CN111878448A - 封严装置、离心压气机及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种封严装置、离心压气机及燃气轮机。该封严装置包括叶轮轮毂、扩压器本体及封严部，封严部位于叶轮轮毂与扩压器本体之间，封严部设置于叶轮轮毂上，且在工质的泄漏流向上封严部位于封严篦齿的前方，其中，封严部能够随叶轮轮毂的转动而转动，以降低流经封严部的工质的动能。本发明的封严装置，封严部在随叶轮轮毂的转动而转动时，封严部在叶轮轮毂的周向方向及向心方向对工质做正功，降低流经封严部的工质的动能，从而叶轮轮毂与扩压器本体之间的总压大幅降低，封严篦齿前后的压差得到大幅降低，进而提升封严效果，减小了离心压气机的效率损失，提高了离心压气机的效率。

Description

封严装置、离心压气机及燃气轮机

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种封严装置、离心压气机及燃气轮机。

背景技术

燃气轮机是一种以连续流动的气体作为工质，把热能转换为机械功的旋转式动力机械，一般主要由压气机、燃烧室和燃气透平这三大部件组成。其中，常用的压气机有离心压气机、轴流压气机。

现有的离心压气机，其利用叶片力及离心力完成机械能转化为气体焓能。工质，如空气，进入离心压气机，流经叶轮后压力大幅提升，而后进入扩压器。此时，由于叶轮与扩压器之间存在间隙，且由于做功的气体的气压远高于外界，部分被做功的气体会由叶轮与扩压器之间的间隙流出，造成离心压气机效率的损失。

对于离心压气机存在的气体泄漏，目前采用的封严方式是依靠封严篦齿，即在叶轮与扩压器之间的空腔设置封严篦齿，利用封严篦齿与转动件形成的壁面摩擦力，诱发较厚的附面层，形成气动堵塞，来减少泄露流动。但是，由于封严篦齿的封严效果有限，封严篦齿前后之间的压差依然较大，仍有较大部分被做功的气体由上述间隙流出后，流经封严篦齿而泄露到大气，离心压气机的效率损失依然较大。

发明内容

本发明实施例提供一种封严装置、离心压气机及燃气轮机，解决了离心压气机的效率损失较大的问题。

一方面，本发明实施例提出了一种封严装置，包括叶轮轮毂、扩压器本体及封严部，所述封严部位于所述叶轮轮毂与所述扩压器本体之间，所述封严部设置于所述叶轮轮毂上，且在工质的泄漏流向上所述封严部位于封严篦齿的前方，其中，所述封严部能够随所述叶轮轮毂的转动而转动，以降低流经所述封严部的工质的动能。

根据本发明实施例的一个方面，封严部包括多个封严叶片，多个封严叶片环绕叶轮轮毂的轴向设置于叶轮轮毂。

根据本发明实施例的一个方面，在工质的泄漏流向上，封严叶片依次具备第一端和第二端；在环绕叶轮轮毂轴向的方向上，多个封严叶片的第二端呈聚拢状设置，多个封严叶片的第一端呈放射状设置。

根据本发明实施例的一个方面，相邻封严叶片的第二端的间距相同。

根据本发明实施例的一个方面，相邻封严叶片的第一端的间距相同。

根据本发明实施例的一个方面，多个封严叶片与叶轮轮毂转动轴的径向距离相同。

根据本发明实施例的一个方面，封严叶片相对于叶轮轮毂的径向方向倾斜设置。

根据本发明实施例的一个方面，工质由相邻封严叶片之间间隙流入的方向与叶轮轮毂的转动方向的趋势相反。

另一方面，本发明实施例提出了一种离心压气机，包括如前述的封严装置。

又一方面，本发明实施例提出了一种燃气轮机，包括如前述的离心压气机。

本发明实施例提供的封严装置，封严部在随叶轮轮毂的转动而转动时，封严部在叶轮轮毂的周向方向对工质做正功，提高了工质的周向速度，加强了工质受到的离心力，此离心力对气体做负功，且封严部本身的存在在叶轮轮毂的向心方向对工质做负功，整体上降低流经封严部的工质的动能，从而叶轮轮毂与扩压器本体之间的总压大幅降低，且由于工质的流速得到降低，极其缓慢，工质的静压基本等于总压，即静压大幅降低，封严篦齿前后的压差得到大幅降低，进而提升封严效果，降低泄露流动，减小了离心压气机的效率损失，提高了离心压气机的效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对本发明实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面所描述的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的封严装置的剖视结构示意图。

