一种燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构

摘要

本申请公开了一种燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构，属于涡轮盘级间封严的技术领域，其包括涡轮静盘、涡轮转盘，所述涡轮静盘与所述涡轮转盘之间设置有间隙，所述涡轮静盘与所述涡轮转盘之间安装有定位环，所述定位环内设置有特斯拉阀通道，所述特斯拉阀通道的进气口与所述定位环的内侧壁相连通，所述特斯拉阀通道的出气口与所述定位环的外侧壁相连通。本申请具有有效阻止燃气入侵的发生，减少通入盘腔的封严冷气量的效果。

权利要求

1.一种燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构，包括涡轮静盘(1)、涡轮转盘(2)，所述涡轮静盘(1)与所述涡轮转盘(2)之间设置有间隙，其特征在于：所述涡轮静盘(1)与所述涡轮转盘(2)之间安装有定位环(3)，所述定位环(3)内设置有特斯拉阀通道(4)，所述特斯拉阀通道(4)的进气口与所述定位环(3)的内侧壁相连通，所述特斯拉阀通道(4)的出气口与所述定位环(3)的外侧壁相连通；

所述定位环(3)包括固定连接于所述涡轮静盘(1)上的环体一(71)以及设置于所述环体一(71)上的环体二(72)，所述环体一(71)与所述环体二(72)之间设置有连接板(74)，所述环体一(71)与所述环体二(72)相互靠近的侧面上均开设有多个导流环槽(73)，所述特斯拉阀通道(4)由导流环槽(73)组成；

所述连接板(74)上固定连接有多个分流环体(75)，所述分流环体(75)与所述导流环槽(73)一一对应，所述分流环体(75)设置于所述导流环槽(73)内，且所述分流环体(75)的外表面与相对应所述导流环槽(73)的内侧壁之间的间距一定，所述分流环体(75)靠近所述特斯拉阀通道(4)的出气口的侧面上间隔开设有弧形槽(751)。

2.根据权利要求1所述的一种燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构，其特征在于：所述连接板(74)上固定连接有分流件(8)，所述分流件(8)包括设置于所述环体一(71)与所述环体二(72)之间的第一分流板(81)以及第二分流板(82)，所述第一分流板(81)与所述第二分流板(82)相互远离的端部呈刀锋状，所述第一分流板(81)远离所述特斯拉阀通道(4)出气口的端部呈圆弧状。

3.根据权利要求1所述的一种燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构，其特征在于：所述涡轮静盘(1)与所述涡轮转盘(2)上均固定连接有封严环(5)，所述封严环(5)交错布置。

说明书

一种燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构

技术领域

[0001] 本申请涉及涡轮盘级间封严的技术领域，尤其是涉及一种燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构。

背景技术

[0002] 提高航空燃气涡轮发动机的性能最有效的方法是提高涡轮进口燃气温度，由于涡轮长期工作在高温和高速旋转的条件下，要承受很高的热应力以及离心应力，为了保证发动机的可靠工作，需要航空发动机空气系统提供涡轮叶片冷气，从而降低涡轮叶片温度。

[0003] 航空发动机空气系统提供的冷气从内部通道到达静盘后，部分冷气用来阻止高温主流气体进入旋转盘腔，这部分冷气通常称为封严冷气。相关技术中，航空发动机一般利用篦齿结构作为轮缘封严，并通过封严冷气防止主流高温燃气通过篦齿机构进入旋转盘腔。这种主流燃气通过轮缘封严进入盘腔内的现象称之为燃气入侵或者燃气的倒灌。

[0004] 针对上述相关技术，发明人认为封严冷气量难以把控，如果封严冷气量不足，会导致主流高温燃气通过轮缘封严结构进入发动机，产生燃气入侵现象，使发动机的寿命大大降低；然而通入冷气量过多则会导致发动机流动损失增大，效率降低。

发明内容

[0005] 为了更有效阻止燃气入侵的发生，减少通入盘腔的封严冷气量，本申请提供一种燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构。

[0006] 本申请提供的一种燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构采用如下的技术方案：

[0007] 一种燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构，包括涡轮静盘、涡轮转盘，所述涡轮静盘与所述涡轮转盘之间设置有间隙，所述涡轮静盘与所述涡轮转盘之间安装有定位环，所述定位环内设置有特斯拉阀通道，所述特斯拉阀通道的进气口与所述定位环的内侧壁相连通，所述特斯拉阀通道的出气口与所述定位环的外侧壁相连通。

