[发明专利]一种燃气轮机级间密封环结构

说明书

本发明提供了一种燃气轮机级间密封环结构，属于机械构造设计领域。本发明提供的燃气轮机级间密封环结构，在级间密封环上径向供气孔增加进气角度。本发明中，在级间密封环径向孔中设置有切向角结构，增加气流经过径向孔后的预旋转，从而减小气流与转子面间的周向速度差，减弱气体流过转子面后的摩擦阻力产生的升温，在相同的轮盘冷却要求下降低冷却空气用量。本发明的级间密封环结构在保证原流路结构基本不变的前提下，实现了优化，零件加工简单，安装方便，维护成本低。

技术领域

本发明涉及机械构造设计领域，尤其涉及一种燃气轮机级间密封环结构。

背景技术

在燃气轮机中，转子轮盘工作温度较高，如果不对其温度加以控制，其过高的温度会导致强度的下降，进而影响机组的安全运行。为转子轮盘降温的通常做法是引入冷却空气，冷却空气一般会从静叶外围带处的供气腔供气，气体流过静叶内部通道后，进入静叶内围带与级间密封环组成的供气腔室，最后通过上游密封和下游密封后分别对上游轮盘和下游轮盘进行冷却，最终，冷却过轮盘后的气体会通过动静间隙汇入主流，对动静间隙起到密封，防止高温燃气侵入盘腔，对轮盘造成烧蚀。

参照附图1，目前的燃气轮机中，级间密封环安装在静叶内围带外伸端17上，与挡板18、静叶内围带16共同围成供气腔1，并与上、下游轮盘分别构成上游盘腔2、下游盘腔3。安装在级间密封环9上的上游盘腔入口密封齿5与轮盘密封外伸端10共同构成上游盘腔2冷却气通道，冷却空气量由上游盘腔入口密封齿5与轮盘密封外伸端10之间的间隙来控制。安装在级间密封环上的蜂窝密封11与加工在轮盘伸出翼19上的下游盘腔入口高低密封齿7共同构成下游盘腔3冷却气通道，冷却空气量由蜂窝密封11与轮盘伸出翼19上下游盘腔入口高低密封齿7之间的间隙来控制。上游轮盘和下游轮盘冷却空气的供气通过级间密封环9上的径向供气孔6来实现，气流由供气腔1经过径向供气孔6流入盘腔4，然后经过各自入口密封分别流入上游盘腔2和下游盘腔3，对轮盘8进行冷却后最终流入主流，轮盘最终所需冷却空气量的多少与冷却空气的温度相关，冷却空气温度越高，用气量越多，相应的机组效率就越低。

目前的燃气轮机中，冷却空气在由供气腔1流入盘腔3的过程中，经过了径向供气孔6、盘腔4、蜂窝密封11以及下游盘腔入口高低密封齿7，经过此四个部件后，由于热交换而使得气流自身温度升高，另外，由于盘腔4存在转子面12，高低密封齿7为转动件，蜂窝密封11为静止件，气流与转动面间存在周向速度差，摩擦阻力会使得气流温度进一步升高，因此在轮盘的冷却要求相同的情况下，摩阻温升使得进入盘腔3的冷却空气温度升高，额外增加了冷却空气用量，但是冷却空气量的增加会使得机组性能下降。

在中国专利申请文献CN204783122U中，公开了一种燃气轮机透平流量调节结构，用于调节透平静叶与相邻的两级透平动叶之间的冷却气流流量，包括密封环，所述密封环安装于所述透平静叶的内壁上，所述密封环的内壁上设有密封齿，使所述密封环与相邻的两级所述透平动叶之间形成冷却气流通道；所述两级透平动叶之间设有连接部，所述密封环与所述连接部相对设置，所述密封环与所述连接部之间形成所述冷却气流通道；所述密封齿为空间螺旋形结构，所述冷却气流通道为螺旋形的气流通道；所述密封齿与所述密封环为一体结构；所述密封齿的截面形状为梯形、半圆形、三角形或者矩形中的任意一种；所述密封齿为左旋或者右旋的螺旋形。该结构调节了两级透平动叶之间的冷却气流流量，但是螺旋形齿加工难度大，为了精确控制流量，加工精度要求高，增加了加工成本，另外，在机组运行中一旦密封齿损伤，则大修时需要更换整个密封环，维护成本高。螺旋齿与轮盘连接部间较大的间隙设置会增大密封的透气效应，实际通过流道的冷却气量会比设计值大的多，影响机组效率，该方案也无法减小冷气用量。