CN106321158A - 一种咬齿型盘缘封严结构及封严方法 - Google Patents

一种咬齿型盘缘封严结构及封严方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种咬齿型盘缘封严结构及封严方法，包括主流燃气通道(2)、转静盘腔(5)、涡轮转盘(9)，上游盘尾缘(4)上设置有第一级挡块(12)，下游盘尾缘(6)上设置有第二级挡块(13)；所述第一级挡块(12)的端部向涡轮转盘(9)的盘中心方向翘起；第二级挡块(13)沿根部至端部的厚度逐渐增加；所述第二级挡块(13)的上表面与第一级挡块(12)的下表面形成咬齿型结构；本发明保证转‑静盘尾缘挡块保持相对传统封严结构更大的间隙，同时，具有较大的流动阻力，降低燃气倒灌的可能性。

Description

一种咬齿型盘缘封严结构及封严方法
技术领域
本发明涉及一种咬齿型盘缘封严结构及封严方法，属于燃气轮机技术领域。
背景技术
燃气轮机转-静盘的外缘即为高温燃气通道，高温燃气在压差以及泵效应的作用下易倒灌入转-静盘腔，使得涡轮转盘(涡轮盘)高温失效，因此，通常在转-静盘尾缘间设置封严结构，并称之为盘缘封严。传统的盘缘封严结构，通常会在转盘以及静盘尾缘设置一定数目的挡块，并使得挡块交叉布置，从而增大流动阻力，减小燃气倒灌的可能性。为了提高盘缘挡块的封严效率，减小挡块间隙是最有效的做法，但在转盘高速旋转的条件下，过度减小挡块间隙会使得挡块相碰撞并引发振动问题，从而造成盘缘乃至整个燃气轮机的失效。
发明内容
本发明针对上述问题的不足，提出一种咬齿型盘缘封严结构及封严方法，本发明能够保证转-静盘尾缘挡块保持相对传统封严结构更大的间隙，同时，具有较大的流动阻力，降低燃气倒灌的可能性。
本发明为解决上述技术问题提出的技术方案是：
一种咬齿型盘缘封严结构，包括主流燃气通道(2)、静盘(51)、涡轮转盘(9)，所述主流燃气通道(2)内的叶片(1)与涡轮转盘(9)固定连接，而所述主流燃气通道(2)内的导向叶片(3)与静盘(51)固定连接；所述静盘(51)与涡轮转盘(9)之间设置有转静盘腔(5)，且转静盘腔(5)上设置有冷气通道(16)，同时所述冷气通道(16)位于主流燃气通道(2)与转静盘腔(5)之间，在从主流燃气通道(2)向转静盘腔(5)的燃气流动方向的上游盘尾缘(4)上设置有第一级挡块(12)，而在燃气流动方向的下游盘尾缘(6)上设置有第二级挡块(13)；所述第一级挡块(12)、第二级挡块(13)位于冷气通道(16)与主流燃气通道(2)之间。
所述第一级挡块(12)的端部向涡轮转盘(9)的盘中心方向翘起；第二级挡块(13)沿主流燃气通道(2)到涡轮转盘(9)的切面的根部至端部的厚度逐渐增加，使得所述第二级挡块(13)上表面向主流燃气通道(2)方向翘起，所述第二级挡块(13)下表面向涡轮转盘(9)的盘中心方向翘起；所述第二级挡块(13)的上表面与第一级挡块(12)的下表面形成咬齿型结构；其中，第一级挡块(12)比第二级挡块(13)更靠近主流燃气通道(2)，且第一级挡块(12)的上表面比第一级挡块(12)的下表面更靠近主流燃气通道(2)，第二级挡块(13)的上表面比第二级挡块(13)的下表面更靠近主流燃气通道(2)。
进一步地：所述冷气通道(16)内设置有一个以上的第三级挡块。
优选的：所述第二级挡块(13)的上表面的最高点比第一级挡块(12)的下表面的最低点更远离主流燃气通道(2)。
优选的：所述第一级挡块(12)的根部为平滑过渡；所述第二级挡块(13)的根部为平滑过渡。
