[发明专利]一种叶顶带有孔腔的倾斜螺旋槽密封结构及叶轮机械

说明书

本发明提供一种叶顶带有孔腔的倾斜螺旋槽密封结构及叶轮机械，包括机匣、叶冠、动叶片和螺旋槽；所述动叶片的顶部设有环状叶冠，机匣位于叶冠的上方；所述叶冠径向外圆周上或机匣的内壁设置若干螺旋槽，所述螺旋槽顶部沿长度方向设有多个空腔；每一螺旋槽均与动叶片旋转的周向成夹角，该夹角为螺旋角α；且每一螺旋槽与动叶片的轴向也成夹角倾斜，该夹角为倾斜角β，螺旋槽向上游泄漏流入口侧倾斜布置；螺旋槽位于叶冠顶部与机匣内壁面之间。本发明综合利用螺旋密封、蜂窝密封和倾斜齿槽的优点，通过泵送效应、扰流效应和节流效应以减少叶顶间隙泄漏量和泄漏损失。

技术领域

本发明属于叶轮机械技术领域，尤其涉及一种叶顶带有孔腔的倾斜螺旋槽密封结构及叶轮机械。

背景技术

目前，在电力以及各种动力设备中广泛应用的鼓风机、压缩机、蒸汽轮机、燃气轮机、航空发动机等叶轮机械内，均存在叶顶间隙泄漏的问题，其原因在于旋转叶片(即动叶)顶部与机匣之间都存在不可避免的间隙，叶顶间隙处的工质泄漏会降低叶轮机械的能量转换效率，增强流体对叶尖的扰动，造成能量损失，危害叶轮机械运行安全。为了加强密封效果，叶片顶部可加装叶冠或称为围带，并采用各种密封措施。现有叶冠密封技术中有以下解决方案：被动控制方法如改变进口和出口腔几何参数，叶冠布置凹槽和台阶、小翼型冠和加装肋条等，主动控制方法如在机匣端壁引入射流或叶尖开孔喷气等，射流或喷气方法会增加叶冠出口泄漏流量导致与主流的掺混损失更大，同时还需要高压空气并且会增加设备重量，叶冠附近结构优化设计可以起到一定的效果，但是泄漏减少量很有限并仍有一定的提升空间。

发明内容

针对上述技术问题，本发明提供一种叶顶带有孔腔的倾斜螺旋槽密封结构，涉及叶轮机械动叶片顶部的密封结构，以减少叶顶间隙泄漏量，降低泄漏损失。动叶片的顶部密封结构在叶冠外壁面或机匣的内壁面设置一定角度的倾斜螺旋槽，并在螺旋槽齿顶内部开设一定数量的孔腔，利用动叶片顶部叶冠较高的线速度，使得螺旋槽旋转时在槽道之间产生很强的“泵压”效果，通过泵送作用将叶顶泄漏侧的流体沿着螺旋槽持续地将低压侧的泄漏流体泵送至高压侧，泵送流与泄漏主流方向相反，产生更大的流动阻力，可以达到减少泄漏量的效果，倾斜齿槽旋转过程会对泄漏流产生扰动作用，同时螺旋槽齿顶间隙和孔腔内会因节流和涡流造成能量耗散，本发明综合利用螺旋槽的泵送效应、倾斜齿槽的扰流效应以及螺旋槽和孔腔的节流效应，增加泄漏流在叶顶间隙内受到的流动阻力，进一步减小动叶片叶顶间隙泄漏量和流动损失，从而提高机组的运行效率和经济效益。

本发明还提出了一种包括所述叶顶带有孔腔的倾斜螺旋槽密封结构的叶轮机械。

本发明的技术方案是：一种叶顶带有孔腔的倾斜螺旋槽密封结构，包括机匣、叶冠、动叶片和螺旋槽；

所述动叶片的顶部设有环状叶冠，机匣位于叶冠的上方；所述叶冠外壁面或机匣的内壁面设置若干螺旋槽，所述螺旋槽顶部沿长度方向设有多个孔腔；每一螺旋槽均与动叶片旋转的周向成夹角，该夹角为螺旋角α；且每一螺旋槽与动叶片的轴向也成夹角倾斜，该夹角为倾斜角β，螺旋槽向上游泄漏流入口侧倾斜布置；螺旋槽位于叶冠顶部与机匣内壁面之间。

上述方案中，所述螺旋槽截面形状为平行四边形或梯形。

上述方案中，所述孔腔形状包括圆形、椭圆形或矩形。

上述方案中，所述孔腔沿动叶片轴向布置至少一排。

上述方案中，所述孔腔沿动叶片轴向布置两排以上，孔腔能够交错排布。

上述方案中，所述螺旋槽两侧壁面平整。

上述方案中，所述叶冠外壁面上设置若干螺旋槽，所述机匣的内壁面为光滑圆环面。

上述方案中，所述机匣的内壁面设置若干螺旋槽，所述叶冠外壁面为光滑圆环面。

一种叶轮机械，包括所述叶顶带有孔腔的倾斜螺旋槽密封结构。