CN115135854A - 具有配备有用于校正气流回转的翅片的内部次级空间的涡轮 - Google Patents

具有配备有用于校正气流回转的翅片的内部次级空间的涡轮 Download PDF

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CN115135854A
CN115135854A CN202180015043.5A CN202180015043A CN115135854A CN 115135854 A CN115135854 A CN 115135854A CN 202180015043 A CN202180015043 A CN 202180015043A CN 115135854 A CN115135854 A CN 115135854A
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朱利安·尼库拉斯·吉拉尔多
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Abstract

本发明涉及一种涡轮，该涡轮包括：由定子围绕的转子(27)、包括一组旋转叶片的第一可移动级、包括第二组旋转叶片的第二可移动级、包括一组固定叶片的喷嘴引导轮叶(33)，叶片具有共同界定主空间(EA)和次级空间(E1，E2)之间的间隙的平台(34，36，37)，穿过叶片的热流在该主空间中流通，次级空间围绕转子的毂部。转子(27)具有开口(48)，空气(AP)通过该开口被吹向次级空间(E1，E2)，该空气(AP)朝向主空间(EA)排出。本发明在次级空间(E1，E2)中提供由喷嘴引导轮叶(33)承载的矫直翅片(51，58)，以对空气流进行矫直，以改变该空气流的回转。

