CN109915215A - 一种船用燃气轮机动叶叶顶的密封结构 - Google Patents
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Abstract
一种船用燃气轮机动叶叶顶密封结构，它涉及一种密封结构，本发明的目的是为了解决船用燃气轮机动叶叶顶密封效果差，存在燃气在动、静间隙处的燃气泄漏问题，本发明密封结构由叶片上缘板、篦齿、护环本体、蜂窝构成，在该结构中，叶片上缘板嵌入护环内部，两级篦齿与护环蜂窝形成直通式篦齿‑蜂窝密封结构、第三级篦齿高于前两级篦齿，与护环蜂窝形成台阶式篦齿‑蜂窝密封结构，该结构具有多种密封结构优点，尤其在机组长时间运行后，动静配合间隙变大情况下，内嵌式结构和台阶式篦齿‑蜂窝密封结构仍能起到良好的密封效果，降低燃气轮机的燃气损失，增加机组热效率，降低燃油消耗量。本发明应用于燃气轮机领域。
Description
技术领域
本发明涉及一种密封结构，具体涉及一种船用燃气轮机动叶叶顶密封结构。
背景技术
船用燃气轮机是复杂且精密的高科技产品，工作在高温、高压、高转速及盐烟雾腐蚀的恶劣环境下。其研制涉及热力学、流体力学、燃烧学、结构强度、机械设计、材料科学、制造工艺以及控制科学等多个领域，其密封结构的设计经历了一维、二维、三维的设计过程，是一项多学科、综合复杂的系统工程。
从燃气轮机能量损失方面考虑，提高动、静部件间的密封性，减少燃气泄露，增加燃气的做功能力，是提高发动机热效率、降低燃油消耗量的有效手段。尤其是长时间工作后的燃气轮机，动、静部件均发生不同程度变形，导致动、静配合间隙增大，气体泄露量增加，机组热效率降低，燃油消耗量增加。为了达到预期的设计性能指标，机组应返厂拆解检修，更换变形量较大的零部件，重新调整配合间隙，显然这样做会耗费较多的人力、财力、物力，因此，合理的密封结构设计才是解决问题的关键。高效、合理的密封结构可以长时间保证燃气轮机的热效率、燃油消耗等指标。这使得密封结构设计在高性能燃气轮机研制及后期维护中占有举足轻重的作用。
发明内容
本发明的目的是为了解决船用燃气轮机动叶叶顶密封效果差，存在燃气在动、静间隙处的泄漏问题，而提供一种船用燃气轮机动叶叶顶的密封结构。
本发明的一种船用燃气轮机动叶叶顶的密封结构，它包括动叶结构体和护环结构体；
所述的护环结构体包括护环本体及蜂窝；护环本体底部向内凹，内凹面为阶梯形结构，阶梯形内凹面分为梯台一和梯台二；内凹面的梯台一和梯台二上分别设置有蜂窝；
所述的动叶结构体是由篦齿、上缘板、叶身、下缘板以及榫根组成；
叶身上端向外延伸形成动叶上缘板；动叶上缘板上表面设置有多个篦齿；动叶上缘板以及篦齿内嵌于护环本体内，且每个篦齿与对应蜂窝之间均留有相同高度的间隙；叶身下端延伸形成动叶下缘板；榫根安装在动叶下缘板底部设置的榫槽内。
本发明的密封结构由动叶上缘板、篦齿、护环、蜂窝构成，使其在不增加额外密封装置前提下，对动叶叶顶区域进行密封结构改进设计，减少燃气在动、静间隙处的燃气泄漏，提高发动机热效率、降低燃油消耗量。
本发明的动叶上缘板处的篦齿结构嵌入护环本体内部，不阻碍通流区域内的气体流动，当燃气由动叶进气侧与护环本体前端的间隙流入后，经直通式篦齿-蜂窝结构，依次进入A、B区域空腔，在空腔内，形成气体涡流阻碍气体流动，消耗气体动能，降低气体压力，流出第二级篦齿的气体射流冲击第三级篦齿，造成气流方向发生转折，进一步消耗气体动能、降低气流压力，使得篦齿前后压差降低，进而起到密封气体的作用。
该密封结构兼顾直通式篦齿-蜂窝密封、台阶式篦齿-蜂窝密封两种结构的优点，以及内嵌式的布置方式强化动叶叶顶的密封效果，可以有效的降低燃气损失，增加机组热效率，降低燃油消耗量。即使燃气轮机在长时间运行后，动、静配合间隙增大，直通式篦齿-蜂窝密封结构的密封效果会有一定减弱，但其他两种结构仍能起到良好的密封效果。
附图说明
图1为本发明密封结构示意图；
图2为本发明动叶三维结构视图；
图3为本发明护环三维结构视图；
图4为本发明动叶上缘板、篦齿结构截面剖视图；
图5为本发明护环结构截面剖视图；
图6为本发明密封结构使用中燃气流动示意图。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1至6说明本实施方式，本实施方式的一种船用燃气轮机动叶叶顶密封结构，它包括动叶结构体和护环结构体6；
所述的护环结构体6包括护环本体7及蜂窝8；护环本体7底部向内凹，内凹面为阶梯形结构，阶梯形内凹面分为梯台一71和梯台二72；内凹面的梯台一71和梯台二72上分别设置有蜂窝8；
所述的动叶结构体是由篦齿1、上缘板2、叶身3、下缘板4以及榫根5组成；
