CN212154880U - 一种燃气轮机级间封严散热结构 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种燃气轮机级间封严散热结构，主要包括：封严环、静叶内围带、上、下游盘腔、供气腔、轴向孔、封严端；所述供气腔由所述封严环与所述静叶内围带围成，冷气通过所述供气腔上、下游端面分布的所述轴向孔进入所述上、下游盘腔，并对轮盘进行冷却，之后通过所述封严端汇入外部燃气，阻止高温燃气进入盘腔；本实用新型优点在于，结构简单易实现，采用冲击冷却及对流冷却相结合的方式对所述轮盘进行冷却，并缓解了冷气的摩阻温升问题，冷却空气量的控制也更简单，偏差更小，同时，本实用新型通过所述轴向孔实现上、下游所述轮盘同步冷却，减小了所述上、下游盘腔之间密封结构对冷气控制的影响。

Description

一种燃气轮机级间封严散热结构

技术领域

本实用新型涉及燃气轮机高温部件涡轮领域，尤其涉及一种燃气轮机级间封严散热结构。

背景技术

在燃气轮机中，转子轮盘工作温度较高，如果不对其温度加以控制，其过高的温度会导致强度的下降，进而影响机组的安全运行。通常的做法是引入冷却空气对轮盘进行冷却，冷却空气一般会从静叶外围带处的供气腔供气，气体流过静叶内部通道后，进入静叶内围带与级间封严环组成的供气腔室，最后通过盘腔入口密封齿后分别对相邻轮盘进行冷却，最终，冷却过轮盘后的气体会通过动静间隙汇入主流，对动静间隙起到封严，防止高温燃气侵入盘腔，对轮盘造成烧蚀。

现有技术的方案是冷却空气的供气通过级间封严环上的单侧径向孔来实现，气流由供气腔室经过径向孔流入一侧盘腔，一部分气流经过一级密封流入上游盘腔，另一部分经过封严环与转轴之间的密封齿流入下游盘腔，最后两部分冷气经过封严结构流入主流，其中上、下游盘腔的供气流量由各级密封来控制，因此各级密封的径向间隙对盘腔的冷却及封严至关重要。但现有技术方案存在的问题是，由于机组启停以及机组运行过程中的振动、热胀等因素的影响，密封部分会与转子碰磨，从而造成密封径向间隙的变化，无法保证在设计值，因此冷却空气量的控制偏差较大，另外，此种方法对于轮盘的冷却主要是对流冷却的方式，冷却效率较低，冷却空气经过密封结构后除了换热温升，由于摩擦阻力的影响，气流温度会额外升高，不利于轮盘的冷却，在相同的轮盘冷却要求下需要消耗更多的冷却空气。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种燃气轮机级间封严散热结构，能够解决现有燃气轮机级间封严散热问题。

为此目的，本实用新型由如下技术方案实施。

一种燃气轮机级间封严散热结构，包括：供气腔、上游盘腔、下游盘腔、上游轴向孔、下游轴向孔、密封端、封严端；

所述供气腔为封严环与静叶内围带构成的环状空腔，其分别通过所述上游轴向孔、所述下游轴向孔连通所述上游盘腔和所述下游盘腔；

所述上游盘腔为前一级轮盘与所述封严环及所述静叶内围带围成的环形空腔；

所述下游盘腔为后一级轮盘与所述封严环及所述静叶内围带围成的环形空腔；

所述封严环靠近转轴的内侧端面安装有所述密封端；

冷气进入所述供气腔，并通过所述上游轴向孔和所述下游轴向孔分别流入所述上游盘腔和所述下游盘腔，并经过所述封严端汇入外部高温燃气。

进一步，所述上游轴向孔与所述下游轴向孔有多个，分别沿所述封严环两端面的周向均匀分布。

进一步，所述上游轴向孔与所述下游轴向孔均为锥孔，且靠外侧的孔径小于靠近所述供气腔一侧的孔径。

更进一步，所述上游轴向孔与所述下游轴向孔均为预旋孔，且预旋方向与轮盘转动方向一致。

进一步，所述密封端为迷宫密封。

更进一步，所述迷宫密封为蜂窝式密封结构、承磨密封结构或复合直通型密封结构其中一种。

进一步，所述封严端为所述静叶内围带两侧分别与相邻轮盘形成的转静系旋转封严结构。

更进一步，所述封严端为径向密封或轴向密封其中一种。

更进一步，所述封严端的径向密封为，所述静叶内围带两侧的环形凸缘，分别与相邻所述轮盘的环形凸缘形成有间隙的错位叠放结构。

本实用新型具有如下优点：

1.本实用新型结构简单易实现，采用冲击冷却及对流冷却相结合的方式对轮盘进行冷却，并减少了冷气流动路径上的密封结构，解决了气流通过密封的摩阻温升问题，冷却空气量的控制也更简单，偏差更小。

2.本实用新型针对级间封严环的供气方式，不依靠及上、下游盘腔之间的密封结构通气，通过轴向孔供气实现对相邻轮盘同步的冲击冷却，避免了密封间隙对冷却空气量控制精度的影响。

附图说明

需要说明的是，本实用新型附图中针对具有相同分布特征的多个相同结构，部分视图仅体现其中一个，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。

