一种基于多翼离心叶片的高温涡轮盘腔封严结构及涡轮

技术领域

本发明涉及涡轮技术领域，具体涉及一种基于多翼离心叶片的高温涡轮盘腔封严结构及涡轮。

背景技术

近年来，利用气体工质压力能和热能的涡轮应用十分广泛，结构型式也多种多样，为工业生产、民众生活提供电力和动力。根据卡诺定律，为了使单位体积的涡轮设备具有更高的能量转换率，就需要提高涡轮的进气温度。然而在实际运行过程中，由于主流道内高温气体的压力较高，有一部分高温气体会在压差作用下侵入涡轮盘腔中，并对高速旋转的叶轮轮盘形成烧蚀，严重影响运行安全性，因此采用合适的技术手段控制高温气体工质向涡轮盘腔的侵入是提高涡轮运行安全性的重要途径。

目前控制燃气侵入盘腔的技术方法很多，包括各类轮缘封严结构、冷却气射流等，上述方法的基本原理是：通过增加高温燃气侵入盘腔的流动阻力，并结合着冷气从盘腔内向涡轮主通道喷出来抑制燃气入侵，防止由涡轮盘过热而引起的安全性问题。但是，现有技术中在控制燃气侵入盘腔时封严冷气通过复杂轮缘密封间隙造成封严能力不足，高温燃气接触轮盘结构造成过热问题。

发明内容

因此，本发明要解决的技术问题在于现有技术中在控制燃气侵入盘腔我方案号HA202208747

时封严冷气通过复杂轮缘密封间隙造成封严能力不足，高温燃气接触轮盘结构造成过热问题，从而提供一种基于多翼离心叶片的高温涡轮盘腔封严结构及涡轮。

为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：

一种基于多翼离心叶片的高温涡轮盘腔封严结构，至少包括：涡轮导叶盘后壁面；涡轮动叶轮盘前壁面，与所述涡轮导叶盘后壁面之间的空间形成适于封严气体流动的封严流道；多翼离心叶片，沿所述涡轮动叶轮盘前壁面的周向方向间隔设置有若干所述多翼离心叶片，所述多翼离心叶片适于在涡轮的叶轮轮盘高速旋转时，推动涡轮盘腔内的封严气体沿所述封严流道向涡轮盘腔外缘方向运动，以限制高温燃气通过所述封严流道向涡轮盘腔内侵入。

进一步地，所述多翼离心叶片的中弧线形式包括单圆弧形、分段圆弧形以及三次B样条形中的一种或多种。

进一步地，所述多翼离心叶片的截面形状包括NACA翼型和/或Clark翼型。

进一步地，沿封严气体的流动方向上所述封严流道逐渐收缩。

进一步地，所述封严流道的通流截面形状包括直线型收缩截面、圆弧形收缩截面以及样条曲线型收缩截面中的一种或多种。

进一步地，所述封严流道的截面进口半径与所述多翼离心叶片的进口半径一致；所述封严流道的截面出口半径与所述多翼离心叶片的出口半径一致；所述封严流道的截面形状与所述多翼离心叶片的叶高变化一致。

一种涡轮，包括上述任一项所述的基于多翼离心叶片的高温涡轮盘腔封严结构。

进一步地，所述涡轮的类型包括轴流式、混流式、单级结构及多级结我方案号HA202208747

构中的一种或多种。

进一步地，所述涡轮的高温工质来源包括大气环境、发动机尾气、燃气、工业排放烟气、压缩空气、太阳能集热器高温气、蓄热器高温气以及化工过程高温气体中的一种或多种。

本发明技术方案，具有如下优点：

本发明提供的基于多翼离心叶片的高温涡轮盘腔封严结构，通过在涡轮动叶轮盘前壁面上设置多翼离心叶片，当涡轮的叶轮轮盘高速旋转时，利用多翼离心叶片推动涡轮盘腔内的封严气体沿封严流道向涡轮盘腔外缘方向运动，从而限制高温燃气通过所述封严流道向涡轮盘腔内侵入，避免高温燃气接触轮盘结构造成过热问题；而且，在不增加封严气体的前提下，通过增大封严气体的流速来提高封严效果，避免因封严冷气过量而进入涡轮主流流道与主流掺混而影响涡轮气动性能。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例中的基于多翼离心叶片的高温涡轮盘腔封严结构的示意图；

图2为图1中的多翼离心叶片处的示意图；

图3为图1中的封严流道处的示意图；

图4为图3中一个实施例的A部放大示意图；

图5为图3中又一个实施例的A部放大示意图；

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图6为图3中又一个实施例的A部放大示意图。

附图标记：

1、动叶片；2、动叶轮毂；3、多翼离心叶片；4、涡轮导叶盘后壁面；5、涡轮动叶轮盘前壁面；6、封严流道；7、叶轮旋转轴；8、导叶；9、封严气体；10、高温气体工质。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼我方案号HA202208747

