[發明專利]一種燃氣輪機級間密封環結構

有效

• 申請號: 202010856761.2
• 申請日: 2020-08-24
• 公開（公告）號: CN111963320B
• 公開（公告）日: 2021-08-24
• 發明（設計）人: 張發生;許運賓;張宏偉;戴斌;臧鵬;張偉;周靈敏;隋永楓;藍吉兵;趙鴻琛
• 申請（專利權）人: 浙江燃創透平機械股份有限公司
• 主分類號: F02C7/28
• 分類號: F02C7/28;F02C7/18;F01D11/00;F01D25/12
• 代理公司: 北京精金石知識產權代理有限公司 11470
• 代理人: 楊蘭蘭

本發明提供了一種燃氣輪機級間密封環結構，屬于機械構造設計領域。本發明提供的燃氣輪機級間密封環結構，在級間密封環上徑向供氣孔增加進氣角度。本發明中，在級間密封環徑向孔中設置有切向角結構，增加氣流經過徑向孔后的預旋轉，從而減小氣流與轉子面間的周向速度差，減弱氣體流過轉子面后的摩擦阻力產生的升溫，在相同的輪盤冷卻要求下降低冷卻空氣用量。本發明的級間密封環結構在保證原流路結構基本不變的前提下，實現了優化，零件加工簡單，安裝方便，維護成本低。

技術領域

本發明涉及機械構造設計領域，尤其涉及一種燃氣輪機級間密封環結構。

背景技術

在燃氣輪機中，轉子輪盤工作溫度較高，如果不對其溫度加以控制，其過高的溫度會導致強度的下降，進而影響機組的安全運行。為轉子輪盤降溫的通常做法是引入冷卻空氣，冷卻空氣一般會從靜葉外圍帶處的供氣腔供氣，氣體流過靜葉內部通道后，進入靜葉內圍帶與級間密封環組成的供氣腔室，最后通過上游密封和下游密封后分別對上游輪盤和下游輪盤進行冷卻，最終，冷卻過輪盤后的氣體會通過動靜間隙匯入主流，對動靜間隙起到密封，防止高溫燃氣侵入盤腔，對輪盤造成燒蝕。

參照附圖1，目前的燃氣輪機中，級間密封環安裝在靜葉內圍帶外伸端17上，與擋板18、靜葉內圍帶16共同圍成供氣腔1，并與上、下游輪盤分別構成上游盤腔2、下游盤腔3。安裝在級間密封環9上的上游盤腔入口密封齒5與輪盤密封外伸端10共同構成上游盤腔2冷卻氣通道，冷卻空氣量由上游盤腔入口密封齒5與輪盤密封外伸端10之間的間隙來控制。安裝在級間密封環上的蜂窩密封11與加工在輪盤伸出翼19上的下游盤腔入口高低密封齒7共同構成下游盤腔3冷卻氣通道，冷卻空氣量由蜂窩密封11與輪盤伸出翼19上下游盤腔入口高低密封齒7之間的間隙來控制。上游輪盤和下游輪盤冷卻空氣的供氣通過級間密封環9上的徑向供氣孔6來實現，氣流由供氣腔1經過徑向供氣孔6流入盤腔4，然后經過各自入口密封分別流入上游盤腔2和下游盤腔3，對輪盤8進行冷卻后最終流入主流，輪盤最終所需冷卻空氣量的多少與冷卻空氣的溫度相關，冷卻空氣溫度越高，用氣量越多，相應的機組效率就越低。

目前的燃氣輪機中，冷卻空氣在由供氣腔1流入盤腔3的過程中，經過了徑向供氣孔6、盤腔4、蜂窩密封11以及下游盤腔入口高低密封齒7，經過此四個部件后，由于熱交換而使得氣流自身溫度升高，另外，由于盤腔4存在轉子面12，高低密封齒7為轉動件，蜂窩密封11為靜止件，氣流與轉動面間存在周向速度差，摩擦阻力會使得氣流溫度進一步升高，因此在輪盤的冷卻要求相同的情況下，摩阻溫升使得進入盤腔3的冷卻空氣溫度升高，額外增加了冷卻空氣用量，但是冷卻空氣量的增加會使得機組性能下降。

在中國專利申請文獻CN204783122U中，公開了一種燃氣輪機透平流量調節結構，用于調節透平靜葉與相鄰的兩級透平動葉之間的冷卻氣流流量，包括密封環，所述密封環安裝于所述透平靜葉的內壁上，所述密封環的內壁上設有密封齒，使所述密封環與相鄰的兩級所述透平動葉之間形成冷卻氣流通道；所述兩級透平動葉之間設有連接部，所述密封環與所述連接部相對設置，所述密封環與所述連接部之間形成所述冷卻氣流通道；所述密封齒為空間螺旋形結構，所述冷卻氣流通道為螺旋形的氣流通道；所述密封齒與所述密封環為一體結構；所述密封齒的截面形狀為梯形、半圓形、三角形或者矩形中的任意一種；所述密封齒為左旋或者右旋的螺旋形。該結構調節了兩級透平動葉之間的冷卻氣流流量，但是螺旋形齒加工難度大，為了精確控制流量，加工精度要求高，增加了加工成本，另外，在機組運行中一旦密封齒損傷，則大修時需要更換整個密封環，維護成本高。螺旋齒與輪盤連接部間較大的間隙設置會增大密封的透氣效應，實際通過流道的冷卻氣量會比設計值大的多，影響機組效率，該方案也無法減小冷氣用量。