CN210003337U - 燃气轮机轮缘密封装置及燃气轮机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种燃气轮机轮缘密封装置，其包括：气幕密封部，处于静叶内环与动叶轮盘间的盘腔与燃气通道相连处；气幕生成组件，包括设置在静叶内环上的多个合成射流发生器，所述合成射流发生器的喷射口朝向所述气幕密封部；所有合成射流发生器均与处于燃气轮机外部的驱动源相连，在驱动源的驱动下所有合成射流发生器的喷射口在气幕密封部处形成密封气幕，以隔绝燃气通道中的高温燃气进入盘腔内。本实用新型可防止高温燃气入侵静叶内环与动叶轮盘间的盘腔内部，又避免降低叶片的气动效率。
Description
技术领域
本实用新型涉及燃气轮机，特别是涉及一种燃气轮机轮缘密封装置。
背景技术
工业燃气轮机的主要部件包括压气机、燃烧室以及透平。压气机通过对从空气取入口取入的空气进行压缩而形成高温高压的压缩空气。燃烧室通过对该压缩空气供给燃料而使之燃烧来得到高温高压的燃烧气体。透平端一般是由多组动静叶片组成，通过使由燃烧器生成的高温高压的燃烧气体经过处于燃烧气体通路的多个静叶片和动叶片来驱动转子旋转。动静叶轮盘之间为了避免摩擦需要保留一定的间隙。在透平动叶高速旋转下，气体会与静叶产生干涉。动静叶之间的干涉会导致在动静叶之间产生周期性的压力波动。当燃气压力大于动静叶之间间隙内的压力时，会导致高温燃气倒灌入动静叶之间的腔室，导致金属失效，危及燃气轮机的安全。
为了防止该燃烧气体从动叶片与静叶片的间隙侵入腔室内，而设置有称作轮缘密封的密封装置。该轮缘密封一般由压气机端引出一股相对于燃气较冷的冷却封严气流，向形成于动叶片与静叶片的间隙的盘腔供给，并使该盘腔的封严冷气朝向动叶片与静叶片的间隙喷出，由此防止燃烧气体的侵入。如果封严冷气量不足，仍然会导致高温燃气入侵腔室。然而，过多的封严冷气会导致其与主流混合后，透平端叶片的气动效率降低，进而导致燃气轮机效率降低。
如CN205840921U公开一种燃气轮机轮缘密封结构，包括连接在静叶平台上的静叶和连接在动叶平台上的动叶，所述静叶平台与所述动叶平台之间形成封严冷气通道，其特征在于，沿所述静叶平台的周向设有喷气孔，所述喷气孔与所述静叶的冷却通道相连通，所述喷气孔的出口位于所述静叶平台的下游侧并与所述封严冷气通道相连通，所述喷气孔用于导出所述冷却通道内的冷却气体并使所述冷却气体在所述封严冷气通道的出口处形成气幕。本实用新型通过在静叶上设置冷却通道，在静叶平台上设与冷却通道相通的喷气孔，以此实现在所述封严冷气通道的出口处形成气幕，其需要从外部额外引一处冷却气流通过在静叶平台内设置冷却通道，经由喷气孔喷射形成气幕，结构复杂且气幕不可调。
因此，需要一种可防止高温燃气入侵腔室且确保透平端叶片的气动效率的燃气轮机轮缘密封装置。
实用新型内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供一种燃气轮机轮缘密封装置及燃气轮机，用于解决现有技术中防止高温燃气入侵腔室的过程中易降低燃气轮机效率的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本实用新型提供一种燃气轮机轮缘密封装置，其包括：
气幕密封部，处于静叶内环与动叶轮盘间的盘腔与燃气通道相连处；
气幕生成组件，包括设置在静叶内环上的多个合成射流发生器，所述合成射流发生器的喷射口朝向所述气幕密封部；所有合成射流发生器均与处于燃气轮机外部的驱动源相连，在驱动源的驱动下所有合成射流发生器的喷射口在气幕密封部处形成密封气幕，以隔绝燃气通道中的高温燃气进入盘腔内。