Description

具有配备有用于校正气流回转的翅片的内部次级空间的涡轮
技术领域
本发明涉及在涡轮机的涡轮中、在可旋转移动元件和固定元件(例如，转子元件和围绕该转子元件的固定分配器叶轮)之间的密封。
背景技术
涡轮机的涡轮通常包括围绕主轴线旋转的毂部以及围绕组件的固定旋转壳体，该毂部承载沿着该轴线彼此间隔开的叶片的可移动级。
在两个连续的可移动级之间插入固定叶片的级(被称为分配器)，以用于在空气穿过下一个可移动级之前纵向地矫直空气。
在图1中，涡轮机的涡轮的一部分1包括围绕纵向轴线AX旋转的转子2，该转子包括第一盘部3和第二盘部7，该第一盘部承载形成第一可移动级6的第一系列径向旋转轮叶4，该第二盘部承载形成第二可移动级9的第二系列径向旋转轮叶8。
该部分包括被纵向地插入在这两个可移动级6和9之间的固定分配器级11，该固定分配器级包括一系列固定轮叶12，一系列固定轮叶在其径向外端部处由围绕组件并与该组件形成定子的未示出的固定壳体承载。
每个固定轮叶12在其径向内部端部处包括平台13，并且不同轮叶12的平台沿周向彼此邻接，以共同形成分配器11的内护罩。
类似地，每个旋转轮叶4在其径向内端部处也包括平台14，并且每个旋转轮叶8在其径向内端部处包括平台16。如图1可见，不同轮叶的平台共同形成壁，该壁的形状大致像圆锥体的一部分。该壁将主环形空间(被称为主流道并且表示为VP)与围绕转子的次级内部空间(被称为子分配器腔)分隔开，该主环形空间被轮叶4、8、12占据并且热气流穿过主环形空间，该次级内部空间保持在比热流更低的温度。
分配器11的每个平台13包括主体17，该主体的形状大致像圆柱体的一部分，该主体承载朝向轴线AX径向延伸的肋部18。因此，平台13的一组肋部18具有与轴线AX同轴的平面环形形状。
一组肋部18承载内护罩19，该内护罩在其内表面上承载面向轴线AX的可磨损元件21，由转子2承载的唇部22与该可磨损元件摩擦。唇部22位于第一盘部3和第二盘部7之间，以在内部上游次级空间E1和内部下游次级空间E2之间提供屏障，内部上游次级空间位于第一盘部3和护罩19之间，内部下游次级空间位于护罩19和第二盘部7之间。
如图1可见，唇部22和两个盘部3和7是转子2的一部分。渗漏空气AP的流通过转子2的孔24吹入到空间E1中，以使该该空间冷却。该空气的一部分通过将轮叶4的平台14与固定轮叶12的平台13分隔开的间隙l1排出。该空气的另一个部分穿过由唇部22和可磨损元件21形成的屏障，以向下游次级空间E2渗漏，该另一个部分通过将固定轮叶12的平台13与轮叶8的平台16分隔开的间隙l2排出。
渗漏空气AP使得可以限制空气从热流通过间隙l1和l2进入，以限制空气从热流泄漏并且使得次级空间E1和E2能够保持在期望的温度。
然而，当渗漏空气AP穿过间隙l1和l2排出时，渗漏空气在热流中局部地产生旋涡，这导致效率下降，也被称为混合损失。
本发明的目的是提供一种解决方案来弥补该缺点。
发明内容
为此，本发明的一个目的是一种涡轮机的涡轮，该涡轮机的涡轮围绕轴线延伸，包括设置有密封唇部的转子和围绕转子的定子，转子被可旋转地安装在定子中，定子包括设置有平台的分配器，至少一个固定轮叶从平台沿着径向方向延伸，该平台承载与唇部配合的主可磨损密封元件，该平台径向地界定主空间与次级空气流通空间之间的分隔，热空气的流穿过该主空间，该次级空气流通空间在唇部和主空间之间径向地延伸，转子包括孔，空气通过该孔被吹入以穿过次级空间并到达主空间，其特征在于，分配器包括主要径向延伸的凸缘，该凸缘承载位于次级空间中的矫直翅片，以用于对穿过次级空间的空气流进行矫直，以便在空气流朝向主空间排出之前改变空气流的回转。
通过该解决方案，通过间隙重新注入到热流中的渗漏流的回转接近于热流的回转，以减少所谓的混合损失。
本发明还涉及一种如此限定的涡轮，其中，次级空间包括通过主密封屏障彼此分隔开的上游次级空间和下游次级空间，主密封屏障至少包括唇部，该唇部沿着被布置成与唇部相对的主可磨损元件滑动，转子的孔通向上游次级空间，涡轮一方面包括上游矫直翅片，另一方面包括下游矫直翅片，该上游矫直翅片由分配器承载并位于上游次级空间中，该下游矫直翅片由分配器承载并位于下游次级空间中，以对穿过下游次级空间的空气流进行矫直，以便在空气流朝向主空间排出之前改变空气流的回转。