叶身3上端向外延伸形成动叶上缘板2；动叶上缘板2上表面设置有多个篦齿1；动叶上缘板2以及篦齿1内嵌于护环本体7内，且每个篦齿1与对应蜂窝8之间均留有相同高度的间隙；叶身3下端向外延伸形成动叶下缘板4；榫根5安装在动叶下缘板4底部设置的榫槽内。
具体实施方式二：结合图1至6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：动叶上缘板2上表面设置有三个篦齿1；每个篦齿1与动叶上缘板2进气侧端面的距离依次为7mm、13mm、25mm。
其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：结合图1至6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：三个篦齿1的尖端为斜角，倾斜角度为30度。
其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式四：结合图1至6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：梯台一71与梯台二72之间的高度差为4mm。
其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式五：结合图1至6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：所述的篦齿1包括第一篦齿11、第二篦齿12和第三篦齿13；第一篦齿11、第二篦齿12、第三篦齿13与对应蜂窝8之间均留有高度为1.2mm的间隙。
其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式六：结合图1至6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：护环本体7前侧挡板与动叶上缘板2进气侧高度相平；第一篦齿11、护环本体7前侧挡板、上缘板2与蜂窝8之间形成A空腔；第一篦齿11、第二篦齿12、上缘板2与蜂窝8之间形成B空腔；第二篦齿12、第三篦齿13、上缘板2和蜂窝8之间形成C空腔。
其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式七：结合图1至6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：蜂窝8为正六边形结构，蜂窝8经电子束焊与护环本体7焊接在一起。
其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式八：结合图1至6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：动叶上缘板2的轴向长度为33mm。
其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式九：结合图1至6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：篦齿1外圆轴向宽度为0.3mm。
其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
具体实施方式十：结合图1至6说明本实施方式，本实施方式与具体实施方式一不同点在于：护环本体7两端设置为插拔式结构，悬挂于机匣内表面，护环两侧端面夹角为12°，机匣内壁共悬挂护环30片。
其它组成和连接方式与具体实施方式一相同。
本发明内容不仅限于上述各实施方式的内容，其中一个或几个具体实施方式的组合同样也可以实现发明的目的。
通过以下实施例验证本发明的有益效果：
实施例1
附图表明本发明一个具体的实施例。图1是燃气轮机涡轮动叶-护环密封结构示意图，所述动叶结构包括篦齿1、动叶上缘板2、叶身3、动叶下缘板4、榫根5。所述护环结构6包括护环本体7及蜂窝密封8。
篦齿1、动叶上缘板2与护环本体7、蜂窝8构成综合气体密封结构。动叶结构中的篦齿1、动叶上缘板2、、叶身3、动叶下缘板4、榫根5为一起精铸而成，后经车削加工篦齿外径获得不同高度的篦齿1结构，动叶上缘板2轴向长度为33mm，各级篦齿1与动叶上缘板2进气侧端面的距离依次为7mm、13mm、25mm，在各级篦齿1尖端位置进行倒角，角度为30°斜角，形成尖端角结构；篦齿1外圆轴向宽度为0.3mm，动叶上缘板2及篦齿1的剖面如图4所示，三维结构如图2所示。
护环结构体6三维结构如图3所示，护环结构体6二维结构如图5所示，在护环结构体6内表面设置两层蜂窝8密封，两层蜂窝8密封高度差为4mm，各级篦齿1与配合蜂窝8间的间隙均为1.2mm，蜂窝8为正六边形结构，护环本体7为精铸部件，蜂窝8经电子束焊与护环本体7焊接在一起。护环结构体6两端设置为插拔式结构，可以悬挂在机匣内表面，如图1所示，护环两侧端面夹角为12°，机匣内壁共悬挂护环30片。