优选的：第一级挡块(12)的端部的外截面一(14)与主流燃气通道(2)的轴中心线呈90°夹角；第二级挡块(13)的端部的外截面二(15)与主流燃气通道(2)的轴中心线呈90°夹角；第一级挡块(12)的端部未倒圆角；第二级挡块(13)的端部未倒圆角。
优选的：第一级挡块(12)的上下表面为圆弧过渡；外截面一(14)与第一级挡块(12)的上下表面均为圆弧过渡；并且第二级挡块(13)的上下表面为圆弧过渡，外截面二(15)与第二级挡块(13)的上下表面都是圆弧过渡。
优选的：所述第一级挡块(12)的轴向长度大于冷气通道(16)轴向长度的2/3；所述第二级挡块(13)的轴向长度大于冷气通道(16)轴向长度的2/3。
一种咬齿型盘缘封严结构的封严方法，当冷气流过冷气通道时，冷气流受到第二级挡块(13)的阻挡作用，部分冷气流在转静盘腔(5)内型成一个涡核，使得湍动能被耗散；而另一部分冷气流经过第一级挡块(12)和第二级挡块(13)所组成的咬齿结构时，在咬齿结构的作用下，冷气流流动方向向涡轮转盘(9)的盘中心方向偏移，阻止高温燃气沿着下游盘的入侵。
本发明的一种咬齿型盘缘封严结构及封严方法，相比现有技术，具有以下有益效果：
本发明采用设置第一级挡块和第二级挡块互为咬齿结构，使得不同级挡块的间隙始终保持在一个较小但是合理的范围内，从而增大了流动阻力以及流体流经冷气通道的总压损失，提高了封严效率，降低了燃气倒灌的可能性。
附图说明
图1是采用本发明的实施例的燃气轮机涡轮部分的结构示意图；
图2是本发明的一个实施例的结构示意图；
图3是本发明的流体流动示意图。
具体实施方式
附图非限制性地公开了本发明一个优选实施例的结构示意图，以下将结合附图详细地说明本发明的技术方案。
实施例
一种咬齿型盘缘封严结构，如图1所示，包括叶片1、导向叶片3、主流燃气通道2、转静盘腔5、封严壁室8、涡轮转盘9、静盘51，所述主流燃气通道2内的叶片1与涡轮转盘9固定连接，而所述主流燃气通道2内的导向叶片3与静盘51固定连接；所述静盘51与涡轮转盘9之间设置有转静盘腔5，且转静盘腔5上设置有冷气通道16，同时所述冷气通道16位于主流燃气通道2与转静盘腔5之间，在从主流燃气通道2向转静盘腔5的燃气流动方向的上游盘尾缘4上设置有第一级挡块12，而在燃气流动方向的下游盘尾缘6上设置有第二级挡块13；所述第一级挡块12、第二级挡块13位于冷气通道16与主流燃气通道2之间。第一级挡块12设置在上游盘尾缘4上，第二级挡块13设置在下游盘尾缘6上，其目的是限制主流燃气通道2的高温燃气倒灌入转静盘腔5中，另一方面，咬齿型盘缘挡块增大了转静盘腔5与主流燃气通道2之间的流体流动阻力，在其他条件不变下，减少了转静盘腔5流向主流燃气通道2的流量，提高了封严效率以及发动机的循环效率。
所述第一级挡块12的端部向涡轮转盘9的盘中心方向翘起；第二级挡块13沿主流燃气通道2到涡轮转盘9的切面的根部至端部的厚度逐渐增加，使得所述第二级挡块13上表面向主流燃气通道2方向翘起，所述第二级挡块13下表面向涡轮转盘9的盘中心方向翘起；所述第二级挡块13的上表面与第一级挡块12的下表面型成咬齿型结构；其中，第一级挡块12比第二级挡块13更靠近主流燃气通道2，且第一级挡块12的上表面比第一级挡块12的下表面更靠近主流燃气通道2，第二级挡块13的上表面比第二级挡块13的下表面更靠近主流燃气通道2。
第二级挡块13设置在主流燃气流动方向下游的盘的尾缘，相比第一级挡块12，其更靠近盘中心方向。