图1为本实用新型实施例1中半剖示意图；

图2为本实用新型封严环结构示意图；

图3为本实用新型下游轴向孔正视图；

图4为本实用新型下游轴向孔侧视图；

图5为本实用新型实施例2中封严端局部示意图。

图中：

1-供气腔；2-上游盘腔；3-下游盘腔；4-上游轴向孔；5-下游轴向孔；6-密封端；7-封严端。

具体实施方式

在本实用新型的描述中，需要说明的是，上游-下游为图中所示左-右的方向，指代燃气轮机工作中燃气整体流动方向。

下面将结合附图，对本实用新型做进一步说明。

实施例1

一种燃气轮机级间封严散热结构，包括：供气腔1、上游盘腔2、下游盘腔3、上游轴向孔4、下游轴向孔5、密封端6、封严端7。

如图1中所示，供气腔1为封严环与静叶内围带构成的空腔，整体为环形，其向外连通静叶内的冷气通道。如图2所示，封严环两侧端面对称加工有多个轴向孔，均沿其表面圆周方向均匀分布，其中，靠近上游一侧为上游轴向孔4，靠近下游一侧为下游轴向孔5。供气腔 1分别通过上游轴向孔4、下游轴向孔5连通上游盘腔2和下游盘腔3。

上游盘腔2为前一级轮盘与封严环及静叶内围带构成的环形空腔。

下游盘腔3为后一级轮盘与封严环及静叶内围带构成的环形空腔。

优选设计为，如图1中所示，上游轴向孔4与下游轴向孔5均为锥孔，且靠外侧的孔径小于靠近供气腔1一侧的孔径，通过锥形孔设计提升进入盘腔的冷气流速度，加强冲击散热效果；进一步，上游轴向孔4与下游轴向孔5均为预旋孔，且预旋方向与轮盘转动方向一致，结合图3-4所示，假定由燃气下游-上游方向观察，轮盘相对静叶及封严环为右旋方向，以水平方位的一个下游轴向孔5为例，该下游轴向孔5出气孔沿圆周切线方向向下偏移，其中心线与法相方向呈β角度，目的是提供冷气流一个进入下游盘腔3时的切向速度，减少轮盘与冷气在旋转方向的相对速度，提升冷却效果。

封严环靠近转轴的内侧端面安装有环形密封端6，位于封严环与转轴之间，密封端6为迷宫密封。

优选设计为，迷宫密封为承磨密封结构，该结构有助于将封严环与转轴之间的间隙设计更小，并减少密封机构的磨损，提供更良好的密封效果。

优选设计为，封严端7为静叶内围带两侧分别与相邻轮盘形成的转静系旋转封严结构，并采用径向密封结构，如图1中所示，静叶内围带两侧的环形凸缘，分别与相邻轮盘的环形凸缘形成有间隙的错位叠放结构。

工作过程中，冷气经过静叶中的冷气通道进入供气腔1，并通过供气腔1的上游轴向孔4、下游轴向孔5分别加速冲入上游盘腔2和下游盘腔3，冲击轮盘后持续与轮盘进行热交换，最终经过封严端7汇入外部高温燃气，阻止高温燃气入侵盘腔。

实施例2

本实施例与实施例1具体区别在于，如图5所示，封严端7为静叶内围带两侧分别与相邻轮盘形成的转静系旋转封严结构，并采用轴向密封结构，具体为静叶内围带两侧的环形凸缘紧靠相邻轮盘内侧端面，并留有固定间隙。

以上实施方式仅用于说明本实用新型，而非对本实用新型的限制，尽管对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应该能够理解，对本实用新型的技术方案进行各种组合、修改或替换，都不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，均应涵盖在本实用新型的权利要求范围之中。

Claims (9)

1.一种燃气轮机级间封严散热结构，其特征在于，包括：供气腔(1)、上游盘腔(2)、下游盘腔(3)、上游轴向孔(4)、下游轴向孔(5)、密封端(6)、封严端(7)；

所述供气腔(1)为封严环与静叶内围带构成的环形空腔，其分别通过所述封严环上的所述上游轴向孔(4)、所述下游轴向孔(5)连通所述上游盘腔(2)和所述下游盘腔(3)；

所述上游盘腔(2)为前一级轮盘与所述封严环及所述静叶内围带围成的环形空腔；

所述下游盘腔(3)为后一级轮盘与所述封严环及所述静叶内围带围成的环形空腔；

所述封严环靠近转轴的内侧端面安装有所述密封端(6)；

冷气进入所述供气腔(1)，并通过所述上游轴向孔(4)和所述下游轴向孔(5)分别流入所述上游盘腔(2)和所述下游盘腔(3)，并经过所述封严端(7)汇入外部高温燃气。

2.根据权利要求1所述的燃气轮机级间封严散热结构，其特征在于，所述上游轴向孔(4)与所述下游轴向孔(5)有多个，分别沿所述封严环两端面的周向均匀分布。

3.根据权利要求1所述的燃气轮机级间封严散热结构，其特征在于，所述上游轴向孔(4)与所述下游轴向孔(5)均为锥孔，靠外侧的孔径小于靠近所述供气腔(1)一侧的孔径。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的燃气轮机级间封严散热结构，其特征在于，所述上游轴向孔(4)与所述下游轴向孔(5)均为预旋孔，且预旋方向与轮盘转动方向一致。

5.根据权利要求1所述的燃气轮机级间封严散热结构，其特征在于，所述密封端(6)为迷宫密封。

6.根据权利要求5所述的燃气轮机级间封严散热结构，其特征在于，所述迷宫密封为蜂窝式密封结构、承磨密封结构或复合直通型密封结构其中一种。

7.根据权利要求1所述的燃气轮机级间封严散热结构，其特征在于，所述封严端(7)为所述静叶内围带两侧分别与相邻所述轮盘形成的转静系旋转封严结构。

8.根据权利要求7所述的燃气轮机级间封严散热结构，其特征在于，所述封严端(7)为径向密封或轴向密封其中一种。

9.根据权利要求8所述的燃气轮机级间封严散热结构，其特征在于，所述封严端(7)结构为，所述静叶内围带两侧有环形凸缘，分别与相邻轮盘侧面设置的环形凸缘形成有间隙的错位叠放结构。

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