一种新型涡轮凸起封严结构.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109854307A(43)申请公布日2019.06.07(21)申请号201910193927.4(22)申请日2019.03.13(71)申请人北京航空航天大学地址100083北京市海淀区学院路37号北京航空航天大学(72)发明人罗翔曹楠李雪邬泽宇(74)专利代理机构北京律远专利代理事务所(普通合伙)11574代理人丁清鹏(51)Int.Cl.F01D11/04(2006.01)F01D5/02(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种新型涡轮凸起封严结构(57)摘要本发明公开了一种新型涡轮凸起封严结构，用于航空发动机涡轮段转静腔，该结构为布置于动盘径向位置的叶片形凸起。该凸起结构可以对盘腔内流体做功，在腔内形成高压带。相比于传统的圆柱形凸起，该结构能更加有效地阻止主流燃气入侵，大幅降低盘腔所需的最小封严冷气流量；在合适的径向位置布置凸起可以降低其引起的附加风阻，是一种能够利用凸起阻止燃气入侵的封严结构，有较好的实用前景。CN109854307ACN109854307A权利要求书1/1页1.一种新型涡轮凸起封严结构，其特征在于：包括应用于转静腔内的凸起结构，所述凸起结构为布置于动盘径向位置的叶片型凸起(3)。2.根据权利要求1所述的新型涡轮凸起封严结构，其特征在于：所述叶片型凸起(3)的高度h为转静间隙S的1/3～2/3，弦长d为转静间隙s的1/3～4/3，叶型弯角θ为10°～70°。3.根据权利要求2所述的新型涡轮凸起封严结构，其特征在于：所述叶片型凸起(3)安装的径向位置r为动盘半径d的6/10～9/10。4.根据权利要求1所述的新型涡轮凸起封严结构，其特征在于：所述叶片型凸起(3)沿周向均匀的布置于动盘(2)上。5.根据权利要求1或4所述的新型涡轮凸起封严结构，其特征在于：在所述叶片型凸起(3)的数量与尺寸固定的情况下安装在所述动盘(2)的高半径区域。6.根据权利要求1所述的新型涡轮凸起封严结构，其特征在于：当动盘(2)旋转后，叶片型凸起(3)对腔内流体做功，增加流体速度与总压，从而阻止主流气体(4)入侵盘腔，降低最小封严流量(5)；当转速增加，叶片型凸起(3)对气体做功增加，封严特性随着转速的增加而增强。2CN109854307A说明书1/3页一种新型涡轮凸起封严结构技术领域[0001]本发明涉及航空发动机涡轮转静间封严技术领域，尤其涉及一种新型涡轮凸起封严结构。背景技术[0002]着航空事业的迅猛发展，现代航空发动机的涡轮进口温度以及增压比不断提高，这导致发动机转静盘腔封严系统的泄漏问题也日益严重，发动机设计者通常在封严间隙设计复杂的封严结构来阻止主流高温的燃气通过封严间隙进入盘腔内部恶化涡轮盘的冷却(也就是燃气入侵)。在通常情况下，会在转静系盘腔中通入封严冷气来阻止燃气入侵的发生。如果封严流量较小，会导致主流燃气进入转静腔降低发动机寿命，这种现象称为燃气入侵；但是如果通入过量的封严冷气，会导致主流中真正做功的流体减小。研究表明，入侵燃气在盘腔内有1％的增加，足以降低转盘50％的寿命；另一方面，减少50％的封严冷气量，燃气涡轮的整体效率将提高0.5％，燃油消耗率将减小0.5％。因此，改进与发展高性能封严装对减小耗油率、提高发动机效率有十分重要的使用价值和意义。[0003]以往的研究都是通过研究轮缘封严篦齿来阻止燃气入侵，这些研究对象都是光滑盘腔。然而在实际发动机转静腔中，凸起是十分常见的连接零件，安装在转盘上的凸起对燃气入侵有明显的影响。发明内容[0004]本发明的目的是提供一种新型涡轮凸起封严结构，其是基于流体力学原理对凸起进行优化得到一种新型凸起封严结构能够有效的抑制燃气入侵，降低最小封严流量。[0005]为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：[0006]本发明一种新型涡轮凸起封严结构，包括应用于转静腔内的凸起结构，所述凸起结构为布置于动盘径向位置的叶片型凸起。[0007]进一步的，所述叶片型凸起的高度h为转静间隙S的1/3～2/3，弦长d为转静间隙s的1/3～4/3，叶型弯角θ为10°～70°。[0008]进一步的，所述叶片型凸起安装的径向位置r为动盘半径d的6/10～9/10。[0009]进一步的，所述叶片型凸起沿周向均匀的布置于动盘上。[0010]进一步的，在所述叶片型凸起的数量与尺寸固定的情况下安装在高半径区域。[0011]进一步的，当动盘旋转后，叶片型凸起对腔内流体做功，增加流体速度与总压，从而阻止主流气体入侵盘腔，降低最小封严流量；当转速增加，叶片型凸起对气体做功增加，封严特性随着转速的增加而增强。[0012]其工作原理是通过在动盘壁面周向均匀安装叶片型凸起，凸起随动盘旋转对腔内流体做功