本發(fā)明涉及航空發(fā)動(dòng)機(jī)，特別地，涉及一種渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)。此外，本發(fā)明還涉及一種包括上述渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)的航空發(fā)動(dòng)機(jī)。

背景技術(shù)：

1、渦輪是航空發(fā)動(dòng)機(jī)及輔助動(dòng)力裝置的核心部件之一，其作用是將高溫高壓燃?xì)獾哪芰哭D(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能和機(jī)械能。渦輪主要包括渦輪轉(zhuǎn)子、渦輪靜子、軸承和密封裝置，渦輪轉(zhuǎn)子包括渦輪葉片、渦輪盤和渦輪軸，高溫高壓燃?xì)庠跍u輪葉片中膨脹、轉(zhuǎn)向和加速，以將燃?xì)獾臒崮芎蛪毫?shì)能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能并驅(qū)動(dòng)渦輪盤旋轉(zhuǎn)，渦輪盤帶動(dòng)渦輪軸轉(zhuǎn)動(dòng)以向其他機(jī)械設(shè)備輸送機(jī)械能，渦輪轉(zhuǎn)子是渦輪的核心旋轉(zhuǎn)部件，其壽命水平對(duì)航空發(fā)動(dòng)機(jī)的研制有著至關(guān)重要的作用。

2、渦輪盤在渦輪轉(zhuǎn)子中起到了支撐與固定渦輪葉片、傳遞扭矩、分散應(yīng)力和熱傳遞和冷卻等重要作用，其時(shí)渦輪轉(zhuǎn)子中不可或缺的組成部分，因此，渦輪盤的壽命是限制航空發(fā)動(dòng)機(jī)使用壽命的關(guān)鍵指標(biāo)之一，目前，航空發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣系統(tǒng)設(shè)計(jì)中通常會(huì)有二股氣流冷卻渦輪盤，以控制渦輪盤溫度處于合適區(qū)間內(nèi)，來(lái)保證渦輪盤的使用壽命，渦輪轉(zhuǎn)子一般采用擋板結(jié)構(gòu)來(lái)阻隔高溫燃?xì)?，并?duì)二股氣流進(jìn)行導(dǎo)向和引流，二股氣流流經(jīng)渦輪盤和擋板結(jié)構(gòu)構(gòu)成的狹窄通道，冷卻降低渦輪盤和擋板結(jié)構(gòu)的溫度，最終二股氣流流經(jīng)冷卻榫頭榫槽并進(jìn)入渦輪葉片中冷卻葉身結(jié)構(gòu)。

3、如中國(guó)發(fā)明專利cn116906184a公開的一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)空氣系統(tǒng)的葉柵型徑向可調(diào)預(yù)旋系統(tǒng)，能夠通過(guò)調(diào)節(jié)可調(diào)預(yù)旋噴嘴導(dǎo)葉的偏轉(zhuǎn)角度來(lái)改變節(jié)流面積，實(shí)現(xiàn)冷卻氣引氣量的調(diào)節(jié)，保證發(fā)動(dòng)機(jī)熱端部件滿足許用溫度要求，并盡量節(jié)省冷卻氣，兼顧發(fā)動(dòng)機(jī)性能與安全性；調(diào)節(jié)過(guò)程中進(jìn)氣角度基本不變，且調(diào)節(jié)時(shí)氣流流動(dòng)方向相對(duì)固定，進(jìn)氣損失小；采用徑向預(yù)旋，減少泄漏量，避免預(yù)旋氣的浪費(fèi)，提高了空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性；預(yù)旋腔兩側(cè)的封嚴(yán)篦齒提高了空氣系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4、然而，渦輪轉(zhuǎn)子中采用擋板結(jié)構(gòu)會(huì)存在以下問(wèn)題：1、擋板結(jié)構(gòu)為與渦輪盤同步旋轉(zhuǎn)的高速旋轉(zhuǎn)件，相對(duì)于渦輪盤更輕更薄，卻需要具有與渦輪盤相應(yīng)的使用壽命，設(shè)計(jì)難度大，制造成本高；2、擋板結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，渦輪內(nèi)需要有足夠的空間來(lái)安裝擋板結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致渦輪的結(jié)構(gòu)尺寸大，增加了航空發(fā)動(dòng)機(jī)的重量，不適用于中小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)；3、由于渦輪轉(zhuǎn)子上會(huì)采用螺栓與軸或其他轉(zhuǎn)子連接，導(dǎo)致渦輪盤上有安裝凸臺(tái)、螺栓頭等結(jié)構(gòu)，使得渦輪盤的表面輪廓相對(duì)復(fù)雜，但擋板結(jié)構(gòu)通常為剛性承力結(jié)構(gòu)，需要保證一定的剛度，在避免承壓時(shí)產(chǎn)生波動(dòng)，無(wú)法與渦輪盤形成緊湊的狹窄空間來(lái)有效控制冷卻效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供了一種渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)及航空發(fā)動(dòng)機(jī)，以解決現(xiàn)有的渦輪盤的溫度控制結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)難度大、制造成本高、不適用于中小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)，且無(wú)法有效控制冷卻效果的技術(shù)問(wèn)題。

