CN111878451A - 轴流压气机封严装置、轴流压气机及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种轴流压气机封严装置、轴流压气机及燃气轮机。该轴流压气机封严装置包括设置于静子叶片内环与内轮毂之间的封严组件，工质泄漏时，工质先流经封严组件，后流经内轮毂上的封严篦齿，且封严组件设置于静子叶片内环上，封严组件具有环状结构，封严组件具有由宽变窄的工质通道以将流经封严组件的工质的压力能转化为动能。本发明的轴流压气机封严装置，由静子叶片内环与内轮毂之间泄漏的工质流经封严组件，封严组件将工质的静压转换为动能，而后经过封严篦齿的阻挡后工质的大部分动能被耗散掉，此时的静压小于封严组件进口的静压，封严篦齿前后的静压差得到降低，从而降低了容腔处的泄露流动，减小了轴流压气机的效率损失。

Description

轴流压气机封严装置、轴流压气机及燃气轮机

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种轴流压气机封严装置、轴流压气机及燃气轮机。

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。

轴流压气机是一种用于将机械能转化为压力势能的叶轮机械。轴流压气机一般包括外机匣、内轮毂以及多级叶片，每一级叶片按前后顺序包含一排转子叶片与一排静子叶片。其中，静子叶片固定在外机匣上，转子叶片安装在内轮毂上，内轮毂与动力机构相连接。由于转子叶片与内轮毂为转动部件，而静子叶片为非转动部件，因此，转静子间必然存在间隙，此间隙存在于静子叶片内环与内轮毂之间。工质，如空气，进入轴流自压气机，以合适的角度进入转子叶片后，总压增加，静压增加，机械能转化为压力势能与动能，而后气流进入静子叶片，静压上升，多级叶片周而复始，起到增压的作用。由于静子叶片后的气流压力高于静子叶片前的气流压力，以及间隙的存在，静子叶片内环前后的间隙处存在泄漏流动，造成轴流压气机效率的损失。

为了减少轴流压气机的泄漏流动，通常在上述泄漏处添加封严篦齿。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，即使使用了封严篦齿，轴流压气机的流量损失仍旧较高，仍有较大部分被做功的气体流经封严篦齿而泄露到大气，轴流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轴流压气机封严装置、轴流压气机及燃气轮机，解决了轴流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轴流压气机封严装置，包括设置于静子叶片内环与内轮毂之间的封严组件，工质泄漏时，工质先流经所述封严组件，后流经内轮毂上的封严篦齿，且所述封严组件设置于静子叶片内环上，所述封严组件具有环状结构，所述封严组件具有由宽变窄的工质通道以将流经所述封严组件的工质的压力能转化为动能。

根据本发明实施例的一个方面，封严组件包括多个增速叶片，多个增速叶片设置于静子叶片内环，且环绕内轮毂的周向设置。

根据本发明实施例的一个方面，多个增速叶片间隔设置，相邻增速叶片之间的间隙构成工质通道，在工质的泄漏流向上，相邻增速叶片之间的间隙由宽变窄。

根据本发明实施例的一个方面，相邻增速叶片的间距相同。

根据本发明实施例的一个方面，增速叶片相对于内轮毂的转动轴方向倾斜设置。

根据本发明实施例的一个方面，工质由相邻增速叶片之间间隙流出的方向顺从内轮毂的转动方向。

根据本发明实施例的一个方面，增速叶片的形状为平面状或曲面状。

根据本发明实施例的一个方面，增速叶片与静子叶片内环可拆卸连接。

另一方面，本发明实施例提出了一种轴流压气机，包括如前述的轴流压气机封严装置。

又一方面，本发明实施例提出了一种燃气轮机，包括如前述的轴流压气机。

本发明实施例提供的轴流压气机封严装置，由静子叶片内环与内轮毂之间泄漏的工质流经封严组件，封严组件将工质的静压转换为动能，工质的静压下降，工质的流速上升，自封严组件流出的工质经过封严篦齿的阻挡后，大部分动能被耗散掉，剩余动能恢复为压力能，流速快速下降，产生大量的总压损失，此时的静压小于封严组件进口的静压，封严篦齿前后的静压差得到降低，从而提升了封严效果，降低了容腔处的泄露流动，减小了轴流压气机的效率损失，提高了轴流压气机的效率。