[0008] 通过采用上述技术方案，进入涡轮盘腔的封严冷气通过特斯拉阀通道的进气口进入特斯拉阀通道内，特斯拉阀通道内的封严冷气通过特斯拉阀通道的出气口流入涡轮静盘与涡轮转盘的间隙，接着封严冷气从间隙流入主流燃气中，封严冷气能够阻止高温燃气通过间隙入侵涡轮盘腔；当主流燃气通过涡轮静盘与涡轮的转盘的间隙进入特斯拉阀通道内时，由于特斯拉阀通道的优秀的单向导通的性能，从出气口进入特斯拉阀通道内的高温燃气很难通过进气口进入盘腔内，特斯拉阀通道的设置能够更有效阻止燃气入侵的出现，从而能够适当降低封严冷气量，利用较少的封严冷气的量保证可靠的封严效果，进而提高涡轮启动效率。

[0009] 优选的，所述定位环包括固定连接于所述涡轮静盘上的第一环体以及固定连接于所述涡轮转盘上的第二环体，所述第一环体靠近所述第二环体的侧面上间隔开设有第一环形槽，所述第二环体靠近所述第一环体的侧面上间隔开设有第二环形槽，所述第一环形槽与所述第二环形槽交错布置，所述特斯拉阀通道由所述第一环形槽与所述第二环形槽组合而成。

[0010] 通过采用上述技术方案，当高温燃气通过涡轮静盘与涡轮转盘之间的间隙进入定位环内时，高温燃气依次经过第一环形槽以及第二环形槽，第一环形槽的内侧壁使得进入第一环形槽内的高温气体偏转流动方向，流出第一环形槽内的高温燃气与进入定位环内的燃气冲击，从而阻挡高温燃气通过定位环进入盘腔，同理，第二环形槽的设置有利于阻碍高温燃气流动。

[0011] 优选的，所述定位环内的所述特斯拉阀通道设置有多个，多个所述特斯拉阀通道绕所述涡轮静盘的轴线均匀布置，所述定位环固定连接于所述涡轮静盘上，所述定位环的内侧壁上开设有用于与所述特斯拉阀门通道进气口相连通的进气环槽，所述定位环的外周面上间隔开设有出气槽，所述出气槽与所述特斯拉阀通道的出气口一一对应。

[0012] 通过采用上述技术方案，进气环槽的设置有利于将进入涡轮静盘与涡轮转盘之间的间隙的封严冷气高效导入进气口内，出气槽的设置一方面能够减少高温燃气进入特斯拉阀通道内，另一方面出气槽的设置使得高温燃气只能集中从出气槽进入特斯拉阀通道内，从而提高封严冷气的封堵效果。

[0013] 优选的，所述定位环固定连接于所述涡轮静盘靠近所述涡轮转盘的侧面上，所述定位环内穿设有多个流通管，所述流通管两侧内侧壁上均连通有分流环管，所述分流环管沿所述流通管的长度方向交错布置，所述特斯拉阀通道由多个所述流通管组合而成。

[0014] 通过采用上述技术方案，直接利用流通管以及分流环管作为高温燃气以及封严冷气流动的通道，有利于减小燃气以及冷气对于定位环的影响，从而提高定位环的使用寿命，当高温燃气通过出气口进入流通管内时，分流环管的设置使得分散的气流相互冲击，进而有利于阻挡高温燃气继续沿流通管移动，提高特斯拉阀通道阻挡高温燃气的效果。

[0015] 优选的，所述定位环包括固定连接于所述涡轮静盘上的环体一以及设置于所述环体一上的环体二，所述环体一与所述环体二之间设置有连接板，所述环体一与所述环体二相互靠近的侧面上均开设有多个导流环槽，且所述环体一上的所述导流环槽与所述环体二上的所述导流环槽关于所述连接板对称布置，所述特斯拉阀通道由导流环槽组成。

[0016] 通过采用上述技术方案，连接板的设置能够加强环体一与环体二之间的连接，当高温燃气进入环体一与环体二之间的间隙时，高温燃气被导流环槽分流，对称布置的导流环槽使得两股分流的高温燃气能够同时冲击主流高温燃气的一处，进而提高特斯拉阀通道对于高温燃气的阻隔效果。

