本發(fā)明屬于高溫渦輪技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種帶冷卻的整體輪盤(pán)及其制造方法。

背景技術(shù)：

高溫渦輪是航空發(fā)動(dòng)機(jī)（燃?xì)廨啓C(jī)）中的核心部件，它是通過(guò)高溫高壓的燃?xì)饬鳟a(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)換成為機(jī)械能輸出，高溫渦輪在高溫狀態(tài)下的散熱和應(yīng)力集中問(wèn)題一直以來(lái)是高溫渦輪部件研發(fā)面臨的重要課題。

此外，目前高溫渦輪的制造基本將葉盤(pán)、葉輪等部件單獨(dú)進(jìn)行生產(chǎn)制造，然后將制造好的部件裝配成完整的高溫渦輪，這種制造方式常常容易因?yàn)楦鞑考g的裝配不穩(wěn)定，而導(dǎo)致工作時(shí)部件脫落的問(wèn)題，并且，受到制造方式的影響，其開(kāi)發(fā)、制造的周期和成本耗費(fèi)高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于：提供一種帶冷卻的整體輪盤(pán)，具有散熱效率高、輪盤(pán)內(nèi)部溫度梯度低，同時(shí)制造和開(kāi)發(fā)的成本低、周期短。

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題還在于：提供一種帶冷卻的整體輪盤(pán)的制造方法，其制造和開(kāi)發(fā)的成本低、周期短。

本發(fā)明解決上述技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案在于：提供一種帶冷卻的整體輪盤(pán)，所述輪盤(pán)通過(guò)增材制造技術(shù)一體化成型，其包括葉盤(pán)、若干葉片與若干熱管，所述若干葉片均勻排布于所述葉盤(pán)的端面上，所述若干熱管沿所述葉盤(pán)周向排布，所述熱管沿所述輪盤(pán)徑向方向設(shè)置，其兩端分別設(shè)置于所述葉盤(pán)與所述葉片內(nèi)部，且所述熱管首尾相連形成一封閉的導(dǎo)熱管路，所述熱管內(nèi)填充有導(dǎo)熱介質(zhì)，用于循環(huán)散發(fā)所述輪盤(pán)工作產(chǎn)生的熱量。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述葉片內(nèi)還開(kāi)設(shè)有氣膜冷卻通道。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述若干熱管內(nèi)填充相同的導(dǎo)熱介質(zhì)。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述熱管內(nèi)填充不同的導(dǎo)熱介質(zhì)。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述輪盤(pán)還包括葉冠，所述葉冠蓋設(shè)于所述葉片上端。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述葉盤(pán)與所述葉片內(nèi)開(kāi)設(shè)有細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述葉盤(pán)的盤(pán)面上固設(shè)有接口，所述接口與所述熱管導(dǎo)通，用于補(bǔ)充熱管內(nèi)的導(dǎo)熱介質(zhì)。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述接口遠(yuǎn)離于所述葉盤(pán)的盤(pán)心位置設(shè)置。

本發(fā)明還提供一種帶冷卻的整體輪盤(pán)的制造方法，其包括如下步驟：步驟一、使用3d建模軟件創(chuàng)建整體輪盤(pán)的三維模型；步驟二、對(duì)建立的整體輪盤(pán)的三維模型進(jìn)行工況模擬仿真分析，檢驗(yàn)并優(yōu)化整體輪盤(pán)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和疲勞壽命；步驟三、將優(yōu)化后的模型導(dǎo)入增材制造設(shè)備，進(jìn)行一體化成型；步驟四、通過(guò)接口向熱管內(nèi)導(dǎo)入導(dǎo)熱介質(zhì)，并將接口封裝。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，步驟三之后、步驟四之前，將一體化成型的整體輪盤(pán)進(jìn)行后處理。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明的帶冷卻的整體輪盤(pán)采用增材制造技術(shù)一體化成型，大大節(jié)約開(kāi)發(fā)制造的成本和周期；本發(fā)明的帶冷卻的整體輪盤(pán)包括葉盤(pán)、若干葉片與熱管，通過(guò)熱管形成一散熱管路，并在熱管內(nèi)填充有導(dǎo)熱介質(zhì)，能顧有效的散發(fā)輪盤(pán)內(nèi)的熱量，降低溫度梯度；本發(fā)明的帶冷卻的整體輪盤(pán)的制造方法可以有效的降低帶冷卻的整體輪盤(pán)的開(kāi)發(fā)制造的周期和成本。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的帶冷卻的整體輪盤(pán)的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的帶冷卻的整體輪盤(pán)熱管位置處的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是本發(fā)明的帶冷卻的整體輪盤(pán)的側(cè)剖視圖；

