[发明专利]一种斜篦齿涡轮级间封严结构及燃气轮机

说明书

本发明一种斜篦齿涡轮级间封严结构及燃气轮机，属于燃气轮机领域；包括涡轮静盘和涡轮动盘，所述涡轮静盘和涡轮动盘之间设置有间隙；所述涡轮静盘和涡轮动盘之间设置有封严模块，所述封严模块包括设置于涡轮静盘上的两级环形斜篦齿；第一级斜篦齿沿涡轮静盘的凸肩内壁面周向设置，第二级斜篦齿沿涡轮静盘的内端面周向设置，两级斜篦齿的腔室入口均朝向高温燃气来流方向，用于增加燃气流通阻力。本发明的封严结构处，高温主流在斜篦齿形成的腔室内产生很强的涡流，强化了篦齿封严内部的气流掺混与能量耗散，增加燃气流通阻力，进而达到抑制燃气入侵的作用。

技术领域

本发明属于燃气轮机领域，具体涉及一种斜篦齿涡轮级间封严结构及燃气轮机。

背景技术

在燃气轮机这类旋转机械中，涡轮部件由于其固有特性，呈转子、静子交替排列，这就导致两者之间必然存在一定间隙，在此处空气“可进可出”，由于材料和工艺的限制，涡轮盘能承受的耐温极限相比于其他部件较低，特别是动盘，长期工作于高温和高转速的恶劣环境下，受到极高的热应力和离心拉应力，超温工作过久，可能发生涡轮盘破裂等严重事故，所以有必要从压气机引一部分冷气用于阻止高温燃气侵入盘腔深处，如果封严冷气不足，会导致主流高温燃气侵蚀涡轮盘，大大降低涡轮寿命；然而引气量过高则会降低燃气轮机整机效率。

在贾兴运等人在《热能动力工程》的2021年6月第六期上发表的《燃气轮机涡轮盘腔燃气入侵与封严技术进展》中，指出若通过盲目缩小封严间隙，在减弱燃气入侵的同时也抑制了冷气出流，若在轮缘密封处增加更为复杂的结构虽会带来良好的封严效果，但会带来加工难、装配难等一系列新的问题。

因此，本发明提供的可以减小最小封严流量的新型斜篦齿封严结构具有十分重要的工程应用价值。

相对于传统的级间封严结构，斜篦齿涡轮级间封严结构会对主流燃气侵入形成很大的阻尼作用，从而具有良好的封严特性，同时也保证在高速旋转状态下也可以防止动、静盘之间发生碰磨、刮蹭。

发明内容

要解决的技术问题：

为了避免现有技术的不足之处，本发明提供一种斜篦齿涡轮级间封严结构及燃气轮机，高温主流在斜篦齿形成的腔室内产生很强的涡流，配合齿尖凸台，强化了篦齿封严内部的气流掺混与能量耗散，增加燃气流通阻力，同时由于斜篦齿的第一型面设置为倾斜段，也易于冷气出流，进而从两方面达到减弱燃气入侵现象的目的。

本发明的技术方案是：一种斜篦齿涡轮级间封严结构，包括涡轮静盘和涡轮动盘，所述涡轮静盘和涡轮动盘之间设置有间隙；所述涡轮静盘和涡轮动盘之间设置有封严模块，所述封严模块包括设置于涡轮静盘上的两级环形斜篦齿；

第一级斜篦齿沿涡轮静盘的凸肩内壁面周向设置，第二级斜篦齿沿涡轮静盘的内端面周向设置，两级斜篦齿的腔室入口均朝向高温燃气来流方向，用于增加燃气流通阻力。

本发明的进一步技术方案是：所述斜篦齿包括倾斜段、平直段和齿尖凸台，所述倾斜段根部固定于涡轮静盘上；所述平直段一端与倾斜段相接，另一端设置有齿尖凸台；所述齿尖凸台位于平直段内侧，与涡轮静盘相对；由倾斜段、平直段和齿尖凸台构成的环形腔室入口朝向高温燃气来流方向；

所述倾斜段与高温燃气来流的夹角为α，与封严冷气来流的夹角为β；斜篦齿的截面宽度为W。

本发明的进一步技术方案是：所述倾斜段与高温燃气来流的夹角α＝45°，与封严冷气来流的夹角β＝135°。

本发明的进一步技术方案是：所述第一级斜篦齿的平直段平行于涡轮静盘的凸肩内壁面，第二级斜篦齿的平直段平行于涡轮静盘的内端面，两级斜篦齿分别与涡轮静盘凸肩内壁面、内端面之间的距离即为篦齿高度d。

本发明的进一步技术方案是：所述斜篦齿的截面宽度W与篦齿高度d的关系为：W＝0.4d。