CN115142905A - 带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构 - Google Patents

Abstract

本申请涉及涡轮发动机技术领域，尤其是涉及一种带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，其包括由涡轮盘和静子件围设形成的涡轮盘腔和预旋喷嘴，涡轮盘上设置有分流器以将涡轮盘腔分隔为密封腔和冷却腔，密封腔的入口处设置有迷宫密封结构。预旋喷嘴设置于涡轮盘腔的进气口内，预旋喷嘴包括与冷却腔相连通的第一预旋通道以及与密封腔相连通的第二预旋通道，第一预旋通道用于使流经的冷却空气产生与涡轮盘的转动方向相同的切向速度，第二预旋通道则使冷却空气产生与涡轮盘的转动方向相反的切向速度，从而既能够提升冷却空气的冷却能力，又能够避免转子失稳。

Description

带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构

技术领域

本申请涉及涡轮发动机技术领域，尤其是涉及一种带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构。

背景技术

随着燃气轮机的不断升级改进，涡轮入口的温度也在不断提高，早已超过涡轮叶片材料本身所能承受的温度，因此需要对高温部件进行冷却降温。目前对涡轮转子的冷却通常采用预旋进气的方式，以使进入涡轮盘腔内的冷却空气具有与涡轮盘转动方向相同的切向速度；但这样虽然提高了冷却能力，但冷却空气在流经涡轮盘与静子件之间的迷宫密封结构时，由于进口处的预旋与涡轮盘转动的影响，冷却空气在迷宫密封内产生的周向预旋会对密封交叉刚度产生与转动同向的切向气流激振力起到很大的促进作用，从而导致涡轮转子失稳。

发明内容

本发明的目的在于提供一种带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，以即能够提高冷却能力，又能够避免转子失稳。

本发明提供了一种带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，包括由涡轮盘和静子件围设形成的涡轮盘腔和预旋喷嘴；所述涡轮盘上设置有分流器，所述分流器位于所述涡轮盘腔内并将所述涡轮盘腔分隔为密封腔和冷却腔，且所述密封腔的入口处设置有迷宫密封结构；所述预旋喷嘴设置于所述涡轮盘腔的进气口内，所述预旋喷嘴形成有进气流道以及与所述进气流道相连通的第一预旋通道和第二预旋通道；所述第一预旋通道与所述冷却腔相连通，所述第一预旋通道用于使流经的气体产生与所述涡轮盘的转动方向相同的切向速度；所述第二预旋通道与所述密封腔相连通，所述第二预旋通道用于使流进的气体产生与所述涡轮盘的转动方向相反的切向速度。

进一步地，所述预旋喷嘴呈与所述涡轮盘同轴设置的环形；所述预旋喷嘴与所述静子件相对的外环面上设置有装配部，所述预旋喷嘴通过所述装配部与所述静子件固定连接。

进一步地，所述预旋喷嘴与所述涡轮盘相对的内环面上设置有第一密封结构，所述第一密封结构用于对所述预旋喷嘴与所述涡轮盘之间的径向间隙进行密封。

进一步地，所述第一密封结构包括多个密封齿，多个所述密封齿沿所述预旋喷嘴的轴向方向并排设置。

进一步地，所述预旋喷嘴朝向所述涡轮盘腔的内部的一端的端面为出气端面，所述出气端面与所述分流器的一端相对设置；所述出气端面于所述第一预旋通道和所述第二预旋通道的出气口之间设置有第二密封结构，所述第二密封结构用于对所述预旋喷嘴与所述分流器之间的轴向间隙进行密封。

进一步地，所述第二密封结构为密封刷；或者，所述第二密封结构为单密封齿。

进一步地，所述第一预旋通道内沿其周向间隔地分布有多个供气体流通的第一流道；多个所述第一流道分别与其所在位置处的子午面之间具有第一预定偏转角度，每个所述第一流道由其进气端至出气端的偏转方向与所述涡轮盘的旋转方向相同；

