一種渦輪散熱結構的制作方法
【技術領域】
[0001]本實用新型屬于旋轉動力機械渦輪結構設計領域，具體而言，本實用新型涉及一種渦輪散熱結構，具體指一種用在盤片一體式渦輪，提高封嚴效果及降低葉片向輪盤傳熱量的散熱結構。
【背景技術】
[0002]燃氣渦輪發動機的渦輪盤是燃氣渦輪的關鍵零件，承受著嚴酷的熱和機械的負荷，工作條件非常惡劣，為保證運行期間渦輪盤結構的機械性能，繼而保證其壽命和可靠性，提供渦輪盤的封嚴效果，防止高溫燃氣直接沖擊渦輪盤，同時盡可能降低渦輪盤的工作溫度至關重要。
[0003]基于工藝制造及設備維護的更換考慮，在實際生產中，渦輪葉片和渦輪盤通常單獨加工制備，然后再組裝在一起，該種形式的渦輪結構通常稱為分體式渦輪。分體式渦輪由帶榫頭的葉片和帶榫槽的輪盤兩部分組成，榫頭插入榫槽，形成渦輪盤體，并由導流盤沿軸向壓緊各葉片榫頭，防止葉片松動。為降低輪盤熱負荷，榫頭與榫槽周邊留有通流間隙，供冷卻氣體流過，既冷卻葉片，也減少葉片根部向輪盤的傳熱量。
[0004]對于微小型燃氣渦輪機械，由于幾何尺度的限制，分體式渦輪結構復雜，加工難度、成本極高，雖然一定程度上利于局部故障葉片的更換，但熱流密度大，熱負荷高，在相同材料的情況下，不利于可靠性、壽命的保證。基于上述情況，將分體式渦輪改進為整體式，在保證其它零件結構不變的前提下，既能簡化渦輪結構、降低成本，還能保證可靠性、壽命、功能性等要求。然而對于整體式渦輪，其冷卻及封嚴技術在目前的科研及生產實踐中尚未得到充分的研究，成為影響整體式渦輪技術發展的一個瓶頸之一。目前，整體式渦輪盤的冷卻基本采用冷卻空氣直接流經渦輪盤帶走熱量。然而現有渦輪盤的封嚴結構和冷卻散熱結構往往獨立設計，二者之間缺乏有效的配合和協同作用，導致設計出的渦輪盤結構要么具有好的封嚴效果而冷卻效果差，要么冷卻效果好而封嚴效果差。因而，迫切需要針對整體式渦輪的結構特點，提供有效的冷卻及封嚴技術。
【實用新型內容】
[0005]本實用新型的目的在于提供一種渦輪散熱結構，以至少解決現有技術的整體式渦輪的封嚴結構和冷卻散熱結構無法協同配合的技術問題，以及進一步地解決現有技術中冷卻氣體利用率不高的技術問題。
[0006]為了解決上述問題，本實用新型提供一種渦輪散熱結構，其技術方案如下:
[0007]一種渦輪散熱結構，包括整體式渦輪和導流盤；所述整體式渦輪包括渦輪盤和一體形成在所述渦輪盤外圓周面上的多個渦輪葉片，所述導流盤的導流盤輪轂固定套裝在所述渦輪盤的渦輪盤輪轂處并且所述導流盤的翻邊端部的外緣面壓緊在所述渦輪盤的第一側面外端部處，在所述導流盤的第一側面和所述渦輪盤的第一側面之間形成一環形空腔；在所述渦輪盤的外端部上開有多個通流孔，所述通流孔位于所述導流盤的翻邊端部的外緣面的內側并與所述環形空腔相貫通；在所述導流盤上設有多個導流孔，所述導流孔與所述環形空腔相貫通。
[0008]在上述渦輪散熱結構中，進一步優選為:在所述導流盤的翻邊端部的外緣面上開有多個切槽，多個所述切槽與所述環形空腔相貫通。
[0009]在上述渦輪散熱結構中，進一步優選為:所述切槽為斜切槽，斜切槽的正向傾角為銳角。