进一步地：所述冷气通道16内设置有一个以上的第三级挡块。
所述第二级挡块13的上表面的最高点比第一级挡块12的下表面的最低点更远离主流燃气通道2，便于转静盘腔5的配合与安装。
第一级挡块12的端部的外截面一14与主流燃气通道2的轴中心线呈90°夹角；第一级挡块12的端部未倒圆角；第二级挡块13的端部的外截面二15与主流燃气通道2的轴中心线呈90°夹角，第二级挡块13的端部未倒圆角。这是因为挡块并非主要承力部件，同时，不倒圆角可以减少流体流动过程中的透气效应，从而提高封严效率。
第一级挡块12的上下表面为圆弧过渡；外截面一14与第一级挡块12的上下表面均为圆弧过渡。并且第二级挡块13的上下表面为圆弧过渡，外截面二15与第二级挡块13的上下表面都是圆弧过渡。一方面这样易于加工，另一方面与第二级挡块13型成咬齿结构。
所述第一级挡块12的轴向长度大于冷气通道16轴向长度的2/3；所述第二级挡块13的轴向长度大于冷气通道16轴向长度的2/3。从而使得第一级挡块12和第二级挡块13具有较长的交叠距离。也可以根据实际需要，进一步增加第一级挡块12与第二级挡块13的轴向长度，从而提高封严效率。
图2所示，10为旋转叶片，11为静止叶片，或者10为静止叶片，11为旋转叶片；第一级挡块12并不特定设置在动盘中，也并不特定设置在静盘中，而是设置在主流燃气流动方向上游的盘的尾缘。所述第一级挡块12的根部为平滑过渡；所述第二级挡块13的根部为平滑过渡，这样可以有效的减少盘的应力。
第一级挡块12的端部向盘中心方向翘起，从而与第二级挡块保持较小但是合理的间隙，增大了流体流动阻力。
图3所示，第一级挡块12与第二级挡块13型成了相互咬合的咬齿型流体流动通道，与普通盘缘挡块结构相比，咬齿型流体通道反复弯曲的特点的使得流体的湍动能耗散增加，沿程损失增加，提高了封严效率，降低了燃气入侵的可能性。
本发明的两个挡块的端部互相朝对方翘起，形成咬齿型封严结构，增大了冷气通道16的流动阻力以及流体流经冷气通道的总压损失，有效防止燃气沿流动方向上游盘壁面入侵到转-静盘腔，第二级挡块13则有效防止燃气沿流动方向下游盘壁面入侵到转静盘腔，从而提高了盘缘挡块封严效率，降低了燃气入侵的可能性。
一种咬齿型盘缘封严结构的封严方法，当冷气流过冷气通道时，冷气流受到第二级挡块13的阻挡作用，部分冷气流在转静盘腔5内型成一个涡核，使得湍动能被耗散；而另一部分冷气流经过第一级挡块12和第二级挡块13所组成的咬齿结构时，在咬齿结构的作用下，冷气流流动方向向涡轮转盘9的盘中心方向偏移，阻止高温燃气沿着下游盘的入侵。
图3所示，由于受到第二级挡块13的阻挡作用，冷气流在转静盘腔5内型成一个涡核，如a-a和b-b，使得湍动能被耗散，冷气通道总压损失增加，封严效率提高。当冷气流过冷气通道时，如c-c和d-d，在第一级挡块12和第二级挡块13所组成的咬齿结构的作用下，流动方向向盘中心方向偏移，这样有效的阻止了高温燃气沿着下游盘的入侵，如f-f。
第一级挡块12向盘中心方向翘起，使得其端部与第二级挡块13的间隙减小，有效的阻止了高温燃气入侵到转-静盘腔当中，如e-e。
可以根据实际需要，所述冷气通道16内设置有一个以上的第三级挡块，增加了第三级挡块可以增大了流动阻力以及流体流经冷气通道的总压损失，提高了封严效率，降低了燃气倒灌的可能性。
上面结合附图所描述的本发明优选具体实施例仅用于说明本发明的实施方式，而不是作为对前述发明目的和所附权利要求内容和范围的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属本发明技术和权利保护范畴。

