[发明专利]一种带有容腔封严结构的涡轮盘

说明书

本发明公开了一种带有容腔封严结构的涡轮盘，包括涡轮静盘、涡轮动盘；涡轮转静盘缘间静盘侧外伸有静盘内外封严环，涡轮动盘侧外伸有动盘内封严环；其中静盘内封严环首端或靠近静盘壁面位置设有向高半径方向凸起的圆环状凸台环，静盘内封严环的末端或靠近末端位置设有向高半径方向凸起的圆环状凸环；该封严结构形成的静盘外容腔，一方面使燃气在静盘外封严环和动盘内封严环之间产生旋涡，有效阻止部分高温燃气在封严冷气出流口处的入侵，并消耗着一部分入侵的高温燃气；另一方面使燃气在凸台环和凸环间凹槽内产生驻涡，进一步地阻隔深腔内的燃气，以防止燃气入侵封严内腔；在封严用气量一定的前提下，燃气能被较好地阻挡在静盘外容腔内，因而封严性能得到了较大提升。

技术领域

本发明属于发动机技术领域，尤其涉及燃气轮机、航空发动机等涉及旋转件的技术领域。

背景技术

燃气轮机气动传热问题的研究在科学和技术领域有着重要的意义。

燃气涡轮进口参数的不断提高和冷却空气品质的下降，导致高温热端部件承受的热负荷不断增加，因此需设计先进的二次空气冷却系统以防止轮盘、叶片和转子等旋转部件过热，并降低其热应力水平。轮缘密封作为燃气轮机先进二次空气冷却系统的重要组成部件之一，其结构设计也成为燃气轮机发展的关键技术之一。

燃气入侵是涡轮转-静盘腔可能遇到的严重问题。高温燃气顺着转-静盘腔深入到盘心，导致不可控的轮盘变形和疲劳、附近的轴承等受到严重损坏等后果。减少燃气入侵的主要途径一是增加盘腔供气，从压气机引入的冷却气体可以有效阻止主流燃气入侵，但是过多地从压气机提取冷气必将导致发动机总体热效率的下降；另一项措施就是在涡轮盘外径设置轮缘封严，以增大入侵燃气的流阻。因此，合理的盘缘封严结构设计可显著减少从压气机侧抽引的冷却空气量，提高燃气轮机的整体效率，是现代高参数大功率燃气轮机领域发展的关键技术之一。

发明内容

发明目的：本发明涉及一种带有容腔封严结构的涡轮盘，目的是采用相对简单的结构，在较小的冷气量下，使得盘缘封严能取得良好的封严性能。

技术方案：为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种具有复合盘缘封严结构的涡轮盘，包括涡轮机匣、涡轮静盘、涡轮动盘；涡轮静盘与涡轮动盘同轴设置，且涡轮动盘相对涡轮静盘转动；涡轮静盘与涡轮动盘之间构成转静盘腔；涡轮机匣与涡轮静盘、涡轮动盘之间形成主流通道；涡轮静盘内侧壁面和涡轮动盘内侧壁面及主流通道构成冷气通道；所述涡轮静盘外缘设有向涡轮动盘延伸的圆环状的外封严环；涡轮静盘面对涡轮动盘的一面向涡轮动盘延伸有圆环状的静盘内封严环；涡轮动盘面对涡轮静盘的一面向涡轮静盘延伸有圆环状的动盘内封严环；其中静盘内封严环首端或靠近静盘壁面位置设有向高半径方向凸起的圆环状凸台环，静盘内封严环的末端或靠近末端位置设有向高半径方向凸起的圆环状凸环；所述凸台环与凸环之间形成开面面对高半径方向的凹槽；静盘的外封严环和静盘内封严环构成静盘外容腔。

有益效果：所述封严结构形成了一种新型静盘外容腔，该容腔结构有效降低了入侵燃气的流动速度，阻止了高温燃气向转静盘腔的深入入侵。在静盘外容腔中，高温燃气沿着动盘内封严环外侧斜面向腔内流动；离开斜面后，流动的大部分燃气往高半径且沿着静盘外封严环内壁面回流，在静盘外封严环和动盘内封严环之间产生顺时针涡，这一方面阻挡了部分高温燃气往转静盘腔的入侵，另一方面消耗了大量的已入侵高温燃气，在一定程度上还削弱了旋转诱导入侵效应；此外，在凸台环和凸环间凹槽内会产生驻涡，驻涡和沿动盘内封严环内壁面流动的冷气流，能有效地将另一部分流入深腔的燃气阻挡在静盘外容腔的深腔内；在不增加封严用气量的前提下就能获得较高的封严效率。

进一步的，还包括最外侧环状涡轮机匣、导叶、动叶；其特征在于：涡轮机匣与涡轮静盘、涡轮动盘之间形成主流通道，主流通道内若干导叶一端固定在最外侧环状涡轮机匣上，另一端固定在涡轮静盘上；主流通道内若干动叶与涡轮动盘固定连接。由于涡轮动盘相对涡轮静盘同轴旋转，动叶与涡轮机匣之间留有空隙。所述的静盘壁面和动盘壁面的形面共同构成转静盘腔冷气通道。动静盘壁面封严环的存在使得盘腔流道变得曲折。