一种具有静子尾缘开孔抽射的径向轮缘密封结构的制作方法

本发明涉及燃气轮机涡轮技术领域，具体地说，涉及一种具有静子尾缘开孔抽射的径向轮缘密封结构。

背景技术：

燃气轮机低压涡轮转盘和静止部件之间存在一个环形腔室称为涡轮盘腔，涡轮盘腔燃气入侵是指:涡轮盘的旋转,摩擦泵效应会不断地将盘腔内的空气泵出,使腔内的压力降低，在摩擦泵效应的作用下,当泵出流量大于冷气供给流量时,会在涡轮盘轮缘处发生燃气入侵，即主燃气会进入盘腔内；在主流道中转静子的相互干涉,造成主燃气的周向压力波动，也会形成封严处的入侵现象。研究表明燃气入侵现象是导致涡轮盘过热失效的重要因素，入侵现象的发生，破坏盘腔冷却效果，损坏整机安全可靠运行，并同时造成整机效率的损失。目前工程中主要通过从压气机级引入低温冷却气流来冷却涡轮盘以及安装先进结构的轮缘密封等措施来解决。

轮缘密封安装在转静盘腔的边缘处，通过增加高温入侵流侵入涡轮盘的流动阻力，可阻遏燃气入侵，因而对涡轮盘的安全性能有着显著的影响。研究表明增加入侵流在盘面的流动阻力能显著减小燃气入侵的程度。

专利cn105134306a公开了“一种具有阻尼孔和导流叶片的径向轮缘密封结构”，该轮缘密封结构通过设置蜂窝型阻尼孔和渐缩通道的导流叶片来增加对入侵流的流动阻力，能有效地减小燃气入侵的程度。在专利cn105626157a公开了一种包括自适应喷气孔的多重轮缘密封结构，通过与静叶侧密封齿顶端正对动叶轮毂缘板下侧边缘处开有自适应喷气孔，增大了主燃气进入盘腔的阻力，提高了封严性能和涡轮效率。因此，能够增加入侵流流动阻力的轮缘密封结构对改善涡轮盘传热稳定性、提高整机经济性具有重要的工程应用价值。

技术实现要素：

为了避免现有技术存在的不足，本发明提出一种具有静子尾缘开孔抽射的径向轮缘密封结构，该径向轮缘密封结构能有效地增加入侵流在密封间隙处的流动阻力，减小燃气入侵的程度，降低涡轮盘的温度，提高涡轮盘的传热稳定性；同时，对静子尾缘的低能燃气进行抽吸并二次利用其在腔体壁面喷出，从而提高涡轮的能量利用率和整机的效率。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是:包括静子尾缘抽射孔，所述静子尾缘抽射孔位于轮缘密封结构静止部分的内部，静子尾缘抽射孔的进口位于静子尾缘作用区域，静子尾缘抽射孔的出口位于轮缘密封结构静止部分的壁面；

所述静子尾缘抽射孔的进口为圆孔，静子尾缘抽射孔的进口与静子叶片尾缘的距离为圆孔直径的2～4倍；

所述静子尾缘抽射孔的出口为圆孔，静子尾缘抽射孔的出口位于轮缘密封结构静止部分下半段的倾斜壁面上，在倾斜壁面上的位置为距离倾斜壁面左端长度的1/4～1/3，出口段与倾斜壁面垂直；

静子尾缘抽射孔的出口直径与静子尾缘抽射孔的进口直径相同，静子尾缘抽射孔的出口圆孔与进口圆孔段采用收缩通道结构；静子尾缘抽射孔沿周向为倾斜分布，倾斜的角度对应静子压力面出口的倾斜角度或者小于静子压力面出口的倾斜角度；静子尾缘抽射孔沿径向呈光滑过渡的挂钩形结构。

所述静子尾缘抽射孔的中轴线与静子叶片的尾缘圆弧中心位于同一直线上。

静子尾缘抽射孔数量与静子叶片数相同。

所述静子尾缘抽射孔的进口直径根据需要抽取的流量确定。

有益效果

本发明提出的一种具有静子尾缘开孔抽射的径向轮缘密封结构，静子尾缘抽射孔位于轮缘密封结构静止部分的内部，静子尾缘抽射孔的进口位于静子尾缘作用区域，静子尾缘抽射孔的出口位于轮缘密封结构静止部分的壁面。通过在静子尾缘和轮缘封严静止部分的内壁面构建一条三维分布的静子尾缘抽射孔。静子尾缘抽射孔沿周向为倾斜分布，沿径向为光滑过渡的挂钩形结构，使静子尾缘作用区域靠近轮毂的低能流体通过静子尾缘抽射孔在轮缘封严静止部分的内壁面喷出，有效地增加入侵流在密封间隙处的流动阻力，进而减小燃气入侵的程度，降低涡轮盘的温度，提高涡轮盘的传热稳定性。同时，对静子尾缘的低能燃气进行抽吸并二次利用，提高了涡轮的能量利用率，从而达到改善涡轮盘传热稳定性、提高整机的效率。

