CN104963886A - 轴流压气机/风扇转静子径向间隙无泄漏封严结构及方法 - Google Patents

轴流压气机/风扇转静子径向间隙无泄漏封严结构及方法 Download PDF

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周正贵
张金环
崔翠
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Abstract

本发明涉及一种轴流压气机/风扇转静子径向间隙无泄漏封严结构及方法，属于叶轮机械技术领域。它包括外机匣（1）、转子叶片（4）、转子箍环（5）、静子叶片（7）、静子内环、（8）转动轮毂（10）；本发明其特征在于：转子箍环（5）的进气端侧面安装一圈转子封严叶片（3）；静子叶片（7）下游的轮毂环形凹槽（11）的侧面安装一圈静子封严叶片（9）。转动轮毂（10）运转时，转子封严叶片（3）和静子封严叶片（9）旋转，利用离心作用力使气体径向向外流动，阻止气体倒流。

Description

轴流压气机/风扇转静子径向间隙无泄漏封严结构及方法
技术领域
本发明涉及一种轴流压气机/风扇转静子径向间隙无泄漏封严结构及方法，属于叶轮机械技术领域。
背景技术
对于燃气涡轮发动机和燃气轮机，为防止轴流压气机/风扇转子叶片叶尖与静止的外机匣内表面碰擦、静子叶片叶尖与转动轮毂碰擦，需要留有径向间隙。气流在压气机/风扇内沿流程压力不断升高，该径向间隙会造成气体倒流影响压气机/风扇性能。为了减少气体倒流，对于静子常采用篦齿结构进行封严；对于带箍环的转子（即转子叶片叶尖处用圆环箍紧、以增加转子的整体刚性和强度，这种结构在先进风扇有应用）也可采用类似结构进行封严。但是采用篦齿封严无法做到没有气体泄漏、倒流；对于带箍环的转子叶片这种泄漏会造成气体在叶尖处循环、被叶片反复加功、增温，造成外机匣温度不断升高、可能导致机匣损坏。
周正贵、张益豪在申请的发明专利“叶片式无泄漏封严装置”（专利申请号：201310540014.8）中提出一种叶片式封严结构，利用轴流压气机叶片吸气原理实现无泄漏。对于叶片出口压力与进口压力差较小（又可称为逆压力梯度较小）的转子或静子，采用这种结构是有效的；但对于逆压力梯度较大的转静子，由于出口高压力的作用可会造成封严叶片失速（即产生倒流）。一旦封严叶片失速，该封严装置将失去封严效果，这时倒流流量会远大于篦齿封严。
发明内容
本发明目的在于提出一种轴流压气机/风扇转静子径向间隙无泄漏封严结构及方法。
一种轴流压气机/风扇转静子径向间隙无泄漏封严结构，包括外机匣、转子叶片、转子箍环、静子叶片、静子内环、转动轮毂；所述转子叶片的叶根安装于转动轮毂上，所述静子叶片的叶根安装于外机匣上；所述转子叶片的叶尖由转子箍环相连，所述转子箍环位于外机匣的机匣环形凹槽中；所述静子叶片的叶尖由静子内环相连，所述静子内环位于转动轮毂的轮毂环形凹槽中；其特征在于：所述转子箍环的进气端侧面安装一圈转子封严叶片，转子封严叶片按离心压气机转子叶片工作原理设计得到；所述静子叶片下游的轮毂环形凹槽的侧面安装一圈静子封严叶片，静子封严叶片同样按离心压气机转子叶片工作原理设计得到。
所述的轴流压气机/风扇转静子径向间隙无泄漏封严结构，其特征在于：
转子叶片上游的机匣环形凹槽的侧面与转子封严叶片之间具有配合间隙；静子叶片与静子封严叶片之间具有配合间隙，间隙尺寸应在确保安全运行前提下尽可能小。
压气机/风扇运转时，转子封严叶片和静子封严叶片旋转，利用离心作用力使气体径向向外流动，阻止气体倒流。对于高压比的压气机/风扇，转速较高、离心力也相应较大，因此可有效阻止气体倒流。
本项发明所提出的利用离心压气机工作原理构成的封严结构，可直接用于轴流压气机/风扇（尤其适用于高压比压气机/风扇）实现无泄漏封严。
附图说明
图1转静子叶片与封严整体示意图；
图2封严叶片轴向投影图；
图中标号名称：1.外机匣、2.配合间隙、3.转子封严叶片、4.转子叶片、5.转子箍环、6.机匣环形凹槽、7.静子叶片、8.静子内环、9.静子封严叶片、10.转子轮毂、11.轮毂环形凹槽。
具体实施方法
由图1，转子叶片4叶根安装在轮毂10上；叶尖由转子箍环5相连。静子叶片7叶根安装在外机匣1上；叶尖由静子内环8相连。一圈转子封严叶片3安装在转子箍环5的左侧端面；转子封严叶片3与机匣环形凹槽5左侧端面形成配合、配合间隙2在0.2～0.4mm之间。一圈静子封严叶片9安装在轮毂环形凹槽11的右侧端面；静子封严叶片9与轮毂环形凹槽11右侧端面之间形成配合、配合间隙2在0.2～0.4mm之间。
由图2，转子封严叶片3和静子封严叶片9采用等厚度和等高度，其外形设计采用常规离心压气机转子叶片设计方法，具体步骤如下：①首先采用计算机仿真或实验测量方法，获得封严进出口总压、进口总温；②根据轮缘速度及上述参数确定封严叶片进出口速度三角形；③进行叶片数量选择和叶片气动外形设计。④采用计算机仿真或实际检验设计效果，如不满足要求返回③修改叶片数和叶片动外形。
压气机/风扇运转时，转子封严叶片3和静子封严叶片9旋转，对气体产生径向向外的离心力、使气体径向向外流动，阻止转子箍环5与机匣环形凹槽6之间径向间隙内气体倒流；阻止静子内环8与轮毂环形凹槽11之间径向间隙内气体倒流；实现转静子径向间隙内无气体泄漏、倒流。