2、根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)，包括渦輪靜子、渦輪盤、封嚴(yán)環(huán)主體和導(dǎo)流環(huán)，封嚴(yán)環(huán)主體與渦輪靜子連接并與渦輪盤圍合形成進(jìn)氣通道，導(dǎo)流環(huán)布設(shè)于封嚴(yán)環(huán)主體上并與渦輪盤圍合形成與進(jìn)氣通道連通的用于控制冷卻效果進(jìn)而控制渦輪盤的溫度梯度的異形引流空間，導(dǎo)流環(huán)的徑向截面為多段彎折布設(shè)并與渦輪盤的表面輪廓相匹配的自由曲線。

3、作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)：

4、進(jìn)一步地，導(dǎo)流環(huán)的軸向厚度為0.5mm-1.5mm。

5、進(jìn)一步地，異形引流空間的軸向間隙為6mm-15mm。

6、進(jìn)一步地，封嚴(yán)環(huán)主體包括第一封嚴(yán)環(huán)、第二封嚴(yán)環(huán)、第一封嚴(yán)環(huán)和第二封嚴(yán)環(huán)圍合形成的第一冷卻孔以及開設(shè)于第二封嚴(yán)環(huán)內(nèi)并與第一冷卻孔連通的第二冷卻孔，第一冷卻孔的輸入端與進(jìn)氣通道連通，第二冷卻孔的輸出端與渦輪盤榫槽相對(duì)布設(shè)。

7、進(jìn)一步地，第一冷卻孔和第二冷卻孔連通形成的管道呈拉法爾噴管狀布設(shè)。

8、進(jìn)一步地，第一冷卻孔沿周向間隔排布有多排，第二冷卻孔和第二冷卻孔一一對(duì)應(yīng)布設(shè)。

9、進(jìn)一步地，第一封嚴(yán)環(huán)上設(shè)有第一連接部，第二封嚴(yán)環(huán)上設(shè)有第二連接部，封嚴(yán)環(huán)主體還包括穿設(shè)于第一連接部和第二連接部以與渦輪靜子連接的連接螺栓以及套設(shè)于連接螺栓上的鎖緊螺母。

10、進(jìn)一步地，第二連接部朝向渦輪盤的端部上布設(shè)有用于與渦輪靜子和渦輪葉片構(gòu)成鳥嘴搭接結(jié)構(gòu)以抑制燃?xì)馊肭值拇罱硬俊?/p>

11、進(jìn)一步地，渦輪盤包括布設(shè)于進(jìn)氣通道內(nèi)的封嚴(yán)篦齒，封嚴(yán)環(huán)主體包括布設(shè)于進(jìn)氣通道的側(cè)壁上并與封嚴(yán)篦齒構(gòu)成封嚴(yán)結(jié)構(gòu)的耐磨涂層。

12、根據(jù)本發(fā)明的另一方面，還提供了一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其包括上述的渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)。

13、本發(fā)明具有以下有益效果：

14、本發(fā)明的渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)，在封嚴(yán)環(huán)主體與渦輪靜子連接后，封嚴(yán)環(huán)主體與渦輪盤圍合形成二股氣流進(jìn)入的進(jìn)氣通道，并通過(guò)封嚴(yán)環(huán)主體阻隔燃?xì)馀c渦輪盤直接接觸，然后通過(guò)封嚴(yán)環(huán)主體上的導(dǎo)流環(huán)與渦輪盤圍合形成與進(jìn)氣通道連通的用于控制二股氣流對(duì)渦輪盤的冷卻效果，進(jìn)而控制渦輪盤的溫度梯度的異形引流空間，且由于導(dǎo)流環(huán)的徑向截面為多段彎折布設(shè)并與渦輪盤的表面輪廓相匹配的自由曲線，使得異形引流空間緊湊狹窄，冷卻效果好，本方案通過(guò)封嚴(yán)環(huán)主體和導(dǎo)流片配合實(shí)現(xiàn)二股氣流的導(dǎo)向引流，相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，封嚴(yán)環(huán)主體和導(dǎo)流片均無(wú)需跟隨渦輪盤旋轉(zhuǎn)，大大降低了設(shè)計(jì)難度和制造難度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，占用空間小，適用于中小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，導(dǎo)流片無(wú)需承擔(dān)作用力，形狀可根據(jù)需求自適應(yīng)設(shè)置，進(jìn)而可與渦輪盤圍合形成緊湊狹窄的異形引流空間來(lái)有效控制冷卻效果，進(jìn)而有效控制渦輪盤的溫度梯度，改善渦輪盤的應(yīng)力分布，提高渦輪盤的使用壽命，實(shí)用性強(qiáng)，適于廣泛推廣和應(yīng)用。

