CN107605542B - 一种高效低阻燃气轮机涡轮轮缘封严结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种高效低阻燃气轮机涡轮轮缘封严结构，属于涡轮盘级间封严领域。所述封严结构包括设置于转盘特定半径位置的特定数量的圆柱凸起。本发明有效降低了有效阻止了燃气入侵的发生，极大降低了涡轮级间封严所需的最小封严冷气流量；合适的凸起配置较大程度上降低了凸起造成的风阻损失，使得动盘附加力矩被高效利用。
Description
技术领域
本发明属于涡轮盘级间封严领域，涉及一种减小最小封严流量的盘腔结构。
背景技术
由于涡轮长期工作在高温和高速旋转的条件下，要承受很高的热应力以及离心应力，因而涡轮的动盘是发动机重点保护的对象。冷气从内部通道到达静盘后，一部分用来阻止高温主流气体进入盘腔，通常称之为封严冷气。如果封严冷气不足，会导致主流高温燃气由轮缘封严进入发动机，使发动机的寿命大大降低。这种主流燃气通过轮缘封严进入盘腔内的现象称之为燃气入侵或者燃气的倒灌。然而通入冷气量过多则会导致发动机流动损失增大，效率降低。
发明内容
为了更有效地阻止燃气入侵的发生，减少通入盘腔的封严冷气量，本发明利用流体力学的相关原理提出了一种高效低阻盘腔结构，该结构能够极大减小最小封严流量(盘腔所需阻止燃气入侵发生的最小封严冷气流量)。其适范围是涡轮转静盘腔。
其主要原理是通过在涡轮动盘壁面特定位置周向均匀布置多个圆柱形的凸起，提高盘腔内部流体的压力和切向速度，从而极大减小燃气入侵流动。盘腔内部设置凸起以后会由于风阻使得转盘产生附加力矩，这样的附加力矩实质上为转盘凸起对盘腔流体进行做功。这样的功使得盘腔流体动能增大、压力升高，同时有部分功也会因为流动损失而变成无用功。本发明通过将圆柱凸起处于特定的位置以及特定数量，大大减小动盘由于凸起而产生的流动损失，从而实现了使用较小的(动盘凸起所导致的)动盘附加力矩获得涡轮转静盘腔燃气入侵较大程度减弱的目的。
本发明使用了简单的圆柱形凸起，只需将固定数量的圆柱形凸起固定于涡轮转盘的特定位置即可。特定位置以及特定数量的设置，使得由于凸起设置而产生的流动损失大大减小，保证了凸起产生的动盘附加力矩被高效利用。
本发明的优点在于：
(1)本发明有效阻止了燃气入侵的发生，极大降低了涡轮级间封严所需的最小封严冷气流量。
(2)本发明兼顾了转盘凸起造成的风阻损失，合适的凸起配置较大程度上降低了凸起造成的风阻损失，使得动盘附加力矩被高效利用。
附图说明
图1为本发明提供的在带有简单轴向封严封严环的盘腔特定位置布置圆柱凸起的盘腔结构示意图。
图中：
1—涡轮静盘；2—涡轮转盘；3—圆柱形凸起；4—封严环。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
参见图1，本发明提供了一种高效低阻封严结构，选用特定数量的圆柱形凸起周向均布与转盘特定半径位置即可实现。
本发明提供的一种高效低阻封严结构，利用流体力学的相关原理有效降低了涡轮转静盘腔级间封严所需的最小封严流量，同时控制了转盘凸起产生的附加力矩，使得由于设置到转盘的凸起产生的附加力矩被高效利用。本发明涉及的装置结构简单，安装方便，适用范围较广。
该封严结构的封严效果已经通过实验验证，验证方法是测量转盘安装了圆柱形凸起的封严特性。通过在相同主流条件以及封严环尺寸结构的情况下，分别测试转盘安装了圆柱形凸起的盘腔的封严效率随封严流流量曲线以及转盘不安装圆柱形凸起的盘腔的封严效率随封严流流量曲线，进行对比。试验采用的是分别布置于0.7、0.8和0.9转盘半径位置处直径为10mm、高6mm的周向均匀的32个和16个圆柱形凸起，一共6种圆柱布置情况和转盘不布置圆柱凸起的情况进行对比。转盘半径为267mm，转速设置为1500转/分。
经过实验计算得到的不同转速下水滴形凸起的减阻效果如表1：
表1实验测量中几类凸起设置的降低最小封严流量的效果
由表1中可见在0.8半径设置16个凸起最大程度减小了燃气入侵，降低了最小封严流量。而凸起引起的动盘附加力矩与凸起位置以及凸起个数相关。使用参考文献的附加力矩公式获得相应盘腔结构最小封严流量下的附加力矩系数。将各个结构的最小封严流量的降低量除以其附加力矩系数，对比其大小即可得知那个结构所产生的附加力矩得到最好的利用。
表2实验测量中几类凸起设置的动盘附加功利用率对比
从表2可以明显发现在0.8半径设置16个凸起的盘腔附加力矩利用率最高。因此本发明所采用在转盘特定位置布置特定数量圆柱凸起极大提高了封严效率，降低了最小封严流量而且有效减小了相应附加力矩大小。
以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围，本发明的保护范围由随附的权利要求书限定，任何在本发明权利要求基础上的改动都是本发明的保护范围。
Claims (1)
1.一种高效低阻燃气轮机涡轮轮缘封严结构，其特征在于：包括涡轮静盘(1)、涡轮转盘(2)、圆柱形凸起(3)、封严环(4)，所述涡轮静盘(1)与涡轮转盘(2)上均设置有封严环(4)；所述涡轮静盘(1)边沿处沿轴向向所述涡轮转盘(2)延伸形成涡轮静盘延伸部，所述涡轮转盘(2)边缘处沿轴向向所述涡轮静盘(1)延伸形成涡轮转盘延伸部，所述涡轮静盘延伸部相较涡轮转盘延伸部远离所述涡轮转盘(2)的圆心；
将16个圆柱形凸起周向布置于涡轮转静盘腔内，且位于转盘的0.8半径位置，减小由于凸起设置而产生的流动损失，减小盘腔所需阻止燃气入侵发生的最小封严冷气量，保证凸起产生的动盘附加力矩被高效利用。
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