CN112627907A - 一种提高篦齿封严结构封严特性的方法及篦齿封严结构 - Google Patents

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CN112627907A CN202011521305.9A CN202011521305A CN112627907A CN 112627907 A CN112627907 A CN 112627907A CN 202011521305 A CN202011521305 A CN 202011521305A CN 112627907 A CN112627907 A CN 112627907A
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吕艳丽
梁义强
柴军生
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AECC Shenyang Engine Research Institute
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
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Abstract

本申请中提供了一种提高篦齿封严结构封严特性的方法，所述方法包括：在篦齿转盘的侧面至少设置一个径向延伸且凸出于篦齿转盘的侧面的叶轮；使所述叶轮跟随篦齿转盘转动，并通过所述叶轮使进入篦齿的入口气流产生周向速度，从而能够提高篦齿封严结构的封严特性。本申请所提供的方法可以实现在不改变篦齿前后气流的总压、总温等气动参数条件下，实现篦齿封严特性增强的同时，不影响其他系统功能，且实现方法简单、可行。

Description

一种提高篦齿封严结构封严特性的方法及篦齿封严结构
技术领域
本申请属于航空发动机/燃气轮机设计技术领域，特别涉及一种增强封严特性的篦齿结构。
背景技术
篦齿结构是航空发动机和燃气轮机的流路中最主要的结构单元之一，它主要用于控制流路的压力分布和流量分配，其在转静子或不同转速部件之间阻止气流通过的能力称为封严特性。随着航空发动机性能的不断提高，篦齿封严特性成为影响发动机性能的主要因素之一，低封严泄漏有利于改善发动机耗油量和污染物排放等性能指标，从而提高发动机效能和降低运行成本。
如图1和图2所示为典型的篦齿封严结构，篦齿转盘2与机匣1之间具有径向的篦齿21，篦齿21改变了气流的泄漏流动。
在实际应用中，用泄漏系数随气流进出口压力的比值(压比)来描述篦齿结构在不同边界条件下的封严特性。
然而，现有技术中篦齿结构具有如下缺点：
1)由于篦齿结构简单，性能可靠等特点，使得其仍然在现役和在研航空发动机中广泛使用，但是随着航空发动机性能的不断提高，封严泄漏成为影响发动机性能的主要因素之一，使得发动机效率损失大、燃油油耗高，增加了发动机的运行成本；
2)实际应用中，篦齿的运行间隙由于安全需要有最小的限制值，因此只能通过篦齿结构优化来改善封严特性(例如通过大量模拟仿真确定最小限制值，以尽可能的减小运行间隙)，但是这种方法对篦齿的封严特性提高空间已经接近极限，其封严特性仍然不能满足设计需求；
3)如果要减少篦齿泄漏量，在叶间间隙和几何结构保持不变的前提下，只能减小篦齿前方来流的压力，但发动机中各处气流的压力对发动机轴向力及零部件温度等都有影响，因此，减小来流压力将影响到其他系统功能的实现。
发明内容
本申请的目的是提供了一种提高篦齿封严结构封严特性的方法及篦齿封严结构，以解决或减轻背景技术中的至少一个问题。
在一方面，本申请中提供了一种提高篦齿封严结构封严特性的方法，其特征在于，所述方法包括：
在篦齿转盘的进气气流侧面至少设置一个径向延伸且凸出于篦齿转盘的侧面的叶轮；
使所述叶轮跟随篦齿转盘转动，并通过所述叶轮使进入篦齿的入口气流产生周向速度，从而能够提高篦齿封严结构的封严特性。
进一步的，当设置在篦齿转盘上径向延伸的叶轮为多个时，多个所述叶轮平行设置。
进一步的，所述叶轮的形状包括长方形或是跑道型中的至少一种。
另一方面，本申请中还提供了一种篦齿封严结构，其特征在于，所述篦齿封严结构包括：
篦齿转盘；
设置在篦齿转盘端部径向延伸的篦齿；以及
至少一个设置在篦齿转盘上径向延伸的叶轮，所述叶轮结构设置于篦齿转盘迎向进气气流的一侧且凸出于篦齿转盘的侧面，通过叶轮随篦齿转盘的转动从而使入口气流具有周向速度。
进一步的，当设置在篦齿转盘上径向延伸的叶轮为多个时，多个所述叶轮平行设置。
进一步的，所述叶轮的形状包括长方形或是跑道型。
本申请所提供的方法可以实现在不改变篦齿前后气流的总压、总温等气动参数条件下，实现篦齿封严特性增强的同时，不影响其他系统功能，且实现方法简单、可行。
附图说明
为了更清楚地说明本申请提供的技术方案，下面将对附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述的附图仅仅是本申请的一些实施例。
图1为现有技术的篦齿结构气流泄漏流动示意图。
图2为现有技术的篦齿结构示意图。
图3为本申请的篦齿结构示意图。
图4为本申请的篦齿结构侧视图。
具体实施方式
为使本申请实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行更加详细的描述。
为了使现有技术的篦齿在保持篦齿结构简单、性能可靠特点的同时，增强其封严特性，且在尽量不影响其他系统功能的前提下，实现篦齿的封严特性的改善，本申请提出了一种增强篦齿封严结构封严特性的方法及一种篦齿封严结构。
本申请所提出的提高篦齿封严结构封严特性的方法，通过保持原篦齿封严结构大体不变的前提下，在篦齿转盘2进气气流的一侧设置叶轮22，以改变篦齿21入口处的气流旋流状态，从而实现篦齿封严结构封严特性增强的效果。
结合本申请所提供的篦齿封严结构作进一步说明。
本申请的篦齿封严结构包括篦齿转盘2(或称篦齿本体结构)，在篦齿转盘2进气气流的一侧面上设置了至少一个叶轮22，在篦齿21工作时，叶轮22会随着篦齿转盘2旋转，使得篦齿21的入口气流的状态发生变化。使入口气流具有了随旋篦齿转盘21周向旋转的速度，最终使得篦齿21的封严特性得到增强。
在本申请的一些实施例中，当设置在篦齿转盘上径向延伸的叶轮22为多个时，多个叶轮22平行设置，或是每个叶轮22按一定间隔设置且指向圆心。
在本申请的另一些实施例中，叶轮22的形状可以是长方形/长方体，也可以是跑道型(中间为矩形、两边为半圆形)，或是其他构型。
本申请中，通过设置的叶轮22在工作时使得篦齿入口的气流具有和旋转齿同向的旋转速度，从而篦齿21的入口气流的总压一部分以周向速度的动压头存在，使得篦齿21在相同的进出口压比条件下的泄漏流量显著减小。形成上述结果的原因通常包括：1)周向的动压头对泄漏量没有直接影响；2)周向旋转速度对篦齿齿间腔内气体的流动形态的影响很小；3)周向旋转速度对气流物性影响有限。因此，在不改变入口气流总压的情况下，通过增加入口气流周向旋转速度使得周向动压头增加，从而减小泄漏气体的物理流量，从而减小篦齿的泄漏系数，增强篦齿的封严特性。
最后，本申请中还提供了一种航空发动机或燃气轮机，航空发动机或燃气轮机具有上述的篦齿封严结构。
本申请所提供的方法及篦齿封严结构在保持篦齿结构简单、性能可靠的同时，使用叶轮可以解决现有技术通过改变篦齿结构参数优化封严特性达到的极限的问题，实现了在相同气动条件下减小泄漏系数，增强封严特性的效果。同时，本申请不改变篦齿前后气流的总压、总温等气动参数，这样就实现了增强篦齿的封严特性的同时，不影响其他系统功能。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (7)

