一种带预旋引气的涡轮盘腔封严结构.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CN109630209A(43)申请公布日2019.04.16(21)申请号201811503703.0(22)申请日2018.12.10(71)申请人中国航发四川燃气涡轮研究院地址610500四川省成都市新都区新军路六号(72)发明人张维涛贺进薛伟鹏杜鹏唐国庆(74)专利代理机构北京紫荆博雅知识产权代理有限公司11718代理人娄华(51)Int.Cl.F01D11/04(2006.01)F01D25/12(2006.01)权利要求书1页说明书3页附图3页(54)发明名称一种带预旋引气的涡轮盘腔封严结构(57)摘要本发明公开了一种带预旋引气的涡轮盘腔封严结构，在内支撑环1上设置有若干个预旋引气流路，预旋引气流路依次由引气孔2、集气腔3和出气孔4构成，其中，引气孔2为周向均布的若干个圆孔，设置于内支撑环进气孔外圈的端面上；集气腔3为空腔结构；出气孔4与发动机中心线的夹角范围为65到80度。采用本专利盘腔封严结构后，动叶根部工作在设计工况，动叶通道二次流损失大幅减小。与现有盘腔封严结构相比，采取本专利后可使涡轮效率提高近1％。本专利结构简单，可大部分借用现有盘腔封严结构，经济性和可实现性好。CN109630209ACN109630209A权利要求书1/1页1.一种带预旋引气的涡轮盘腔封严结构，其特征在于，在内支撑环(1)上设置有若干个预旋引气流路，预旋引气流路依次由引气孔(2)、集气腔(3)和出气孔(4)构成，其中，引气孔(2)为周向均布的若干个圆孔，设置于内支撑环进气孔外圈的端面上；集气腔(3)为空腔结构；出气孔(4)与发动机中心线的夹角范围为65到80度。2.根据权利要求1的一种带预旋引气的涡轮盘腔封严结构，其特征在于，所述的集气腔(3)横截面积由引气孔(2)向出气孔(4)的方向上不断减小。3.根据权利要求1的一种带预旋引气的涡轮盘腔封严结构，其特征在于，所述的若干个预旋引气流路的集气腔(3)之间互相连通。4.据权利要求1的一种带预旋引气的涡轮盘腔封严结构，其特征在于，所述出气孔(4)与发动机中心线的夹角为75度。2CN109630209A说明书1/3页一种带预旋引气的涡轮盘腔封严结构技术领域：[0001]本专利涉及燃气涡轮发动机技术领域，具体的说，是其中的涡轮部件盘腔封严结构，具体涉及一种带预旋引气的涡轮盘腔封严结构。背景技术[0002]燃气涡轮发动机的工作原理是利用压气机的压缩空气和燃料混合燃烧后产生的高温高压燃气驱动涡轮高速旋转，而涡轮又通过涡轮轴带动压气机，从而形成持续运转。涡轮由静止的导叶(组成静子部件)和转动的动叶(组成转子部件)组成。为保障涡轮转子的可靠运转，避免转静子间的碰磨，在转静子涡轮盘之间都存在一定的间隙。导叶和动叶根部之间轴向和径向间隙的存在，可能导致涡轮通道高温燃气通过该间隙入侵涡轮盘腔，从而造成涡轮盘温度过高而影响涡轮盘的工作安全和使用寿命。因此通常在涡轮盘腔中引入高压压气机出口的冷气作为封严气体，阻止燃气入侵涡轮盘腔，同时也对涡轮盘进行冷却。虽然引入封严冷气可以防止主流燃气入侵烧蚀盘腔，但是由于进入主流通道的封严冷气流速较低，气流预旋角度较小(相比导叶根部出口预旋角度)，封严冷气会在封严缝出口与主流燃气进行强烈的掺混，导致损失增加，涡轮效率降低。随着涡轮转速、涡轮前温度以及效率要求的提高，转静子间封严冷气的低流速和低预旋角度导致的涡轮性能下降日益明显。因此，需要对涡轮转静子间的盘腔封严结构进行优化设计，以满足涡轮性能提高的要求。[0003]现有的一种典型涡轮盘腔封严结构如图1所示，该结构由A1内支撑环、A2螺栓连接、A3前导流板、A4前挡板、A5前挡板进气孔、A6封严篦齿、A7蜂窝结构、A8预旋喷嘴、A9内支撑环进气孔组成。其中A1内支撑环通过卡环与高压涡轮导叶连接，采用螺栓与A5前导流板连接，A4前挡板采用快速扣合结构与涡轮动叶连接。该涡轮盘腔封严结构的工作原理是：从压气机前引入的冷气通过A1内支撑环上的A9内支撑环进气孔进入集气腔，经过A8预旋喷嘴的降压加速，分成三股冷气；第一股冷气直接通过A5前挡板进气孔进入动叶集气腔冷却动叶；第二股冷气向下通过A6封严篦齿和A7蜂窝结构组成的封严间隙进入涡轮盘根部冷却涡轮盘；第三股冷气向上通过两处A6封严篦齿和A7蜂窝结构组成的封严间隙，并由转静子间的封严缝进入主流通道，实现对导叶和动叶根部的冷却，以及防止主流高温燃气的入侵。[0004]现有涡轮盘腔封严结构的缺陷是：图1中，第三股冷气经过两级封严篦齿和蜂窝组成的封严结构后，冷气的总压损失较大，冷气速度和冷气的预旋角度都较低，这就与导叶根部主流燃气存在很大差异，导致封严冷气进入到主流通道后会与主流的高速流体存在径向和周向掺混，并使进入