图2为本发明实施例的封严装置的叶轮轮毂部分结构的右视结构示意图。

附图中：

100-叶轮轮毂，200-扩压器本体，300-封严篦齿，400-封严部，600-叶轮；

410-封严叶片；

411-第一端，412-第二端。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的实施方式作进一步详细描述。以下实施例的详细描述和附图用于示例性地说明本发明的原理，但不能用来限制本发明的范围，即本发明不限于所描述的实施例。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有说明，术语“第一”和“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；“多个”的含义是两个或两个以上；术语“内”、“外”、“顶部”、“底部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

请参阅图1，本发明实施例的封严装置，包括叶轮轮毂100、扩压器本体200及封严部400，封严部400位于叶轮轮毂100与扩压器本体200之间，封严部400设置于叶轮轮毂100上，且在工质的泄漏流向上封严部400位于封严篦齿300的前方，其中，封严部400能够随叶轮轮毂100的转动而转动，以降低流经封严部400的工质的动能。本实施例的工质由叶轮轮毂100与扩压器本体200之间的狭小间隙A泄漏进入叶轮轮毂100与扩压器本体200之间的空腔，由于此处转静间隙较小，附面层较厚，工质在叶轮轮毂100的摩擦力作用下，具有周向速度，而后以可计算的流动角进入封严部400，封严部400在随叶轮轮毂100的转动而转动时，封严部400在叶轮轮毂100的周向方向对工质做正功，提高了工质的周向速度，加强了工质受到的离心力，此离心力对气体做负功，且封严部400本身在叶轮轮毂100的向心方向对工质做负功，整体上降低流经封严部400的工质的动能，从而叶轮轮毂100与扩压器本体200之间的总压大幅降低，且由于工质的流速得到降低，极其缓慢，工质的静压基本等于总压，即静压大幅降低，封严篦齿300前后的压差得到大幅降低，进而提升封严效果，降低泄露流动，减小了离心压气机的效率损失，提高了离心压气机的效率。

在本实施例中，在工质于封严部400处受到的离心力的作用下，在封严部400的周向形成旋流，工质在封严部400的周向方向的动能被耗散掉，在工质在封严部400处受到的离心力及封严部400本身做负功的作用下，工质在封严部400的向心方向的焓能减小。

作为一个可选实施例，封严部400包括多个封严叶片410，多个封严叶片410环绕叶轮轮毂100的轴向设置于叶轮轮毂100。

本实施例的多个封严叶片410环绕叶轮轮毂100的轴向构成环状结构，该环状结构设置于叶轮轮毂100上，具体设置于叶轮轮毂100的背面；封严叶片410的个数为多个，可根据离心压气机的具体参数而确定具体数量。

作为一个可选实施例，在工质的泄漏流向上，封严叶片410依次具备第一端411和第二端412；在环绕叶轮轮毂100轴向的方向上，多个封严叶片410的第二端412呈聚拢状设置，多个封严叶片410的第一端411呈放射状设置。

本实施例的多个封严叶片410在工质的泄漏流向上向心聚拢，多个封严叶片410之间的间距由宽变窄，或者由宽变接合，即多个封严叶片410的第二端412之间具备间距，或者多个封严叶片410的第二端412相互接合。

其中，对于封严叶片410的结构形式不作限定，封严叶片410可为平面状、曲面状等，能够实现裹挟工质在叶轮轮毂100的周向运动均可。

并且，对于封严叶片410的径向高度不作具体限定，但应当在起到对工质做负功的同时，不妨碍其它部件的正常运行。

作为一个可选实施例，相邻封严叶片410的第二端412的间距相同；相邻封严叶片410的第一端411的间距相同。

本实施例的封严叶片410在环绕叶轮轮毂100的轴向方向上均匀分布，均匀地对工质做负功。

作为一个可选实施例，多个封严叶片410与叶轮轮毂100转动轴的径向距离相同。

本实施例的多个封严叶片410分布在叶轮轮毂100的同一圆周上，能够带动工质在叶轮轮毂100的某一径向范围内集中形成旋流，在更具工作稳定性的同时，能够提升对工质做负功的效果，进而提升封压效果，降低泄露流动。

