[發明專利]一種旋轉盤腔內部的轉子罩殼結構及包含該結構的發動機

有效

• 申請號: 201710879383.8
• 申請日: 2017-09-26
• 公開（公告）號: CN107725479B
• 公開（公告）日: 2019-09-24
• 發明（設計）人: 杜強;劉軍;高金海;柳光;王沛;劉紅蕊;胡嘉麟;徐慶宗;楊曉潔
• 申請（專利權）人: 中國科學院工程熱物理研究所
• 主分類號: F04D29/42
• 分類號: F04D29/42;F04D29/44;F02C7/04
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• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種可應用于地面燃氣輪機、航空發動機等領域的向心入流轉靜系旋轉盤腔內部的彎曲型轉子罩殼結構。該結構具有獨特的特點有：采用鈑金成型的彎曲型轉子罩殼結構應用在轉靜系旋轉盤腔內部的低半徑位置，通過該輕質轉子罩殼結構，實現向內流動的氣流在低半徑位置旋轉比的降低，從而實現減少氣流向內流動過程中流動損失的目的。本發明的適用于向心轉靜系旋轉盤腔內部的彎曲型轉子罩殼結構具有輕質、結構簡單、加工成本低以及可實現氣流旋轉比降低、提升盤腔內氣流壓力的效果，因而具有工程化應用的巨大前景。

技術領域

本發明屬于燃氣輪機和航空發動機技術領域，涉及一種旋轉盤腔內部的轉子罩殼結構，尤其涉及一種可應用在向心轉靜系旋轉盤腔內部的實現二次空氣系統分支流路氣流壓力調節的彎曲型轉子罩殼結構。

背景技術

在燃氣輪機和航空發動機空氣系統中，氣體經過旋轉盤腔向內或向外流動是非常常見的流動結構，處于不同位置、具有不同結構的旋轉盤腔流動有著各自不同的功用。比如：位于壓氣機端的旋轉盤腔一般用于引氣，此股氣體經由壓氣機轉子根部進入旋轉盤腔向內流動到達盤心，再經過不同流路，到達燃氣輪機不同位置，實現高溫部件冷卻、軸承腔封嚴等各種功能；從壓氣機所引空氣進入渦輪盤腔，在盤腔中向外流動，由低半徑的渦輪盤心向高半徑盤緣流動以冷卻渦輪盤，最后從渦輪轉靜子根部排入主流道以封嚴轉靜子根部，防止主流高溫燃氣倒灌進入渦輪盤腔。

二次空氣系統內部氣流沿轉靜系旋轉盤腔內，向內流動發展的壓力調節方法是一個在燃氣輪機以及航空發動機領域均有重要實際工程意義的基礎科學問題。在以往燃氣輪機、航空發動機的結構設計中，向心轉靜系旋轉盤腔內部的氣流往往沿一個不規則的、相對較大的盤腔內部向內流動發展。而隨著氣流向低半徑位置的運動發展，氣流旋轉比逐步升高，這將會導致盤腔內部低半徑位置氣流壓力損失的增加，從而造成該分支流路下游引氣壓力的降低，這對該分支流路的壓力變化規律影響將會是十分顯著的。

針對傳統向心轉靜系旋轉盤腔內部結構設計方案中所面臨的問題，迫切需要提出一種工程上可行、可實現盤腔內氣流壓力調節的新穎結構布局方案。

發明內容

針對現有向心轉靜系旋轉盤腔內部所存在的上述問題，本發明旨在提供一種可應用于地面燃氣輪機、航空發動機等領域的向心入流轉靜系旋轉盤腔或多級高壓壓氣機末級旋轉盤腔內部的彎曲型轉子罩殼結構，采用彎曲型轉子罩殼結構應用在旋轉盤腔內部的低半徑位置，實現向內流動的氣流在低半徑位置旋轉比的降低，從而實現減少氣流向內流動過程中流動損失的目的。

本發明為實現其技術目的所采用的技術方案為：

一種向心入流轉靜系旋轉盤腔內部的轉子罩殼結構，所述旋轉盤腔由離心葉輪盤、離心壓氣機靜子擴壓器安裝邊、封嚴環構成，其特征在于，

所述離心壓氣機靜子擴壓器安裝邊包括臨近離心葉輪盤并基本沿其高半徑位置延伸的第一安裝邊以及由所述第一安裝邊的低半徑末端向下并向后基本延伸至高壓渦輪盤的第二安裝邊；

所述封嚴環臨近高壓渦輪盤設置，其頂部安裝邊與離心壓氣機靜子擴壓器安裝邊的第二安裝邊的末端連接，底部自由端與高壓渦輪盤前端的輪轂間形成封嚴結構；

所述轉子罩殼設置在旋轉盤腔內部的低半徑位置區，其型線整體呈彎曲型，包括臨近所述離心葉輪盤設置并基于與其平行的第一罩殼部分以及環繞所述離心葉輪盤后端輪轂的第二罩殼部分，并且，所述轉子罩殼一端卡設在所述第一安裝邊與第二安裝邊之間的過渡部，另一端套設在封嚴環底部自由端的外壁上。

本發明通過在向心轉靜系旋轉盤腔的低半徑位置設置彎曲型轉子罩殼結構，利用轉子罩殼與轉盤表面縮小的法向距離，降低氣流在旋轉盤腔低半徑位置大腔內部的的旋轉比，從而實現該二次空氣系統分支流路下游氣流壓力的提升。此外，盤腔轉盤、靜止固壁軸向間距的縮小，可改變氣流在盤腔內部的流型。與傳統大腔結構相比，這將改變氣流向內流動發展過程中自由渦的運動規律，通過軸向間距的優化調節，實現盤腔內部氣流旋轉比的調節。