本发明还涉及一种如此限定的涡轮，其中，上游矫直翅片被设置成减少穿过上游次级空间的流的回转，并且其中，下游矫直翅片被设置成增加穿过下游次级空间的流的回转。
本发明还涉及一种如此限定的涡轮，该涡轮包括位于上游次级空间中、在上游翅片的上游的上游次级密封屏障，转子的孔在上游次级密封屏障和主密封屏障之间导通，使得通过孔进入的大部分空气在离开上游次级空间进入主空间之前被上游翅片矫直。
本发明还涉及一种如此限定的涡轮，该涡轮包括位于下游次级空间中、在下游矫直翅片的下游的下游次级密封屏障，并且其中，从转子的孔向下游次级空间供应空气，该空气穿过主密封屏障以进入主空间。
本发明还涉及一种如此限定的涡轮，其中，上游次级密封屏障包括上游唇部，该上游唇部由转子承载并且被布置成与由分配器承载的上游可磨损元件相对。
本发明还涉及一种如此限定的涡轮，其中，下游次级密封屏障包括下游唇部，该下游唇部由转子承载并且被布置成与由分配器承载的下游可磨损元件相对。
本发明还涉及一种如此限定的涡轮，其中，主可磨损密封元件通过上游矫直翅片连接到上游可磨损元件，并且其中，主可磨损密封元件通过下游矫直翅片连接到下游可磨损密封元件。
本发明还涉及一种如此限定的涡轮，其中，矫直翅片具有叶片形状。
本发明还涉及一种包括如此限定的涡轮的涡轮机。
附图说明
图1是已知涡轮部分的纵向横截面视图；
图2是根据本发明的涡轮部分的纵向横截面视图；
图3是根据本发明的涡轮部分的更详细的视图。
具体实施方式
在图2中，涡轮机的涡轮的一部分26包括围绕纵向轴线AX旋转的转子27，该转子包括第一盘部28和第二盘部31，该第一盘部承载形成第一可移动级29的未示出的第一系列旋转轮叶，该第二盘部承载形成第二可移动级32的未示出的第二系列旋转轮叶。
该部分包括被纵向地插入在这两个可移动级29和32之间的固定分配器级33，该固定分配器级包括未示出的一系列固定轮叶，一系列固定轮叶在其径向外端部处由围绕组件并与分配器33形成定子的未示出的固定壳体承载。
每个固定轮叶在其径向内部端部处包括平台34，并且不同轮叶的平台沿周向彼此邻接，以共同形成分配器33的内护罩。
第一级的每个旋转轮叶在其径向内端部处也包括平台36，并且第二级的每个旋转轮叶在其径向内端部处包括平台37。平台共同形成壁，该壁的形状大致像圆锥体的一部分。该壁将主环形空间EA(被称为主流道)与围绕转子的次级内部空间(被称为子分配器腔)分隔开，该主环形空间被轮叶占据并且热气流穿过主环形空间，该次级内部空间的温度低于热流的温度。
分配器33的每个平台34包括主体38，该主体的形状大致像圆柱体的一部分，该主体承载朝向轴线AX径向延伸的肋部39。因此，平台34上的一组肋部39具有与轴线AX同轴的平面环形形状。
一组肋部39承载内支撑件41，该内支撑件在其内表面上承载面向轴线AX的主可磨损密封元件42，由转子27承载的两个唇部43、44与该主可磨损密封元件摩擦。这些唇部44位于第一盘部28和第二盘部31之间，并且沿着主可磨损元件42滑动，以与主可磨损元件形成中心主屏障B0，该中心主屏障将位于第一盘部28和内支撑件41之间的内部上游次级空间E1与位于内支撑件41和第二盘部31之间的内部下游次级空间E2分隔开。
唇部43、44通过与该转子的两个盘部28和31刚性地构成一体而由作为转子27的一部分的毂部47承载。渗漏空气AP的流被吹过转子的孔48，该孔形成在该毂部47中，该空气流来自转子的内部区域，以向次级空间E1流通。
由于转子的旋转，进入到空间E1中的空气AP具有高回转，即，空气的周向分量与空气的径向分量相比具有较大的速度。
根据本发明，分配器33在此在被附接到支撑件41的上游边缘上的凸缘49处承载一系列矫直翅片51，一系列矫直翅片被设置成使渗漏空气AP离心，以减少该渗漏空气的回转。更具体地，当流朝着间隙l1行进时，这些翅片对流进行矫直，以增加流的径向分量和/或减少流的周向分量。
如图2和图3可见，具有大致平面的形状和垂直于轴线AX的取向的环形凸缘49和承载在该环上的翅片51垂直于该环延伸，同时具有相对于周向方向Cl倾斜约45°的总体取向。这些翅片51在凸缘49的上游表面上沿周向彼此均匀地间隔开。
