[发明专利]一种带缝气膜冷却结构的向心涡轮

说明书

本发明涉及发动机涡轮冷却技术领域，提供了一种带缝气膜冷却结构的向心涡轮，包括轮盘基体与凸台；凸台位于轮盘基体的上表面；凸台的侧壁设置有若干间隔布置的冷却缝，用于在轮盘基体的上表面形成冷却气膜。本发明提供的向心涡轮，通过在与轮盘基体同轴的凸台的侧壁上设置冷却缝，使得冷气吹出时可以在轮盘基体的上表面形成一层冷却气膜，该冷却气膜由于与轮盘基体的上表面平行，因此均匀性更好；并且冷却缝相比于多小孔冷却而言，不易堵塞，且加工难度低，有利于降低成本。

技术领域

本发明涉及发动机涡轮冷却技术领域，特别是涉及一种带缝气膜冷却结构的向心涡轮。

背景技术

燃气轮机输出功率以及航空发动机推力的提升很大程度取决于涡轮进气温度的提升，所以近些年来，燃气轮机和发动机在不断地增加燃气涡轮进气的温度。燃气涡轮进气温度提升的关键在于材料的温度限制，具体地说，是要在材料的耐温能力有限的情况下，提升涡轮进口温度并保证涡轮在高温环境下工作的可靠性。目前高推重比发动机进口温度已经超过1600℃，涡轮叶片随着材料的进步，温度限制得到了一定的扩展，但仍然难以超过1050℃，而涡轮其他部分材料可承受的温度甚至更低。面对这一问题，涡轮冷却技术的发展产生出多种手段和方法对涡轮材料外表面进行保护，避免了高温对材料的影响。热端部件的冷却技术作为燃气轮机和航空发动机的关键技术之一，随着二者性能的提升发展而变得越来越重要。

现代飞机发动机对冷却气流的需求非常巨大，达到压气机排气流量的20％。涡轮上冷气提供的方式多种多样，主要有：对流冷却、冲击冷却、气膜冷却等。其中，气膜冷却通过一层冷气包围在被冷却的材料表面，将表面与高温部分隔离，与其它冷却方式相比，它的优势在于冷却效率高，可以在大面积上获得较好的冷却效果，可以有效降低材料外表面温度。气膜冷却又包含了多孔冷却、多排小孔冷却、劈缝冷却几种冷却方式。针对叶片的冷却方式主要采用内部对流冷却和外部多排小孔气膜冷却，而针对涡轮转子轮盘的冷却应用的并不多。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明的目的是提供一种带缝气膜冷却结构的向心涡轮，以解决现有技术中无法有效降低向心涡轮轮盘基体的温度，减小高温对轮盘材料带来影响的技术问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种带缝气膜冷却结构的向心涡轮，包括轮盘基体与凸台；凸台位于轮盘基体的上表面；凸台的侧壁设置有若干间隔布置的冷却缝，用于在轮盘基体的上表面形成冷却气膜。

其中，冷却缝与轮盘基体的上表面之间的夹角为0°-10°。

其中，该带缝气膜冷却结构的向心涡轮还包括涡轮轴；凸台套设于涡轮轴；涡轮轴的中空部分形成气体通道，气体通道的一端与发动机内部的引气口相连通，另一端与冷却缝的进气端相连通。

其中，沿冷气吹出的方向冷却缝的横截面积逐渐变大。

其中，凸台为圆柱形；冷却缝为多层，各层冷却缝沿凸台的轴向布置，且上下相邻两层的冷却缝错缝布置。

其中，冷却缝的加工方式为铸造成型。

其中，同层的冷却缝等间隔布置，且间隔为L₁；冷却缝的出气端的宽度为L₂；凸台的半径为R，且满足

(三)有益效果

本发明提供的带缝气膜冷却结构的向心涡轮，通过在与轮盘基体同轴的凸台的侧壁上设置冷却缝，使得冷气吹出时可以在轮盘基体的上表面形成一层冷却气膜，该冷却气膜由于与轮盘基体的上表面平行，因此均匀性更好；并且冷却缝相比于多小孔冷却而言，不易堵塞，且加工难度低，有利于降低成本。

附图说明

图1为本发明提供的带缝气膜冷却结构的向心涡轮的一个实施例的整体结构示意图；