圖4是本發(fā)明的帶冷卻的整體輪盤(pán)的制造方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

以下將結(jié)合實(shí)施例和附圖對(duì)本發(fā)明的構(gòu)思、具體結(jié)構(gòu)及產(chǎn)生的技術(shù)效果進(jìn)行清楚、完整地描述，以充分地理解本發(fā)明的目的、特征和效果。顯然，所描述的實(shí)施例只是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部實(shí)施例，基于本發(fā)明的實(shí)施例，本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下所獲得的其他實(shí)施例，均屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。另外，專利中涉及到的所有聯(lián)接/連接關(guān)系，并非單指構(gòu)件直接相接，而是指可根據(jù)具體實(shí)施情況，通過(guò)添加或減少聯(lián)接輔件，來(lái)組成更優(yōu)的聯(lián)接結(jié)構(gòu)。本發(fā)明創(chuàng)造中的各個(gè)技術(shù)特征，在不互相矛盾沖突的前提下可以交互組合。

請(qǐng)一并參照?qǐng)D1至圖3，本發(fā)明提供了一種帶冷卻的整體輪盤(pán)，其采用增材制造技術(shù)一體化成型，保證了整體輪盤(pán)的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性，也大大降低了輪盤(pán)的開(kāi)發(fā)制造的成本和周期，同時(shí)，為了提高其散熱效率、降低其溫度梯度，其至少包括葉盤(pán)1、葉片2以及熱管3，其中，葉盤(pán)1呈圓盤(pán)形，在葉盤(pán)1的端面上固設(shè)有若干葉片2，且若干葉片2沿葉盤(pán)1的圓周方向均勻布置，熱管3沿輪盤(pán)的徑向方向設(shè)置，其兩端分別設(shè)置于葉盤(pán)1與葉片2內(nèi)，且熱管3首尾相連形成一封閉的散熱管路，在熱管3內(nèi)填充有導(dǎo)熱介質(zhì)，導(dǎo)熱介質(zhì)受熱在靠近葉盤(pán)1一端受熱蒸發(fā)，并移動(dòng)到葉片2一端，并在葉片2一端遇冷冷凝，然后順熱管3的管路流到葉盤(pán)1一端，如此反復(fù)，形成一散熱的循環(huán)，大大提高了散熱的效率、降低了整體輪盤(pán)內(nèi)的溫度梯度。

導(dǎo)熱介質(zhì)可以選擇為：水與丙酮的混合物、乙醇等有機(jī)化合物或者鉀、鈉等堿金屬，本實(shí)施例中的多個(gè)熱管3內(nèi)可以填充同一種導(dǎo)熱介質(zhì)，還可以填充不同種類的導(dǎo)熱介質(zhì)，熱管3內(nèi)填充不同種類的導(dǎo)熱介質(zhì)可以改變整體輪盤(pán)的散熱性能，滿足不同的散熱需求。

葉片2內(nèi)還開(kāi)設(shè)有氣膜冷卻通道（圖中未示出），在整體輪盤(pán)工作時(shí)對(duì)整體輪盤(pán)起冷卻的作用，氣膜冷卻通道與熱管3相互配合，保證了整體輪盤(pán)的散熱效率以及溫度梯度，提高整體輪盤(pán)的使用壽命。