在图的示例中，每个翅片51的最接近轴线AX的端部具有周向取向Cl，而每个翅片的最接近间隙l1的相对端部具有径向取向RA。有利地，这些翅片51在呈圆弧形式的情况下是弯曲的，以增加这些翅片的离心效果。该曲率沿着与中心翅片区域移动接近中心轴线对应的方向取向。因此，翅片51被设置成当转子沿着图中表示为D的前进方向旋转时减少气流的回转。更一般地，每个翅片51具有叶片形状，该叶片形状具有正交地取向的跨度轴线EV。
作为补充，为了更好地引导待离心的空气AP，平行于凸缘49的另一个上游凸缘52被附接到翅片51的上游边缘，以便与凸缘49一起界定由翅片51周向分隔的上游环形通道53。该上游凸缘52也承载上游可磨损元件54，该上游可磨损元件与由毂部47承载的上游唇部56配合，以形成上游次级密封屏障B1。
因此，用于渗漏空气AP的进入孔48通向在上游由屏障B1界定并且在下游由主屏障B0界定的环形空间。因此，大部分渗漏空气AP通过上游环形通道53排出，以便有效地离心，以在渗漏空气穿过间隙l1离开上游次级空间E1时形成具有减少的回转的流，如虚线箭头所示。
在图2和图3的示例中，下游次级空间E2被供应渗漏空气，该渗漏空气来自孔48，并且已经穿过主屏障B0，主屏障的尺寸被确定为使得为此校准的空气能够通过。
如图可见，该下游的渗漏空气一旦穿过主屏障就具有低的回转。根据本发明，当空气通过间隙l2离开该下游内部次级空间时，该空气被其他翅片矫直以增加该空气的回转。
为此，主可磨损元件42的下游边缘承载环形下游凸缘57，该环形下游凸缘具有大致平面的形状和垂直于轴线AX的取向，该环形下游凸缘承载一系列矫直翅片58。
由该另一个环承载的翅片58在下游垂直于该另一个环延伸，同时具有相对于周向方向Cl倾斜约45°的总体取向。这些翅片58在凸缘57的下游表面上沿周向彼此均匀地间隔开。
因此，在图的示例中，每个翅片58的最接近轴线AX的端部具有径向取向RA，而每个翅片的相对端部(即，最接近间隙l2的端部)具有周向取向Cl。有利地，这些翅片58在呈圆弧形式的情况下是弯曲的，以增加这些翅片的矫直效果。该曲率沿着与中心翅片区域和中心轴线分离对应的方向取向。因此，翅片58被设置成当转子沿着图中表示为D的前进方向旋转时增加气流的回转。更一般地，因此每个翅片58的形状像叶片，该叶片具有正交地取向的跨度轴线EV。
另外，为了更好地引导待矫直的空气AP，平行于凸缘57的另一个下游凸缘59被附接到矫直翅片58的下游边缘，以便与凸缘57一起界定由翅片58周向分隔的下游环形通道61。该下游凸缘59也承载下游可磨损元件62，该下游可磨损元件与由毂部47承载的下游唇部63配合，以形成次级下游密封屏障B2。
因此，穿过主屏障B0的渗漏空气到达由下游屏障B2在下游界定的下游环形空间。因此，到达该空间的大部分渗漏空气通过下游环形通道61排出，以便有效地矫直以增加该渗漏空气的回转。更具体地，翅片58对该空气进行矫直，以增加该空气的周向分量和/或减少该空气的径向分量，以在该空气穿过间隙l2离开下游次级空间E2时具有更大的回转，如虚线箭头所示。
如将理解，本发明使得可以减少通过位于分配器的上游的间隙l1排出的渗漏空气的通常较强的回转，并且增加通过位于分配器的下游的间隙l2排出的渗漏空气的通常较低的回转。
因此，通过两个间隙l1和l2离开的渗漏空气的回转接近穿过分配器轮叶的热流的回转，这使得可以减少由这种重新引入到热流中引起的扰动，也被称为混合损失。
对通过间隙l1和l2重新引入的渗漏空气的回转的这种优化也使得可以改善通过这些间隙的渗漏空气的流，以该流中的减少湍流，这使得可以限制可能通过间隙l1和l2进入的热空气的流。
在图中所示的示例中，上游矫直翅片51由凸缘49和52承载，以形成上游矫直轮部，下游矫直翅片58由凸缘57和59承载，以形成下游矫直轮部。上游屏障B1和下游屏障B2提供了次级密封，以通过确保所有或至少大部分渗漏流在通过间隙排出之前被翅片矫直来增加回转校正。
在不脱离本发明的范围的情况下，可以考虑其他矫直翅片布置，只要这些矫直翅片布置使得能够在渗漏空气的流离开内部次级空间之前改变渗漏空气的流的回转。
此外，在根据一个实施例的图中阐述了本发明，其中，主屏障以及上游屏障和下游屏障由迷宫型密封件形成，即包括被设置成与可磨损元件相对的一个或多个唇部。本发明适用于整体类似的结构，其中密封屏障也可以通过其他技术方案获得。特别地，上游屏障、下游屏障和主屏障可以由所谓的刷式密封件形成，即刷式密封件的一个表面承载股线，股线的端部支承在另一个表面上，以确保所需的密封。

