[實用新型]渦輪流道封嚴結構以及航空發動機渦輪結構

有效

• 申請號: 201320812074.6
• 申請日: 2013-12-11
• 公開（公告）號: CN203584475U
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 蔣登宇;羅華玲
• 申請（專利權）人: 中航商用航空發動機有限責任公司
• 主分類號: F01D11/08
• 分類號: F01D11/08
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 張丹

技術領域

本實用新型涉及航空發動機技術領域，尤其涉及一種渦輪流道封嚴結構以及設置該渦輪流道封嚴結構的航空發動機渦輪結構。

背景技術

葉輪機械內部的真實流動非常復雜，在空間上表現為流動的三維型，在時間上表現為流動的非定常性。加上流體粘性和可壓縮性的影響，葉片機內部存在諸如馬蹄渦、通道渦、角渦和間隙渦等復雜渦系，以及激波和附面層相互干擾，動、靜葉相互干涉等各種復雜流動現象。

渦輪動葉葉尖與機匣之間存在較大的葉頂間隙，轉子葉片葉頂區域存在周向和軸向主導的壓差，周向壓差引起壓力面的高壓燃氣通過葉頂間隙流向吸力面，形成葉頂間隙泄露流，泄露流與葉柵通道主流作用形成泄露渦。泄露流減小了葉片的載荷，泄漏的燃氣基本不做有用功，泄露渦產生耗散并改變葉柵出氣角度，同時，泄露流和泄露渦阻塞主流通道、這些方面都增大了渦輪的氣動損失。另外，泄露流和泄露渦還增大了渦輪葉尖附近傳熱冷卻的難度，并較大程度地影響著下游流場的非定常性。

渦輪機匣與轉子葉片葉尖之間的徑向間隙對渦輪效率有很大影響，其對發動機性能影響甚大。研究表明，一臺先進的雙級渦輪發動機，其徑向間隙若增加1mm，渦輪效率降低約2.5%，直接導致發動機耗油率增加約2.6%。因此，應盡量減小徑向間隙，但間隙太小又會導致轉子和機匣刮蹭。

徑向間隙造成的泄露大體上有周向漏氣和軸向漏氣。

為降低由于徑向間隙造成的周向泄露，展弦比較大的渦輪轉子葉片多在葉片頂端帶葉冠，葉冠減小了葉片頂部由葉盆流向葉背的周向泄露流，從而降低了泄露損失，提高渦輪效率。帶冠葉片（帶冠葉片由葉冠、葉身、中間葉根和榫頭組成）能有效的降低葉頂泄露流。

帶冠葉片降低了周向壓差引起的葉頂泄露損失，但其還是存在葉冠頂表面與機匣之間的間隙，轉子葉片葉頂區域的軸向壓差仍能推動泄露流動。泄露流從某渦輪級的導向器（導向器是由導向器內外環和導向葉片組成）外環尾緣與轉子葉冠前緣之間的軸向間隙流入葉頂容腔，流經葉冠封嚴齒，從該級轉子葉冠尾緣下一級導向器之間的軸向間隙匯入主流，產生熵增導致氣動損失，直接降低渦輪級的功率輸出。

在渦輪設計中，氣動方案設計出連續的熱態子午流道，結構專業經過冷熱態換算、單元體劃分、零組件設計等工作，得到典型的如圖1所示渦輪結構。從圖1可以看出，流道的連續性沒有得到保證，在渦輪運轉過程中，轉子葉片葉冠前緣形成面向上游的臺階，這就破壞了流體的流線型特性。泄露流在轉子葉頂軸向壓差的驅動下，從葉冠尾緣流入主流，主流因此發生分離而產生氣動損失。

由上可見，現有技術至少存在以下技術問題：

現有技術存在機匣與葉冠遠離渦輪轉動軸線的表面徑向間隙處泄露流比較嚴重，導致葉冠封嚴效果較差的技術問題。

實用新型內容

本實用新型的其中一個目的是提出一種渦輪流道封嚴結構以及設置該渦輪流道封嚴結構的航空發動機渦輪結構。解決了現有技術存在機匣與葉冠遠離渦輪轉動軸線的表面徑向間隙處泄露流比較嚴重，導致葉冠封嚴效果較差的技術問題。本實用新型優選技術方案所能產生的諸多技術效果詳見下文闡述。

為實現上述目的，本實用新型提供了以下技術方案：

本實用新型提供的渦輪流道封嚴結構，包括封嚴臺，其中：

所述封嚴臺固定設置在渦輪流道內的導向器外冠上；

在渦輪的徑向方向上，所述封嚴臺與所述渦輪流道內的帶冠葉片的葉冠邊緣兩者之間存在交錯部分且兩者之間存在間隙。

在一個優選或可選地實施例中，所述渦輪流道封嚴結構還包括凸齒，其中：

所述凸齒固定設置在所述封嚴臺接近所述渦輪轉動軸線的表面或固定設置在所述帶冠葉片的葉冠邊緣遠離所述渦輪轉動軸線的表面，所述凸齒位置介于所述封嚴臺接近所述渦輪轉動軸線的表面與所述帶冠葉片的葉冠邊緣遠離所述渦輪轉動軸線的表面之間的間隙內；或者，

所述凸齒固定設置在所述封嚴臺遠離所述渦輪轉動軸線的表面或固定設置在所述帶冠葉片的葉冠邊緣接近所述渦輪轉動軸線的表面，所述凸齒位置介于所述封嚴臺遠離所述渦輪轉動軸線的表面與所述帶冠葉片的葉冠邊緣接近所述渦輪轉動軸線的表面之間的間隙內。

在一個優選或可選地實施例中，所述封嚴臺固定設置在所述導向器外冠接近所述渦輪轉動軸線的安裝邊的端部，所述凸齒固定設置在所述封嚴臺上，且所述凸齒朝接近所述帶冠葉片的葉冠邊緣遠離所述渦輪轉動軸線的表面的方向延伸。

在一個優選或可選地實施例中，所述凸齒的外輪廓尺寸朝接近所述帶冠葉片的葉冠邊緣遠離所述渦輪轉動軸線的表面的方向逐漸縮小。