[0017] 优选的，所述连接板上固定连接有多个分流环体，所述分流环体与所述导流环槽一一对应，所述分流环体设置于所述导流环槽内，且所述分流环体的外表面与相对应所述导流环槽的内侧壁之间的间距一定，所述分流环体靠近所述特斯拉阀通道的出气口的侧面上间隔开设有弧形槽。

[0018] 通过采用上述技术方案，分流环体的设置有利于提高高温燃气的分流效率，且分离环体的设置使得进入导流环槽的高温燃气紧贴导流环槽的内侧壁流动，从而使得分流的燃气在流出导流环槽时更加集中，进而提高对于主流高温燃气的阻隔效果，弧形槽的设置有利于使得分流的燃气产生较小涡流，从而降低分流燃气的速度。

[0019] 优选的，所述连接板上固定连接有分流件，所述分流件包括设置于所述环体一与所述环体二之间的第一分流板以及第二分流板，所述第一分流板与所述第二分流板相互远离的端部呈刀锋状，所述第一分流板远离所述特斯拉阀通道出气口的端部呈圆弧状。

[0020] 通过采用上述技术方案，当高温燃气经过出气口进入特斯拉阀通道内时，第一分流板的刀锋状端部使得高温燃气提前分流，第一分流板的圆弧状端部使得已经分流的高温燃气相互冲击，从而降低高温燃气的速度；当封严冷气经过进气口进入特斯拉阀通道内时，第二分流板的刀锋状的端部使得封严冷气分流，两股封严冷气与两股高温燃气对应，从而阻碍高温燃气的流动。

[0021] 优选的，所述涡轮静盘与所述涡轮转盘上均固定连接有封严环，所述封严环交错布置。

[0022] 通过采用上述技术方案，封严环的设置有利于防止高温燃气直接进入涡轮转盘与涡轮静盘之间的间隙，封严环的设置能够降低高温燃气进入间隙的含量以及速度。

[0023] 综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：

[0024] 1.进入涡轮盘腔的封严冷气通过特斯拉阀通道的进气口进入特斯拉阀通道内，特斯拉阀通道内的封严冷气通过特斯拉阀通道的出气口流入涡轮静盘与涡轮转盘的间隙，接着封严冷气从间隙流入主流燃气中，封严冷气能够阻止高温燃气通过间隙入侵涡轮盘腔；当主流燃气通过涡轮静盘与涡轮的转盘的间隙进入特斯拉阀通道内时，由于特斯拉阀通道的优秀的单向导通的性能，从出气口进入特斯拉阀通道内的高温燃气很难通过进气口进入盘腔内，特斯拉阀通道的设置能够更有效阻止燃气入侵的出现，从而能够适当降低封严冷气量，利用较小的封严冷气的量保证可靠的封严效果，进而提高涡轮启动效率；

[0025] 2.当高温燃气通过涡轮静盘与涡轮转盘之间的间隙进入定位环内时，高温燃气依次经过第一环形槽以及第二环形槽，第一环形槽的内侧壁使得进入第一环形槽内的高温气体偏转流动方向，流出第一环形槽内的高温燃气与进入定位环内的燃气冲击，从而阻挡高温燃气通过定位环进入盘腔，同理，第二环形槽的设置有利于阻挡高温燃气入侵；

[0026] 3.当高温燃气经过出气口进入特斯拉阀通道内时，第一分流板的刀锋状端部使得高温燃气提前分流，第一分流板的圆弧状端部使得已经分流的高温燃气相互冲击，从而降低高温燃气的速度；当封严冷气经过进气口进入特斯拉阀通道内时，第二分流板的刀锋状的端部使得封严冷气分流，两股封严冷气与两股高温燃气对应，从而阻碍高温燃气的流动。

附图说明

[0027] 图1是本申请实施例的燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构的结构示意图。

[0028] 图2是本申请实施例1的燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构的内部结构示意图。

[0029] 图3是本申请实施例2的燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构的内部结构示意图。

[0030] 图4是本申请实施例3的燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构的内部结构示意图。

[0031] 图5是本申请实施例4的燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构的内部结构示意图。

[0032] 图6是图5中A处的放大示意图。

[0033] 附图标记说明：

[0034] 1、涡轮静盘；2、涡轮转盘；3、定位环；31、第一环体；32、第二环体；33、第一环形槽；34、第二环形槽；35、进气环槽；36、出气槽；4、特斯拉阀通道；5、封严环；6、流通管；61、分流环管；71、环体一；72、环体二；73、导流环槽；74、连接板；75、分流环体；751、弧形槽；8、分流件；81、第一分流板；82、第二分流板。

