燃气轮机轮缘密封结构的制作方法

本实用新型涉及燃气轮机技术领域，尤其涉及一种燃气轮机轮缘密封结构。

背景技术：

重型燃气轮机主要包括压气机、燃烧室及透平三大部件。空气进入压气机后被压缩成高温高压的空气，供给燃烧室燃料燃烧，产生的高温高压燃气在透平中膨胀做功，然后经排气扩压器排入大气或余热锅炉等设备。

透平的主流流道高温燃气流过静叶后，会在转-静部件中间区域沿周向交替形成高压流动区以及低压流动区。在高压流动区处因主流流道压力高于透平转静盘腔内部压力，这是诱发高温燃气入侵现象的原因之一。其二，转静盘腔内部的旋转流动使得转静盘腔内存在径向压力梯度，轮盘空隙内的压力低于外部，这也会诱发高温燃气入侵现象。研究表明燃气入侵现象是导致透平轮盘过热失效的重要因素。针对燃气入侵现象引起透平轮盘过热失效问题，目前主流重型燃气轮机厂商中主要通过从压气机级引入高压冷却气流来对转静盘腔进行封严冷却以及安装先进结构的轮缘密封等措施来解决燃气入侵问题。但是封严冷气的流量过大，会严重影响整机效率，研究表明，减少50％的封严冷气量，燃气轮机的整机效率可以提高约0.3％。

目前，实际工程应用中通常采用径向轮缘密封代替传统的轴向轮缘的方法，可以在不发生燃气入侵现象的前提下减少封严冷气量，但是仅靠设置径向轮缘密封对封严冷气量的减少程度有限；并且封严冷气直接以90°方向进入主流流道，还会对主流气动效率有不利影响。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够有效减少封严冷气量、降低封严冷气对主流气动效率影响的燃气轮机轮缘密封结构，以克服现有技术的上述缺陷。

为了解决上述技术问题，本实用新型采用如下技术方案：一种燃气轮机轮缘密封结构，包括连接在静叶平台上的静叶和连接在动叶平台上的动叶，静叶平台与动叶平台之间形成封严冷气通道，沿静叶平台的周向设有喷气孔，喷气孔与静叶的冷却通道相连通，喷气孔的出口位于静叶平台的下游侧并与封严冷气通道相连通，喷气孔用于导出冷却通道内的冷却气体并使冷却气体在封严冷气通道的出口处形成气幕。

优选地，在静叶平台内部还设有一腔室，腔室与冷却通道和喷气孔相连通。

优选地，静叶平台内设有一挡板，在挡板和静叶平台的顶板之间形成腔室。

优选地，腔室内设有一冲击板，冲击板将腔室分隔成远离静叶平台的顶板的压力腔室和靠近静叶平台的顶板的冲击冷却腔室，且冲击板上开设有多个将压力腔室与冲击冷却腔室相连通的冲击孔；压力腔室与冷却通道相连通，冲击冷却腔室与喷气孔相连通。

优选地，喷气孔的出口气流方向与静叶的出口气流方向之间的夹角小于30°。

优选地，喷气孔的出口的断面形状为圆形或长方形。

优选地，静叶平台的外缘具有面向转静盘腔的凹陷弯曲面，动叶平台的外缘具有面向主流流道的凸起弯曲面，凹陷弯曲面与凸起弯曲面相配合形成封严冷气通道。

与现有技术相比，本实用新型具有显著的进步：

通过将静叶冷却通道中的冷却气体从静叶平台的下游侧导出并在封严冷气通道的出口处形成气幕，该气幕不仅可以作为阻止主流流道的高温燃气入侵转静盘腔的屏障，有效减小高温燃气入侵程度，改善燃气轮机轮缘密封结构的封严性能，从而实现在保证不发生透平轮盘过热损伤的前提下减小封严冷气量；还可以改变封严冷气通道中的封严冷气进入主流流道的方向，使封严冷气以与主流流道的主流方向夹角较小的方向进入主流流道与高温燃气混合，从而减少掺混损失、降低封严冷气对主流气动效率的影响；此外，该气幕由静叶的冷却气体形成，实质上对静叶冷却气体的再利用，可极大地节约整机冷却气体的使用总量。由此，采用本实用新型的燃气轮机轮缘密封结构，可以显著增加燃气轮机的整机效率、提高燃气轮机运行的安全稳定性。

