CN109372585B - 一种内置保温管的涡轮挡板 - Google Patents
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Abstract
公开了一种内置保温管的涡轮挡板，在涡轮挡板的径向定位凸台内布置保温管，保温管沿至少周向方向延伸，保温管内包含保温介质。通过该内置保温管的涡轮挡板可有效减缓挡板的热响应速度，缩小发动机加‑减速时涡轮挡板与轮盘的温度差异，同时减小涡轮挡板的质量。
Description
技术领域
本发明涉及一种内置保温管的涡轮挡板，其用于航空发动机涡轮转子。
背景技术
如图1所示，高推比航空发动机涡轮转子主要由气冷涡轮工作叶片1、涡轮盘2、挡板3等组成，气冷涡轮工作叶片1与涡轮盘2通过榫齿连接，涡轮盘2与挡板3采用无螺栓连接结构。挡板3上开有用于冷却空气4通过的通气孔5，从预旋喷嘴6来的冷却气经过挡板3上的通气孔4进入气冷涡轮工作叶片1底部，对涡轮盘缘和气冷工作叶片进行冷却。挡板3通过涡轮盘缘的径向定位面7实现自身定心和离心力传递，通过上端与涡轮盘缘的轴向定位面8实现对气冷工作叶片的轴向限位和对冷气的密封。气冷涡轮工作叶片1高速旋转、带动涡轮盘2和挡板3，产生的功率由涡轮盘输出以驱动压气机转子。
由于所实现的功能不同，挡板与涡轮盘结构厚度相差较大，这样使得两者热响应速度也存在明显差异，挡板厚度小热响应速度快，因此发动机急剧加速时其温度比涡轮盘上升更快，在径向定位面处挡板温度高于涡轮盘，热不协调造成径向定位面所受的挤压力突升，挡板径向定位凸台产生大面积塑性变形使其定位面径向尺寸缩小；当发动机急剧减速时挡板较涡轮盘温度下降也更迅速，在径向定位面处挡板温度低于涡轮盘，热不协调使得径向定位面出现间隙，此时发动机在低转速下短时停留后再次加速，原本出现的定位面径向间隙尚未恢复且温度响应滞后于转速变化，会使得径向定位面处涡轮盘对挡板的支撑作用减弱，挡板因承受过大自身离心力而在其中心区域产生塑性变形。挡板径向定位凸台和中心区域的塑性变形造成了挡板上端轴向定位面不可恢复的向前轴向残余变形，且这样又缩短了挡板与涡轮盘的径向定位面长度，使得发动机再次加速时挡板径向定位面挤压力进一步增大；挡板径向定位凸台和中心区域的塑性变形随着发动机加-减速次数的增加而逐渐恶化，最终使得挡板上端轴向定位面的向前轴向残余变形不断累积增大而导致供给工作叶片用的冷气泄露。
航空发动机涡轮转子的挡板在工作过程中应能保证与轮盘定位面可靠定位，以实现对冷气的封严，保证进入气冷涡轮工作叶片内部的冷气压力足以使叶片表面形成有效气膜，达到冷却效果。
发明内容
发明目的
本发明是用于航空发动机涡轮转子的挡板，改变薄壁结构涡轮挡板在发动机加-减速过程中的热响应速度，改善涡轮挡板与轮盘的温度差异，从而解决热不协调造成的涡轮挡板径向定位凸台和中心区域大面积塑性变形引起的涡轮挡板与轮盘定位面分离问题。
技术方案
通过本发明的内置保温管的涡轮挡板实现上述目的，在涡轮挡板的径向定位凸台内布置保温管，保温管沿至少周向方向延伸，保温管内包含保温介质。
在上述涡轮挡板中，在与涡轮挡板的通气孔对应的周向位置可以设置缓释套管，缓释套管可以包围保温管的圆周表面的至少一部分，缓释套管的导热系数可以低于涡轮挡板的导热系数。
在上述涡轮挡板中，缓释套管的数量与涡轮挡板的通气孔数量可以相同，且缓释套管的长度可以相等。
在上述涡轮挡板中，在发动机加速时，涡轮挡板的温度升高，保温管中的保温介质能够降低径向定位凸台的升温速度；在发动机减速时，涡轮挡板的温度下降，保温管中的保温介质能够降低径向定位凸台的降温速度。
在上述涡轮挡板中，在涡轮挡板的轴向定位凸台、辐板内可以布置保温管，保温管沿至少周向方向延伸，保温管内包含保温介质。
在上述涡轮挡板中，所述涡轮挡板可以用于航空发动机涡轮转子。
有益效果
