CN113107620A - 一种燃气涡轮用转子结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种燃气涡轮用转子结构，包括机匣和转子；机匣包括内筒和外筒，内筒呈圆台状，外筒呈圆柱状；内筒设于外筒内，且内筒和外筒之间通过支撑管连接，转子安装于机匣内靠近内筒底部一侧；外筒内壁底部上环设有沿机匣周向方向交替设置的第一槽组和第二槽组，第一槽组和第二槽组均由上至下等距设置有若干个倾斜的凹槽，且第一槽组的凹槽与第二槽组的凹槽由上至下交错设置在外筒内壁上。本发明的燃气涡轮用转子结构通过在外筒内壁上设置一圈凹槽，实现转子叶尖间隙进出口压力平衡，降低泄漏量，满足发动机性能的要求，其适用于不同工况下的间隙尺寸，不受转子变形量变化的影响。
Description
技术领域
本发明涉及燃气涡轮技术领域，具体涉及一种燃气涡轮用转子结构。
背景技术
燃气涡轮气体通过压气机增压，通过涡轮膨胀做功。理想状态是气体全部通过经计算的压气机或涡轮转子叶片。但实际工程中，转子与机匣变形不匹配，导致不同工况下转子叶尖与机匣出现间隙，气体通过间隙向低压区域逆流或泄漏，其成为影响发动机性能的主要因素。
传统的燃气涡轮避免叶尖漏气的主要方式是通过特殊涂层或设置间隙控制装置：
1、在机匣内壁叶尖处涂网状或蜂窝状柔性材质涂层，叶尖处涂坚硬材质涂层，运行时转子受离心力或高温径向变形，叶尖切入机匣涂层，以此实现最小间隙。此技术仅在转子变形量最大的工况起到作用，当发动机处于其他工况下运行时，变形量减小，叶尖间隙便会产生。
2、通过主动或被顶间隙控制装置来匹配机匣和转子在不同工况的变形量，使其叶尖间隙维持在合适的尺寸。间隙控制装置结构极其复杂，零部件众多，受限于传统制造工艺，在微小型燃气涡轮上无法应用。
基于上述情况，本发明提出了一种燃气涡轮用转子结构，可有效解决以上问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种燃气涡轮用转子结构。本发明的燃气涡轮用转子结构结构简单，使用方便，通过在外筒内壁上设置一圈凹槽，实现转子叶尖间隙进出口压力平衡，降低泄漏量，满足发动机性能的要求，其适用于不同工况下的间隙尺寸，不受转子变形量变化的影响。
本发明通过下述技术方案实现：
一种燃气涡轮用转子结构，包括机匣和转子；
所述机匣包括内筒和外筒，所述内筒呈圆台状，所述外筒呈圆柱状；所述内筒设于外筒内，且内筒和外筒之间通过支撑管连接，所述转子安装于机匣内靠近内筒底部一侧；
所述外筒内壁底部上环设有沿机匣周向方向交替设置的第一槽组和第二槽组，所述第一槽组和第二槽组均由上至下等距设置有若干个倾斜的凹槽，且第一槽组的凹槽与第二槽组的凹槽由上至下交错设置在外筒内壁上，所述第一槽组的凹槽的延长线与第二槽组的凹槽的延长线之间有夹角θ。
本发明的目的在于提供一种燃气涡轮用转子结构。本发明的燃气涡轮用转子结构结构简单，使用方便，通过在外筒内壁上设置一圈凹槽，实现转子叶尖间隙进出口压力平衡，降低泄漏量，满足发动机性能的要求，其适用于不同工况下的间隙尺寸，不受转子变形量变化的影响。
优选的，所述凹槽截面呈椭圆形。
优选的，所述凹槽内的最大长度S1为0.6～4mm。
优选的，所述凹槽的深度S2为0.5～2.5mm。
优选的，所述凹槽的开口长度S3为0.5～3mm。
优选的，所述夹角θ为30～150°。
优选的，所述第一槽组的凹槽中心点与其相邻的第二槽组的凹槽中心点之间的纵向距离d1为1～5mm。
优选的，所述第一槽组的每个凹槽中心点之间的纵向距离d2为2～9mm。
优选的，第一槽组的凹槽中心点与其相邻的第二槽组的凹槽中心点之间的横向距离d3为1～5mm。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明的燃气涡轮用转子结构结构简单，使用方便，通过在外筒内壁上设置一圈凹槽，实现转子叶尖间隙进出口压力平衡，降低泄漏量，满足发动机性能的要求，其适用于不同工况下的间隙尺寸，不受转子变形量变化的影响。
1、通过特殊的凹槽纹理结构实现转子叶片的叶尖间隙进出口压力平衡，降低泄漏量，满足发动机性能的要求，其适用于不同工况下的间隙尺寸，不受转子变形量变化的影响；
2、通过3D打印增材制造工艺，结构简单，制造、安装和维护成本低。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明所述机匣的剖面结构示意图；
图3为图2中H处的局部放大结构示意图；
图4为本发明所述第一槽组和第二槽组的局部结构示意图；
图5为本发明所述凹槽的剖面结构示意图；
图6为本发明所述机匣和转子叶片组合时的局部剖面结构示意图；
图7为本发明应用在发动机中的局部结构示意图。
具体实施方式