[0010]在上述渦輪散熱結構中，進一步優選為:所述切槽的槽面側壁呈渦旋線形式設置。
[0011]在上述渦輪散熱結構中，進一步優選為:所述導流盤與所述渦輪盤之間形成的環形空腔的中間寬度大于內側寬度和外側寬度。
[0012]在上述渦輪散熱結構中，進一步優選為:所述導流孔與所述環形空腔的內側端部相貫通；所述通流孔與所述環形空腔的外側端部相貫通。
[0013]在上述渦輪散熱結構中，進一步優選為:在所述導流盤的第二側面上以所述導流盤的中心為圓心設有多個同心圓布置的導流盤壁齒，多個所述導流盤壁齒的高度以所述導流盤的中心向外逐漸減小，其中最內側的所述導流盤壁齒位于所述導流孔的外側。
[0014]在上述渦輪散熱結構中，進一步優選為:所述導流盤壁齒的個數為四個；相鄰所述導流盤壁齒的高度之間的差值為Λ h，取值范圍為:0.1mm?0.5mm。
[0015]在上述渦輪散熱結構中，進一步優選為:在所述導流盤輪轂的外圓周面上設有多圈輪轂壁齒，多圈所述輪轂壁齒的高度以所述渦輪盤為基礎，距離所述渦輪盤越近的所述輪轂壁齒的高度越小；其中最高的所述輪轂壁齒位于所述導流孔的內側。
[0016]在上述渦輪散熱結構中，進一步優選為:所述輪轂壁齒的圈數為五圈；所述輪轂壁齒為等間距排列，相鄰所述輪轂壁齒之間的高度差為Λ h，取值范圍為:0.1mm?0.5mm。
[0017]分析可知，與現有技術相比，本實用新型的優點和有益效果在于:
[0018]一、本實用新型通過在渦輪盤上設置通流孔，以及通過導流盤上的高度變化的導流盤壁齒及設置在導流盤外端部上的多個切槽結構，使得本實用新型的可以極大地改善渦輪葉片根部的冷卻散熱效果；并且該結構具有結構簡單，加工成本低；形式靈活，尺寸調整便利；以及提高渦輪葉片根部關鍵區域的許用應力極限，改善了結構強度特性等一系列的優點。
[0019]二、本實用新型設置的通流孔和切槽結構，可以使渦輪葉片根部內外均起到冷卻散熱效果，通過切槽對渦輪葉片根部的外部進行冷卻，同時通過通流孔多渦輪葉片根部的內部進行冷卻。
[0020]三、本實用新型的環形空腔的寬度設置為由內向外逐漸增大；這樣冷卻氣流在環形空腔中由內向外的流動中壓力逐漸膨脹，氣流速度逐漸增大；可以同時滿足后續通流孔和切槽結構對冷卻氣體的需求。
[0021]四、本實用新型的導流孔位于環形空腔的內側端部，通流孔位于環形空腔的外側端部，可以使環形空腔得到充分利用。
【附圖說明】
[0022]圖1為本實用新型優選實施例的渦輪散熱結構的裝配圖。
[0023]圖2為本實用新型優選實施例的渦輪散熱結構的后視圖。
[0024]圖3為本實用新型優選實施例的渦輪散熱結構的散熱流道圖。
[0025]圖4為本實用新型優選實施例的渦輪散熱結構中的導流盤的立體圖。
[0026]圖5為本實用新型優選實施例的渦輪散熱結構中的導流盤的后視圖。
[0027]圖6為本實用新型優選實施例的渦輪散熱結構中的導流盤的主視圖。
[0028]圖7為本實用新型優選實施例的渦輪散熱結構中的導流盤的剖視圖。
[0029]圖8為圖7中的II局部放大圖。
[0030]圖9為圖7中的I局部放大圖。
[0031]圖10為本實用新型的斜切槽的示意圖。