作为一个可选实施例，封严叶片410相对于叶轮轮毂100的径向方向倾斜设置。

在本实施例中，通过封严叶片410的倾斜角度来实现封严叶片410之间间距的宽窄变化，在工质的泄漏流向上，封严叶片410之间的间距由宽变窄，能够裹挟工质沿周向运动，形成旋流屏障。

需要说明的是，对于具体的封严叶片410的安装角度不作限定，但需保证能够沿周向对工质做功，提高工质的周向速度，加强工质受到的离心力。

作为一个可选实施例，工质由相邻封严叶片410之间间隙流入的方向与叶轮轮毂100的转动方向的趋势相反，能够有效地带动工质进行周向运动。

在本实施例中，在工质的泄漏流向上，封严叶片410依次具有第一端411和第二端412，封严叶片410的第二端412逆反叶轮轮毂100的转动方向而倾斜，也可以理解为封严叶片410的第一端411向叶轮轮毂100的转动方向倾斜，即工质由相邻封严叶片410之间间隙流入的方向与叶轮轮毂100的转动方向的趋势相反，若叶轮轮毂100逆时针转动，则封严叶片410为如图2所示的倾斜设置，可以理解，若叶轮轮毂100顺时针转动，则封严叶片410的倾斜方向则相反。

整体上，本实施例的封严装置，考虑了叶轮与扩压器之间空腔内的摩擦作用，及工质泄露流动的方向，利用封严部400及其周向速度对工质做负功，实现降低封严篦齿300前的静压，使得封严篦齿300前后的压差得到大幅降低，提升封严效果，减少泄露流动，减小离心压气机的效率损失，提高离心压气机的效率。

本发明实施例还提供一种离心压气机，包括上述实施例的封严装置。

在本实施例中，工质，如空气，进入离心压气机，流经叶轮600后压力大幅提升，而后进入无叶扩压器，由于上述实施例的封严装置的设置，非常少部分气体经由叶轮600与无叶扩压器之间的间隙A泄漏到外界，大部分气体流出离心压气机，离心压气机的效率损失小。

本发明实施例还提供一种燃气轮机，包括上述实施例的离心压气机，离心压气机的效率较高，燃气轮机的整体效率也得到提升。

本领域内的技术人员应明白，以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此。显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种封严装置，其特征在于，包括叶轮轮毂、扩压器本体及封严部，所述封严部位于所述叶轮轮毂与所述扩压器本体之间，所述封严部设置于所述叶轮轮毂上，且在工质的泄漏流向上所述封严部位于封严篦齿的前方，其中，所述封严部能够随所述叶轮轮毂的转动而转动，以降低流经所述封严部的工质的动能。

2.根据权利要求1所述的封严装置，其特征在于，所述封严部包括多个封严叶片，所述多个封严叶片环绕叶轮轮毂的轴向设置于叶轮轮毂。

3.根据权利要求2所述的封严装置，其特征在于，在工质的泄漏流向上，所述封严叶片依次具备第一端和第二端；

在环绕叶轮轮毂轴向的方向上，多个所述封严叶片的第二端呈聚拢状设置，多个所述封严叶片的第一端呈放射状设置。

4.根据权利要求3所述的封严装置，其特征在于，相邻所述封严叶片的第二端的间距相同。

5.根据权利要求3或4所述的封严装置，其特征在于，相邻所述封严叶片的第一端的间距相同。

6.根据权利要求2所述的封严装置，其特征在于，所述多个封严叶片与叶轮轮毂转动轴的径向距离相同。

7.根据权利要求3所述的封严装置，其特征在于，所述封严叶片相对于叶轮轮毂的径向方向倾斜设置。

8.根据权利要求3或7所述的封严装置，其特征在于，工质由相邻所述封严叶片之间间隙流入的方向与叶轮轮毂的转动方向的趋势相反。

9.一种离心压气机，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的封严装置。

10.一种燃气轮机，其特征在于，包括如权利要求9所述的离心压气机。

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