CN103016077A - 涡轮盘冷却封严装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种涡轮盘冷却封严装置，包括涡轮、设置于涡轮前端的鼓筒套和与鼓筒套连接的倒L形挡板及设置于涡轮后端的后挡板；涡轮与鼓筒套及倒L形挡板之间形成狭长的第一通道；涡轮与后挡板之间形成狭长的第二通道。本发明的涡轮盘冷却封严装置，冷气通过狭长的第一通道后一部分流入燃气流道，另一部分通过伸根之间的间隙流入第二通道的出口，冷气通过狭长的第二通道后流入主流道中，狭长的第一、二通道增大了气流与涡轮盘盘面的相对运动，有利于增强冷却过程中的对流换热，提高了冷却的效果。尤其是，鸟嘴结构的凸缘还可控制第一通道出口处的临界封严流量，防止燃气倒灌；伸根还可减少叶身的热量向涡轮盘传递。

Description

涡轮盘冷却封严装置
技术领域
本发明涉及航空发动机涡轮盘领域，特别地，涉及一种涡轮盘冷却封严装置。
背景技术
涡轮盘是航空发动机的关键部件，其功能为承载叶片的离心力和传递扭矩。涡轮盘是航空发动机的热端部件，为保证其在高负荷下安全、可靠、长寿命的工作，需要对涡轮盘进行冷却。而涡轮盘冷却的冷气消耗量对发动机性能有负面影响，因此在实际的使用中需提高涡轮盘冷却效率。
某些航空发动机中，其转子和定子之间的环腔为狭长的环腔，现有技术通常采用气流预旋装置来提高涡轮盘冷却效率，而此装置需要在涡轮盘上增加结构复杂的其他部件，从而使得整个装置结构复杂，无法匹配转子和定子之间的狭长环腔。
发明内容
本发明目的在于提供一种涡轮盘冷却封严装置，以解决提高涡轮盘冷却效率，同时冷却封严装置要匹配转子和定子之间的狭长环腔的技术问题。
为实现上述目的，根据本发明提供了一种涡轮盘冷却封严装置，包括涡轮、设置于涡轮前端的鼓筒套和与鼓筒套连接的倒L形挡板及设置于涡轮后端的后挡板；涡轮与鼓筒套及倒L形挡板之间形成第一通道；第一通道的第一端与第一进气口连通，第一通道的第二端与燃气流道连通；涡轮与后挡板之间形成第二通道；第二通道的第一端与第二进气口连通，第二通道的第二端与主流道连通。
进一步地，涡轮包括涡轮盘，和设置于涡轮盘的多个叶片，鼓筒套朝向涡轮盘，每一个叶片设有缘板，倒L形挡板和后挡板均位于缘板的下方。
进一步地，缘板的一端设有凸缘，凸缘朝向倒L形挡板延伸，与倒L形挡板的径向间隙尺寸为S，S的取值范围为0.3mm~1mm。
进一步地，鼓筒套为回转件，沿轴向盖合于涡轮的前端，鼓筒套与涡轮盘径向之间的间隙尺寸为S1，S1/S的取值范围为2~5。
进一步地，第一通道的最大轴向尺寸为S2，S2/S的取值范围为1~3。
进一步地，凸缘与倒L形挡板的轴向间隙尺寸为S5，S5/S的取值范围为1~2。
进一步地，后挡板和涡轮盘之间的间隙尺寸为S3，S3/S的取值范围为2~6。
进一步地，缘板与后挡板之间的间隙尺寸为S4，S4/S的取值范围为1~2。
进一步地，每一个叶片还包括伸根，相邻两个叶片的伸根之间形成间隙，间隙与第一通道和第二通道均连通。
进一步地，伸根的中部的高度尺寸为S6，S6/S的取值范围为4~10。
本发明具有以下有益效果：本发明的涡轮盘冷却封严装置，其涡轮与鼓筒套和倒L形挡板之间形成狭长的第一通道，涡轮和后挡板之间形成狭长的第二通道，冷气通过狭长的第一通道后一部分流入燃气流道，另一部分通过伸根之间的间隙流入第二通道的出口，冷气通过狭长的第二通道后流入主流道中，狭长的第一、二通道增大了气流与涡轮盘盘面的相对运动，有利于增强冷却过程中的对流换热，提高了冷却的效果。尤其是，鸟嘴结构的凸缘还可控制第一通道出口处的临界封严流量，防止燃气倒灌；伸根还可减少叶身的热量向涡轮盘传递。
