[实用新型]涡轮流道封严结构以及航空发动机涡轮结构

说明书

技术领域

本实用新型涉及航空发动机技术领域，尤其涉及一种涡轮流道封严结构以及设置该涡轮流道封严结构的航空发动机涡轮结构。

背景技术

叶轮机械内部的真实流动非常复杂，在空间上表现为流动的三维型，在时间上表现为流动的非定常性。加上流体粘性和可压缩性的影响，叶片机内部存在诸如马蹄涡、通道涡、角涡和间隙涡等复杂涡系，以及激波和附面层相互干扰，动、静叶相互干涉等各种复杂流动现象。

涡轮动叶叶尖与机匣之间存在较大的叶顶间隙，转子叶片叶顶区域存在周向和轴向主导的压差，周向压差引起压力面的高压燃气通过叶顶间隙流向吸力面，形成叶顶间隙泄露流，泄露流与叶栅通道主流作用形成泄露涡。泄露流减小了叶片的载荷，泄漏的燃气基本不做有用功，泄露涡产生耗散并改变叶栅出气角度，同时，泄露流和泄露涡阻塞主流通道、这些方面都增大了涡轮的气动损失。另外，泄露流和泄露涡还增大了涡轮叶尖附近传热冷却的难度，并较大程度地影响着下游流场的非定常性。

涡轮机匣与转子叶片叶尖之间的径向间隙对涡轮效率有很大影响，其对发动机性能影响甚大。研究表明，一台先进的双级涡轮发动机，其径向间隙若增加1mm，涡轮效率降低约2.5%，直接导致发动机耗油率增加约2.6%。因此，应尽量减小径向间隙，但间隙太小又会导致转子和机匣刮蹭。

径向间隙造成的泄露大体上有周向漏气和轴向漏气。

为降低由于径向间隙造成的周向泄露，展弦比较大的涡轮转子叶片多在叶片顶端带叶冠，叶冠减小了叶片顶部由叶盆流向叶背的周向泄露流，从而降低了泄露损失，提高涡轮效率。带冠叶片（带冠叶片由叶冠、叶身、中间叶根和榫头组成）能有效的降低叶顶泄露流。

带冠叶片降低了周向压差引起的叶顶泄露损失，但其还是存在叶冠顶表面与机匣之间的间隙，转子叶片叶顶区域的轴向压差仍能推动泄露流动。泄露流从某涡轮级的导向器（导向器是由导向器内外环和导向叶片组成）外环尾缘与转子叶冠前缘之间的轴向间隙流入叶顶容腔，流经叶冠封严齿，从该级转子叶冠尾缘下一级导向器之间的轴向间隙汇入主流，产生熵增导致气动损失，直接降低涡轮级的功率输出。

在涡轮设计中，气动方案设计出连续的热态子午流道，结构专业经过冷热态换算、单元体划分、零组件设计等工作，得到典型的如图1所示涡轮结构。从图1可以看出，流道的连续性没有得到保证，在涡轮运转过程中，转子叶片叶冠前缘形成面向上游的台阶，这就破坏了流体的流线型特性。泄露流在转子叶顶轴向压差的驱动下，从叶冠尾缘流入主流，主流因此发生分离而产生气动损失。

由上可见，现有技术至少存在以下技术问题：

现有技术存在机匣与叶冠远离涡轮转动轴线的表面径向间隙处泄露流比较严重，导致叶冠封严效果较差的技术问题。

实用新型内容

本实用新型的其中一个目的是提出一种涡轮流道封严结构以及设置该涡轮流道封严结构的航空发动机涡轮结构。解决了现有技术存在机匣与叶冠远离涡轮转动轴线的表面径向间隙处泄露流比较严重，导致叶冠封严效果较差的技术问题。本实用新型优选技术方案所能产生的诸多技术效果详见下文阐述。

为实现上述目的，本实用新型提供了以下技术方案：

本实用新型提供的涡轮流道封严结构，包括封严台，其中：

所述封严台固定设置在涡轮流道内的导向器外冠上；

在涡轮的径向方向上，所述封严台与所述涡轮流道内的带冠叶片的叶冠边缘两者之间存在交错部分且两者之间存在间隙。

在一个优选或可选地实施例中，所述涡轮流道封严结构还包括凸齿，其中：

所述凸齿固定设置在所述封严台接近所述涡轮转动轴线的表面或固定设置在所述带冠叶片的叶冠边缘远离所述涡轮转动轴线的表面，所述凸齿位置介于所述封严台接近所述涡轮转动轴线的表面与所述带冠叶片的叶冠边缘远离所述涡轮转动轴线的表面之间的间隙内；或者，

所述凸齿固定设置在所述封严台远离所述涡轮转动轴线的表面或固定设置在所述带冠叶片的叶冠边缘接近所述涡轮转动轴线的表面，所述凸齿位置介于所述封严台远离所述涡轮转动轴线的表面与所述带冠叶片的叶冠边缘接近所述涡轮转动轴线的表面之间的间隙内。

在一个优选或可选地实施例中，所述封严台固定设置在所述导向器外冠接近所述涡轮转动轴线的安装边的端部，所述凸齿固定设置在所述封严台上，且所述凸齿朝接近所述带冠叶片的叶冠边缘远离所述涡轮转动轴线的表面的方向延伸。

在一个优选或可选地实施例中，所述凸齿的外轮廓尺寸朝接近所述带冠叶片的叶冠边缘远离所述涡轮转动轴线的表面的方向逐渐缩小。