所述第一流道为开设于所述预旋喷嘴的本体上的通孔；

或者，所述第一预旋通道内沿其周向间隔地设置有多个第一导流部，任意相邻的两个所述第一导流部之间形成所述第一流道。

进一步地，所述第二预旋通道内沿其周向间隔地分布有多个供气体流通的第二流道；多个所述第二流道分别与其所在位置处的子午面之间具有第二预定偏转角度，每个所述第二流道由其进气端至出气端的偏转方向与所述涡轮盘的旋转方向相反；

所述第二流道为开设于所述预旋喷嘴的本体上的通孔；

或者，所述第二预旋通道内沿其周向间隔地设置有多个第二导流部，任意相邻的两个所述第二导流部之间形成所述第二流道。

进一步地，所述第一导流部呈直板状、朝向倾斜方向弯折的折板状或者呈流线型；和/或，所述第二导流部呈直板状、朝向倾斜方向弯折的折板状或者呈流线型。

进一步地，所述迷宫密封结构包括密封环、形成于所述密封环上的多个第一密封齿部，以及形成于所述分流器上的多个第二密封齿部；多个第一密封齿部沿着所述涡轮盘的轴向方向并排间隔设置，多个所述第二密封齿部沿着所述涡轮盘的轴向方向并排间隔设置，且多个所述第一密封齿部与多个所述第二密封齿部交替穿插设置。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

本发明提供的带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构包括由涡轮盘和静子件围设形成的涡轮盘腔和预旋喷嘴，涡轮盘上设置有分流器，分流器将涡轮盘腔分隔为密封腔和冷却腔，且密封腔的入口处设置有迷宫密封结构；预旋喷嘴设置于涡轮盘腔的进气口内，预旋喷嘴包括进气流道以及与进气流道相连通的第一预旋通道和第二预旋通道，第一预旋通道与冷却腔相连通，第二预旋通道与密封腔相连通。冷却空气能够进入到进气流道内，然后分流成两路气流，第一路气流通过第一预旋通道流入冷却腔，第二路气流则通过第二预旋通道流入密封腔。

第一预旋通道和第二预旋通道能够分别对流经的气流的流向进行盖板，第一路气流在流经第一预旋通道后能够产生与涡轮盘的转动方向相同的切向速度，从而降低了第一路气流与涡轮盘之间的相对速度，以达到降低二者相对总温的目的，进而提升冷却空气的冷却能力。

第二路气流在流经第二预旋通道后能够产生与涡轮盘的转动方向相反的切向速度。通过在密封腔的入口处设置迷宫密封结构能够对进入密封腔内的第二路气流进行降压节流，进而降低第二路气流作用于涡轮盘上的轴向推动力；同时通过使第二路气流在进入密封腔前产生与涡轮盘转动方向相反的切向速度，能够在一定程度上避免在迷宫密封结构的内部产生的周向旋流对密封交叉刚度产生与转动同向的切向气流激振力，进而避免转子失稳。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例提供的涡轮盘腔的半剖面结构示意图；

图2为本发明实施例提供的预旋喷嘴的半剖面结构示意图；

图3为图2中A-A处的一种剖面示意图；

图4为图2中A-A处的另一种剖面示意图；

图5为图2中A-A处的又一种剖面示意图；

图6为图2中B-B处的一种剖面示意图。

附图标记：

1-涡轮盘，11-冷却气道，2-静子件，3-涡轮盘腔，31-冷却腔，32-密封腔，4-迷宫密封结构，5-分流器，6-预旋喷嘴，61-进气流道，62-第一预旋通道，63-第二预旋通道，64-第一密封结构，65-第二密封结构，66-第一导流部，67-第二导流部，68-装配部。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

通常在此处附图中描述和显示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”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。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“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；可以是机械连接，也可以是电连接；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。