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为本发明实施例的轴流压气机封严装置的剖视结构示意图。

图2为本发明实施例的轴流压气机封严装置的静子叶片内环的右视结构示意图。

附图中：

100-内轮毂，200-静子叶片内环，300-封严篦齿，400-封严组件，500-转子叶片，600-静子叶片；

410-增速叶片；

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，本发明实施例的轴流压气机封严装置，包括设置于静子叶片内环200与内轮毂100之间的封严组件400，工质泄漏时，工质先流经封严组件400，后流经内轮毂100上的封严篦齿300，且封严组件400设置于静子叶片内环200上，封严组件400具有环状结构，封严组件400具有由宽变窄的工质通道以将流经封严组件400的工质的压力能转化为动能。现有技术中的轴流压气机，其静子叶片内环200与内轮毂100之间存在间隙，此间隙附近存在的腔状空间称为容腔。本实施例的部分工质由主流穿过转子叶片500及静子叶片600的缘板，泄漏进入上述容腔，工质流经封严组件400，封严组件400将工质的静压转换为动能，工质的静压下降，工质的流速上升，自封严组件400流出的工质经过封严篦齿300的阻挡后，大部分动能被耗散掉，剩余动能恢复为压力能，流速快速下降，产生大量的总压损失，此时的静压小于封严组件400进口的静压，封严篦齿300前后的静压差得到降低，从而提升了封严效果，降低了容腔处的泄露流动，减小了轴流压气机的效率损失，提高了轴流压气机的效率。

结合图2，作为一个可选实施例，封严组件400包括多个增速叶片410，多个增速叶片410设置于静子叶片内环200，且环绕内轮毂100的周向设置。

本实施例的多个增速叶片410环绕内轮毂100的周向构成环状结构，该环状结构设置于静子叶片内环200上；增速叶片410的个数为多个，可根据轴流压气机的具体参数而确定具体数量。

作为一个可选实施例，多个增速叶片410间隔设置，相邻增速叶片410之间的间隙构成工质通道，在工质的泄漏流向上，相邻增速叶片410之间的间隙由宽变窄。

本实施例的相邻增速叶片410之间的间隙构成工质通道，通过相邻增速叶片410之间间隙的由宽变窄设置，得到逐渐收缩的工质通道，工质流经工质通道后流速增加，实现将工质的压力能转化为动能。

作为一个可选实施例，相邻增速叶片410的间距相同。

本实施例的多个增速叶片410在内轮毂100的周向方向上均匀分布，在内轮毂100的周向方向上对流经的工质均匀加速。

作为一个可选实施例，增速叶片410相对于内轮毂100的转动轴方向倾斜设置。

在本实施例中，通过增速叶片410的倾斜角度来实现工质通道的截面积变化，在工质的泄漏流向上，使得工质通道的截面积由宽变窄，从而实现工质的压力能转换为动能。

需要说明的是，对于具体的增速叶片410的安装角度不作限定，但需保证工质的流动方向基本为沿封严组件400的轴向。

作为一个可选实施例，工质由相邻增速叶片410之间间隙流出的方向顺从内轮毂100的转动方向。

在本实施例中，在工质的泄漏流向上，增速叶片410依次具有第一端411和第二端412，增速叶片410的第二端412顺从内轮毂100的转动方向而倾斜，也可以理解为增速叶片410的第一端411向内轮毂100转动方向的反向倾斜，即工质由相邻增速叶片410之间间隙流出的方向与内轮毂100的转动方向的趋势一致。

作为一个可选实施例，增速叶片410的形状为平面状或曲面状。

在本实施例中，对于增速叶片410的结构形式不作具体限定，增速叶片410可为平面状、曲面状等，包括简单的楔形、薄片状，及复杂的叶型，能够实现将流经的工质的压力能转化为动能均可。

作为一个可选实施例，增速叶片410与静子叶片内环200可拆卸连接。

本实施例的增速叶片410可拆卸连接于静子叶片内环200，便于根据轴流压气机的参数及具体的使用需求来调整增速叶片410的规格。

在本实施例中，增速叶片410与静子叶片内环200可采用插接连接，进一步地，增速叶片410能够沿工质的泄漏流向插接连接在静子叶片内环200上，在工质流经时增速叶片410能够实现位置自锁。