除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。
附图说明
构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
图1是本发明优选实施例的涡轮盘冷却封严装置的装配示意图；
图2是本发明优选实施例的叶片组件的结构示意图；以及
图3是本发明优选实施例的冷气流经第一通道和第二通道时的过程示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参见图1，本发明提供一种涡轮盘冷却封严装置，其包括涡轮1、设置于涡轮1前端的鼓筒套2和与鼓筒套2连接的倒L形挡板3及设置于涡轮1后端的后挡板4。其中，涡轮1与鼓筒套2和倒L形挡板3之间形成狭长的第一通道，第一通道的第一端与第一进气口连通，第二端与燃气流道连通；涡轮1和后挡板4之间形成狭长的第二通道，第二通道的第一端与第二进气口连通，第二端与主流道连通。
鼓筒套2为回转件，沿轴向盖合于涡轮1的前端，倒L形挡板3设置于鼓筒套2的内侧壁，两者通过螺栓连接固定，结构简单，封严可靠。
结合图2，涡轮1包括涡轮盘10和沿涡轮盘10的轮缘径向延伸的多个叶片100，每一个叶片100包括叶片榫头11、叶身13、连接叶片榫头11和叶身13的伸根12及沿伸根12两侧面周向延伸的缘板14。其中，伸根12可减少叶身13的热量向涡轮盘10传递，且相邻两个叶片100的伸根12之间形成较大的间隙（图未示出），此间隙与第一通道和第二通道均连通。
鼓筒套2朝向涡轮盘10的轮缘，倒L形挡板3位于缘板14的下方，倒L形挡板3的端头与缘板14之间形成第一出气口，第一出气口与第一通道和燃气流道均连通。为了防止燃气倒灌进入第一通道，优选地，缘板14设有类似鸟嘴结构的凸缘141，凸缘141的鸟嘴嘴尖朝向倒L形挡板3延伸，从而缩小了第一出气口的宽度，降低了此处的临界封严流量。
后挡板4亦位于缘板14的下方，后挡板4的端头与缘板14之间形成第二出气口，第二出气口与第二通道和主流道均连通。
参见图3，航空发动机在运行时，涡轮1转动，本发明的涡轮盘冷却封严装置的其余部件静止，高温燃气的热量至叶片100向涡轮盘10的方向传递。此时，第一股冷气经第一进气口进气至第一通道后，一部分冷气由第一出气口流入燃气流道中，而由于相邻伸根12之间的间隙较大且涡轮盘10前后的压差较大，则第一通道内大部分的冷气经此间隙流入第二通道中，冷却叶片榫头11。第一股冷气强化冷却了涡轮盘10的前端、轮缘及叶片100等部位。同时，第二股冷气经第二进气口进气至第二通道后，与第一股流过来的冷气汇合后，一起经由第二出气口流出至主流道。第二股冷气主要冷却涡轮盘10的后端、轮缘及叶片100等部位。
再次参见图1和图2，本发明的涡轮盘冷却封严装置，为了提高涡轮1冷却效率，第一通道和第二通道均为狭长的窄形环通道，以此来增大气流与涡轮盘10盘面的相对运动，有利于增强冷却过程中的对流换热。其中，鸟嘴结构的凸缘141与倒L形挡板3沿轴向之间的间隙尺寸为S，S的取值范围为0.3mm~1mm；在第一进气口处，鼓筒套2与涡轮盘10径向之间的间隙尺寸为S1，S1/S的取值范围为2~5，第一通道的最大轴向尺寸为S2，S2/S的取值范围为1~3；后挡板4和涡轮盘10之间的间隙尺寸为S3，S3/S的取值范围为2~6；缘板14与后挡板4之间的间隙尺寸为S4，S4/S的取值范围为1~2；鸟嘴结构的凸缘141与倒L形挡板3沿轴向之间的间隙尺寸为S5，S5/S的取值范围为1~2；伸根12的中部的高度尺寸为S6，S6/S的取值范围为4~10。