[0032]圖11為本實用新型的切槽的直線型母線結構示意圖。
[0033]圖11-1為本實用新型的切槽的渦線型母線結構示意圖。
[0034]圖中，1-整體式渦輪；11_渦輪盤；12_渦輪葉片；13_通流孔；14_渦輪盤輪轂；15-外端部；
[0035]2-導流盤；21_導流盤壁齒；22_導流孔；23_切槽；230_徑向輪廓線；231_直線型母線；232_渦線型母線；24_輪轂壁齒；25_導流盤輪轂；26_翻邊；3_環形空腔。
【具體實施方式】
[0036]下面結合附圖和【具體實施方式】對本實用新型做進一步詳細說明。
[0037]如圖1、圖2所示，本實用新型優選實施例的渦輪散熱結構主要包括整體式渦輪I和導流盤2，整體式渦輪I包括渦輪盤11和一體形成在渦輪盤11外圓周面上的多個渦輪葉片12，導流盤2的導流盤輪轂25固定套裝在渦輪盤11的渦輪盤輪轂14處并且導流盤2的翻邊26端部的外緣面壓緊在渦輪盤11的第一側面外端部15處(即渦輪葉片12的根部位置)，在導流盤2的第一側面和渦輪盤11的第一側面之間形成一環形空腔3 ;在渦輪盤11的外端部15上開有多個通流孔13，其貫穿渦輪盤11，通流孔13位于導流盤2的翻邊26端部的外緣面的內側并與環形空腔3相貫通；在導流盤2上設有多個導流孔22，導流孔22與環形空腔3相貫通。
[0038]具體而言，如圖3所示，在工作時，冷卻氣體由導流孔22進入環形空腔3內，氣流行至導流盤2的外圓周部的環形空腔3處，由設置在渦輪盤11的通流孔13從渦輪盤11的第一側面流向第二側面，由于這些通流孔13對應設置在渦輪葉片12的根部，從而實現了對渦輪葉片12的根部內側的有效冷卻。
[0039]為了能夠對渦輪葉片12的根部的內側和外側都實現有效冷卻，如圖3所示，在導流盤2的翻邊26端部的外緣面上開有多個切槽23，多個切槽23與環形空腔3相貫通。
[0040]如圖4、圖5、圖6所示，切槽23為斜切槽(即切槽的截面形狀為平行四邊形)，斜切槽的正向傾角為銳角。也可以說該斜切槽傾角與輪盤軸線成正向夾角，夾角為銳角。如圖10所示，切槽夾角a為銳角，Xl為切槽中心線，x2為輪盤軸線，切槽夾角的設置與轉子轉動方向有關；銳角時，切槽出口氣流方向與燃氣流動方向相同，形成順流，在燃氣流的壓力下利于氣模壓縮成型。若二者互為逆流時，氣模氣流會被吹散成湍流，無法形成冷卻氣模。如圖4所示，斜切槽的槽面側壁線為帶斜角的直線型母線231。這樣的結構可以使氣流在從切槽23中流出時可以加速氣流的旋轉，從而為渦輪葉片12形成較大的冷卻氣膜。
[0041]如圖4所示，切槽23的槽面側壁呈渦旋線形式設置(即切槽23的槽面側壁線為渦線型母線232)。再如圖11所示，切槽23有徑向輪廓線230和軸向輪廓線，在本實用新型中，所指的槽面側壁線是指軸向輪廓線，即直線型母線231和渦線型母線232 (如圖11-1所示)。該結構同上面介紹到的斜切槽，也是為了使氣流在從切槽中流出時可以加速氣流的旋轉，從而為渦輪葉片12形成較大的冷卻氣膜，但渦旋線形式的切槽其旋流效果要優于斜切槽。
[0042]為了能夠使冷卻氣體的冷卻功能最大化，本實用新型的導流盤