[发明专利]透平静轮盘、燃气轮机以及端壁侧向出流孔的设计方法

说明书

本发明涉及一种端壁侧向出流孔的设计方法，用于在燃气轮机中透平轮盘的端壁上开设侧向的出流孔，透平轮盘上沿自身轴向的至少一个端壁上开设多个出流孔，多个出流孔沿透平轮盘的回转方向间隔分布，多个出流孔沿透平轮盘的回转方向至少形成第一出流区和第二出流区，多个第一出流区沿透平轮盘的回转方向分别与多个透平静叶的尾缘相对应，多个第二出流区沿透平轮盘的回转方向分别位于相邻两个透平静叶之间，第一出流区的排气量大于第二出流区的排气量。本发明还涉及使用上述设计方法的透平静轮盘以及燃气轮机，能够在不影响整体密封效率的情况下改善静叶尾缘区域的密封效果，适用于所有在轮缘封严间隙存在端壁侧向出流孔的燃气轮机机型。

技术领域

本发明涉及燃气轮机技术领域，特别是涉及一种透平静轮盘、燃气轮机以及端壁侧向出流孔的设计方法。

背景技术

高温部件冷却技术是当代燃气轮机发展过程中的关键一环，其出现和发展使得燃气轮机的热端部件能够在更高的参数下稳定运行，而不同的部件所采用的冷却结构均有所不同。高温透平转静轮盘所构成的腔室需要对轮缘间隙进行封严，以避免高温高压的主流燃气侵入造成的轮盘过热。在某些燃气轮机的轮缘附近，除了来自于低半径腔室的封严气体，还有一股由端壁流出的具有较低温度和较高动量的流体也会对轮缘附近的流场产生显著影响。传统的端壁侧向出流孔结构将轴向出流引入轮缘间隙，使入侵的燃气在轮缘间隙受到挤压。侵入涡系受到端壁出流的挤压后其中心线位置被明显的抬高同时该涡系的大小也受到抑制，使得燃气入侵的程度被削弱。然而传统的出流孔结构仍然存在封严效果较差，使得部分缝隙处燃气入侵严重。同时，大量的端壁侧向出流会减少用于冷却端壁表面的封严气体量，在工程实际中并不可取。

发明内容

基于此，有必要针对现有端壁侧向出流孔结构存在的封严效果差的问题，提供一种有效封严轮缘间隙的透平静轮盘、燃气轮机以及端壁侧向出流孔的设计方法。

一种透平静轮盘，其端壁上的出流孔应用于主流高温燃气的封严，所述透平静轮盘包括：

轮盘本体；

静轮缘，设置于所述轮盘本体的外周缘，所述静轮缘上沿所述轮盘本体轴向的至少一个端壁上开设多个所述出流孔，多个所述出流孔沿所述轮盘本体的回转方向间隔分布，多个所述出流孔沿所述轮盘本体的回转方向至少形成第一出流区和第二出流区，多个所述第一出流区沿所述轮盘本体的回转方向分别与多个透平静叶的尾缘相对应，多个所述第二出流区沿所述轮盘本体的回转方向分别位于相邻两个透平静叶之间，所述第一出流区的排气量大于所述第二出流区的排气量。

在其中一个实施例中，所述第一出流区中包括多个所述出流孔，所述第一出流区中所述出流孔的数量大于所述第二出流区中所述出流孔的数量。

在其中一个实施例中，所述第二出流区中包括多个所述出流孔，所述第二出流区中的多个所述出流孔沿所述轮盘本体的回转方向等间隔分布；所述第一出流区中的多个所述出流孔沿所述轮盘本体的回转方向等间隔分布。

在其中一个实施例中，所述第一出流区中多个所述出流孔之间的周向孔距为lm，所述第二出流区中多个所述出流孔之间的周向孔距为ln，且lm≤ln。

在其中一个实施例中，每个所述第一出流区的周向中心位置分别与一个透平静叶的尾缘沿所述轮盘本体回转方向重合。

在其中一个实施例中，每个所述第一出流区中的所述出流孔的数量为单数，每个所述第一出流区中位于周向中心位置的所述出流孔，分别与一个透平静叶的尾缘沿所述轮盘本体回转方向重合。

在其中一个实施例中，所述第一出流区中所述出流孔的直径等于所述第二出流区中所述出流孔的直径。

在其中一个实施例中，所述透平静轮盘能够与相邻的其它轮盘形成轮缘间隙，所述出流孔的直径与轮缘间隙宽度的比值介于0.2-0.5之间。

在其中一个实施例中，所述静轮缘上的全部所述出流孔绕所述轮盘本体的轴心呈等半径的圆周分布。