[發(fā)明專利]一種用于輪緣密封的預(yù)旋增壓轉(zhuǎn)子盤結(jié)構(gòu)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710689970.0
• 申請(qǐng)日: 2017-08-14
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN107387170B
• 公開(kāi)（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王占學(xué);楊帆;周莉;張曉博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): F01D5/02
• 分類號(hào): F01D5/02;F01D11/06
• 代理公司: 西北工業(yè)大學(xué)專利中心 61204
• 代理人: 陳星

本發(fā)明公開(kāi)了一種用于輪緣密封的預(yù)旋增壓轉(zhuǎn)子盤結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子盤盤面上加裝多個(gè)擋板形成流動(dòng)通道，擋板為斐波那契螺旋線形；多個(gè)斐波那契螺旋線形擋板和其形成的流動(dòng)通道組成預(yù)旋增壓裝置。斐波那契螺旋線形擋板組成的流動(dòng)通道從進(jìn)口至出口逐漸擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)減速增壓；斐波那契螺旋線形擋板組成的流動(dòng)通道使徑向進(jìn)入的封嚴(yán)氣流以切向速度從出口流出，對(duì)靠近轉(zhuǎn)子盤的封嚴(yán)氣流進(jìn)行增壓和預(yù)旋作用，并且通過(guò)輪緣密封結(jié)構(gòu)底部擋板控制部分封嚴(yán)氣流的流向，使得具有高壓和高切向速度的封嚴(yán)氣流進(jìn)入輪緣密封結(jié)構(gòu)。既可減弱燃?xì)馊肭值某潭龋档蜏u輪盤溫度，提高渦輪盤傳熱穩(wěn)定性，又可減小封嚴(yán)出流與主流的交互作用損失，提高整機(jī)的效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及燃?xì)廨啓C(jī)渦輪技術(shù)領(lǐng)域，具體地說(shuō)，涉及一種用于輪緣密封的預(yù)旋增壓轉(zhuǎn)子盤結(jié)構(gòu)。

背景技術(shù)

燃?xì)廨啓C(jī)渦輪轉(zhuǎn)盤和靜止部件之間存在一個(gè)環(huán)形腔室稱為渦輪盤腔，渦輪盤腔燃?xì)馊肭质侵?渦輪盤旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致的摩擦泵效應(yīng)會(huì)不斷地將盤腔內(nèi)的空氣泵出，使腔內(nèi)的壓力降低，在摩擦泵效應(yīng)的作用下，當(dāng)泵出流量大于冷氣供給流量時(shí)，會(huì)在渦輪盤輪緣處發(fā)生燃?xì)馊肭郑粗魅細(xì)鈺?huì)進(jìn)入盤腔內(nèi)；在主流道中轉(zhuǎn)靜子的相互干涉，造成主燃?xì)獾闹芟驂毫Σ▌?dòng)，也會(huì)在渦輪盤輪緣處形成燃?xì)馊肭帧Ｑ芯勘砻魅細(xì)馊肭脂F(xiàn)象是導(dǎo)致渦輪盤過(guò)熱失效的重要因素，入侵現(xiàn)象的發(fā)生，破壞盤腔冷卻效果,損壞整機(jī)安全可靠運(yùn)行，并同時(shí)造成整機(jī)效率的損失。目前工程中主要通過(guò)從壓氣機(jī)級(jí)引入低溫封嚴(yán)氣流來(lái)冷卻渦輪盤以及安裝先進(jìn)結(jié)構(gòu)的輪緣密封等措施來(lái)解決。另外，在發(fā)生燃?xì)馊肭值耐瑫r(shí)會(huì)伴隨著封嚴(yán)出流的存在。封嚴(yán)出流是低溫冷氣通過(guò)輪緣進(jìn)入主流通道，并與主流的高溫燃?xì)獍l(fā)生摻混的一種現(xiàn)象。目前的研究發(fā)現(xiàn)封嚴(yán)出流對(duì)輪緣密封下游的主流區(qū)的葉型負(fù)荷、二次流分布和氣動(dòng)性能都造成了明顯的影響，并且封嚴(yán)流量越大，造成的效果越明顯。對(duì)封嚴(yán)氣流進(jìn)行預(yù)旋處理是削弱封嚴(yán)氣流對(duì)主流影響的一種有效方式，目前工程上通過(guò)在封嚴(yán)氣流進(jìn)入盤腔前通過(guò)預(yù)旋裝置產(chǎn)生預(yù)旋作用。

