一种具有叶尖间隙控制和叶顶流动控制的机匣结构.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CN107435563A(43)申请公布日2017.12.05(21)申请号201710756744.XF01D25/00(2006.01)(22)申请日2017.08.29(66)本国优先权数据201710310351.62017.05.05CN(71)申请人西北工业大学地址710072陕西省西安市友谊西路127号(72)发明人仝福娟李磊高文静孙守义唐仲豪李亚东苟文选岳珠峰(74)专利代理机构西北工业大学专利中心61204代理人华金(51)Int.Cl.F01D11/08(2006.01)F01D25/12(2006.01)F01D25/24(2006.01)权利要求书1页说明书5页附图4页(54)发明名称一种具有叶尖间隙控制和叶顶流动控制的机匣结构(57)摘要一种具有叶尖间隙控制和叶顶流动控制的机匣结构，涡轮机匣与冲击板形成第一腔室，冲击板上限定有多个冲击孔；涡轮外环，外环与冲击板形成第二腔室，外环上限定有多个扰流结构、气膜孔结构及防泄漏结构；冷气气流经由进气孔进入到第一腔室，通过冲击孔结构进入第二腔室以冲击外环，再经由扰流结构对涡轮外环进行充分冷却，最后从外环的气膜孔结构流出形成冷却气膜，最终与主流燃气混合；涡轮外环上的凸台结构主要用来阻止叶顶泄漏涡的形成与发展。本发明增强了冷却气流在机匣内部的换热效果，气膜孔结构对与高温燃气直接接触的涡轮机匣表面和叶顶部位起到了较好的冷却效果，防泄漏结构有效地降低了叶顶泄漏损失，提高了涡轮效率。CN107435563ACN107435563A权利要求书1/1页1.一种具有叶尖间隙控制和叶顶流动控制的机匣结构，其特征在于，包括涡轮机匣(1)、冲击板(4)和涡轮外环(6)；所述涡轮机匣(1)与冲击板(4)为一整体，定义两者之间形成的腔室为第一腔室(3)；涡轮外环(6)耦接到涡轮机匣(1)上，涡轮外环(6)与冲击板(4)形成第二腔室(7)；所述冲击板(4)上设有若干通孔作为冲击孔(5)；涡轮外环(6)上设有若干通孔作为气膜孔(9)，且涡轮外环(6)上设有若干凸起，作为扰流结构；涡轮外环内表面(10)上设有若干凸起作为封严结构(12)；来自外部高压压气机的冷气经冷气入口(2)进入第一腔室(3)，通过冲击板(4)上的冲击孔(5)进入第二腔室(7)，通过扰流结构改变气体流动形式、增强对流换热后，气体穿过气膜孔(9)，在涡轮外环内表面(10)上形成气膜保护层，在冷却涡轮外环(6)的同时起到隔离高温燃气的作用；封严结构(12)通过改变叶尖气体的流动形式来阻止叶顶泄漏涡的形成与发展。2.如权利要求1所述的一种具有叶尖间隙控制和叶顶流动控制的机匣结构，其特征在于，所述若干冲击孔(5)成多排分布，且多排冲击孔(5)相互平行布置或错列布置。3.如权利要求1所述的一种具有叶尖间隙控制和叶顶流动控制的机匣结构，其特征在于，所述冲击孔(5)轴线与冲击板所在平面的夹角为30°-90°4.如权利要求1所述的一种具有叶尖间隙控制和叶顶流动控制的机匣结构，其特征在于，所述扰流结构为扰流柱或扰流肋，其中扰流柱为柱状凸起，扰流肋为条状凸起。5.如权利要求2或4所述的一种具有叶尖间隙控制和叶顶流动控制的机匣结构，其特征在于，当扰流结构为扰流柱时，若干所述扰流柱成排分布，并与成排气膜孔(9)间隔分布，且多排扰流柱相互平行布置或错列布置。6.如权利要求2或4所述的一种具有叶尖间隙控制和叶顶流动控制的机匣结构，其特征在于，当扰流结构为扰流肋时，若干所述扰流肋与成排气膜孔(9)间隔分布。7.如权利要求1所述的一种具有叶尖间隙控制和叶顶流动控制的机匣结构，其特征在于，所述涡轮外环内表面(10)上，与叶片对应的部分设有可磨材料涂层(11)。2CN107435563A说明书1/5页一种具有叶尖间隙控制和叶顶流动控制的机匣结构技术领域[0001]本发明涉及一种涡轮机匣结构，尤其涉及一种可应用于航空发动机、燃气轮机等机械中的具有叶尖间隙控制和叶顶流动控制的机匣结构。背景技术[0002]随着燃气轮机性能的不断提升，涡轮前进口温度不断提高，迫切需要更高效、更先进的冷却技术保证燃气轮机高温部件的正常工作。涡轮机匣作为高温部件之一，其涡轮外环结构直接与主流燃气接触，工作条件恶劣，仅靠材料本身的耐高温性能，无法长期承受高温的侵蚀；同时涡轮机匣在高温作用下发生膨胀变形，导致叶尖间隙变大，严重影响了涡轮效率。为了保证涡轮外环的使用寿命和燃气轮机的工作效率，需要发展综合高效的涡轮机匣冷却技术。现有公布专利中，美国专利US.5,169,287采用冲击孔与气膜孔的组合冷却技术，冷却结构复杂且冷却效果不够充分，未能将冷气合理有效的分配利用。[0003]由于受到长期振动、高温腐蚀、涡轮叶尖非正常刮