下面参照图1至图6描述根据本申请一些实施例所述的带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构。

本申请提供了一种带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，如图1所示，带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构包括由涡轮盘1和静子件2围设形成的涡轮盘腔3，且涡轮盘1上设置有分流器5，分流器5位于涡轮盘腔3内并将涡轮盘腔3分隔为密封腔32和冷却腔31，使得进入涡轮盘腔3内的冷却空气被分流成两路，一路进入到密封腔32内，以用于对涡轮盘1与静子件2之间的封严间隙进行密封，避免涡轮盘腔3外部的高温燃气通过该封严间隙进入到涡轮盘腔3内；另一路则进入到冷却腔31内，冷却腔31与涡轮盘1内的冷却气道11相连通，进入冷却腔31内的冷却空气能够流入冷却气道11，以对涡轮盘1进行冷却降温。

带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构还包括预旋喷嘴6，预旋喷嘴6设置于涡轮盘腔3的进气口内，结合图2所示，预旋喷嘴6包括进气流道61以及与进气流道61相连通的第一预旋通道62和第二预旋通道63，且第一预旋通道62与冷却腔31相连通，第二预旋通道63与密封腔32相连通。冷却空气能够进入到进气流道61内，然后分流成两路气流，第一路气流通过第一预旋通道62流入冷却腔31，第二路气流则通过第二预旋通道63流入密封腔32。

第一预旋通道62和第二预旋通道63能够分别对流经的气流的流向进行改变，其中上述的第一路气流在流经第一预旋通道62后能够产生与涡轮盘1的转动方向相同的切向速度，从而降低了第一路气流与涡轮盘1之间的相对速度，以达到降低二者相对总温的目的，进而提升冷却空气的冷却能力。

上述第二路气流在流经第二预旋通道63后能够产生与涡轮盘1的转动方向相反的切向速度。分离器与静子件2在密封腔32的入口处设置有迷宫密封结构4，第二路气流需要通过该迷宫密封结构4以进入到密封腔32内，通过设置迷宫密封结构4能够对进入密封腔32内的第二路气流进行降压节流，进而降低第二路气流作用于涡轮盘1上的轴向推动力；同时通过使第二路气流在进入密封腔32前产生与涡轮盘1转动方向相反的切向速度，能够在一定程度上避免在迷宫密封结构4的内部产生的周向旋流对密封交叉刚度产生与转动同向的切向气流激振力，进而避免转子失稳。

因此，通过在涡轮盘腔3的进气口处设置带有双预旋通道的预旋喷嘴6，即能够对冷却腔31提供具有与涡轮盘1转动方向相同的冷却空气，以提升冷却能力，又能够对密封腔32提供具有与涡轮盘1转动方向相反的冷却空气，以避免转子失稳。

在本申请的一个实施例中，优选地，涡轮盘腔3的进气口呈环绕涡轮盘1的轴线的环形，预旋喷嘴6与进气口相适配，预旋喷嘴6也呈环形，以能够装配于进气口内并与涡轮盘1的轴线共线。

在该实施例中，优选地，如图1和图2所示，预旋喷嘴6沿其径向方向与静子件2相面对的一侧表面为预旋喷组的外环面，外环面上设置有装配部68，预旋喷嘴6通过装配部68与静子件2固定连接。

预旋喷嘴6沿其径向方向与涡轮盘1相面对的一侧表面为预旋喷嘴6的内环面，内环面上设置有第一密封结构64，以通过第一密封结构64对预旋喷嘴6与涡轮盘1之间的径向间隙进行密封。

优选地，如图1和图2所示，第一密封机构包括多个密封齿，多个密封齿沿预旋喷嘴6的轴向方向并排间隔设置，以通过多个密封齿实现静止的预旋喷嘴6与旋转的涡轮盘1之间的密封。