为了使本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合具体实施例对本发明的优选实施方案进行描述，但是应当理解，附图仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制；为了更好说明本实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对于本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。附图中描述位置关系仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制。
实施例1：
如图1至7所示，本发明提供了一种燃气涡轮用转子结构，包括机匣1和转子2；
所述机匣包括内筒11和外筒12，所述内筒11呈圆台状，所述外筒12呈圆柱状；所述内筒11设于外筒12内，且内筒11和外筒12之间通过支撑管13连接，所述转子2安装于机匣1内靠近内筒11底部一侧；其中转子2与外筒12内壁之间存在间隙。
所述外筒12内壁底部上环设有沿机匣1周向方向交替设置的第一槽组121和第二槽组122，所述第一槽组121和第二槽组122均由上至下等距设置有若干个倾斜的凹槽1211，且第一槽组121的凹槽1211与第二槽组122的凹槽1211由上至下交错设置在外筒12内壁上，所述第一槽组121的凹槽1211的延长线与第二槽组122的凹槽1211的延长线之间有夹角θ。设置两个方向的凹槽组，可以让通过间隙的气流增加流动路径，减少气体逆流量。
通过附着在机匣1内壁的一圈凹槽1211使转子叶片60叶尖两侧压力达到平衡，以阻止气体泄漏。
实施例2：
如图1至7所示，本发明提供了一种燃气涡轮用转子结构，包括机匣1和转子2；
所述机匣包括内筒11和外筒12，所述内筒11呈圆台状，所述外筒12呈圆柱状；所述内筒11设于外筒12内，且内筒11和外筒12之间通过支撑管13连接，所述转子2安装于机匣1内靠近内筒11底部一侧；其中转子2与外筒12内壁之间存在间隙3。
所述外筒12内壁底部上环设有沿机匣1周向方向交替设置的第一槽组121和第二槽组122，所述第一槽组121和第二槽组122均由上至下等距设置有若干个倾斜的凹槽1211，且第一槽组121的凹槽1211与第二槽组122的凹槽1211由上至下交错设置在外筒12内壁上，所述第一槽组121的凹槽1211的延长线与第二槽组122的凹槽1211的延长线之间有夹角θ。设置两个方向的凹槽组，可以让通过间隙3的气流增加流动路径，减少气体逆流量。
通过附着在机匣1内壁的一圈凹槽1211使转子叶片60叶尖两侧压力达到平衡，以阻止气体泄漏。
进一步地，在另一个实施例中，所述凹槽1211截面呈椭圆形。
进一步地，在另一个实施例中，所述凹槽1211内的最大长度S1为0.6～4mm。
进一步地，在另一个实施例中，所述凹槽1211的深度S2为0.5～2.5mm。
进一步地，在另一个实施例中，所述凹槽1211的开口长度S3为0.5～3mm。
进一步地，在另一个实施例中，所述夹角θ为30～150°。
进一步地，在另一个实施例中，所述第一槽组121的凹槽1211中心点与其相邻的第二槽组122的凹槽1211中心点之间的纵向距离d1为1～5mm。
进一步地，在另一个实施例中，所述第一槽组121的每个凹槽1211中心点之间的纵向距离d2为2～9mm。
进一步地，在另一个实施例中，所述第一槽组121的凹槽1211中心点与其相邻的第二槽组122的凹槽1211中心点之间的横向距离d3为1～5mm。
可以根据实际需求设置凹槽1211的各项参数，以满足不同型号的发动机。
本发明一个实施例的工作原理如下：
一种燃气涡轮用转子结构，当发动机工作时，转子20和转子叶片60高速顺航向顺时针旋转。气体通过压气机叶片增压，通过涡轮叶片膨胀做功。运行时，转子20与机匣1变形不匹配，导致不同工况下转子叶片60的叶尖与机匣1出现间隙3，气体通过间隙3逆流或泄漏。造成气体泄漏的原因是转子叶片60进出口有压力差，气体从高压区域经过间隙3向低压区域流动；
通过增材制造工艺在机匣1内壁转子叶片60位置处排列若干个凹槽1211，凹槽1211沿逆流方向前小后大，呈袋状。气流沿转子叶片60的叶尖间隙3逆流时，在空腔内气体由于涡流或与壁面撞击，增加了流动阻尼。根据泄漏量m＝A√(2ρΔp)，可知当气体由一个空腔流向另一个空腔时，由于膨胀使气流压力降低，比容增加，降低泄漏量。空腔交替成90°布置，增加气体流通路径上空腔数量。最终实现泄漏量的降低，满足发动机性能要求。
依据本发明的描述及附图，本领域技术人员很容易制造或使用本发明的燃气涡轮用转子结构，并且能够产生本发明所记载的积极效果。