此之间未构成冲突就可以相互结合。

图1为本发明实施例中的基于多翼离心叶片的高温涡轮盘腔封严结构的示意图；图2为图1中的多翼离心叶片处的示意图；图3为图1中的封严流道处的示意图；如图1、图2以及图3所示，本实施例中提供一种基于多翼离心叶片3的高温涡轮盘腔封严结构，至少包括：涡轮导叶盘后壁面4；涡轮动叶轮盘前壁面5，与涡轮导叶盘后壁面4之间的空间形成适于封严气体9流动的封严流道6；多翼离心叶片3，沿涡轮动叶轮盘前壁面5的周向方向间隔设置有若干多翼离心叶片3，多翼离心叶片3适于在涡轮的叶轮轮盘高速旋转时，推动涡轮盘腔内的封严气体9沿封严流道6向涡轮盘腔外缘方向运动，以限制高温燃气通过封严流道6向涡轮盘腔内侵入。其中，多翼离心叶片3的叶片数量、多翼离心叶片3进口半径R

本实施例中提供的基于多翼离心叶片3的高温涡轮盘腔封严结构，通过在涡轮动叶轮盘前壁面5上设置多翼离心叶片3，当涡轮的叶轮轮盘高速旋转时，利用多翼离心叶片3推动涡轮盘腔内的封严气体9沿封严流道6向涡轮盘腔外缘方向运动，从而限制高温燃气通过封严流道6向涡轮盘腔内侵入，避免高温燃气接触轮盘结构造成过热问题；而且，在不增加封严气体9的前提下，通过增大封严气体9的流速来提高封严效果，避免因封严冷气过量而进入涡轮主流流道与主流掺混而影响涡轮气动性能。

其中，多翼离心叶片3的中弧线形式包括单圆弧形、分段圆弧形以及三次B样条形中的一种或多种。

其中，多翼离心叶片3的截面形状包括NACA翼型和/或Clark翼型。

其中，沿封严气体9的流动方向上封严流道6逐渐收缩。如此设置，我方案号HA202208747

通过多翼离心叶片3的鼓风效应，能够促进低温的封严气体9进入主流，防止高温主流气进入盘腔空间内，降低涡轮导叶盘后壁面4和涡轮动叶轮盘前壁面5的温度，防止上述壁面烧坏，实现保护涡轮结构的目的。

图4为图3中一个实施例的A部放大示意图；图5为图3中又一个实施例的A部放大示意图；图6为图3中又一个实施例的A部放大示意图；如图4、图5以及图6所示，其中，封严流道6的通流截面形状包括直线型收缩截面(图4)、圆弧形收缩截面(图5)以及样条曲线型收缩截面(图6)中的一种或多种。如此设置，可以进一步对封严冷却气进行加速，阻碍高温主流对轮盘空腔的侵入。

其中，封严流道6的截面进口半径与多翼离心叶片3的进口半径一致；封严流道6的截面出口半径与多翼离心叶片3的出口半径一致；封严流道6的截面形状与多翼离心叶片3的叶高变化一致。

另一个实施例中提供一种涡轮，包括上述任一项的基于多翼离心叶片3的高温涡轮盘腔封严结构。其中，该涡轮还包括动叶片1、动叶轮毂2、叶轮旋转轴7以及导叶8；其中，动叶片1设置在动叶轮毂2上，导叶8安装在涡轮导叶盘上，动叶轮毂2以及与其相连的叶轮轮盘能够绕着叶轮旋转轴7转动。工作时，高温气体工质10首先进入导叶，在导叶8中加速，随后进入叶轮，流经动叶片1时，推动叶轮轮盘转动做功。其中，涡轮的高温气体工质10来源包括大气环境、发动机尾气、燃气、工业排放烟气、压缩空气、太阳能集热器高温气、蓄热器高温气、化工过程高温气体等。

其中，涡轮的类型包括轴流式、混流式、单级结构及多级结构中的一种或多种。其中，涡轮个数及几何外形和结构尺寸、转速可以随总体热力学设计参数确定。综上所述，本申请中的基于多翼离心叶片的高温涡轮盘我方案号HA202208747

腔封严结构及涡轮，在保证封严气体量不变的条件下，基于多翼离心风机叶轮转动增加气体动能的原理，能够有效抑制高温燃气侵入，保证高温涡轮运行安全性和使用寿命。

本申请中的基于多翼离心叶片的高温涡轮盘腔封严结构及涡轮，封严流道的截面形状可根据高温涡轮实际运行工况和条件优化设计，因此可适用于运行在不同工况下的高温涡轮。

显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。