在该实施例中，优选地，如图1和图2所示，预旋喷嘴6沿其轴向方向的两端的端面分别为进气端面和出气端面，且出气端面朝向涡轮盘腔3的内部；其中预旋喷嘴6的进气流道61在进气端面上形成进气口，以使冷却空气能够进入到进气流道61内；预旋喷嘴6的第一预旋通道62和第二预旋通道63的一端分别与进气流道61相连通，另一端则分别在出气端面上形成出气口。预旋喷嘴6的出气端面与分流器5的一端相对设置形成有轴向间隙，出气端面上设置有第二密封结构65，第二密封结构65将第一预旋通道62和第二预旋通道63的出气口分隔于两侧，且第二密封结构65用于对出气端面与分流器5之间的轴向间隙进行密封，从而保证经由第一预旋通道62预旋后的冷却空气顺利地流入冷却腔31，经由第二预旋通道63预旋后的冷却空气则能够顺利地流入密封腔32。

优选地，如图2所示，第二密封结构65可以为密封刷，通过密封刷实现静止的预旋喷嘴6与旋转的分流器5之间的轴向密封。

优选地，第二密封结构65也可以为密封齿，以实现静止的预旋喷嘴6与旋转的分流器5之间的轴向密封。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图2所示，第一预旋通道62内设置有多个第一流道，多个第一流道沿第一预旋通道62的周向间隔分布，多个第一流道与其自身所在位置处的第一预旋通道62的子午面之间均具有第一预定偏转角度，使每个第一流道由其进气端至出气端的偏转方向与涡轮盘1的旋转方向相同；从而冷却空气在进入第一预旋通道62内并通过多个第一流道流出后，能够通过第一流道改变冷却空气的流动方向，使冷却空气产生与涡轮盘1的转动方向相同的切向速度。

第一流道可以为直接开设于第一预旋通道内的预旋喷嘴的本体上的通孔；或者，如图6所示，第一预旋通道62内设置有多个第一导流部66，多个第一导流部66沿第一预旋通道62的周向呈圆周间隔分布，任意相邻的两个第一导流部66之间形成供气体流通的第一流道。多个第一导流部66均倾斜设置，且每个导流部的倾斜方向均与涡轮盘1的旋转方向相同，从而使冷却空气在流经第一预旋通道62后产生与涡轮盘1的转动方向相同的切向速度。

优选地，如图2所示，第二预旋通道63内设置有多个第二流道，多个第二流道沿第二预旋通道63的周向间隔分布，多个第二流道与其自身所在位置处的第二预旋通道63的子午面之间均具有第二预定偏转角度，使每个第二流道由其进气端至出气端的偏转方向与涡轮盘1的旋转方向相反；从而冷却空气在进入第二预旋通道63内并通过多个第二流道流出后，能够通过第二流道改变冷却空气的流动方向，使冷却空气产生与涡轮盘1的转动方向相反的切向速度。

第一流道可以为直接开设于第二预旋通道内的预旋喷嘴的本体上的通孔；或者，优选地，如图3所示，第二预旋通道63内设置有多个第二导流部67，多个第二导流部67沿第二预旋通道63的周向呈圆周间隔分布，任意相邻的两个第二导流部67之间形成供气体流通的第二流道。多个第二导流部67也倾斜设置，但多个第二导流部67的倾斜方向与涡轮盘1的旋转方向相反，从而使冷却空气流经第二预旋通道63后产生与涡轮盘1的转动方向相反的切向速度。

优选地，第二导流部67分别可以为如图3所示的倾斜设置的直板，或者为如图4所示的朝向倾斜方向弯折的折板，或者第一导流部66也可以如图5所示的呈流线型；第一导流部66与第二导流部67相同。

在本申请的一个实施例中，优选地，如图1所示，对于设置于密封腔32进口处的迷宫密封结构4包括密封环、多个第一密封齿部和多个第二密封齿部；密封环与涡轮盘1同轴地设置于涡轮盘腔3的进气口内，密封环的外环面固定于静子件2上，多个第一密封齿部一体成型地形成于密封环的内环面上，且多个第一密封齿部沿密封环的轴向方向并排间隔分布。多个第二密封齿部一体成型地形成于分流器5与密封环的内环面相对面的一侧表面上，且多个第二密封齿部沿分流器5的轴向方向并排间隔分布。多个第一密封齿部与多个第二密封齿部交替穿插设置，从而在密封腔32的入口处形成迷宫密封结构4。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，其特征在于，包括由涡轮盘和静子件围设形成的涡轮盘腔和预旋喷嘴；