优选的，所述动叶轮盘处于所述气幕密封部中的外壁上设有向所述静叶内环侧凸出的密封凸起。
优选的，所述密封凸起中具有凹槽，且所述合成射流发生器的喷射口正对所述凹槽的槽口设置。
优选的，所有所述合成射流发生器沿所述静叶内环的周向均匀设置。
优选的，所述密封气幕形成时满足：根据燃气轮机的当前工况，通过所述驱动源来调整所述合成射流发生器吹吸气流的频率。
优选的，所述合成射流发生器为压电式。
优选的，所述合成射流发生器为一端开口的圆柱空腔，圆柱空腔的另一端处设有与所述驱动源相连的压电薄膜；圆柱空腔的开口作为所述喷射口。
优选的，所述合成射流发生器为一端开口一端密封的圆柱空腔，在圆柱空腔内设有沿圆柱空腔的轴向延伸的压电薄膜，且压电薄膜将圆柱空腔内分割成两个子腔，每个子腔对应的开口部分作为所述喷射口；所述压电薄膜与所述驱动源相连。
优选的，所述驱动源为电源控制器。
本实用新型还提供一种燃气轮机，所述燃气轮机上设有如上所述的燃气轮机轮缘密封装置。
如上所述，本实用新型的燃气轮机轮缘密封装置及燃气轮机，具有以下有益效果：通过在静叶内环上设置合成射流发生器，合成射流发生器不间断的吸入盘腔中冷却空气并且喷射出去；喷射出去的合成射流形成了一个在冷却空气以及高温燃气之间的气幕，缩小动叶盘与静叶内环之间的轴向间隙，以阻止高温燃气入侵盘腔内部；可通过驱动源调整合成射流发生器吹吸气流的频率，可以使燃气轮机在不同工况运行时，更有效率的利用冷却空气(也成为封严冷气)，避免冷却空气从盘腔内进入燃气通道中与高温燃气混合，因而降低燃气轮机的效率。
附图说明
图1显示为本实用新型的燃气轮机轮缘密封装置示意图。
图2显示为本实用新型的气幕生成组件示意图。
图3显示为合成射流发生器的一实施例图。
图4显示为合成射流发生器的另一实施例图。
元件标号说明
1 涡轮动叶
2 动叶轮盘
3 驱动源
4 电线
5 涡轮静叶
6 静叶内环
7 合成射流发生器
8 喷射口
9 密封凸起
10 腔壁
11 压电薄膜
12 合成射流
13 圆柱空腔
100 燃气通道
200 盘腔
300 气幕密封部
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本实用新型的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本实用新型的其他优点及功效。
请参阅图1至图4。须知，本说明书所附图中所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本实用新型可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本实用新型所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本实用新型所揭示的技术内容所能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本实用新型可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本实用新型可实施的范畴。
如图1至图4所示，本实用新型提供一种燃气轮机，其主要涉及燃气轮机轮缘密封装置，燃气轮机的主要部件包括压气机、燃烧室以及涡轮，一般的，压气机包括压气机动叶和压气机静叶；涡轮包括涡轮动叶1和涡轮静叶5；空气由压气机进气口进入后折转为径向流动，压气机动叶旋转，在压气机动叶和压气机静叶的作用下，径向流动的空气减速扩压，进入燃烧室与燃料混合燃烧生成高温燃气，高温燃气通道100内，在高温燃气流经涡轮静叶和涡轮动叶增速做功，推动涡轮动叶旋转并由涡轮出气口排出；下面主要描述燃气轮机轮缘密封装置，燃气轮机中的压气机、燃烧室和其他结构在此不作详述。
