CN201106490Y - 一种压气机和涡轮一体化的轮盘 - Google Patents

Abstract

本实用新型压气机和涡轮一体化的轮盘属于燃气轮机或组合发动机领域，其包括涡轮轮毂、涡轮、中间隔板、压气机或旋转冲压压缩转子、压气机叶冠和密封装置。涡轮轮毂设计在轴上或内接轴承，轮毂上面是涡轮叶片，涡轮叶片顶部接有中间隔板，隔板上涂有隔热层并设有密封装置，隔板上部接有压气机或旋转冲压压缩转子，在压气机顶部可以根据需要设置带密封装置的叶冠或不设置叶冠。整个轮盘可以是单一部件，也可以是采用单个或多个涡轮叶片组成的模块化涡轮组件安装在轮盘上。本实用新型的有益效果是：简化了燃气轮机或组合动力系统，提高涡轮进口温度，具有效率高、结构简单紧凑、体积小、重量轻、制造成本低、拆装方便、易于维护、可靠性高等优点。

Description

一种压气机和涡轮一体化的轮盘

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机或组合发动机领域，具体涉及应用于各种燃气轮机或组合发动机中的压气机和涡轮一体化轮盘的结构设计。

背景技术

21世纪高性能发动机，在提高发动机可靠性和维护性的同时，为了提高发动机的推力和推重比，必须减轻发动机结构重量，提高发动机的结构效率和燃气温度，为此发展和采用了先进的轻质高性能材料与高结构效率的整体、轻量化结构是研究的主要趋势。而现有燃气轮机、组合动力系统的常规压气机或旋转冲压压缩转子与驱动涡轮是相互分开的，通过公共轴相互连接，由涡轮带动压气机工作，公共轴通过支撑部件保持与外机匣相对固定。并且，流动过程中对涡轮的冷却需要从压气机引气，然后通过冷气管道引导至涡轮，管道设计也比较复杂。因而现有设计技术，压气机和涡轮各为独立轮盘，重量重，轴向长度长，占用空间大，中间还采用支撑部件对流场有影响，轴承数量多，冷却管道相对冗长，机构复杂，机械损失也较大。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种压气机和涡轮一体化的轮盘，其具有效率高、结构简单紧凑、体积小、重量轻、制造成本低、拆装方便、易于维护、可靠性高等优点。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种压气机和涡轮一体化的轮盘，主要由压气机叶冠、密封装置、压气机或旋转冲压压缩转子、中间隔板、涡轮叶片和涡轮轮毂组成，密封装置包括叶冠密封装置、隔板密封装置和轮毂密封装置；涡轮轮毂设置在轴上或内接于轴承，涡轮轮毂外表面设有涡轮叶片，轮毂密封装置设于涡轮轮毂上，涡轮叶片可以是单排动叶或多排动叶；涡轮叶片的顶部设有中间隔板，中间隔板上涂有隔热层并设有隔板密封装置，防止压气机和涡轮之间发生泄漏，中间隔板内可根据需要设计涡轮冷却气孔，冷却气流由压气机抽气经中间隔板流向涡轮叶片的内部，涡轮叶片的冷却可以采用多种冷却方式；中间隔板的上部设有压气机或旋转冲压压缩转子，在压气机或旋转冲压压缩转子的顶部可以根据需要设置带叶冠密封装置的叶冠或不设置叶冠，当压气机或旋转冲压压缩转子不采用叶冠时，叶顶与静止的外机匣之间的间隙控制可以根据设计需要采用主动间隙控制或被动间隙控制，还可以在外机匣的内壁涂上一层易磨涂层，在中间隔板的顶部复以耐磨材料来控制外机匣与中间隔板顶部之间的泄漏损失。

上述叶冠密封装置、隔板密封装置和轮毂密封装置可以采用篦齿密封装置或刷式密封装置，采用篦齿密封装置时，在叶冠顶部、中间隔板和轮毂上采用单道或多道篦齿；采用刷式密封装置时，采用一个由许多细钢丝制成的刷组成的静子环，静子环主要有前环、背环和夹于两者之间的细丝组成。

上述压气机的叶片可以是单排动叶或多排动叶，旋转冲压压缩转子可以是采用端壁压缩技术、侧壁压缩技术或混合压缩技术的压缩转子。当采用压气机抽气时，可对压气机端壁进行抽气，控制端壁损失，也可以对压气机叶片开槽进行抽气，控制叶片分离；当采用旋转冲压压缩转子抽气时，可在压缩面气流易分离处采取抽吸，同时在喉部吸除附面层。

压气机和涡轮一体化的轮盘可以是单一部件，也可以是采用单个或多个涡轮叶片组成的模块化涡轮组件安装在轮盘上，常规压气机采用单个或多个压气机叶片组成的模块化压气机组件安装在轮盘上，旋转压缩转子也可以采用整体部件或采用模块化组件。

