CN204984606U - 一种空气分离环及燃气轮机 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，具体涉及了一种空气分离环及燃气轮机，燃气轮机包括本实用新型公开的空气分离环，空气分离环包括空气导流环和篦齿封严环，空气导流环由外环、内环和若干导叶一体制成，内环与外环同轴设置，导叶均布于外环的内壁上，每个导叶均沿外环的径向设置，且各导叶的一端固定于外环上，另一端分别固定于内环的外壁上；篦齿封严环固定于内环的内壁上，且与内环同轴设置。本实用新型提供的空气分离环及燃气轮机，解决现有技术无法对转子冷却空气进行预旋，使得转子对冷却空气的需求量大问题。

Description

一种空气分离环及燃气轮机

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种空气分离环及燃气轮机，更具体地涉及一种燃气轮机用的设置于透平轮盘前的空气分离环及应用该空气分离环的燃气轮机。

背景技术

目前，典型的燃气轮机的燃气透平主要由气缸、静叶(喷嘴)、转子、动叶、气封和排气扩压器等部件构成。由于燃气透平是在1000-1400度的高温条件下工作，除了承受各种机械力外，还得承受高温的作用。由此也会带来一系列的问题，如热膨胀、热对中、热应力、热变形、热冲击、热腐蚀，这也使得透平的结构更为的复杂。

虽然气体流动过程是连续的，但是进入压气机和进入透平的气体的压力和温度，从前到后依次分别递增和递减。每级工作叶片或导向叶片都存在着一个压力差。此外，压气机或透平各零、组件之间，尤其是转动件和静子件之间又不可避免的要留出间隙，燃气泄露必然发生。燃气的泄漏不仅给燃气轮机性能带来损失，而且恶化了有关零件的工作条件和环境，直接影响零、组件的寿命和可靠性，甚至造成机体的损坏。

燃气轮机中有各种各样的，盘腔结构中有高压冷却空气通过，并对其进行冷却和封严。目前燃气轮机转子上都开有一些通孔，构成转子冷却空气流路，使转子冷却气能够通过并冷却轮盘、动叶等转子部件，但燃气轮机的冷却过程复杂，有些机组甚至将转子冷却空气预先导出到机组外部进行冷却后，再注入燃机冷却透平转子。

另外，由于燃气轮机转子是燃气轮机的关键部件，其结构复杂，兵器需要工作在高温、高转速的条件下，在变工况运行时，内部热应力的变化是确定其寿命的重要前提，而且还制约着燃气轮机机组的启停次数和速度。因此，合理组织转子冷却一直是一项重要的课题。目前国外先进的航空发动机上已经成功的运用了转子冷却系统预旋进气这一先进的技术，冷却涡轮叶片用的高压气体由静盘上的预旋喷嘴流出，使得这股气体形成一个接近于轮盘涡轮叶片冷却空气进口的旋转速度，从而降低涡轮叶片的空气静温。

基于上述技术，传统燃气轮机在透平一级轮盘前设置了空气分离环结构，有效的将转子冷却气引导到转子轮盘，通过其后的流路冷却各级轮盘，但转子冷却气没有周向分速度，要通过高速旋转的轮盘，需要消耗一定的能量，使冷却空气的静温升高。另外由于传统燃气轮机在透平一级轮盘前设置了空气分离环结构，造成此处结构复杂，有一部分零件需要安装在转子轮盘上，对转子轮盘的设计和维修带来一定难度。

实用新型内容

(一)要解决的技术问题

本实用新型要解决的技术问题是提供一种空气分离环及燃气轮机，解决现有技术无法对转子冷却空气进行预旋，使得转子对冷却空气的需求量大问题。

(二)技术方案

为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种空气分离环，包括空气导流环和篦齿封严环，所述空气导流环由外环、内环和若干导叶一体制成，所述内环与所述外环同轴设置，所述导叶均布于所述外环的内壁上，每个所述导叶均沿所述外环的径向设置，且各所述导叶的一端固定于所述外环上，另一端分别固定于所述内环的外壁上；所述篦齿封严环固定于所述内环的内壁上，且与所述内环同轴设置。