可以理解，增速叶片410也可与静子叶片内环200一体成型。

作为一个可选实施例，封严组件400与封严篦齿300之间设置有封严挡肩；封严挡肩设置于内轮毂100，封严挡肩能够随内轮毂100的转动而转动。

在本实施例中，在工质的泄漏流向上，封严挡肩设置于封严组件400与封严篦齿300之间，封严挡肩位于封严组件400的出口。

在封严组件400的作用下，工质的压力能转化为动能，工质流出封严组件400后，工质的流速有一定的增加，而静压有一定的降低，随后工质与封严挡肩发生碰撞，工质的大部分动能被耗散掉，小部分动能转化为压力能。

作为一个可选实施例，封严挡肩为连续的环状结构，环绕内轮毂100的周向设置。

本实施例的封严挡肩为周向回转结构，在内轮毂100的周向上将工质的动能耗散掉。

在本实施例中，对于封严挡肩的切面形状不作具体限定，封严挡肩的切面形状可为梯形或三角形等，在与工质碰撞后能够较大程度地消耗掉工质的动能即可。

并且，对于封严挡肩的径向高度不作具体限定，但应当在起到消耗工质动能的作用的同时，不妨碍其它部件的正常运行。

整体上，在工质的主流流向上，工质自静子叶片600后的容腔向静子叶片600前的容腔泄漏时，在封严组件400的作用下，流经的工质的静压降低，流速增加，总压损失增加，大幅降低了封严篦齿300前后的静压差，在通过封严篦齿300在容腔内的强涡作用进行非接触封严而减少泄漏流动的基础上，进一步减少了泄露流动，有效地提高了轴流压气机的设计效率。

本发明实施例还提供一种轴流压气机，包括上述实施例的轴流压气机封严装置。

在本实施例中，工质，如空气，进入轴流压气机后压力大幅提升，由于上述实施例的轴流压气机封严装置的设置，非常少部分气体经由静子叶片内环200与内轮毂100之间存在的间隙泄漏，大部分气体流出轴流压气机，轴流压气机的效率损失小。

本发明实施例还提供一种燃气轮机，包括上述实施例的轴流压气机，轴流压气机的效率较高，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)

1.一种轴流压气机封严装置，其特征在于，包括设置于静子叶片内环与内轮毂之间的封严组件，工质泄漏时，工质先流经所述封严组件，后流经内轮毂上的封严篦齿，且所述封严组件设置于静子叶片内环上，所述封严组件具有环状结构，所述封严组件具有由宽变窄的工质通道以将流经所述封严组件的工质的压力能转化为动能。

2.根据权利要求1所述的轴流压气机封严装置，其特征在于，所述封严组件包括多个增速叶片，所述多个增速叶片设置于静子叶片内环，且环绕内轮毂的周向设置。

3.根据权利要求2所述的轴流压气机封严装置，其特征在于，所述多个增速叶片间隔设置，相邻所述增速叶片之间的间隙构成工质通道，在工质的泄漏流向上，相邻所述增速叶片之间的间隙由宽变窄。

4.根据权利要求3所述的轴流压气机封严装置，其特征在于，相邻所述增速叶片的间距相同。

5.根据权利要求3所述的轴流压气机封严装置，其特征在于，所述增速叶片相对于内轮毂的转动轴方向倾斜设置。

6.根据权利要求3或5所述的轴流压气机封严装置，其特征在于，工质由相邻所述增速叶片之间间隙流出的方向顺从内轮毂的转动方向。

7.根据权利要求2所述的轴流压气机封严装置，其特征在于，所述增速叶片的形状为平面状或曲面状。

8.根据权利要求2所述的轴流压气机封严装置，其特征在于，所述增速叶片与静子叶片内环可拆卸连接。

9.一种轴流压气机，其特征在于，包括如权利要求1至8任一项所述的轴流压气机封严装置。

10.一种燃气轮机，其特征在于，包括如权利要求9所述的轴流压气机。

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