附图说明

图1是本实用新型实施例的燃气轮机轮缘密封结构的剖视示意图。

图2是图1中A部的放大示意图。

图3是本实用新型实施例的喷气孔出口气流方向与静叶出口气流方向成夹角的示意图。

图中：

1、静叶平台 101、顶板 2、动叶平台

3、静叶 4、动叶 5、转静盘腔

6、封严冷气通道 7、喷气孔 8、冷却通道

9、腔室 10、挡板 11、冲击板

12、压力腔室 13、冲击冷却腔室 14、冲击孔

15、凹陷弯曲面 16、凸起弯曲面

a、静叶的出口气流方向 b、喷气孔的出口气流方向

α、喷气孔的出口气流方向与静叶的出口气流方向之间的夹角

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细说明。这些实施方式仅用于说明本实用新型，而并非对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

此外，在本实用新型的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。

如图1和图2所示，本实施例提供了一种燃气轮机轮缘密封结构。如图1所示，本实施例的燃气轮机轮缘密封结构包括静叶平台1、静叶3、动叶平台2和动叶4。本领域技术人员公知的，在燃气轮机的透平组件中，静叶3连接在静叶平台1上，动叶4连接在动叶平台2上，动叶轮盘与静子之间形成转静盘腔5，静叶平台1与动叶平台2之间形成封严冷气通道6，封严冷气通道使转静盘腔5与主流流道相连通，向转静盘腔5内通入封严冷气，封严冷气经封严冷气通道6进入主流流道，可以阻止主流流道内的高温燃气入侵到转静盘腔5内。

如图2所示，本实施例的静叶平台1设有多个喷气孔7，多个喷气孔7沿静叶平台1的周向分布。喷气孔7的入口位于静叶平台1的上游侧并与静叶3的冷却通道8相连通，喷气孔7的出口位于静叶平台1的下游侧并与封严冷气通道6相连通，使得喷气孔7能够将冷却通道8内的冷却气体导出至封严冷气通道6，并使导出的冷却气体在封严冷气通道6的出口处形成气幕。该气幕位于封严冷气通道6与主流流道之间，不仅可以作为阻止主流流道的高温燃气入侵转静盘腔5的屏障，有效减小高温燃气入侵程度，改善燃气轮机轮缘密封结构的封严性能，从而实现在保证不发生透平轮盘过热损伤的前提下减小封严冷气量；还可以改变封严冷气通道6中的封严冷气进入主流流道的方向，使封严冷气以与主流流道的主流方向夹角较小的方向进入主流流道与高温燃气混合，从而减少掺混损失、降低封严冷气对主流气动效率的影响；此外，该气幕由静叶3的冷却气体形成，实质上是对静叶3冷却气体的再利用，可极大地节约整机冷却气体的使用总量。由此，采用本实施例的燃气轮机轮缘密封结构，可以显著增加燃气轮机的整机效率、提高燃气轮机运行的安全稳定性。

需要说明的是，本文中的“上游”和“下游”，是以主流流道的主流方向为参照而言，主流流道的主流方向即为静叶的出口气流方向a。

在本实施例中，优选喷气孔7的出口气流方向b与静叶的出口气流方向a平行，以形成与主流流道相平行的气幕，使封严效果最优。当然，喷气孔7的出口气流方向b也可以偏离主流流道，但为了保证形成的气幕能够对转静盘腔5产生有效的封严作用，喷气孔7的出口气流方向b偏离主流流道的角度不宜过大。如图3所示，喷气孔7的出口气流方向b与静叶3的出口气流方向a之间的夹角α应小于30°，以使气幕能够有效地阻挡主流流道的高温燃气。喷气孔7的出口的断面形状并不局限，可以为圆形或长方形。喷气孔7的直径大小则可根据实际燃气轮机机组中的主流温度、主流速度、冷却气体温度以及喷气孔7与燃气轮机轴线之间的距离等参数进行设置。喷气孔7的数量也不局限，可根据实际燃气轮机组的参数进行设置。