本发明涉及航空发动机涡轮挡板的新型结构，提供一种内置保温管的涡轮挡板，可有效减缓挡板的热响应速度，缩小发动机加-减速时涡轮挡板与轮盘的温度差异。在发动机加速时可降低涡轮挡板与轮盘径向定位面的最大挤压力，以避免涡轮挡板径向定位凸台的整体塑性变形；在发动机减速时减小涡轮挡板与轮盘径向定位面的变形差异，使得发动机再次加速过程中径向定位面能给涡轮挡板提供足够的支撑作用，以降低涡轮挡板中心区域的应力，进而减小涡轮挡板的残余变形，保证涡轮挡板与轮盘的定位面可靠工作；并减小了涡轮挡板的质量，降低了涡轮盘的离心负荷，从而还可使涡轮盘应力下降。
附图说明
图1示出带挡板的涡轮转子的工作示意图。
图2示出本发明的内置保温管涡轮挡板示意图。
图3示出本发明的内置保温管涡轮挡板在图2右视图的局部剖视图。
图4示出本发明的内置保温管涡轮挡板在图3的局部放大图。
具体实施方式
如图2-图4所示，本发明的内置保温管涡轮挡板9的径向定位凸台10内加工出空腔13，空腔13沿至少周向方向延伸，在空腔13内注入一定量的保温介质20，形成保温管。在径向定位凸台10内的空腔13外表面，与涡轮挡板通气孔16或17对应的周向位置设置一段导热系数低于涡轮挡板材料的缓释套管18或19，缓释套管18或19包围空腔13圆周表面的至少一部分，其数量与涡轮挡板通气孔16或17数量相同、每段长度相等且沿周向均布。发动机加速时涡轮挡板9温度升高，径向定位凸台10保温管中的保温介质20吸热汽化，降低径向定位凸台10的温度，缩小了与轮盘的温差，避免涡轮挡板9与轮盘径向定位面由于热不协调产生过大的挤压力，从而使径向定位凸台10不会发生大范围塑性变形；发动机减速时涡轮挡板9温度下降，径向定位凸台10保温管中的保温介质20放热液化，升高径向定位凸台10的温度，同样缩小了与轮盘的温差，避免涡轮挡板9与轮盘径向定位面由于热不协调出现过大径向间隙，当发动机再次加速时径向间隙可闭合，保证轮盘对涡轮挡板9的径向支撑作用，从而避免涡轮挡板9中心区域产生大的塑性变形。
由于涡轮挡板9的通气孔16或17中流通冷气，使得径向定位凸台10的温度在周向上呈与通气孔16或17位置相关的周期性分布，与通气孔16或17位置对应的径向定位凸台10温度更低，因而与通气孔16或17位置对应的径向定位凸台10保温管外表面设置一段缓释套管可降低此处保温管的热传导速度，发动机加速时使得径向定位凸台10的温度沿周向分布更均匀，径向定位面的挤压力分布也更均匀，进一步减小了涡轮挡板径向定位凸台10的局部塑性变形。
在涡轮挡板9的轴向定位凸台11、辐板12内加工出空腔14和15，空腔14和15沿至少周向方向延伸，在空腔14和15内注入一定量的保温介质21，形成保温管，这些位置的保温管外表面无缓释套管。
由于受到涡轮工作叶片和高温气流的导热作用，保温管中的保温介质20或21在发动机每次加-减速过程中形成循环，减缓涡轮挡板9的热响应速度。
Claims (5)
1.一种内置保温管的涡轮挡板，其特征在于：在涡轮挡板的径向定位凸台内布置保温管，保温管沿至少周向方向延伸，保温管内包含保温介质；其中，在与涡轮挡板的通气孔对应的周向位置设置缓释套管，缓释套管包围保温管的圆周表面的至少一部分，缓释套管的导热系数低于涡轮挡板的导热系数。
2.根据权利要求1所述的涡轮挡板，其中，缓释套管的数量与涡轮挡板的通气孔数量相同，且缓释套管的长度相等。
3.根据权利要求1所述的涡轮挡板，其中，在发动机加速时，涡轮挡板的温度升高，保温管中的保温介质能够降低径向定位凸台的升温速度；
在发动机减速时，涡轮挡板的温度下降，保温管中的保温介质能够降低径向定位凸台的降温速度。
4.根据权利要求1所述的涡轮挡板，其中，在涡轮挡板的轴向定位凸台、辐板内布置保温管，保温管沿至少周向方向延伸，保温管内包含保温介质。
5.根据权利要求1-4中的任一项所述的涡轮挡板，其中，所述涡轮挡板用于航空发动机涡轮转子。
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