CN107605543B - 一种用于轮缘密封的分割盘腔结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于轮缘密封的分割盘腔结构，整个转静盘腔由静止的分割挡板分割成静静盘腔和转静盘腔，静静盘腔由静子盘和分割挡板组成，转静盘腔由转子盘和分割挡板组成；静静盘腔的出口向对轮缘密封结构的进口，转静盘腔出口安装密封部件。静静盘腔的侧边出口为倾斜壁面，并且倾斜壁面的径向位置高于转静盘腔出口的径向位置，使得静静盘腔出口的封严气流阻隔转静盘腔内部摩擦泵效应携带的封严气流与燃气主流直接作用。静静盘腔由于壁面相对速度为零，有效地减弱盘腔的摩擦泵效应，并且减弱摩擦泵效应对主燃气的作用，进而减弱燃气入侵的程度或者减少阻止燃气入侵所需要的封严气流，降低了涡轮盘的温度、提高燃气轮机效率。

Description

一种用于轮缘密封的分割盘腔结构
技术领域
本发明涉及燃气轮机涡轮技术领域，具体地说，涉及一种用于轮缘密封的分割盘腔结构。
背景技术
燃气轮机涡轮转子盘和静子盘之间存在一个环形腔室称为涡轮盘腔，涡轮盘腔燃气入侵是指:涡轮盘旋转导致的摩擦泵效应会不断地将盘腔内的空气泵出,使腔内的压力降低,在摩擦泵效应的作用下,当泵出流量大于冷气供给流量时，会在涡轮盘轮缘处发生燃气入侵,即主燃气会进入盘腔内；在主流道中转静子的相互干涉，造成主燃气的周向压力波动，也会在涡轮盘轮缘处形成燃气入侵。研究表明:燃气入侵现象是导致涡轮盘过热失效的重要因素，入侵现象的发生，破坏盘腔冷却效果，损坏燃气轮机的安全可靠运行，并造成燃气轮机效率的损失。目前工程中主要通过从压气机级引入低温气流来冷却涡轮盘以及安装先进结构的轮缘密封等措施来解决。
对涡轮转静盘腔进一步分析发现，由于转静壁面的相对转动，必然导致摩擦泵效应的存在。因此，降低相对转动的速度或者不存在相对转动就能明显减弱甚至规避摩擦泵效应。同时，当摩擦泵效应携带作用的气流不直接与主燃气交互作用时，也会减弱摩擦泵效应所导致的燃气入侵作用，这样可明显降低燃气入侵气流流量或者减小所需的封严气流流量。因此，能有效减弱摩擦泵效应和相应燃气入侵程度的腔体结构对改善涡轮盘传热稳定性、提高燃气轮机经济性具有重要的工程应用价值。
发明内容
为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种用于轮缘密封的分割盘腔结构；该分割盘腔结构能有效地减弱盘腔的摩擦泵效应，并且减弱摩擦泵效应对主燃气的作用，进而减小燃气入侵的程度，降低涡轮盘的温度，提高涡轮盘的传热稳定性。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:用于轮缘密封的分割盘腔结构，其特征在于整个转静盘腔由静止的分割挡板分割成静静盘腔和转静盘腔；静静盘腔由静子盘和分割挡板组成，转静盘腔由转子盘和分割挡板组成，分割挡板的位置使静静盘腔的出口向对轮缘密封结构的进口，转静盘腔出口安装径向密封部件；
所述静静盘腔出口的左壁面为倾斜壁面，倾斜角度为30度，使得出口速度具有轴向分量；倾斜壁面的径向位置高于转静盘腔出口的径向位置，静静盘腔出口的封严气流遮挡转静盘腔出口，用与阻隔转静盘腔内部摩擦泵效应携带的封严气流与燃气主流直接作用；
转静盘腔的出口为分割挡板的上端面和轮缘密封结构的下端面组成的径向端面，转静盘腔的出口方向垂直于轮缘密封结构进口；
静静盘腔进气孔位于静子盘底部，为直孔通道，用于封严气流垂直进入静静盘腔,静静盘腔进气孔直径为4.5～9.0mm。
静静盘腔进气孔为直孔或倾斜孔，倾斜孔的倾斜方向与转子旋转方向相同。
静静盘腔进气孔的数量为静子叶片或转子叶片的数量。
有益效果
本发明提出的一种用于轮缘密封的分割盘腔结构，整个转静盘腔由静止的分割挡板分割成静静盘腔和转静盘腔，静静盘腔由静子盘和分割挡板组成，转静盘腔由转子盘和分割挡板组成；静静盘腔的出口正对轮缘密封结构的进口，转静盘腔出口安装密封部件。静静盘腔的侧边出口为倾斜壁面，并且倾斜壁面的径向位置高于转静盘腔出口的径向位置，使得静静盘腔出口的封严气流阻隔转静盘腔内部摩擦泵效应携带的封严气流与燃气主流直接作用。静静盘腔由于壁面相对速度为零，能有效地减弱盘腔的摩擦泵效应，并且减弱摩擦泵效应对主燃气的作用，进而减弱燃气入侵的程度或者减少阻止燃气入侵所需要的封严气流，降低涡轮盘的温度，改善涡轮盘传热稳定性、提高燃气轮机经济性的技术效果。
附图说明
下面结合附图和实施方式对本发明一种用于轮缘密封的分割盘腔结构作进一步详细说明。
图1为本发明用于轮缘密封的分割盘腔结构在燃气轮机涡轮级中的示意图。
图2为本发明的静静盘腔进气孔结构示意图。
图中
1.转静盘腔 2.静静盘腔 3.静静盘腔进气孔 4.轮缘密封结构 5.静子叶片 6.转子叶片 7.静子盘 8.转子盘 9.分割挡板
具体实施方式
本实施例是一种用于轮缘密封的分割盘腔结构。
参阅图1、图2，本发明用于轮缘密封的分割盘腔结构，其整个转静盘腔由静止的分割挡板9分割成静静盘腔2和转静盘腔1；静静盘腔2由静子盘7和分割挡板9组成，转静盘腔1由转子盘8和分割挡板9组成，分割挡板9的位置使静静盘腔2的出口向对轮缘密封结构4的进口，转静盘腔1出口安装径向密封部件。
本实施例中，分割挡板9为静止部件与静子盘7固连在一起，通过静子盘7与分割挡板9的连接部分打孔形成静静盘腔进气孔3。静静盘腔进气孔3为直孔，封严气流垂直进入静静盘腔2。静静盘腔进气孔3或为倾斜孔，倾斜孔的倾斜方向与转子旋转方向相同，从而可为进入静静盘腔2的封严气流提供预旋作用。静静盘腔进气孔3的位置为静子盘底部的中间部位，用于封严气流垂直进入静静盘腔,静静盘腔进气孔3的数量为静子叶片5或者转子叶片6的数量，静静盘腔进气孔3直径的取值范围为4.5～9.0mm。
静静盘腔2的出口正对于轮缘密封结构4的进口，静静盘腔2出口的左壁面为倾斜壁面，倾斜角度为30度，使得出口速度具有轴向分量。倾斜壁面的径向位置高于转静盘腔1出口的径向位置为2.0～5.0mm，使静静盘腔出口的封严气流会遮挡转静盘腔出口，阻隔转静盘腔1内部摩擦泵效应携带的封严气流与燃气主流直接作用。
转静盘腔1的出口是由分割挡板9的上端面和轮缘密封结构4的下端面形成的径向端面，转静盘腔1的出口为转子盘壁面高度的1～2％。在径向端面安装篦齿密封部件或者刷式密封部件，以进一步阻隔转静盘腔1内部摩擦泵效应携带的封严气流与燃气主流直接作用。
分割挡板9可在局部开孔,打通转静盘腔1和静静盘腔2，使得摩擦泵效应携带的气流在盘腔内部循环，尤其是在盘腔低半径处，以使得转静盘腔1的摩擦泵效应进一步限制在盘腔内部。
具体实施时，主流气流流经静子叶片5、转子叶片6；封严气流分成两股，一股流入转静盘腔1，一股通过静静盘腔进气孔3流入静静盘腔2，封严气流最终通过轮缘密封结构4进入主流通道。发生燃气入侵时，主流燃气会进入到轮缘密封结构4，通过轮缘密封结构4进入静静盘腔2。
转静盘腔1摩擦泵效应几乎被限制在盘腔内部，与主流的交互作用很弱。同时，静静盘腔2由于壁面相对速度为零，不存在摩擦泵效应，也没有摩擦泵效应导致燃气入侵的发生，这样明显减弱燃气入侵的程度或者减少阻止燃气入侵所需要的封严气流。发生燃气入侵时，入侵燃气主要与静静盘腔2内的封严气流作用，即使发生严重的燃气入侵，入侵燃气也只会作用在静静盘腔2的壁面，而对转子盘的影响很小，从而达到改善涡轮盘传热稳定性、提高燃气轮机经济性的目的。