进一步，在本实施例中，在静叶平台1内部还设有一腔室9，腔室9与冷却通道8和喷气孔7相连通。冷却通道8内的冷却气体先通入腔室9内，以保持冷却气体的压力，再由喷气孔7导出，有利于形成高压气幕，由此可获得更好的封严效果。本实施例在静叶平台1内设有一挡板10，在挡板10和静叶平台1的顶板101之间形成腔室9。

进一步，在本实施例中，为了提高冷却气体的利用率、加强冷却效果，在腔室9内设有一冲击板11，冲击板11与挡板10平行设置，冲击板11将腔室9分隔成远离静叶平台1的顶板101的压力腔室12和靠近静叶平台1的顶板101的冲击冷却腔室13，即冲击板11与挡板10之间形成压力腔室12，冲击板11与静叶平台1的顶板101之间形成冲击冷却腔室13。冲击板11上开设有多个将压力腔室12与冲击冷却腔室13相连通的冲击孔14，压力腔室12与冷却通道8相连通，冲击冷却腔室13与喷气孔7的入口相连通。图2中的箭头示出了冷却气体从冷却通道8流至封严冷气通道6的流经路线，具体为，冷却通道8中的冷却气体先通入压力腔室12中，然后从冲击板11上的冲击孔14进入冲击冷却腔室13并冲击静叶平台1的顶板101，实现对静叶平台1的冲击冷却，随后再由喷气孔7导出，形成高压气幕。由此，在实现静叶3冷却通道8中的冷却气体对静叶平台1进行冲击冷却的同时，也能够进一步获得更好的气幕封严效果，从而进一步改善整机效率。

在本实施例中，冲击板11上冲击孔14的数量和大小并不局限，优选地，冲击板11上可以设有60-80个冲击孔14，冲击孔14的直径可以设为0.6-2mm。

进一步，为了更好地改变封严冷气通道6中的封严冷气进入主流流道的方向，进一步减小封严冷气进入主流流道的方向与主流流道的主流方向之间的夹角，本实施例中的静叶平台1的外缘具有面向转静盘腔5的凹陷弯曲面15，动叶平台2的外缘具有面向主流流道的凸起弯曲面16，凹陷弯曲面15与凸起弯曲面16相配合形成封严冷气通道6。由此使得封严冷气在封严冷气通道6内的流向相对主流流道的主流方向成锐角倾斜(如图2中箭头所示)，通过气幕的作用则可使该倾斜锐角进一步减小，因此能够更好地减少掺混损失、降低封严冷气对主流气动效率的影响。

综上所述，本实施例的燃气轮机轮缘密封结构，通过将静叶冷却通道8中的冷却气体从静叶平台1的下游侧导出并在封严冷气通道6与主流流道之间形成气幕，能够实现以下效果：

(1)该气幕作为阻止主流流道的高温燃气入侵转静盘腔5的屏障，能够有效减小高温燃气入侵程度，改善燃气轮机轮缘密封结构的封严性能，从而实现在保证不发生透平轮盘过热损伤的前提下减小封严冷气量，进而提高燃气轮机的整机效率。

(2)该气幕能够改变封严冷气通道6中的封严冷气进入主流流道的方向，使封严冷气以与主流流道的主流方向夹角较小的方向进入主流流道与高温燃气混合，从而减少掺混损失、降低封严冷气对主流气动效率的影响，有利于整机效率的提升。

(3)该气幕由静叶3的冷却气体形成，实质上对静叶3冷却气体的再利用，可极大地节约整机冷却气体的使用总量，从而有利于整机效率的提升。

以上仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型技术原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本实用新型的保护范围。