向交錯排列或等間距排列結構的任意一種。

所述后腹板上的導流肋板依中心向盤緣延伸為二層，導流肋板沿徑向交錯排列結構或等間距排列結構的任意一種。

所述導流肋板為葉片橫截面形結構，彎曲弧度與葉片型線一致。

所述舌板與雙輻板渦輪盤輪轂為過盈配合。

有益效果