15、除了上面所描述的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)之外，本發(fā)明還有其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。下面將參照?qǐng)D，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

技術(shù)特征：

1.一種渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，包括渦輪靜子(100)、渦輪盤(200)、封嚴(yán)環(huán)主體(300)和導(dǎo)流環(huán)(400)，封嚴(yán)環(huán)主體(300)與渦輪靜子(100)連接并與渦輪盤(200)圍合形成進(jìn)氣通道(500)，導(dǎo)流環(huán)(400)布設(shè)于封嚴(yán)環(huán)主體(300)上并與渦輪盤(200)圍合形成與進(jìn)氣通道(500)連通的用于控制冷卻效果進(jìn)而控制渦輪盤(200)的溫度梯度的異形引流空間(600)，導(dǎo)流環(huán)(400)的徑向截面為多段彎折布設(shè)并與渦輪盤(200)的表面輪廓相匹配的自由曲線。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，導(dǎo)流環(huán)(400)的軸向厚度為0.5mm-1.5mm。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，異形引流空間(600)的軸向間隙為6mm-15mm。

4.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，封嚴(yán)環(huán)主體(300)包括第一封嚴(yán)環(huán)(310)、第二封嚴(yán)環(huán)(320)、第一封嚴(yán)環(huán)(310)和第二封嚴(yán)環(huán)(320)圍合形成的第一冷卻孔(330)以及開設(shè)于第二封嚴(yán)環(huán)(320)內(nèi)并與第一冷卻孔(330)連通的第二冷卻孔(340)，第一冷卻孔(330)的輸入端與進(jìn)氣通道(500)連通，第二冷卻孔(340)的輸出端與渦輪盤(200)榫槽相對(duì)布設(shè)。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一冷卻孔(330)和第二冷卻孔(340)連通形成的管道呈拉法爾噴管狀布設(shè)。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一冷卻孔(330)沿周向間隔排布有多排，第二冷卻孔(340)和第二冷卻孔(340)一一對(duì)應(yīng)布設(shè)。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，第一封嚴(yán)環(huán)(310)上設(shè)有第一連接部(311)，第二封嚴(yán)環(huán)(320)上設(shè)有第二連接部(321)，封嚴(yán)環(huán)主體(300)還包括穿設(shè)于第一連接部(311)和第二連接部(321)以與渦輪靜子(100)連接的連接螺栓(360)以及套設(shè)于連接螺栓(360)上的鎖緊螺母。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，第二連接部(321)朝向渦輪盤(200)的端部上布設(shè)有用于與渦輪靜子(100)和渦輪葉片構(gòu)成鳥嘴搭接結(jié)構(gòu)以抑制燃?xì)馊肭值拇罱硬?323)。

9.根據(jù)權(quán)利要求1-3中任意一項(xiàng)所述的渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)，其特征在于，渦輪盤(200)包括布設(shè)于進(jìn)氣通道(500)內(nèi)的封嚴(yán)篦齒(210)，封嚴(yán)環(huán)主體(300)包括布設(shè)于進(jìn)氣通道(500)的側(cè)壁上并與封嚴(yán)篦齒(210)構(gòu)成封嚴(yán)結(jié)構(gòu)的耐磨涂層(350)。

10.一種航空發(fā)動(dòng)機(jī)，其特征在于，包括權(quán)利要求1-9中任意一項(xiàng)所述的渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種渦輪盤溫度控制結(jié)構(gòu)及航空發(fā)動(dòng)機(jī)，包括渦輪靜子、渦輪盤、封嚴(yán)環(huán)主體和導(dǎo)流環(huán)，封嚴(yán)環(huán)主體與渦輪靜子連接并與渦輪盤圍合形成進(jìn)氣通道，導(dǎo)流環(huán)布設(shè)于封嚴(yán)環(huán)主體上并與渦輪盤圍合形成與進(jìn)氣通道連通的用于控制冷卻效果進(jìn)而控制渦輪盤的溫度梯度的異形引流空間，導(dǎo)流環(huán)的徑向截面為多段彎折布設(shè)并與渦輪盤的表面輪廓相匹配的自由曲線，封嚴(yán)環(huán)主體和導(dǎo)流片均無(wú)需跟隨渦輪盤旋轉(zhuǎn)，大大降低了設(shè)計(jì)難度和制造難度，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，尺寸緊湊，占用空間小，適用于中小型航空發(fā)動(dòng)機(jī)中，導(dǎo)流片無(wú)需承擔(dān)作用力，通過(guò)緊湊狹窄的異形引流空間來(lái)有效控制冷卻效果，進(jìn)而有效控制渦輪盤的溫度梯度，改善渦輪盤的應(yīng)力分布，提高渦輪盤的使用壽命。

技術(shù)研發(fā)人員：甘明瑜,胡頌軍,趙段冰,楊衛(wèi)華,李天雄,盧聰明,薛君
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國(guó)航發(fā)湖南動(dòng)力機(jī)械研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/10/10