[发明专利]一种燃气轮机冷却气流逐级利用的部件冷却-轮缘密封结构

说明书

一种燃气轮机冷却气流逐级利用的部件冷却‑轮缘密封结构，包括静叶片及其静叶平台，前级动叶片及前级动叶盘等。在静叶平台内设置了预混腔室和配气腔室，叶片内部冷却气流经过静叶底部的冷却气流出气孔流入预混腔室，后从配气腔室开设的冷却气流喷射孔射入第一转静腔室，一路冷却气流冷却前级动叶盘后，沿径向方向由内而外流动，经上游轮缘间隙汇入主流；另一路冷却气流经密封降温、降压、增速后流入第二转静腔室，对后级动叶盘冷却后，经下游轮缘间隙汇入主流。本发明逐级充分利用冷却气流的冷源特性，冷却气流冷却各部件后对轮缘间隙进行密封，提高了汇入主流时的温度，减少冷气损失，从而利用单股冷却气流实现部件冷却和轮缘密封的功能。

技术领域

本发明属于燃气轮机领域，具体涉及一种燃气轮机冷却气流逐级利用的部件冷却-轮缘密封结构。

背景技术

燃气轮机部件在实际热运行工况下会产生热弹性变形、离心变形以及轴系振动，为了防止转动件与静止件的接触和剐蹭，动静部件之间必须留有间隙值。当静叶隔板与旋转涡轮盘构成的转静盘腔内部压力低于主流压力时，会发生燃气入侵现象，高温燃气经过轮缘间隙进入盘腔，对轮盘表面进行烧蚀，轮缘高半径区域与轮盘内径之间的温度梯度增加，轮盘热应力急剧增加，造成有害变形，严重时导致轮盘破裂。为保证涡轮盘的使用寿命及可靠性，目前工程中主要通过从压气机级引入低温封严气流在轮缘间隙处形成压力平衡，同时设计轮缘间隙处的密封结构，增加高温燃气侵入转静盘腔的流动阻力，遏制燃气入侵。

内部冷却空气系统是一个以冷却热端部件、封严间隙和平衡轴向力为主要功能的气路系统，用于减少燃气入侵的冷却气流即源自内冷空气系统。为了保证高温部件的可靠性，往往需要在多处进行冷却和密封，大量的冷却气流汇入高温主流燃气，势必会带来严重的冷却气流损失，降低涡轮效率，增加燃油油耗，极大地减弱了提高涡轮进口燃气温度带来的优越性。基于以上原因，本发明提出了一种燃气轮机冷却气流逐级利用的部件冷却-轮缘密封结构，仅利用单股冷却气流实现静叶冷却、轮盘冷却和轮缘密封的功能，在减少冷却气流量的同时，缩小了冷却气流汇入参数与高温主流参数间的差距，具有功能多样、结构简单、冷却气流损失小等特点，在兼顾机组安全性的同时，提高了经济性。

发明内容

为了实现燃气轮机叶片冷却、轮盘冷却和轮缘密封的功能，传统的设计至少需要引入两股冷却气流，结构复杂且造成的冷却气流损失较大，为了避免现有技术存在的不足，本发明提出了一种燃气轮机冷却气流逐级利用的部件冷却-轮缘密封结构，该结构可以充分利用冷却气流的冷源特性对各部件进行逐级冷却，再汇入主流实现轮缘密封，减少了冷却气流损失，简化了内部冷却空气系统。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种燃气轮机冷却气流逐级利用的部件冷却-轮缘密封结构，包括静叶片及其静叶平台，前级动叶片及前级动叶盘，后级动叶片及后级动叶盘，密封定子，密封转子，以及转轴；

前级动叶盘、密封转子和后级动叶盘依次安装在转轴上，且密封转子两侧与前级动叶盘和后级动叶盘分别通过端面齿连接；

前级动叶片与前级动叶盘通过叶根-轮缘结构连接，沿主流流动方向的前级动叶片后方为静叶片，静叶片下方为静叶平台，静叶片为空心静叶，在静叶片的上方开设冷却气流进气孔，静叶内部隔板将静叶片内部划分形成内部冷却通道，在静叶片的下方与静叶平台的连结处开设冷却气流出气孔，静叶平台内部存在连通的预混腔室和配气腔室，配气腔室左侧布置有冷却气流喷射孔，静叶平台的下方安装密封定子，密封定子下方为密封转子；

前级动叶盘与静叶平台之间形成第一转静腔室，后级动叶盘与静叶平台之间形成第二转静腔室，密封定子与密封转子配合形成密封结构；

沿主流流动方向的静叶片后方为后级动叶片，后级动叶片与后级动叶盘通过叶根-轮缘结构连接。

本发明进一步的改进在于，静叶片的前缘和尾缘内部的冷却通道为直通道，静叶中弦为U型转弯蛇形通道。