Claims (3)

1.一种轴流压气机/风扇转静子径向间隙无泄漏封严结构，包括外机匣（1）、转子叶片（4）、转子箍环（5）、静子叶片（7）、静子内环（8）、转动轮毂（10）；所述转子叶片（4）的叶根安装于转动轮毂（10）上，所述静子叶片（7）的叶根安装于外机匣（1）上；所述转子叶片（4）的叶尖由转子箍环（5）相连，所述转子箍环（5）位于外机匣（1）的机匣环形凹槽（6）中；所述静子叶片（7）的叶尖由静子内环（8）相连，所述静子内环（8）位于转动轮毂（10）的轮毂环形凹槽（11）中；
其特征在于：
所述转子箍环（5）的进气端侧面安装一圈转子封严叶片（3），转子封严叶片（3）按离心压气机转子叶片工作原理设计得到；
所述静子叶片（7）下游的轮毂环形凹槽（11）的侧面安装一圈静子封严叶片（9），静子封严叶片（9）同样按离心压气机转子叶片工作原理设计得到。
2.根据权利要求1所述的轴流压气机/风扇转静子径向间隙无泄漏封严结构，其特征在于：
转子叶片（4）上游的机匣环形凹槽（6）的侧面与转子封严叶片（3）之间具有配合间隙（2）；静子叶片（7）与静子封严叶片（9）之间具有配合间隙（2）。
3.根据权利要求1所述的轴流压气机/风扇转静子径向间隙无泄漏封严结构的方法，其特征在于：转动轮毂（10）运转时，转子封严叶片（3）和静子封严叶片（9）旋转，利用离心作用力使气体径向向外流动，阻止气体倒流。
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