Claims (8)

1.一种咬齿型盘缘封严结构，包括主流燃气通道(2)、静盘(51)、涡轮转盘(9)，所述主流燃气通道(2)内的叶片(1)与涡轮转盘(9)固定连接，而所述主流燃气通道(2)内的导向叶片(3)与静盘(51)固定连接；所述静盘(51)与涡轮转盘(9)之间设置有转静盘腔(5)，且转静盘腔(5)上设置有冷气通道(16)，同时所述冷气通道(16)位于主流燃气通道(2)与转静盘腔(5)之间，其特征在于：在从主流燃气通道(2)向转静盘腔(5)的燃气流动方向的上游盘尾缘(4)上设置有第一级挡块(12)，而在燃气流动方向的下游盘尾缘(6)上设置有第二级挡块(13)；所述第一级挡块(12)、第二级挡块(13)位于冷气通道(16)与主流燃气通道(2)之间；
所述第一级挡块(12)的端部向涡轮转盘(9)的盘中心方向翘起；第二级挡块(13)沿主流燃气通道(2)到涡轮转盘(9)的切面的根部至端部的厚度逐渐增加，使得所述第二级挡块(13)上表面向主流燃气通道(2)方向翘起，所述第二级挡块(13)下表面向涡轮转盘(9)的盘中心方向翘起；所述第二级挡块(13)的上表面与第一级挡块(12)的下表面形成咬齿型结构；其中，第一级挡块(12)比第二级挡块(13)更靠近主流燃气通道(2)，且第一级挡块(12)的上表面比第一级挡块(12)的下表面更靠近主流燃气通道(2)，第二级挡块(13)的上表面比第二级挡块(13)的下表面更靠近主流燃气通道(2)。
2.根据权利要求1所述的咬齿型盘缘封严结构，其特征在于：所述冷气通道(16)内设置有一个以上的第三级挡块。
3.根据权利要求1所述的咬齿型盘缘封严结构，其特征在于：所述第二级挡块(13)的上表面的最高点比第一级挡块(12)的下表面的最低点更远离主流燃气通道(2)。
4.根据权利要求1所述的咬齿型盘缘封严结构，其特征在于：所述第一级挡块(12)的根部为平滑过渡；所述第二级挡块(13)的根部为平滑过渡。
5.根据权利要求1所述的咬齿型盘缘封严结构，其特征在于：第一级挡块(12)的端部的外截面一(14)与主流燃气通道(2)的轴中心线呈90°夹角；第二级挡块(13)的端部的外截面二(15)与主流燃气通道(2)的轴中心线呈90°夹角；第一级挡块(12)的端部未倒圆角；第二级挡块(13)的端部未倒圆角。
6.根据权利要求1所述的咬齿型盘缘封严结构，其特征在于：第一级挡块(12)的上下表面为圆弧过渡；外截面一(14)与第一级挡块(12)的上下表面均为圆弧过渡；并且第二级挡块(13)的上下表面为圆弧过渡，外截面二(15)与第二级挡块(13)的上下表面都是圆弧过渡。
7.根据权利要求1所述的咬齿型盘缘封严结构，其特征在于：所述第一级挡块(12)的轴向长度大于冷气通道(16)轴向长度的2/3；所述第二级挡块(13)的轴向长度大于冷气通道(16)轴向长度的2/3。
8.一种基于权利要求1所述的咬齿型盘缘封严结构的封严方法，其特征在于：当冷气流过冷气通道时，冷气流受到第二级挡块(13)的阻挡作用，部分冷气流在转静盘腔(5)内型成一个涡核，使得湍动能被耗散；而另一部分冷气流经过第一级挡块(12)和第二级挡块(13)所组成的咬齿结构时，在咬齿结构的作用下，冷气流流动方向向涡轮转盘(9)的盘中心方向偏移，阻止高温燃气沿着下游盘的入侵。
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