1.一种提高篦齿封严结构封严特性的方法，其特征在于，所述方法包括：
在篦齿转盘的进气气流侧面至少设置一个径向延伸且凸出于篦齿转盘侧面的叶轮；
使所述叶轮跟随篦齿转盘转动，并通过所述叶轮使进入篦齿的入口气流产生周向速度，从而能够提高篦齿封严结构的封严特性。
2.如权利要求1所述的提高篦齿封严结构封严特性的方法，其特征在于，当设置在篦齿转盘上径向延伸的叶轮为多个时，多个所述叶轮平行设置。
3.如权利要求1或2所述的提高篦齿封严结构封严特性的方法，其特征在于，所述叶轮的形状包括长方形或是跑道型中的至少一种。
4.一种篦齿封严结构，其特征在于，所述篦齿封严结构包括：
篦齿转盘(2)；
设置在篦齿转盘端部径向延伸的篦齿(21)；以及
至少一个设置在篦齿转盘上径向延伸的叶轮(22)，所述叶轮结构设置于篦齿转盘迎向进气气流的一侧且凸出于篦齿转盘的侧面，通过叶轮(22)随篦齿转盘的转动从而使入口气流具有周向速度。
5.如权利要求1所述的篦齿封严结构，其特征在于，当设置在篦齿转盘上径向延伸的叶轮(22)为多个时，多个所述叶轮(22)平行设置。
6.如权利要求1或2所述的篦齿封严结构，其特征在于，所述叶轮(22)的形状包括长方形或是跑道型。
7.一种航空发动机，其特征在于，所述航空发动机中具有如权利要求4至6任一所述的篦齿封严结构。
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Citations (5)

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US20070065277A1 (en) * 2005-09-19 2007-03-22 Ingersoll-Rand Company Centrifugal compressor including a seal system
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