附图说明

下面结合附图和实施方式对本发明一种具有静子尾缘开孔抽射的径向轮缘密封结构作进一步详细说明。

图1为本发明的涡轮级轮缘密封和静子尾缘抽射孔结构的截面示意图。

图2为静子尾缘抽射孔结构的俯视图。

图中

1.转静盘腔2.轮缘密封结构3.静子尾缘抽射孔4.静子叶片5.转子叶片6.静子盘7.转子盘

具体实施方式

本实施例是一种具有静子尾缘开孔抽射的径向轮缘密封结构。

参阅图1、图2，本实施例具有静子尾缘开孔抽射的径向轮缘密封结构，静子尾缘抽射孔3位于轮缘密封结构2静止部分的内部，静子尾缘抽射孔3的进口位于静子尾缘作用区域，静子尾缘抽射孔3的出口位于轮缘密封结构2静止部分的壁面。

静子尾缘抽射孔3的进口为圆孔，圆孔的数目与静子叶片4的数目相同，或者取为静子叶片4数目和转子叶片5数目的公约数；圆孔的直径为静子叶片4的尾缘圆弧对应的直径；静子尾缘抽射孔的进口位于静子叶片4的尾缘作用区域，距离尾缘的距离为圆孔直径的2～4倍。静子尾缘抽射孔3的进口段为了抽取主流的方便，采用收缩通道结构，即进口直径较大用来捕获气流，通道逐渐减小以对气流进行压缩。由于静子尾缘的气流主要以切向速度为主，轴向速度相对减小，径向速度几乎为零，所以可将静子尾缘抽射孔3的圆孔进口为椭圆进口，长轴与短轴的长度比为周向速度与轴向速度之比。

静子尾缘抽射孔3的出口为圆孔，圆孔的数目与进口圆孔的数目相同。静子尾缘抽射孔3出口圆孔的直径与进口圆孔的直径相同，出口段加工成收缩通道以使气流加速喷出，产生更强的阻挡效果。静子尾缘抽射孔3的出口位于轮缘密封结构2静止部分下半段的倾斜壁面上，在倾斜壁面上的位置选为距离倾斜壁面左端的长度，为倾斜壁面长度的1/4～1/3；出口段与倾斜壁面垂直。倾斜的角度根据需要喷射的效果确定。

静子尾缘抽射孔3位于轮缘密封结构2静止部分的内部，组成一个三维分布的孔结构；静子尾缘抽射孔3沿周向为倾斜分布，倾斜的角度对应静子压力面出口的倾斜角度，或者小于静子压力面出口的倾斜角度。为使静子尾缘抽射孔在径向上分别与静子轮毂壁面和轮缘密封结构静止部分下半段的倾斜壁面保持垂直，同时保证孔结构过渡光滑以减小型面损失，静子尾缘抽射孔沿径向呈光滑过渡的挂钩形结构。由于高压涡轮主流燃气的温度较高，会烧蚀对静子尾缘抽射孔3，选在温度较低的低压涡轮上使用。

本实施例中，通过在静子叶片4的尾缘和轮缘封严结构2静止部分的内壁面组成一条三维的圆孔通道，即静子尾缘抽射孔3，使得静子尾缘作用区域靠近轮毂的低能流体通过静子尾缘抽射孔3在轮缘封严静止部分的内壁面喷出，有效地增加入侵流在密封间隙处的流动阻力，进而减小燃气入侵的程度。同时，对静子叶片4尾缘的低能燃气进行抽吸并二次利用，提高了涡轮的能量利用率，从而达到改善涡轮盘传热稳定性、提高整机经济性的目的。

技术特征：

技术总结
本发明公开了一种具有静子尾缘开孔抽射的径向轮缘密封结构，静子尾缘抽射孔位于轮缘密封结构静止部分的内部，静子尾缘抽射孔的进口位于静子尾缘作用区域，静子尾缘抽射孔的出口位于轮缘密封结构静止部分的壁面。通过在静子尾缘和轮缘封严静止部分的内壁面组成一条三维的静子尾缘抽射孔。静子尾缘抽射孔沿周向为倾斜分布，沿径向为光滑过渡的挂钩形结构，使静子尾缘作用区域靠近轮毂的低能流体通过静子尾缘抽射孔在轮缘封严静止部分的内壁面喷出，有效地增加入侵流在密封间隙处的流动阻力，进而减小燃气入侵的程度，提高涡轮盘的传热稳定性。同时对静子尾缘的低能燃气进行抽吸并二次利用，提高了涡轮的能量利用率和整机的效率。

技术研发人员：杨帆;周莉;王占学;史经纬
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：2017.08.14
技术公布日：2017.11.21