[发明专利]涡轮机及涡轮机叶顶间隙密封结构

说明书

本发明公开了一种涡轮机及涡轮机叶顶间隙密封结构，涡轮机包括机匣和动叶，动叶具有叶顶，叶顶上设有叶冠，涡轮机叶顶间隙密封结构包括：多个第一篦齿，多个第一篦齿彼此间隔开且设于叶冠的朝向机匣内壁的第一壁面上；多个第二篦齿，多个第二篦齿彼此间隔开且设于机匣的内壁上，其中多个第一篦齿和多个第二篦齿相对且交错布置。根据本发明实施例的涡轮机叶顶间隙密封结构，通过在叶冠上布置双侧篦齿封严机构最大化减少叶冠内的泄漏流体，通过适当的齿距、齿厚调节泄漏流在叶冠内的流动状态，减低泄漏流体在叶冠内的流动损失和流出叶冠后与主流流体的掺混损失，提高涡轮级的气动性能。

技术领域

本发明涉及发动机技术领域，特别涉及一种涡轮机及涡轮机叶顶间隙密封结构。

背景技术

在涡轮级的流动中，叶顶间隙泄漏引起的一系列问题是包括燃气轮机和航空发动机等旋转机械在内的引起损失的重要来源之一。间隙泄漏问题得到越来越多的关注，其中燃气轮机中由叶顶间隙引起的流动损失占到1/3以上。为了减少叶顶间隙泄漏流动，相关技术人员提出了许多方法，包括翼梢小翼、肋条叶尖、机匣喷气和叶顶喷气等不同的方式均在一定程度上有效的改善了叶顶泄漏流动的发展，提高了涡轮级的气动性能，并且在工程实践中得到了应用。

相关技术中，通过在在叶顶加装封严结构减小叶顶泄漏流动，叶冠的封严结构因具有良好的气动性能以及结构特性广泛的应用在低压涡轮结构中。叶冠几何结构的复杂性使得其流动和热力学过程十分复杂，在叶顶间隙内存在旋涡、分离以及在叶冠出口存在射流等流动并且相互之间的作用。

然而，由于带冠涡轮叶顶间隙泄漏流与主流的速度三角形不匹配，泄漏流从出口腔流出后，与主流发生掺混会进一步影响涡轮出口的气动参数，传统的叶冠篦齿封严结构仅仅是在机匣或者叶冠上增加单侧的密封齿，其密封效果有限，如何进一步提高叶冠内的密封性能，不仅有难度而且十分必要。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种涡轮机叶顶间隙密封结构，通过在叶冠上布置双侧篦齿封严机构最大化减少叶冠内的泄漏流体，通过适当的齿距、齿厚调节泄漏流在叶冠内的流动状态，减低泄漏流体在叶冠内的流动损失和流出叶冠后与主流流体的掺混损失，提高涡轮级的气动性能。

本发明的第二个目的在于提出一种涡轮机。

为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种涡轮机叶顶间隙密封结构，所述涡轮机包括机匣和动叶，所述动叶具有叶顶，所述叶顶上设有叶冠，所述涡轮机叶顶间隙密封结构包括：多个第一篦齿，多个所述第一篦齿彼此间隔开且设于所述叶冠的朝向所述机匣内壁的第一壁面上；多个第二篦齿，多个所述第二篦齿彼此间隔开且设于所述机匣的内壁上，其中多个第一篦齿和多个第二篦齿相对且交错布置。

另外，根据本发明上述实施例的涡轮机叶顶间隙密封结构还可以具有如下附加的技术特征：

根据本发明的一个实施例，所述机匣的内壁上设有容纳所述叶冠的容纳槽，所述第一篦齿和所述第二篦齿均容纳在所述容纳槽内。

根据本发明的一个实施例，每个所述第一篦齿和每个所述第二篦齿的主投影形状均为梯形。

根据本发明的一个实施例，所述叶冠入口的宽度为4τ。

根据本发明的一个实施例，所述叶冠的邻近所述叶冠入口的侧壁与所述叶冠底壁之间的夹角为77.6°，所述第一篦齿与所述叶冠顶壁之间的夹角为102.4°。

根据本发明的一个实施例，所述第一篦齿的齿顶宽度为τ，所述第一篦齿的齿顶与所述容纳槽的顶壁之间的距离为τ，所述叶冠的顶壁和底壁之间沿平行于所述容纳槽侧壁方向的间距为2.5τ。

根据本发明的一个实施例，所述第二篦齿的齿根与齿顶之间沿平行于所述容纳槽侧壁方向的间距为4τ。