为便于描述，本说明书中的轴向指燃气轮机中转子轴的轴线方向，径向指转子轴的径向延伸方向。
本实用新型提供一种燃气轮机轮缘密封装置，见图1所示，其包括：
气幕密封部300，处于静叶内环6与动叶轮盘2间的盘腔200与燃气通道100相连的上游处；
气幕生成组件，包括设置在静叶内环6上的多个合成射流发生器7，所述合成射流发生器7的喷射口8朝向所述气幕密封部300；所有合成射流发生器7均与处于燃气轮机外部的驱动源3相连，在驱动源3的驱动下所有合成射流发生器7的喷射口8在气幕密封部300处形成密封气幕，以隔绝燃气通道100中的高温燃气进入盘腔200内。
本实用新型通过在静叶内环6上设置合成射流发生器7，合成射流发生器7不间断的吸入盘
腔200中冷却空气并且喷射出去；喷射出去的合成射流12形成了一个在冷却空气以及高温燃气之间的气幕，缩小动叶盘2与静叶内环6之间的轴向间隙，以阻止高温燃气入侵盘腔内部；可通过驱动源3调整合成射流发生器7吹吸气流的频率，可以使燃气轮机在不同工况运行时，更有效率的利用冷却空气(也成为封严冷气)，避免冷却空气从盘腔200内进入燃气通道100中与高温燃气混合，因而降低燃气轮机的效率；为更好的起到隔绝功能，本实施例中合成射流发生器7喷射形成的气幕位于盘腔200与燃气通道100相连处，即位于高温燃气进入盘腔时的上游处。
为更好的隔绝高温燃气进入盘腔内部，本实施例中在动叶轮盘2处于所述气幕密封部300中的外壁上设有向所述静叶内环6侧凸出的密封凸起9，密封凸起9的设置可缩短动叶轮盘2与静叶内环6间的轴向间隙。本实施例通过密封凸起9缩短动叶轮盘2与静叶内环6间的轴向间隙，只需使上述合成射流发生器7喷射形成的气幕将密封凸起9与静叶内环6间的间隙密封隔绝即可。
为更好的密封隔绝，本实施例中密封凸起9中具有凹槽，且所述合成射流发生器7的喷射口8正对所述凹槽的槽口设置。本实施例中在动叶轮盘2的外壁上周向设有两圈外伸的悬臂，两悬臂构成上述密封凸起9，两悬臂之间的间隙构成上述凹槽，通过两悬臂的设置减少高温燃气入侵盘腔的通道面积，并与生成在悬臂之间的合成射流12所产生的气幕作用后，可大量减少流过轴向间隙所需的封严冷气，以阻碍高温燃气入侵。
为更好的密封隔绝，见图2所示，本实施例中所有合成射流发生器7沿所述静叶内环6的周向均匀设置。即在静叶内环6朝向动叶轮盘2的一侧，沿其周向均匀设置多个合成射流发生器7。本实施例中合成射流发生器7可嵌设在静叶内环6中，其可通过焊接、卡接或者螺栓连接等方式与静叶内环6相固定。
为避免盘腔200内的冷却空气混入高温燃气进入燃气通道100内，致使燃气轮机效率降低，本实施例中密封气幕形成时满足：根据燃气轮机的当前工况，通过上述驱动源3来调整所述合成射流发生器7吹吸气流的频率；即若当前工况燃气通道100内的高温燃气压力降低，则将合成射流发生器7吹吸气流的频率也随之降低，避免冷却空气进入燃气通道100内。
上述合成射流发生器7可以有多种形式。例如，活塞式，压电式也即压电隔膜式以及等离子式。下面介绍两种压电隔膜式合成射流实施方案：
见图3所示，合成射流发生器7为一端开口的圆柱空腔13，圆柱空腔13的另一端处设有与所述驱动源3通过电线4相连的压电薄膜11；圆柱空腔13的开口作为所述喷射口8。压电薄膜11通电后产生震动挤压由合成射流发生器7的腔壁10所包围的圆柱空腔13，压缩后的气体通过合成射流发生器7的喷射孔8以合成射流12的形式喷射。驱动源3为电源控制器。
