[发明专利]一种具有流动结构适应性的开孔轮缘封严结构

说明书

本发明公开了一种具有流动结构适应性的开孔轮缘封严结构，转子轮缘端壁与导向器轮缘端壁、辅助封严凸出端壁形成鱼嘴封严结构，辅助封严孔在径向上位于辅助封严凸出端壁的外环面与导向器轮缘端壁的内环面之间，各辅助封严孔相对于涡轮中心线具有向外侧倾斜的仰角α，且辅助封严凸出端壁的外环面、导向器轮缘端壁的内环面、以及转子轮缘端壁的外环面均为与具有与辅助封严孔相同仰角的斜面，且辅助封严孔在周向上对应各涡轮导向器叶片尾缘区域的布置数量及直径，均大于非尾缘区域。本发明针对外流入侵下轮缘处周向压力分布特点，通过辅助封严孔流量分布设计及封严孔仰角的调整进行有效轮缘封严，同时减小封严使用的冷气量，提高了发动机整机性能。

技术领域

本发明涉及地面燃气轮机及航空发动机领域，涉及一种轮缘封严结构，具体的，涉及转静盘腔间轮缘封严结构的改进以增加外流入侵流阻的方式防止燃气倒灌，提升封严效果，减小轮盘热负荷。

背景技术

地面燃气轮机和航空发动机中都存在旋转盘腔结构，其轮缘处易发生主流高温造成燃气倒灌进盘腔，使涡轮盘承受较大热负荷，降低其寿命及可靠性。为抑制燃气入侵，可引入封严冷气进行轮缘的封严，封严气量越大其封严效果越好，但同时会带来整机效率的损失。因此，研究一种能够采用较少冷气量进行有效封严的封严结构十分必要。现有的封严结构中，由于鱼嘴封严结构具有较好的封严效果而被广泛使用，例如中国专利CN201610820605、CN201810431123等都涉及对鱼嘴封严结构的优化：CN201610820605主要聚焦在如何提高轮盘轮缘表面与冷却气体之间的换热效率以及减少二次气流封严气体泄漏入主流时的掺混损失，为此在封严结构件上设计有与轮盘旋转方向具有一定倾斜角度的倾斜孔或者用特有叶型设计所构造的倾斜叶片通道。CN201810431123主要通过引入辅助鱼嘴封严锥筒，改进了高压涡轮转静子间的封严效果，减小了封严结构的加工难度，也减小了高压涡轮静子内环后安装边的热应力。

研究发现，涡轮导向器叶片出口压力变化引起的周向压力不均匀为燃气入侵的一个主要因素。导向器叶片壁面附近边界层内在粘性作用下气体流速低，主流气体流经其尾缘在导向器出口形成局部高压区，一个栅距内远离叶片壁面区域则气体流速高，主流流出形成低压区。因此，周向一个栅距内主流压力系数呈现波动趋势，尾缘处为压力系数峰值，两导向器叶片中间区域为压力系数谷值。这样的主流非均匀压力分布下主流与盘腔内压力差沿周向也呈现周期性变化，轮缘在周向上燃气入侵程度必然不同。目前的现有技术，如中国专利CN201610820605等，其在封严结构件上的倾斜孔主要是与轮盘旋转方向设置一定的倾斜角度，该方向的倾斜角度以及倾斜孔的设置位置并没有考虑到主流非均匀压力分布下主流与盘腔内压力差沿周向的周期性变化，因而一定程度上仍然存在二次空气系统引气量较大的问题，影响了发动机整机性能。因此，需要针对轮缘处燃气入侵机理及流动结构进行具有流动结构适应性的封严结构设计，提出一种在有效抑制外流诱导入侵下产生的周向非均匀燃气入侵现象的同时尽量减少空气系统冷气量的封严方法。

发明内容

针对上述技术需要，本发明提出了一种具有流动结构适应性的带辅助封严孔的鱼嘴封严结构，针对外流入侵下轮缘处周向压力分布特点，通过辅助封严孔周向流量分布设计及封严孔俯仰角度的调整进行有效轮缘封严，同时减小封严使用的冷气量。

为实现上述技术目标，本发明所采用的技术方案如下：

一种具有流动结构适应性的开孔轮缘封严结构，包括涡轮导向器、涡轮转子和辅助封严结构件，其中，

所述涡轮导向器，包括一竖直环板、周向分布在所述竖直环板外围的多个涡轮导向器叶片，所述竖直环板的径向外边缘处设置一轴向向外凸出的环形导向器轮缘端壁，所述竖直环板上沿周向开设若干辅助封严孔，

所述辅助封严结构件，包括一环形板主体，所述环形板主体通过连接件固定连接在所述竖直环板上，所述环形板主体径向外边缘处设置一轴向向外凸出的环形辅助封严凸出端壁，所述辅助封严孔在径向上位于所述辅助封严凸出端壁的外环面与所述导向器轮缘端壁的内环面之间，