如无特殊说明，本发明中，若有术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系是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，因此本发明中描述方位或位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以结合附图，并根据具体情况理解上述术语的具体含义。
除非另有明确的规定和限定，本发明中，若有术语“设置”、“相连”及“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化，均落入本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种燃气涡轮用转子结构，其特征在于：包括机匣(1)和转子(2)；
所述机匣包括内筒(11)和外筒(12)，所述内筒(11)呈圆台状，所述外筒(12)呈圆柱状；所述内筒(11)设于外筒(12)内，且内筒(11)和外筒(12)之间通过支撑管(13)连接，所述转子(2)安装于机匣(1)内靠近内筒(11)底部一侧；
所述外筒(12)内壁底部上环设有沿机匣(1)周向方向交替设置的第一槽组(121)和第二槽组(122)，所述第一槽组(121)和第二槽组(122)均由上至下等距设置有若干个倾斜的凹槽(1211)，且第一槽组(121)的凹槽(1211)与第二槽组(122)的凹槽(1211)由上至下交错设置在外筒(12)内壁上，所述第一槽组(121)的凹槽(1211)的延长线与第二槽组(122)的凹槽(1211)的延长线之间有夹角θ。
2.根据权利要求1所述的燃气涡轮用转子结构，其特征在于：所述凹槽(1211)截面呈椭圆形。
3.根据权利要求1所述的燃气涡轮用转子结构，其特征在于：所述凹槽(1211)内的最大长度S1为0.6～4mm。
4.根据权利要求1所述的燃气涡轮用转子结构，其特征在于：所述凹槽(1211)的深度S2为0.5～2.5mm。
5.根据权利要求1所述的燃气涡轮用转子结构，其特征在于：所述凹槽(1211)的开口长度S3为0.5～3mm。
6.根据权利要求1所述的燃气涡轮用转子结构，其特征在于：所述夹角θ为30～150°。
7.根据权利要求1所述的燃气涡轮用转子结构，其特征在于：所述第一槽组(121)的凹槽(1211)中心点与其相邻的第二槽组(122)的凹槽(1211)中心点之间的纵向距离d1为1～5mm。
8.根据权利要求1所述的燃气涡轮用转子结构，其特征在于：所述第一槽组(121)的每个凹槽(1211)中心点之间的纵向距离d2为2～9mm。根据权利要求1所述的燃气涡轮用转子结构，其特征在于：所述第一槽组(121)的凹槽(1211)中心点与其相邻的第二槽组(122)的凹槽(1211)中心点之间的横向距离d3为1～5mm。
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| CN202110469660.4A CN113107620A (zh) | 2021-04-28 | 2021-04-28 | 一种燃气涡轮用转子结构 |
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Cited By (1)
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|---|---|---|---|---|
| CN114183403A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-03-15 | 成都中科翼能科技有限公司 | 一种斜孔式处理机匣及压气机 |
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2021
- 2021-04-28 CN CN202110469660.4A patent/CN113107620A/zh active Pending
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| CN114183403A (zh) * | 2022-02-14 | 2022-03-15 | 成都中科翼能科技有限公司 | 一种斜孔式处理机匣及压气机 |
| CN114183403B (zh) * | 2022-02-14 | 2022-05-06 | 成都中科翼能科技有限公司 | 一种斜孔式处理机匣及压气机 |
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