进一步的，前述内环的内壁上沿周向设有环形的固定槽，所述篦齿封严环上设有固定块，所述篦齿封严环通过所述固定块和固定槽配合固定于所述空气导流环上。

进一步的，前述外环的外壁上还设有凸棱。

进一步的，前述凸棱上沿其周向分布销钉槽。

本实用新型还提供了一种燃气轮机，包括上述的空气导流环，所述空气导流环固定于燃压缸上。

进一步的，前述燃压缸上沿周向设有环形的安装槽，所述安装槽的周向上设有若干与所述销钉槽匹配的销钉孔，所述定位销钉依次插入所述销钉孔和销钉槽内，所述销钉孔上还固定设有用于对定位销钉径向限制的压板。

进一步的，前述压板通过螺栓固定于所述燃压缸上。

进一步的，还包括透平一级轮盘，所述透平一级轮盘上设有突肩，所述突肩与设置于燃压缸上的蜂窝环配合，且其配合面上设有密封齿。

(三)有益效果

本实用新型的上述技术方案具有以下有益效果：

本实用新型提供了一种空气分离环及燃气轮机，燃气轮机包括本实用新型公开的空气分离环，空气分离环包括空气导流环和篦齿封严环，空气导流环上设有导叶，使本实用新型提供的燃气轮机的结构更简单，且空气分离环可对转子的冷却空气进行预旋，有利于改进冷却结构设计，减少转子对冷却空气的需求量，从而提高了燃气轮机的性能。

附图说明

图1为本实用新型空气分离环的结构示意图；

图2为传统燃气轮机的透平轮盘前空气分离结构示意图；

图3为本实用新型透平轮盘前空气分离环的结构示意图；

图4为本实用新型空气分离环的原理图；

图中：1：空气导流环；2：篦齿封严环；3：定位销钉；4：压板；5：螺栓；6：导叶；7：燃压缸；8：支撑环；9：蜂窝密封环；10：接配环；11：传统空气分离环；12：透平一级轮盘；13：十二角螺母；14：固定螺栓；15：冷却空气孔；16：蜂窝环；17：突肩；18：外环；19：内环；20：凸棱；21：销钉槽；22：气体轴向速度；23：气体轴向速度；24：气体流动方向。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型的实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本实用新型，但不能用来限制本实用新型的范围。

在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上；术语“上”、“下”、“左”、“右”、“内”、“外”、“前端”、“后端”、“头部”、“尾部”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实用新型和简化描述，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实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“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。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实用新型中的具体含义。

实施例一

如图1所示，本实施例所述的空气分离环，包括空气导流环1和篦齿封严环2，空气导流环1由外环18、内环19和若干导叶6一体制成，内环19与外环18同轴设置，导叶6均布于外环18的内壁上，导叶6的叶面与空气导流环1的横截面具有一定的角度，每个导叶6均沿外环18的径向设置，且各导叶6的一端固定于外环18上，另一端分别固定于内环19的外壁上。外环18的外壁上还设有凸棱20，凸棱20上沿其周向分布销钉槽21。

篦齿封严环2固定于内环19的内壁上，且与内环19同轴设置。具体的连接方法为，内环19的内壁上沿周向设有环形的固定槽，篦齿封严环2上设有固定块，篦齿封严环2通过固定块和固定槽配合固定于空气导流环1上。

实施例二

传统燃气轮机，如图2所示，采用传统空气分离环11，传统空气分离环11通过固定螺栓14和十二角螺母13以过盈配合的形式，固定在透平一级轮盘12上。转子冷却空气流动到透平一级轮盘12前，首先通过接配环10与传统空气分离环11构成的冷却空气通道沿着轴向向后流动，然后通过透平一级轮盘12上开有的冷却空气孔15流到下一级轮盘，冷却二级转子热端部件。为防止冷却空气过多的流到主流道，在燃压缸7上，加工了若干不同角度的销钉孔和周向的环形安装槽，支撑环8可以沿着周向的环形安装槽滑入，通过定位销钉3顶住支撑环8，通过调整定位销钉3的尺寸，可以调整支撑环8的位置，固定支撑环8在燃压缸7上。支撑环8中心调整好后，再通过压板4和螺栓5将定位销钉3压紧，螺栓5采用防松措施。支撑环8开有周向的环形槽，旋入蜂窝密封环9，与传统空气分离环11形成转静密封结构，由于蜂窝密封环9下部钎焊有蜂窝，传统空气分离环11上部加工有封严齿，可以达到控制流入到主流道的冷却空气量的目的。但传统燃气轮机中的空气分离环结构，结构复杂，有一部分零件需要安装在转子轮盘上，对转子轮盘的设计和维修带来一定难度。