护环结构体6前侧挡板与动叶上缘板2进气侧高度相平，避免燃气直接冲入A区域空腔，减少燃气泄漏。通流区域的燃气经上缘板与护环本体前端的2.5mm间隙进入密封结构，在A区域空腔内形成涡流，消耗气体动能，降低气体压力，当气体流经第一级篦齿11时，气体增速降压，进入B区域空腔，形成第2个气体涡流，进一步消耗气体动能，当气体流经第二级篦齿12时，气体继续增速降压，进入C区域空腔，一部分气体射流冲击第三级篦齿13，消耗动能，并形成射流分支，汇入C区域的气体涡流，进一步消耗气体动能，剩余气体进一步流经第三级篦齿13，从动叶上缘板2与蜂窝8之间的区域流出，气体流动示意图如图6所示。由于燃气流经每级篦齿1后，都会消耗动能，降低燃气压力，使得篦齿1前、后压差不断减小，起到密封作用。
本实施例的动叶上缘板2上的篦齿1数量、篦齿1截面形状、篦齿1间的距离可根据实际情况选择。
本实施例的护环结构6中的蜂窝8单元直径、蜂窝8深度、蜂窝8形状可以不同。
本实施例的篦齿1与蜂窝8之间的间隙可以不同，具体间隙值可根据数值仿真计算获得。
尽管本发明描述的是申请人认为是最实用且经过优化选择的案例，但本发明不限于上述详细描述的结构特点。而是覆盖权力要求书来限定的内容，以及由此引申和变型的等效结构。
Claims (10)
1.一种船用燃气轮机动叶叶顶的密封结构，其特征在于它包括动叶结构体和护环结构体(6)；
所述的护环结构体(6)包括护环本体(7)及蜂窝(8)；护环本体(7)底部向内凹，内凹面为阶梯形结构，阶梯形内凹面分为梯台一(71)和梯台二(72)；内凹面的梯台一(71)和梯台二(72)上分别设置有蜂窝(8)；
所述的动叶结构体是由篦齿(1)、上缘板(2)、叶身(3)、下缘板(4)以及榫根(5)组成；
叶身(3)上端向外延伸形成动叶上缘板(2)；动叶上缘板(2)上表面设置有多个篦齿(1)；动叶上缘板(2)以及篦齿(1)内嵌于护环本体(7)内，且每个篦齿(1)与蜂窝(8)之间均留有相同高度的间隙；叶身(3)下端延伸形成动叶下缘板(4)；榫根(5)安装在动叶下缘板(4)底部设置的榫槽内。
2.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机动叶叶顶的密封结构，其特征在于动叶上缘板(2)上表面设置有三个篦齿(1)；每个篦齿(1)与动叶上缘板(2)进气侧端面的距离依次为7mm、13mm、25mm。
3.根据权利要求1或2所述的一种船用燃气轮机动叶叶顶的密封结构，其特征在于三个篦齿(1)的尖端为斜角，倾斜角度为30度。
4.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机动叶叶顶的密封结构，其特征在于梯台一(71)与梯台二(72)之间的高度差为4mm。
5.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机动叶叶顶的密封结构，其特征在于所述的篦齿(1)包括第一篦齿(11)、第二篦齿(12)和第三篦齿(13)；第一篦齿(11)、第二篦齿(12)、第三篦齿(13)与对应蜂窝(8)之间均留有高度为1.2mm的间隙。
6.根据权利要求5所述的一种船用燃气轮机动叶叶顶的密封结构，其特征在于护环本体(7)前侧挡板与动叶上缘板(2)进气侧高度相平；第一篦齿(11)、护环本体(7)前侧挡板、上缘板(2)与蜂窝(8)之间形成A空腔；第一篦齿(11)、第二篦齿(12)、上缘板(2)与蜂窝(8)之间形成B空腔；第二篦齿(12)、第三篦齿(13)、上缘板(2)和蜂窝(8)之间形成C空腔。
7.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机动叶叶顶的密封结构，其特征在于蜂窝(8)为正六边形结构，蜂窝(8)经电子束焊与护环本体(7)焊接在一起。
8.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机动叶叶顶的密封结构，其特征在于动叶上缘板(2)的轴向长度为33mm。
9.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机动叶叶顶的密封结构，其特征在于篦齿(1)外圆轴向宽度为0.3mm。
10.根据权利要求1所述的一种船用燃气轮机动叶叶顶的密封结构，其特征在于护环本体(7)两端设置为插拔式结构，悬挂于机匣内表面，护环两侧端面夹角为12°，机匣内壁共悬挂护环30片。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190621 |