本发明的涡轮盘冷却封严装置，其涡轮1与鼓筒套2和倒L形挡板3之间形成狭长的第一通道，涡轮1和后挡板4之间形成狭长的第二通道，冷气通过狭长的第一通道后一部分流入燃气流道，另一部分通过伸根12之间的间隙流入第二通道的出口，冷气通过狭长的第二通道后流入主流道中，狭长的第一、二通道增大了气流与涡轮盘10盘面的相对运动，有利于增强冷却过程中的对流换热，提高了冷却的效果。尤其是，鸟嘴结构的凸缘141还可控制第一通道出口处的临界封严流量，防止燃气倒灌；伸根12还可减少叶身13的热量向涡轮盘10传递。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种涡轮盘冷却封严装置，其特征在于，包括：涡轮（1）、设置于所述涡轮（1）前端的鼓筒套（2）和与所述鼓筒套（2）连接的倒L形挡板（3）及设置于所述涡轮（1）后端的后挡板（4）；
所述涡轮（1）与所述鼓筒套（2）及所述倒L形挡板（3）之间形成第一通道；所述第一通道的第一端与第一进气口连通，所述第一通道的第二端与燃气流道连通；
所述涡轮（1）与所述后挡板（4）之间形成第二通道；所述第二通道的第一端与第二进气口连通，所述第二通道的第二端与主流道连通。
2.根据权利要求1所述的涡轮盘冷却封严装置，其特征在于，所述涡轮（1）包括涡轮盘（10），和设置于所述涡轮盘（10）的多个叶片（100），所述鼓筒套（2）朝向所述涡轮盘（10），每一个所述叶片（100）设有缘板（14），所倒L形挡板（3）和所述后挡板（4）均位于所述缘板（14）的下方。
3.根据权利要求2所述的涡轮盘冷却封严装置，其特征在于，所述缘板（14）的一端设有凸缘（141），所述凸缘（141）朝向所述倒L形挡板（3）延伸，与所述倒L形挡板（3）的径向间隙尺寸为S，S的取值范围为0.3mm~1mm。
4.根据权利要求3所述的涡轮盘冷却封严装置，其特征在于，所述鼓筒套（2）为回转件，沿轴向盖合于所述涡轮（1）的前端，所述鼓筒套（2）与所述涡轮盘（10）径向之间的间隙尺寸为S1，S1/S的取值范围为2~5。
5.根据权利要求4所述的涡轮盘冷却封严装置，其特征在于，所述第一通道的最大轴向尺寸为S2，S2/S的取值范围为1~3。
6.根据权利要求3所述的涡轮盘冷却封严装置，其特征在于，所述凸缘（141）与所述倒L形挡板（3）的轴向间隙尺寸为S5，S5/S的取值范围为1~2。
7.根据权利要求3所述的涡轮盘冷却封严装置，其特征在于，所述后挡板（4）和所述涡轮盘（10）之间的间隙尺寸为S3，S3/S的取值范围为2~6。
8.根据权利要求3所述的涡轮盘冷却封严装置，其特征在于，所述缘板（14）与所述后挡板（4）之间的间隙尺寸为S4，S4/S的取值范围为1~2。
9.根据权利要求3所述的涡轮盘冷却封严装置，其特征在于，每一个所述叶片（100）还包括伸根（12），相邻两个所述叶片（100）的伸根（12）之间形成间隙，所述间隙与所述第一通道和所述第二通道均连通。
10.根据权利要求9所述的涡轮盘冷却封严装置，其特征在于，所述伸根（12）的中部的高度尺寸为S6，S6/S的取值范围为4~10。
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