[发明专利]一种带旁路引气的涡轮盘腔封严结构

说明书

本发明涉及一种带旁路引气的涡轮盘腔封严结构，包括内支撑环组件和前挡板组件，在内支撑环组件上设有旁路引气槽，所述旁路引气槽为第三路冷气的第二流路，通过所述第二流路的冷气在主流通道入口与第一流路冷气掺混；封严冷气出口的气流速度和预旋角度增加，可减小与导叶根部出口主流燃气的速度三角形差异，减小封严冷气与主流的掺混，提高涡轮的效率，保证动叶根部工作在设计工况。

技术领域

本发明属于燃气涡轮发动机领域，具体涉及一种带旁路引气的涡轮盘腔封严结构。

背景技术

燃气涡轮发动机的工作原理是利用压气机的压缩空气和燃料混合燃烧后产生的高温高压燃气驱动涡轮高速旋转，而涡轮又通过涡轮轴带动压气机，从而形成持续运转。涡轮由静止的导叶(组成静子部件)和转动的动叶(组成转子部件)组成。为保障涡轮转子的可靠运转，避免转静子间的碰磨，在转静子涡轮盘之间都存在一定的间隙。导叶和动叶根部之间轴向和径向间隙的存在，可能导致涡轮通道高温燃气通过该间隙入侵涡轮盘腔，从而造成涡轮盘温度过高而影响涡轮盘的工作安全和使用寿命。因此通常在涡轮盘腔中引入高压压气机出口的冷气作为封严气体，阻止燃气入侵涡轮盘腔，同时也对涡轮盘进行冷却。虽然引入封严冷气可以防止主流燃气入侵烧蚀盘腔，但是由于进入主流通道的封严冷气流速较低，气流预旋角度较小(相比导叶根部出口预旋角度)，封严冷气会在封严缝出口与主流燃气进行强烈的掺混，导致损失增加，涡轮效率降低。随着涡轮转速、涡轮前温度以及效率要求的提高，转静子间封严冷气的低流速和低预旋角度导致的涡轮性能下降日益明显。因此，需要对涡轮转静子间的盘腔封严结构进行优化设计，以满足涡轮性能提高的要求。

现有的一种典型涡轮盘腔封严结构如图1所示。该涡轮盘腔封严结构的工作原理是：从压气机前引入的冷气内支撑环上的进气孔进入集气腔，经过预旋喷嘴的降压加速，分成三股冷气。第一股冷气直接通过前挡板进气孔进入动叶集气腔冷却动叶。第二股冷气向下通过两篦齿和蜂窝结构组成的封严间隙进入涡轮盘根部冷却涡轮盘。第三股冷气向上先通过三篦齿和蜂窝组成的封严间隙，进入转静子组成的封严腔，接下来再经过单篦齿和蜂窝组成的封严间隙，最后由转静子间的封严缝进入主流通道，实现对导叶和动叶根部的冷却，以及防止主流高温燃气的入侵。

现有涡轮盘腔封严结构的缺陷是：图1中，第三股冷气经过两处封严篦齿和蜂窝组成的封严结构后，冷气的总压损失较大，冷气速度和冷气的预旋角度都较低，这就与导叶根部主流燃气存在很大差异，导致封严冷气进入到主流通道后会与主流的高速流体存在径向和周向掺混，并使进入动叶根部的主流气体出现很大负攻角状态，导致动叶根部工作在非设计点工况，这会增加动叶根部气流分离的风险以及增强通道二次流损失的强度，最终使涡轮通道的流动损失增加，涡轮效率降低，性能下降。对于高效涡轮而言，这种影响尤其明显。

发明内容

发明目的：针对目前所用涡轮盘腔封严结构的缺点，本发明提出了一种带旁路引气的新型的涡轮盘腔封严结构，其目的是增加封严缝出口冷气的速度和预旋角度，从而减小封严冷气与主流的掺混，提高涡轮的效率。

本发明实现上述目的的方案：

本发明提供一种带旁路引气的涡轮盘腔封严结构，包括内支撑环组件1和前挡板组件2，在内支撑环组件1上设有旁路引气槽104，所述旁路引气槽104为第三路冷气的第二流路，通过所述第二流路的冷气在主流通道入口与第一流路冷气掺混。

优选的，所述的一种带旁路引气的涡轮盘腔封严结构，所述旁路引气槽104的气流出口为出气孔105，所述出气孔105与发动机中心线成75°夹角。

优选的，所述的一种带旁路引气的涡轮盘腔封严结构，所述出气孔105沿内支撑环组件1周向均布。

优选的，所述的一种带旁路引气的涡轮盘腔封严结构，所述内支撑环组件1还包括第一蜂窝结构101、单篦齿结构102、三篦齿结构103；

所述前挡板组件2包括前挡板进气孔201、两篦齿结构202、第二蜂窝结构203、第三蜂窝结构204；