優(yōu)選的，本發(fā)明的帶冷卻的整體輪盤(pán)還包括葉冠4，葉冠4蓋設(shè)于葉片2上，在工作狀態(tài)時(shí)，葉冠4的設(shè)置有效的避免了導(dǎo)熱介質(zhì)的泄露，提高渦輪轉(zhuǎn)子的工作效率。

葉盤(pán)1、葉片2以及葉冠4的亞表面還設(shè)置有細(xì)網(wǎng)結(jié)構(gòu)（圖中未示出），可減少輪盤(pán)的質(zhì)量，并降低輪盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力，改善剛度分布，減小應(yīng)力集中。

葉盤(pán)1的盤(pán)面上開(kāi)設(shè)有若干輸入接口10，每個(gè)輸入接口10均對(duì)應(yīng)于一個(gè)熱管3設(shè)置，輸入接口10與熱管3導(dǎo)通，通過(guò)輸入接口10向熱管3內(nèi)填充導(dǎo)熱介質(zhì)，工作時(shí)，輸入接口10進(jìn)行封裝處理，防止導(dǎo)熱介質(zhì)泄露。

輸入接口10的設(shè)置導(dǎo)致了葉盤(pán)1的盤(pán)面上會(huì)存在力學(xué)性能的改變，降低葉盤(pán)1的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，為降低輸入接口10對(duì)葉盤(pán)1的影響，將輸入接口10遠(yuǎn)離于葉盤(pán)1的盤(pán)心位置設(shè)置，使得輸入接口10對(duì)葉盤(pán)1力學(xué)性能影響降到最低。

葉盤(pán)1的盤(pán)心位置處開(kāi)設(shè)有通孔11，葉盤(pán)1通過(guò)通孔11與輸出軸相連，為外部器件提供驅(qū)動(dòng)力。

本發(fā)明還提供一種帶冷卻的整體輪盤(pán)的制造方法，如圖4所示，其制造流程包括如下步驟：

s100，使用三維建模軟件建立整體輪盤(pán)的三維模型，在建模的過(guò)程中，選擇葉盤(pán)、葉片、葉冠、熱管等的材料，同時(shí)設(shè)計(jì)出內(nèi)部的細(xì)網(wǎng)機(jī)構(gòu)。

s110，將建立的三維模型進(jìn)行仿真模擬分析，驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)強(qiáng)度以及疲勞壽命，根據(jù)實(shí)際工況的需求，對(duì)三維模型進(jìn)行優(yōu)化。

s120，將優(yōu)化后的三維模型導(dǎo)入增材制造設(shè)備中，進(jìn)行增材制造，一體化成型整體輪盤(pán)。

s121，對(duì)成型后的整體輪盤(pán)進(jìn)行后處理，如對(duì)整體輪盤(pán)的表面進(jìn)行熱處理、對(duì)整體輪盤(pán)進(jìn)行精密加工處理，進(jìn)一步改善整體輪盤(pán)的力學(xué)性能。

s130，通過(guò)輸入接口向熱管內(nèi)填充導(dǎo)熱介質(zhì)，然后將輸入接口封裝處理，針對(duì)不同的熱管，可以填充同樣的導(dǎo)熱介質(zhì)，也可以填充不同的導(dǎo)熱介質(zhì)，不同的導(dǎo)熱介質(zhì)可以滿足不同的導(dǎo)熱需求。

以上是對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施進(jìn)行了具體說(shuō)明，但本發(fā)明創(chuàng)造并不限于所述實(shí)施例，熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員在不違背本發(fā)明精神的前提下還可做出種種的等同變形或替換，這些等同的變形或替換均包含在本申請(qǐng)權(quán)利要求所限定的范圍內(nèi)。