Claims (3)

1.一种用于轮缘密封的分割盘腔结构，其特征在于:整个转静盘腔由静止的分割挡板分割成静静盘腔和转静盘腔；静静盘腔由静子盘和分割挡板组成，转静盘腔由转子盘和分割挡板组成，分割挡板的位置使静静盘腔的出口向对准轮缘密封结构的进口，转静盘腔出口安装径向密封部件；
所述静静盘腔出口的左壁面为倾斜壁面，倾斜角度为30度，使得出口速度具有轴向分量；倾斜壁面的径向位置高于转静盘腔出口的径向位置，静静盘腔出口的封严气流遮挡转静盘腔出口，用于阻隔转静盘腔内部摩擦泵效应携带的封严气流与燃气主流直接作用；
转静盘腔的出口为分割挡板的上端面和轮缘密封结构的下端面组成的径向端面，转静盘腔的出口方向垂直于轮缘密封结构进口；
静静盘腔进气孔位于静子盘底部，为直孔通道，用于封严气流垂直进入静静盘腔,静静盘腔进气孔直径为4.5～9.0mm。
2.根据权利要求1所述的用于轮缘密封的分割盘腔结构，其特征在于:所述静静盘腔进气孔为直孔或倾斜孔，倾斜孔的倾斜方向与转子旋转方向相同。
3.根据权利要求1所述的用于轮缘密封的分割盘腔结构，其特征在于:所述静静盘腔进气孔的数量为静子叶片或转子叶片的数量。
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