具体实施方式

[0035] 以下结合附图1‑5对本申请作进一步详细说明。

[0036] 本申请实施例公开一种燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构。

[0037] 实施例1

[0038] 参照图1、图2，燃气轮机涡轮盘轮缘封严结构包括涡轮静盘1、涡轮转盘2、定位环3以及特斯拉阀通道4。

[0039] 参照图2，涡轮静盘1与涡轮转盘2之间存在间隙，涡轮静盘1与涡轮转盘2的边缘处均设置封严环5，封严环5的轴线与涡轮静盘1的轴线重合。涡轮静盘1的封严环5设置有两个，涡轮转盘2上的封严环5设置有两个，且涡轮静盘1上的封严环5与涡轮转盘2上的封严环5交错布置。封严环5的设置一方面能够阻止大部分高温燃气进入涡轮静盘1与涡轮转,盘2之间的间隙，从而降低燃气入侵发生的可能性，另一方面封严环5的设置能够降低进入间隙的高温燃气的流速。

[0040] 参照图2，定位环3设置于涡轮静盘1与涡轮转盘2之间的间隙内，定位环3包括第一环体31以及第二环体32，第一环体31固定连接于涡轮静盘1靠近涡轮转盘2的侧面，且第一环体31的轴线与涡轮静盘1的轴线重合。第二环体32固定连接于涡轮转盘2靠近涡轮静盘1的侧面，且第二环体32的轴线与第一环体31的轴线重合。

[0041] 参照图2，第一环体31靠近第二环体32的侧面上开设有多个第一环形槽33，多个第一环形槽33间隔设置，第一环形槽33的轴线与第一环体31的轴线重合。第二环体32靠近第一环体31的侧面上开设有多个第二环形槽34，多个第二环形槽34间隔设置，第二环形槽34的轴线与第二环体32的轴线重合，且第一环形槽33与第二环形槽34交错布置。特斯拉阀通道4由第一环形槽33与第二环形槽34组合而成，特斯拉阀通道4的进气口与定位环3的内侧壁相连通，特斯拉阀通道4的出气口与定位环3的外周面相连通，且特斯拉阀通道4的进气口与出气口均与间隙相连通。

[0042] 参照图2，部分高温燃气通过封严环5进入间隙内，当高温燃气通过定位环3上的出气口进入特斯拉阀通道4内时，第一环形槽33以及第二环形槽34的设置使得高温燃气分流，且第一环形槽33以及第二环形槽34的内侧壁使得分流燃气冲击主流燃气，从而阻碍高温燃气在特斯拉阀通道4内的流动；当冷气进入盘腔之后，部分冷气通过涡轮静盘1、涡轮转盘2内的通道对涡轮叶片进行降温，另外部分冷气通过定位环3上的进气口进入特斯拉阀通道4内，特斯拉阀通道4使得定位环3内冷气凝聚，从而进一步阻止穿入封严环5的燃气穿过特斯拉阀通道4进入盘腔内。特斯拉阀通道4单向导通的性能能够有效阻碍高温燃气的流动，在保证高温燃气不进入盘腔的前提内，操作人员能够适当降低封严冷气量，从而利用较少的封严冷气的量保证可靠的封严效果，进而提高涡轮启动效率。

[0043] 实施例2

[0044] 参照图3，与实施例1的不同之处在于定位环3以及特斯拉阀通道4。实施例2中定位环3呈圆环状，定位环3固定连接于涡轮静盘1靠近涡轮转盘2的侧面上。定位环3内的特斯拉阀通道4设置有多个，多个特斯拉阀通道4绕定位环3的轴线均匀布置。定位环3的内侧壁上开设有进气环槽35，进气环槽35与特斯拉阀通道4的进气口相连通。定位环3的外周面上间隔开设有多个出气槽36，出气槽36与特斯拉阀通道4的出气口一一对应，且出气槽36与特斯拉阀通道4的出气口相连通。

[0045] 参照图3，出气槽36的设置一方面能够减少高温燃气进入特斯拉阀通道4内，出气槽36的设置另一方面能够使得高温燃气进入特斯拉阀通道4的位置集中；进气环槽35的设置有利于将封严冷气导入特斯拉阀通道4的进气口中，特斯拉阀通道4能够使得冷气凝聚，冷气从定位环3的进气口进入特斯拉阀通道4中，从而防止燃气通过特斯拉阀通道4进入盘腔内。特斯拉阀通道4的设置有利于减少封严冷气的量，从而提高发动机性能。