Claims (10)

1.一种涡轮机的涡轮，所述涡轮机的涡轮围绕轴线(AX)延伸，包括设置有密封唇部(44)的转子(27)和围绕所述转子(27)的定子，所述转子(27)能被旋转地安装在所述定子中，所述定子包括设置有平台(34)的分配器(33)，至少一个固定轮叶从所述平台沿着径向方向延伸，所述平台(34)承载与所述唇部(44)配合的主可磨损密封元件(42)，所述平台(34)径向地界定主空间(EA)与次级空气流通空间(E1，E2)之间的分隔，热空气的流穿过所述主空间，所述次级空气流通空间在所述唇部(44)和所述主空间(EA)之间径向地延伸，所述转子(27)包括孔(48)，空气(AP)通过所述孔被吹入以穿过所述次级空间(E1，E2)并到达所述主空间(EA)，其特征在于，所述分配器(33)包括主要径向延伸的凸缘(49，57)，所述凸缘承载延伸到所述次级空间(E1，E2)中的矫直翅片(51，58)，以对穿过所述次级空间(E1，E2)的空气流进行矫直，以便在空气流朝向所述主空间(EA)排出之前改变空气流的回转。
2.根据权利要求1所述的涡轮，其中，所述次级空间包括通过主密封屏障(B0)彼此分隔开的上游次级空间(E1)和下游次级空间(E2)，所述主密封屏障包括唇部(43，44)和被布置成与所述唇部(43，44)相对的所述主可磨损元件(42)，所述转子(27)的所述孔(48)通向所述上游次级空间(E1)，所述涡轮一方面包括上游矫直翅片(51)，另一方面包括下游矫直翅片(58)，所述上游矫直翅片由所述分配器(33)承载并位于所述上游次级空间(E1)中，所述下游矫直翅片由所述分配器(33)承载并位于所述下游次级空间(E2)中，以对穿过所述下游次级空间(E2)的空气流进行矫直，以便在空气流朝向所述主空间(EA)排出之前改变空气流的回转。
3.根据权利要求2所述的涡轮，其中，所述上游矫直翅片(51)被设置成减少穿过所述上游次级空间(E1)的流的回转，并且其中，所述下游矫直翅片(58)被设置成增加穿过所述下游次级空间(E2)的流的回转。
4.根据权利要求2或3所述的涡轮，所述涡轮包括位于所述上游次级空间(E1)中、在所述上游翅片(51)的上游的上游次级密封屏障(B1)，所述转子(27)的所述孔(48)在所述上游次级密封屏障(B1)和所述主密封屏障(B0)之间导通，使得通过所述孔(48)进入的大部分空气在离开所述上游次级空间(E1)进入所述主空间(EA)之前被所述上游翅片(51)矫直。
5.根据权利要求4所述的涡轮，所述涡轮包括位于所述下游次级空间(E2)中、在所述下游矫直翅片(58)的下游的下游次级密封屏障(B2)，并且其中，从所述转子(27)的所述孔(48)向所述下游次级空间(E2)供应空气，空气穿过所述主密封屏障(B0)以进入所述主空间(EA)。
6.根据权利要求4或5所述的涡轮，其中，所述上游次级密封屏障(B1)包括上游唇部(56)，所述上游唇部由所述转子(27)承载并且被布置成与由所述分配器(33)承载的上游可磨损元件(54)相对。
7.根据权利要求5所述的涡轮，其中，所述下游次级密封屏障(B2)包括下游唇部(63)，所述下游唇部由所述转子(27)承载并且被布置成与由所述分配器(33)承载的下游可磨损元件(62)相对。
8.根据权利要求6和7所述的涡轮，其中，所述主可磨损密封元件(42)通过所述上游矫直翅片(51)连接到所述上游可磨损元件(54)，并且其中，所述主可磨损密封元件(42)通过所述下游矫直翅片(58)连接到所述下游可磨损密封元件(62)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的涡轮，其中所述矫直翅片(51，58)具有叶片形状。
10.一种涡轮机，所述涡轮机包括根据前述权利要求中任一项所述的涡轮。
CN202180015043.5A 2020-02-18 2021-02-15 具有配备有用于校正气流回转的翅片的内部次级空间的涡轮 Pending CN115135854A (zh)

Applications Claiming Priority (3)

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