如图3所示，本实施例所述的空气分离环燃气轮机，包括上述的空气导流环1，空气导流环1固定于燃压缸7上。空气导流环1固定在燃压缸7上的形式与传统燃气轮机一致，具体为，燃压缸7上沿周向设有环形的安装槽，安装槽的周向上设有若干与销钉槽21匹配的销钉孔，所说的匹配为销钉孔的大小与销钉槽21匹配，均可穿过定位销钉3，销钉孔的位置与销钉槽21对应，销钉孔的角度与销钉槽21相同。

空气导流环1可以沿着安装槽滑入，定位销钉3依次插入销钉孔和销钉槽21内，并顶住空气导流环1，销钉孔上还固定设有用于对定位销钉3径向限制的压板4，压板4通过螺栓5固定于燃压缸7上，通过压板4和螺栓5将定位销钉3压紧，螺栓5采用防松措施。安装后的空气分离环，其蓖齿封严环与接配环10构成转静密封结构。当转子冷却气流到空气分离环前，除少部分气体通过蓖齿封严环与接配环10之间通过，其余大部分通过空气导流环1流过。

还包括透平一级轮盘12，透平一级轮盘12上设有突肩17，突肩17与钎焊于燃压缸7上的蜂窝环16配合，且其配合面上设有密封齿，突肩17通过与蜂窝环16配合，构成了转静密封结构，进一步限制了向上流入到主流道的冷却空气量。通过空气导流环1后的冷却空气，继续向后流动，然后通过透平一级轮盘12上开有的冷却空气孔15流到下一级轮盘，冷却二级转子热端部件。

本实用新型空气导流环1的工作原理为：

如图4所示，空气导流环1加工有若干导叶6，流过空气导流环1导叶6的气体流动方向24再通过空气导流环1后将发生变化，不但具有气体轴向速度22，还产生和转子运动方向相同的气体周向速度23，有利于冷却空气进入旋转的透平轮盘上的冷却孔中，减小流动损失。本实用新型中通过空气导流环1后的气体再进入透平一级轮盘12上开有的冷却空气孔15流到下一级轮盘时，其静温较不通过空气导流环1导叶6的方式，温度要低。有利于改进冷却结构设计，减少转子对冷却空气的需求量，提高了燃气轮机的性能。

本实用新型的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本实用新型限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本实用新型的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本实用新型从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

Claims (8)

1.一种空气分离环，其特征在于：包括空气导流环和篦齿封严环，所述空气导流环由外环、内环和若干导叶一体制成，所述内环与所述外环同轴设置，所述导叶均布于所述外环的内壁上，每个所述导叶均沿所述外环的径向设置，且各所述导叶的一端固定于所述外环上，另一端分别固定于所述内环的外壁上；所述篦齿封严环固定于所述内环的内壁上，且与所述内环同轴设置。

2.根据权利要求1所述的空气分离环，其特征在于：所述内环的内壁上沿周向设有环形的固定槽，所述篦齿封严环上设有固定块，所述篦齿封严环通过所述固定块和固定槽配合固定于所述空气导流环上。

3.根据权利要求1所述的空气分离环，其特征在于：所述外环的外壁上还设有凸棱。

4.根据权利要求3所述的空气分离环，其特征在于：所述凸棱上沿其周向分布销钉槽。

5.一种燃气轮机，其特征在于：包括如权利要求1-4中任一项所述的空气分离环，所述空气分离环固定于燃压缸上。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机，其特征在于：所述燃压缸上沿周向设有环形的安装槽，所述安装槽的周向上设有若干与销钉槽匹配的销钉孔，定位销钉依次插入所述销钉孔和销钉槽内，所述销钉孔上还固定设有用于对定位销钉径向限制的压板。

7.根据权利要求6所述的燃气轮机，其特征在于：所述压板通过螺栓固定于所述燃压缸上。

8.根据权利要求5所述的燃气轮机，其特征在于：还包括透平一级轮盘，所述透平一级轮盘上设有突肩，所述突肩与设置于燃压缸上的蜂窝环配合，且其配合面上设有密封齿。