[0046] 实施例3

[0047] 参照图4，与实施例1的不同之处在于定位环3以及特斯拉阀通道4。定位环3呈圆环状，定位环3固定连接于涡轮静盘1靠近涡轮转盘2的侧面，且定位环3的轴线与涡轮静盘1的轴线重合。定位环3内穿设有多个流通管6，流通管6一端延伸至定位环3的内侧壁，流通管6另一端延伸至定位环3的外周面上。流通管6靠近涡轮静盘1与涡轮转盘2的两个侧面上均连通有分流环管61，分流环管61沿流通管6的长度方向交错布置。特斯拉阀通道4由多个流通管6组合而成，多个流通管6并排设置。

[0048] 参照图4，直接利用流通管6以及分流环管61作为高温燃气以及封严冷气流动的通道，有利于减小燃气以及冷气对于定位环3的影响，从而提高定位环3的使用寿命。当高温燃气通过出气口进入流通管6内时，分流环管61的设置使得分散的气流相互冲击，进而有利于阻挡高温燃气继续沿流通管6移动，分流环管61的设置提高特斯拉阀通道4阻挡高温燃气的效果。

[0049] 实施例4

[0050] 参照图5、图6，与实施例1的不同之处在于定位环3以及特斯拉阀通道4。定位环3包括环体一71以及环体二72，环体一71固定连接于涡轮静盘1靠近涡轮转盘2的侧面上，环体一71的轴线与涡轮静盘1的轴线重合。环体一71靠近环体二72的侧面上固定连接有连接板74，连接板74远离的环体一71侧面与环体二72固定连接，环体二72的轴线与环体一71的轴线重合。环体一71与环体二72相互靠近的侧面均开设有多个导流环槽73，导流环槽73的轴线与环体一71的轴线重合，且环体一71上的导流环槽73与环体二72上的导流环槽73关于连接板74对称布置。

[0051] 参照图6，连接板74上固定连接有多个分流环体75，分流环体75与导流环槽73一一对应，分流环体75远离连接板74的端部设置于导流环槽73内。分流环体75靠近连接板74的侧面竖直设置，分流环体75远离连接板74的侧面呈圆弧状，分流环体75远离连接板74的侧面与相对应导流环槽73的内侧壁之间的间距一定。分流环体75远离连接板74的侧面上开设有多个弧形槽751，多个弧形槽751间隔布置，且特斯拉阀通道4由多个导流环槽73组合而成。

[0052] 参照图6，连接板74上固定连接有多个分流件8，多个分流件8间隔设置，且分流件8设置于环体一71与环体二72之间，分流件8包括第一分流板81以及第二分流板82。第一分流板81设置于第二分流板82靠近封严环5的侧面，第一分流板81与第二分流板82相互远离的端部均呈刀锋状，且第一分流板81靠近第二分流板82的端部呈圆弧状。

[0053] 参照图5、图6，当高温燃气从特斯拉阀通道4的出气口进入特斯拉阀通道4内时，高温燃气在第一分流板81的作用下分流，部分高温燃气沿第一分流板81的弧形面冲击，从而阻挡高温燃气的流通。经过第一分流板81的高温燃气经过分流环体75时再次分流，分流环体75的设置有利于提高高温燃气的分流效率，且分流环体75的设置使得进入导流环槽73的高温燃气紧贴导流环槽73的内侧壁流动，从而使得分流的燃气在流出导流环槽73时更加集中，进而提高对于主流高温燃气的阻隔效果。弧形槽751的设置使得进入导流环槽73的高温燃气的流动方向偏转，从而抵消部分高温燃气并降低分流燃气的速度。

[0054] 参照图5、图6，此外，封严冷气通过特斯拉阀通道4的进气口进入特斯拉阀通道4内时，第二分流板82使得封严冷气分流，两股封严冷气与两股高温燃气对应，从而阻碍高温燃气的流动。特斯拉阀通道4的设置有利于阻隔高温燃气进入盘腔，从而能够适当降低封严冷气量，利用较小的封严冷气的量保证可靠的封严效果，进而提高涡轮启动效率。

[0055] 以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。