所述涡轮盘上设置有分流器，所述分流器位于所述涡轮盘腔内并将所述涡轮盘腔分隔为密封腔和冷却腔，且所述密封腔的入口处设置有迷宫密封结构；

所述预旋喷嘴设置于所述涡轮盘腔的进气口内，所述预旋喷嘴形成有进气流道以及与所述进气流道相连通的第一预旋通道和第二预旋通道；

所述第一预旋通道与所述冷却腔相连通，所述第一预旋通道用于使流经的气体产生与所述涡轮盘的转动方向相同的切向速度；

所述第二预旋通道与所述密封腔相连通，所述第二预旋通道用于使流进的气体产生与所述涡轮盘的转动方向相反的切向速度。

2.根据权利要求1所述的带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，其特征在于，所述预旋喷嘴呈与所述涡轮盘同轴设置的环形；

所述预旋喷嘴与所述静子件相对的外环面上设置有装配部，所述预旋喷嘴通过所述装配部与所述静子件固定连接。

3.根据权利要求2所述的带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，其特征在于，所述预旋喷嘴与所述涡轮盘相对的内环面上设置有第一密封结构，所述第一密封结构用于对所述预旋喷嘴与所述涡轮盘之间的径向间隙进行密封。

4.根据权利要求3所述的带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，其特征在于，所述第一密封结构包括多个密封齿，多个所述密封齿沿所述预旋喷嘴的轴向方向并排设置。

5.根据权利要求2所述的带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，其特征在于，所述预旋喷嘴朝向所述涡轮盘腔的内部的一端的端面为出气端面，所述出气端面与所述分流器的一端相对设置；

所述出气端面于所述第一预旋通道和所述第二预旋通道的出气口之间设置有第二密封结构，所述第二密封结构用于对所述预旋喷嘴与所述分流器之间的轴向间隙进行密封。

6.根据权利要求5所述的带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，其特征在于，所述第二密封结构为密封刷；

或者，所述第二密封结构为单密封齿。

7.根据权利要求1所述的带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，其特征在于，所述第一预旋通道内沿其周向间隔地设置有多个供气体流通的第一流道；

多个所述第一流道分别与其所在位置处的子午面之间具有第一预定偏转角度，每个所述第一流道由其进气端至出气端的偏转方向与所述涡轮盘的旋转方向相同；

所述第一流道为开设于所述预旋喷嘴的本体上的通孔；或者，

所述第一预旋通道内沿其周向间隔地设置有多个第一导流部，任意相邻的两个所述第一导流部之间形成所述第一流道。

8.根据权利要求7所述的带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，其特征在于，所述第二预旋通道内沿其周向间隔地分布有多个供气体流通的第二流道；

多个所述第二流道分别与其所在位置处的子午面之间具有第二预定偏转角度，每个所述第二流道由其进气端至出气端的偏转方向与所述涡轮盘的旋转方向相反；

所述第二流道为开设于所述预旋喷嘴的本体上的通孔；或者，

所述第二预旋通道内沿其周向间隔地设置有多个第二导流部，任意相邻的两个所述第二导流部之间形成所述第二流道。

9.根据权利要求8所述的带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，其特征在于，所述第一导流部呈直板状、朝向倾斜方向弯折的折板状或者呈流线型；和/或，

所述第二导流部呈直板状、朝向倾斜方向弯折的折板状或者呈流线型。

10.根据权利要求1所述的带双预旋通道喷嘴的涡轮盘腔结构，其特征在于，所述迷宫密封结构包括密封环、形成于所述密封环上的多个第一密封齿部，以及形成于所述分流器上的多个第二密封齿部；

多个第一密封齿部沿着所述涡轮盘的轴向方向并排间隔设置，多个所述第二密封齿部沿着所述涡轮盘的轴向方向并排间隔设置，且多个所述第一密封齿部与多个所述第二密封齿部交替穿插设置。

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