[发明专利]一种具有盘腔导流肋板的双辐板涡轮盘

说明书

技术领域

本发明属于燃气轮机技术领域，具体地说,涉及一种用于燃气轮机上具有盘腔导流肋板和增加盘心轴向刚度的舌板结构的双辐板涡轮盘。

背景技术

随着燃气轮机涡轮进口温度的不断提高，高压涡轮盘的工作温度也越来越高。目前高压涡轮盘的盘缘温度已高达700°左右，距离高温燃气较远的盘心，其温度通常也在400°左右。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，一般来讲高压涡轮盘的温度应力大致占到其总应力的30％左右。目前单辐板涡轮盘已经达到了结构的设计极限，严重限制了发动机的进一步发展。为了适应不断升高的环境温度，需要针对燃气轮机高压涡轮盘进行冷却，减少其温度应力对于整个涡轮盘使用寿命的影响。目前涡轮盘冷却技术已经越来越得到重视，各种有利于冷却的涡轮盘设计和制造技术已成为燃气涡轮发动机设计的核心技术之一。

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、区别于以前单辐板的双辐板涡轮盘。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。双辐板涡轮盘内腔冷却的基本原理是:冷却空气通过尺寸较小的涡轮盘盘心入口进入截面面积较大的盘腔，经过盘腔的对流换热流入涡轮冷却叶片。与单辐板涡轮盘相比，这种结构形式有利于冷却空气直接流入双辐板涡轮中对内腔进行冷却，可以明显降低涡轮盘的工作温度、大幅减少冷气用量并提高AN2值；此外，在满足轮盘变形及强度要求的前提下，双辐板较之单幅板涡轮盘可以减重1/4。由于双辐板涡轮盘呈现的突出优势，美国开展的综合高性能涡轮发动机技术计划(IHPTET)(U.S.Department of Defense.Integrated high performance turbine engine technology(IHPTET)[R].Gas Turbine Forecast,Archived,2006)中将双辐板涡轮盘指定为高压涡轮盘结构的未来发展趋势。因此针对双辐板涡轮盘进行相关的结构设计并推广应用，对于进一步提升燃气轮机的性能具有重要意义。

但是所提出的盘腔表面光滑没有相应的辅助结构。这种涡轮盘腔形成的对流换热面积较小，并且导致冷气从较小入口流入较大盘腔后形成较大涡流、容易导致气体压力降低、流速减小，严重时会导致涡轮冷却叶片燃气倒灌；虽然提出一种保持双辐板距离的盘毂间隙控制器(hub spacer)，但是缺乏相应说明；此外，双辐板涡轮盘盘心往往具有较大的环形缺口，这种开口设计下的双辐板涡轮盘在盘心处轴向刚度较小，容易发生轴向变形和引起结构共振，甚至导致灾难性事故发生。因此进一步提高双辐板涡轮盘对流换热效率、提高盘腔出口压力，并增加盘心轴向刚度成为需要解决的问题。

发明内容

为了避免现有技术存在的不足,本发明提出一种具有盘腔导流肋板的双辐板涡轮盘。目的是采用具有盘腔导流肋板的双辐板涡轮盘和舌板结构，以解决现有双辐板涡轮盘换热效率低、盘腔出口压力小的问题；采用若干导流肋板和与舌板件结构与双辐板涡轮盘配合增加盘心处的轴向刚度。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括涡轮盘，其中还包括前辐板、后辐板、导流肋板、舌板、前轮毂、后轮毂，所述涡轮盘盘缘上沿圆周径向均布多个盘缘冷气通道,所述前辐板内壁面上沿径向和周向分层均布若干导流肋板，导流肋板弯曲方向与涡轮盘的旋转方向相同，所述后腹板内壁面上沿径向和周向分层均布若干导流肋板，导流肋板弯曲方向与涡轮盘的旋转方向相同，前辐板和后辐板与中心线倾斜角α为15～30°,所述舌板为圆环形,沿舌板圆周径向均布舌板中心通道，舌板嵌入在前轮毂与后轮毂之间,舌板中心通道与涡轮盘内腔相通，舌板中心通道与盘缘冷气通道数量相同。

所述前辐板上的导流肋板依中心向盘缘延伸为三层，导流肋板沿径向交错排列或等间距排列结构的任意一种。

所述后腹板上的导流肋板依中心向盘缘延伸为二层，导流肋板沿径向交错排列结构或等间距排列结构的任意一种。

所述导流肋板为叶片横截面形结构，弯曲弧度与叶片型线一致。

所述舌板与双辐板涡轮盘轮毂为过盈配合。

有益效果