见图4，合成射流发生器的另一实施例，本实施例为一端开口一端密封的圆柱空腔13，在圆柱空腔13内设有沿圆柱空腔13的轴向延伸的压电薄膜11，且压电薄膜11将圆柱空腔内分割成两个子腔，每个子腔对应的开口部分作为所述喷射口8；所述压电薄膜11与所述驱动源3通过电线4相连。驱动源3为电源控制器。这种结构保证压电薄膜11通电震动时挤压其中一个子腔喷射，另一个子腔处于吸气状态。从而保证合成射流发生器7始终处于喷射状态。
综上所述，本实用新型的燃气轮机轮缘密封装置，通过在静叶内环上设置合成射流发生器，合成射流发生器不间断的吸入盘腔中冷却空气并且喷射出去；喷射出去的合成射流形成了一个在冷却空气以及高温燃气之间的气幕，缩小动叶盘与静叶内环之间的轴向间隙，以阻止高温燃气入侵盘腔内部；可通过驱动源调整合成射流发生器吹吸气流的频率，可以使燃气轮机在不同工况运行时，更有效率的利用冷却空气(也成为封严冷气)，避免冷却空气从盘腔内进入燃气通道中与高温燃气混合，因而降低燃气轮机的效率。所以，本实用新型有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本实用新型的原理及其功效，而非用于限制本实用新型。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本实用新型的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本实用新型所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本实用新型的权利要求所涵盖。
Claims (10)
1.一种燃气轮机轮缘密封装置，其特征在于，包括：
气幕密封部，处于静叶内环与动叶轮盘间的盘腔与燃气通道相连处；
气幕生成组件，包括设置在静叶内环上的多个合成射流发生器，所述合成射流发生器的喷射口朝向所述气幕密封部；所有合成射流发生器均与处于燃气轮机外部的驱动源相连，在驱动源的驱动下所有合成射流发生器的喷射口在气幕密封部处形成密封气幕，以隔绝燃气通道中的高温燃气进入盘腔内。
2.根据权利要求1所述的燃气轮机轮缘密封装置，其特征在于：所述动叶轮盘处于所述气幕密封部中的外壁上设有向所述静叶内环侧凸出的密封凸起。
3.根据权利要求2所述的燃气轮机轮缘密封装置，其特征在于：所述密封凸起中具有凹槽，且所述合成射流发生器的喷射口正对所述凹槽的槽口设置。
4.根据权利要求1所述的燃气轮机轮缘密封装置，其特征在于：所有所述合成射流发生器沿所述静叶内环的周向均匀设置。
5.根据权利要求1所述的燃气轮机轮缘密封装置，其特征在于：所述密封气幕形成时满足：根据燃气轮机的当前工况，通过所述驱动源来调整所述合成射流发生器吹吸气流的频率。
6.根据权利要求1所述的燃气轮机轮缘密封装置，其特征在于：所述合成射流发生器为压电式。
7.根据权利要求1所述的燃气轮机轮缘密封装置，其特征在于：所述合成射流发生器为一端开口的圆柱空腔，圆柱空腔的另一端处设有与所述驱动源相连的压电薄膜；圆柱空腔的开口作为所述喷射口。
8.根据权利要求1所述的燃气轮机轮缘密封装置，其特征在于：所述合成射流发生器为一端开口一端密封的圆柱空腔，在圆柱空腔内设有沿圆柱空腔的轴向延伸的压电薄膜，且压电薄膜将圆柱空腔内分割成两个子腔，每个子腔对应的开口部分作为所述喷射口；所述压电薄膜与所述驱动源相连。
9.根据权利要求7或8所述的燃气轮机轮缘密封装置，其特征在于：所述驱动源为电源控制器。
10.一种燃气轮机，其特征在于：所述燃气轮机上设有如权利要求1至权利要求8任一项所述的燃气轮机轮缘密封装置。
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Cited By (1)
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