軸流壓氣機/風扇轉靜子徑向間隙無泄漏封嚴結構及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種軸流壓氣機/風扇轉靜子徑向間隙無泄漏封嚴結構及方法，屬于葉輪機械技術領域。
【背景技術】
[0002]對于燃氣渦輪發動機和燃氣輪機，為防止軸流壓氣機/風扇轉子葉片葉尖與靜止的外機匣內表面碰擦、靜子葉片葉尖與轉動輪轂碰擦，需要留有徑向間隙。氣流在壓氣機/風扇內沿流程壓力不斷升高，該徑向間隙會造成氣體倒流影響壓氣機/風扇性能。為了減少氣體倒流，對于靜子常采用篦齒結構進行封嚴；對于帶箍環的轉子(即轉子葉片葉尖處用圓環箍緊、以增加轉子的整體剛性和強度，這種結構在先進風扇有應用)也可采用類似結構進行封嚴。但是采用篦齒封嚴無法做到沒有氣體泄漏、倒流；對于帶箍環的轉子葉片這種泄漏會造成氣體在葉尖處循環、被葉片反復加功、增溫，造成外機匣溫度不斷升高、可能導致機匣損壞。
[0003]周正貴、張益豪在申請的發明專利“葉片式無泄漏封嚴裝置”(專利申請號:201310540014.8)中提出一種葉片式封嚴結構，利用軸流壓氣機葉片吸氣原理實現無泄漏。對于葉片出口壓力與進口壓力差較小(又可稱為逆壓力梯度較小)的轉子或靜子，采用這種結構是有效的；但對于逆壓力梯度較大的轉靜子，由于出口高壓力的作用可會造成封嚴葉片失速(即產生倒流)。一旦封嚴葉片失速，該封嚴裝置將失去封嚴效果，這時倒流流量會遠大于篦齒封嚴。
【發明內容】
[0004]本發明目的在于提出一種軸流壓氣機/風扇轉靜子徑向間隙無泄漏封嚴結構及方法。
[0005]一種軸流壓氣機/風扇轉靜子徑向間隙無泄漏封嚴結構，包括外機匣、轉子葉片、轉子箍環、靜子葉片、靜子內環、轉動輪轂；所述轉子葉片的葉根安裝于轉動輪轂上，所述靜子葉片的葉根安裝于外機匣上；所述轉子葉片的葉尖由轉子箍環相連，所述轉子箍環位于外機匣的機匣環形凹槽中；所述靜子葉片的葉尖由靜子內環相連，所述靜子內環位于轉動輪轂的輪轂環形凹槽中；其特征在于:所述轉子箍環的進氣端側面安裝一圈轉子封嚴葉片，轉子封嚴葉片按離心壓氣機轉子葉片工作原理設計得到；所述靜子葉片下游的輪轂環形凹槽的側面安裝一圈靜子封嚴葉片，靜子封嚴葉片同樣按離心壓氣機轉子葉片工作原理設計得到。
[0006]所述的軸流壓氣機/風扇轉靜子徑向間隙無泄漏封嚴結構，其特征在于:
轉子葉片上游的機匣環形凹槽的側面與轉子封嚴葉片之間具有配合間隙；靜子葉片與靜子封嚴葉片之間具有配合間隙，間隙尺寸應在確保安全運行前提下盡可能小。
[0007]壓氣機/風扇運轉時，轉子封嚴葉片和靜子封嚴葉片旋轉，利用離心作用力使氣體徑向向外流動，阻止氣體倒流。對于高壓比的壓氣機/風扇，轉速較高、離心力也相應較大，因此可有效阻止氣體倒流。
[0008]本項發明所提出的利用離心壓氣機工作原理構成的封嚴結構，可直接用于軸流壓氣機/風扇(尤其適用于高壓比壓氣機/風扇)實現無泄漏封嚴。
【附圖說明】
[0009]圖1轉靜子葉片與封嚴整體示意圖；
圖2封嚴葉片軸向投影圖；
圖中標號名稱:1.外機匣、2.配合間隙、3.轉子封嚴葉片、4.轉子葉片、5.轉子箍環、6.機匣環形凹槽、7.靜子葉片、8.靜子內環、9.靜子封嚴葉片、10.轉子輪轂、11.輪轂環形凹槽。
[0010]具體實施方法