本实用新型的有益效果如下：将压气机和涡轮设计为一体化结构，具有效率高、结构简单紧凑、体积小、重量轻、制造成本低、拆装方便、易于维护、可靠性高的优点。

附图说明

图1是本实用新型一种压气机和涡轮一体化的轮盘结构示意图。

图中：1、压气机叶冠，2、叶冠密封装置，3、压气机，4、中间隔板，5、隔板密封装置，6、涡轮叶片，7、涡轮轮毂，8、轮毂密封装置。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型做进一步详细地描述：

如图1所示，本实用新型压气机和涡轮一体化的轮盘作为燃气轮机压气机和涡轮使用时，来流气流进入压气机3增压，主流气体进入回流式燃烧室燃烧，产生高温燃气；压气机3采用端壁和附面层抽吸，抽吸的气流作为涡轮冷却气流直接通向涡轮叶片6的内部，冷却涡轮；高温燃气经过回流式燃烧室后，方向回转，重新经过一体化轮盘，推动轮盘中的涡轮做功，涡轮旋转带动轮盘上的压气机3工作，从涡轮出来的高温燃气再带动自由涡轮，将燃气轮机的热能转化为可用机械功。

本实用新型压气机和涡轮一体化的轮盘作为组合发动机使用时，经过压气机3的气体为氧化剂，而经过涡轮的气体为燃料气体或富燃料燃气，作为氧化剂的气体和作为燃料的气体或富燃料燃气从轮盘同侧进入，燃料气体或富燃料燃气经涡轮膨胀做功，带动压气机3工作，将作为氧化剂的气体增压，然后，通过涡轮的燃料气体或富燃料燃气与通过压气机3的氧化剂气体混合燃烧，产生高温燃气，高温高压燃气在发动机尾喷管中膨胀，产生推力。

Claims (8)

1. 一种压气机和涡轮一体化的轮盘，其特征在于，该轮盘主要由压气机叶冠(1)、密封装置、压气机或旋转冲压压缩转子(3)、中间隔板(4)、涡轮叶片(6)和涡轮轮毂(7)组成，密封装置包括叶冠密封装置(2)、隔板密封装置(5)和轮毂密封装置(8)，涡轮轮毂(7)设置在轴上或内接于轴承，涡轮轮毂(7)外表面设有涡轮叶片(6)，轮毂密封装置(8)设在涡轮轮毂(7)上，涡轮叶片(6)的顶部设有中间隔板(4)，中间隔板(4)上涂有隔热层并设有隔板密封装置(5)，中间隔板(4)的上部设有压气机或旋转冲压压缩转子(3)，在压气机或旋转冲压压缩转子(3)的顶部设有带叶冠密封装置(2)的压气机叶冠(1)。

2. 如权利要求1所述的一种压气机和涡轮一体化的轮盘，其特征在于，所述中间隔板(4)的内部设有涡轮冷却气孔。

3. 如权利要求1所述的一种压气机和涡轮一体化的轮盘，其特征在于，所述涡轮叶片(6)的动叶为单排动叶或多排动叶。

4. 如权利要求1所述的一种压气机和涡轮一体化的轮盘，其特征在于，所述压气机的动叶为单排动叶或多排动叶，所述旋转冲压压缩转子为采用端壁压缩技术、侧壁压缩技术或混合压缩技术的压缩转子。

5. 一种压气机和涡轮一体化的轮盘，其特征在于，该轮盘主要由密封装置、压气机或旋转冲压压缩转子(3)、中间隔板(4)、涡轮叶片(6)和涡轮轮毂(7)组成，密封装置包括隔板密封装置(5)和轮毂密封装置(8)，涡轮轮毂(7)设置在轴上或内接于轴承，涡轮轮毂(7)外表面设有涡轮叶片(6)，轮毂密封装置(8)设在涡轮轮毂(7)上，涡轮叶片(6)的顶部设有中间隔板(4)，中间隔板(4)上涂有隔热层并设有隔板密封装置(5)，中间隔板(4)的上部设有压气机或旋转冲压压缩转子(3)。

6. 如权利要求5所述的一种压气机和涡轮一体化的轮盘，其特征在于，所述中间隔板(4)的内部设有涡轮冷却气孔。

7. 如权利要求5所述的一种压气机和涡轮一体化的轮盘，其特征在于，所述涡轮叶片(6)的动叶为单排动叶或多排动叶。

8. 如权利要求5所述的一种压气机和涡轮一体化的轮盘，其特征在于，所述压气机的动叶为单排动叶或多排动叶，所述旋转冲压压缩转子为采用端壁压缩技术、侧壁压缩技术或混合压缩技术的压缩转子。

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