[发明专利]一种用于轮缘密封的预旋增压转子盘结构

说明书

本发明公开了一种用于轮缘密封的预旋增压转子盘结构，在转子盘盘面上加装多个挡板形成流动通道，挡板为斐波那契螺旋线形；多个斐波那契螺旋线形挡板和其形成的流动通道组成预旋增压装置。斐波那契螺旋线形挡板组成的流动通道从进口至出口逐渐扩张，实现减速增压；斐波那契螺旋线形挡板组成的流动通道使径向进入的封严气流以切向速度从出口流出，对靠近转子盘的封严气流进行增压和预旋作用，并且通过轮缘密封结构底部挡板控制部分封严气流的流向，使得具有高压和高切向速度的封严气流进入轮缘密封结构。既可减弱燃气入侵的程度，降低涡轮盘温度，提高涡轮盘传热稳定性，又可减小封严出流与主流的交互作用损失，提高整机的效率。

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预旋增压转子盘结构。

背景技术

燃气轮机涡轮转盘和静止部件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,损坏整机安全可靠运行，并同时造成整机效率的损失。目前工程中主要通过从压气机级引入低温封严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。另外，在发生燃气入侵的同时会伴随着封严出流的存在。封严出流是低温冷气通过轮缘进入主流通道，并与主流的高温燃气发生掺混的一种现象。目前的研究发现封严出流对轮缘密封下游的主流区的叶型负荷、二次流分布和气动性能都造成了明显的影响，并且封严流量越大，造成的效果越明显。对封严气流进行预旋处理是削弱封严气流对主流影响的一种有效方式，目前工程上通过在封严气流进入盘腔前通过预旋装置产生预旋作用。

对涡轮转静盘腔进一步分析发现，摩擦泵效应使得腔内和轮缘封严压力降低，如果通过利用转动盘的旋转对封严气流产生增压作用，就会使压力降低的幅度减小，从而可以明显降低燃气入侵的程度。同时，通过对封严气流进行预旋处理可以降低封严出流与主流的周向速度差，进而减小封严出流与主流交互作用的损失。所以，通过对封严气流进行增压和预旋处理既可以减弱燃气入侵的程度，又可以减小封严出流与主流的交互作用损失。因此，预旋增压的转子盘结构对改善涡轮盘传热稳定性、提高整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预旋增压转子盘结构，通过对部分封严气流进行增压和预旋处理，既可以减弱燃气入侵的程度，降低涡轮盘的温度，提高涡轮盘的传热稳定性，又可以减小封严出流与主流的交互作用损失，提高整机的效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括预旋增压装置、轮缘密封结构，在转子盘盘面上加装多个挡板形成流动通道，挡板为斐波那契螺旋线形结构；多个斐波那契螺旋线形挡板和其形成的流动通道组成预旋增压装置；斐波那契螺旋线形挡板的高度随着径向位置延伸逐渐增高，斐波那契螺旋线形挡板组成的流动通道从进口至出口逐渐扩张，实现减速增压；斐波那契螺旋线形挡板组成的流动通道使径向进入的封严气流以切向速度从出口流出，产生预旋作用，从通道进口到出口角度偏转为120度；预选增压装置与转子盘固连，斐波那契螺旋线形的方向与转子旋转方向相同；每个斐波那契螺旋线形挡板的长度相同，厚度从进口到出口均相同；轮缘密封结构静止段的下端设有垂直挡板，用来阻挡预旋增压装置出口的封严气流向静子盘流动，使得预旋增压装置出口的封严气流流向轮缘密封结构。

斐波那契螺旋线形的数目为转子叶片数目的倍数。

所述预旋增压装置出口与轮缘密封结构进口相对,轮缘密封结构进口型面进行光滑处理。

所述轮缘密封结构下端的垂直挡板的径向高度和位置根据需要阻挡的封严气流的流量确定。

有益效果