對(duì)渦輪轉(zhuǎn)靜盤腔進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，摩擦泵效應(yīng)使得腔內(nèi)和輪緣封嚴(yán)壓力降低，如果通過(guò)利用轉(zhuǎn)動(dòng)盤的旋轉(zhuǎn)對(duì)封嚴(yán)氣流產(chǎn)生增壓作用，就會(huì)使壓力降低的幅度減小，從而可以明顯降低燃?xì)馊肭值某潭取Ｍ瑫r(shí)，通過(guò)對(duì)封嚴(yán)氣流進(jìn)行預(yù)旋處理可以降低封嚴(yán)出流與主流的周向速度差，進(jìn)而減小封嚴(yán)出流與主流交互作用的損失。所以，通過(guò)對(duì)封嚴(yán)氣流進(jìn)行增壓和預(yù)旋處理既可以減弱燃?xì)馊肭值某潭龋挚梢詼p小封嚴(yán)出流與主流的交互作用損失。因此，預(yù)旋增壓的轉(zhuǎn)子盤結(jié)構(gòu)對(duì)改善渦輪盤傳熱穩(wěn)定性、提高整機(jī)經(jīng)濟(jì)性具有重要的工程應(yīng)用價(jià)值。

發(fā)明內(nèi)容

為了避免現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明提出一種用于輪緣密封的預(yù)旋增壓轉(zhuǎn)子盤結(jié)構(gòu)，通過(guò)對(duì)部分封嚴(yán)氣流進(jìn)行增壓和預(yù)旋處理，既可以減弱燃?xì)馊肭值某潭龋档蜏u輪盤的溫度，提高渦輪盤的傳熱穩(wěn)定性，又可以減小封嚴(yán)出流與主流的交互作用損失，提高整機(jī)的效率。

本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:包括預(yù)旋增壓裝置、輪緣密封結(jié)構(gòu)，在轉(zhuǎn)子盤盤面上加裝多個(gè)擋板形成流動(dòng)通道，擋板為斐波那契螺旋線形結(jié)構(gòu)；多個(gè)斐波那契螺旋線形擋板和其形成的流動(dòng)通道組成預(yù)旋增壓裝置；斐波那契螺旋線形擋板的高度隨著徑向位置延伸逐漸增高，斐波那契螺旋線形擋板組成的流動(dòng)通道從進(jìn)口至出口逐漸擴(kuò)張，實(shí)現(xiàn)減速增壓；斐波那契螺旋線形擋板組成的流動(dòng)通道使徑向進(jìn)入的封嚴(yán)氣流以切向速度從出口流出，產(chǎn)生預(yù)旋作用，從通道進(jìn)口到出口角度偏轉(zhuǎn)為120度；預(yù)選增壓裝置與轉(zhuǎn)子盤固連，斐波那契螺旋線形的方向與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向相同；每個(gè)斐波那契螺旋線形擋板的長(zhǎng)度相同，厚度從進(jìn)口到出口均相同；輪緣密封結(jié)構(gòu)靜止段的下端設(shè)有垂直擋板，用來(lái)阻擋預(yù)旋增壓裝置出口的封嚴(yán)氣流向靜子盤流動(dòng)，使得預(yù)旋增壓裝置出口的封嚴(yán)氣流流向輪緣密封結(jié)構(gòu)。

斐波那契螺旋線形的數(shù)目為轉(zhuǎn)子葉片數(shù)目的倍數(shù)。

所述預(yù)旋增壓裝置出口與輪緣密封結(jié)構(gòu)進(jìn)口相對(duì),輪緣密封結(jié)構(gòu)進(jìn)口型面進(jìn)行光滑處理。

所述輪緣密封結(jié)構(gòu)下端的垂直擋板的徑向高度和位置根據(jù)需要阻擋的封嚴(yán)氣流的流量確定。

有益效果