由圖1，轉子葉片4葉根安裝在輪轂10上；葉尖由轉子箍環5相連。靜子葉片7葉根安裝在外機匣I上；葉尖由靜子內環8相連。一圈轉子封嚴葉片3安裝在轉子箍環5的左側端面；轉子封嚴葉片3與機匣環形凹槽5左側端面形成配合、配合間隙2在0.2?0.4_之間。一圈靜子封嚴葉片9安裝在輪轂環形凹槽11的右側端面；靜子封嚴葉片9與輪轂環形凹槽11右側端面之間形成配合、配合間隙2在0.2?0.4_之間。
[0011]由圖2，轉子封嚴葉片3和靜子封嚴葉片9采用等厚度和等高度，其外形設計采用常規離心壓氣機轉子葉片設計方法，具體步驟如下:①首先采用計算機仿真或實驗測量方法，獲得封嚴進出口總壓、進口總溫；②根據輪緣速度及上述參數確定封嚴葉片進出口速度三角形進行葉片數量選擇和葉片氣動外形設計。④采用計算機仿真或實際檢驗設計效果，如不滿足要求返回③修改葉片數和葉片動外形。
[0012]壓氣機/風扇運轉時，轉子封嚴葉片3和靜子封嚴葉片9旋轉，對氣體產生徑向向外的離心力、使氣體徑向向外流動，阻止轉子箍環5與機匣環形凹槽6之間徑向間隙內氣體倒流；阻止靜子內環8與輪轂環形凹槽11之間徑向間隙內氣體倒流；實現轉靜子徑向間隙內無氣體泄漏、倒流。
【主權項】
1.一種軸流壓氣機/風扇轉靜子徑向間隙無泄漏封嚴結構，包括外機匣(I )、轉子葉片(4)、轉子箍環(5)、靜子葉片(7)、靜子內環(8)、轉動輪轂(10);所述轉子葉片(4)的葉根安裝于轉動輪轂(10)上，所述靜子葉片(7)的葉根安裝于外機匣(I)上；所述轉子葉片(4)的葉尖由轉子箍環(5)相連，所述轉子箍環(5)位于外機匣(I)的機匣環形凹槽(6)中；所述靜子葉片(7)的葉尖由靜子內環(8)相連，所述靜子內環(8)位于轉動輪轂(10)的輪轂環形凹槽(11)中； 其特征在于: 所述轉子箍環(5)的進氣端側面安裝一圈轉子封嚴葉片(3)，轉子封嚴葉片(3)按離心壓氣機轉子葉片工作原理設計得到； 所述靜子葉片(7)下游的輪轂環形凹槽(11)的側面安裝一圈靜子封嚴葉片(9)，靜子封嚴葉片(9)同樣按離心壓氣機轉子葉片工作原理設計得到。2.根據權利要求1所述的軸流壓氣機/風扇轉靜子徑向間隙無泄漏封嚴結構，其特征在于: 轉子葉片(4)上游的機匣環形凹槽(6)的側面與轉子封嚴葉片(3)之間具有配合間隙(2);靜子葉片(7)與靜子封嚴葉片(9)之間具有配合間隙(2)。3.根據權利要求1所述的軸流壓氣機/風扇轉靜子徑向間隙無泄漏封嚴結構的方法，其特征在于:轉動輪轂(10)運轉時，轉子封嚴葉片(3)和靜子封嚴葉片(9)旋轉，利用離心作用力使氣體徑向向外流動，阻止氣體倒流。
【專利摘要】本發明涉及一種軸流壓氣機/風扇轉靜子徑向間隙無泄漏封嚴結構及方法，屬于葉輪機械技術領域。它包括外機匣（1）、轉子葉片（4）、轉子箍環（5）、靜子葉片（7）、靜子內環、（8）轉動輪轂（10）；本發明其特征在于：轉子箍環（5）的進氣端側面安裝一圈轉子封嚴葉片（3）；靜子葉片（7）下游的輪轂環形凹槽（11）的側面安裝一圈靜子封嚴葉片（9）。轉動輪轂（10）運轉時，轉子封嚴葉片（3）和靜子封嚴葉片（9）旋轉，利用離心作用力使氣體徑向向外流動，阻止氣體倒流。
【IPC分類】F04D29/08
【公開號】CN104963886
【申請號】CN201510376533
【發明人】周正貴, 張金環, 崔翠
【申請人】南京航空航天大學
【公開日】2015年10月7日
【申請日】2015年7月1日