[发明专利]一种叶轮机械自锁封严结构及具有其的发动机

说明书

本发明公开了一种叶轮机械的自锁封严结构及具有其的发动机，旋转盘与支撑环之间设置封严环，封严环外设置蜂窝环，封严环设有一开口朝向旋转盘的回转凹腔，旋转盘的装配啮合齿槽的低半径处设内凹圆弧结构，圆弧结构顶部端点的切向延长线交于封严环的回转凹腔内。来自空气系统中的一路冷却封严气经叶片与旋转盘间的啮合齿间隙，进入封严环的回转凹腔内，另一路封严气在旋转盘的内凹圆弧结构的导流下，切向进入回转凹腔中，两路冷却封严气在回转凹腔中汇合之后，从蜂窝环与旋转盘之间的轴向间隙进入主流通道。通过采用该结构，可以有效地改善叶轮机械内部转动‑静止部件之间轴向间隙的封严效果，降低封严冷气用量，防止燃气倒灌进入旋转盘腔。

技术领域

本发明涉及地面燃气轮机以及航空发动机高温部件涡轮领域，更具体地说，是采用新型结构，改进发动机涡轮转子轴向间隙封严效果，降低二次空气系统流量，防止燃气倒灌进入涡轮盘腔，从而降低燃油消耗，提高发动机整机效率。

背景技术

在地面燃气轮机以及航空发动机的热端涡轮部件中，高温高压的燃气经过导向器加速后，冲击涡轮转子部件做功。功能上的需要，在静止部件导向器与转动部件涡轮转子之间存在轴向间隙。为了防止燃气倒灌进入涡轮盘腔，需要对这些轴向间隙进行封严。通常而言，封严流量越大，封严效果越好。但是过大的封严流量，将会导致过多的冷却空气进入主流道，对涡轮性能带来不利影响；除此之外，封严流量加大，意味着更大的二次空气系统流量，这对于发动机整机的性能是非常不利的。研究表明，对于使用两级涡轮(透平)的发动机，将用于封严的冷气量减少50％，可以使得发动机整机的效率提高0.5％，同时降低0.9％的燃油消耗。

传统的封严结构都是通过设置冷却空气，流过轴向间隙的方式进行封严。为了提高性能，通常的做法是不断修正最小自锁封严流量(阻止主流通道内高温燃气倒灌进入涡轮盘腔所需的最小流量)计算方法，或者减小轴向间隙来改进发动机设计。但是这种方式始终存在应用弊端，即理论设计可行，但是实际操作中容易受到各种因素的干扰(比如加工误差，装配失误等)导致失效。为了进一步提升发动机的性能，迫切需要一种新的封严结构，可以满足封严要求的同时，降低封严冷却空气流量。

发明内容

本发明旨在提供一种改进现代地面燃气轮机以及航空发动机等需要进行轴向封严的叶轮机械内部的自锁封严结构。通过采用该自锁封严结构，可有效改善叶轮机械内部转动与静止部件之间轴向间隙的封严效果，降低封严冷气用量，防止燃气倒灌进入涡轮盘腔，从而降低燃油消耗，提高发动机整机效率。

为实现该目标，本发明采用的技术方案为：

一种叶轮机械的自锁封严结构，所述叶轮机械为燃气轮机或航空发动机，包括涡轮盘、涡轮叶片、封严环、蜂窝环和支撑环，所述封严环、蜂窝环、支撑环均为静止件，所述涡轮叶片装配固定在所述涡轮盘上，所述涡轮盘与相邻的支撑环之间设置所述封严环，所述封严环固定设置在所述支撑环上，所述蜂窝环固定设置在所述封严环或者支撑环上，所述涡轮盘与支撑环、封严环构成涡轮盘腔，其特征在于，

所述封严环、蜂窝环与所述涡轮盘之间具有轴向间隙，

所述蜂窝环的内环面与所述封严环的外环面抵接，所述蜂窝环的外端面与所述支撑环的前安装边抵接，所述蜂窝环的外环面与所述涡轮叶片的尾缘形状相契合，且所述涡轮叶片的尾缘高度高于所述蜂窝环的外环面的高度，所述蜂窝环的外环面的高度不低于所述支撑环的前安装边的高度；

所述封严环设有一开口朝向所述涡轮盘的回转凹腔，所述涡轮叶片与所述涡轮盘的装配啮合齿间隙的出口朝向所述回转凹腔；

所述涡轮盘的装配啮合齿槽的低半径处，设计有内凹的圆弧结构，所述圆弧结构顶部端点的切向延长线交于所述封严环的回转凹腔内；

所述涡轮盘腔位于所述封严环的内环面的内侧；

来自空气系统中的第一路冷却封严气经过所述涡轮叶片与涡轮盘之间的装配啮合齿间隙，泄漏进入所述封严环的回转凹腔内，