一种具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮的制作方法

1.本发明涉及一种燃气轮机的涡轮，尤其涉及一种具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮，属于船用燃气轮机领域。


背景技术：

2.船用燃气轮机在设计工况下运行仅占全年运行总时间的1.4％，远离设计工况点会导致燃机性能参数发生变化，效率降低，油耗率急剧上升。因此，为了改善船用燃气轮机各部件的匹配关系，以提高其宽工况性能，变几何涡轮技术应运而生。为了保证可调静叶的转动特性，静叶的上、下端壁留有间隙，端部间隙的存在引起了泄漏损失，进而影响涡轮效率。依据现有的技术特点，人们希望变几何涡轮满足燃气轮机宽工况性能的同时可以降低可调静叶的端部间隙泄漏损失。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于有效提高变几何涡轮的气动效率，设计一款可靠性高的具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮。
4.本发明的目的是这样实现的：包括机匣、轮毂、可调静叶片，可调静叶沿轮毂周向均匀布置，每个可调静叶片上、下两端带有旋转轴，每个可调静叶片上端的旋转轴通过机匣的安装孔，与机匣外周向的联动环相连，联动环调整每个可调静叶的旋转角度，每个可调静叶片下端的旋转轴设置在轮毂静叶片插槽中，可调静叶的上端部和下端部设置凹槽，凹槽内设置蜂窝密封结构，上端部的蜂窝密封结构包括以旋转轴为界形成前、后凹槽边缘的内部蜂窝密封结构，下端部的蜂窝密封结构包括以旋转轴为界形成前、后凹槽边缘的内部蜂窝密封结构。
5.进一步地，可调静叶片的上端部与机匣留有间隙，可调静叶片的下端部与轮毂留有间隙。
6.进一步地，可调静叶上端部旋转轴轴径大于下端部旋转轴轴径。
7.进一步地，在可调静叶的上、下端面以旋转轴为界沿叶片边缘处布置凹槽，以旋转轴为界在可调静叶的上、下端面凹槽内布置六边形凹槽的蜂窝密封结构。可调静叶片端部边缘凹槽结构的厚度为叶片上、下端面之间径向距离的0.5％～4％，可调静叶片端部六边形蜂窝密封结构的厚度为叶片上、下端面之间径向距离的0.5％～3％，可调静叶片端部边缘凹槽深度为叶片上、下端面之间径向距离3％～6％，可调静叶片端部六边形蜂窝密封结构凹槽深度为叶片上、下端面之间径向距离2％～5％，叶片端部一个六边形蜂窝密封结构的凹槽内面积为可调静叶片端部凹槽内面积的3％～8％。
8.与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明从变几何涡轮内部流动和损失分布的基理出发，结合计算流体力学软件仿真结果，通过可调静叶端部凹槽以及蜂窝密封结构，增加端区间隙流动阻力，抑制端区间隙泄漏量，降低了间隙泄漏流动损失，减少了变几何涡轮对端区间隙高度的敏感度，提高变几何涡轮的宽工况运行特性。此外，本发明结构可
靠，可有效保证工程实际应用。
附图说明
9.图1是本发明的子午视图；
10.图2是叶片端部带有蜂窝密封结构的可调静叶片结构示意图；
11.图3是图1中的a向视图；
12.图4是图3中的b-b剖面图。
具体实施方式
13.下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
14.结合图1～4,本发明由机匣1、可调静叶片4、轮毂7组成，可调静叶片的上端面8和下端面11上分别设置旋转轴9和旋转轴10，可调静叶片上端面旋转轴9安装于机匣1中，可调静叶片下端面旋转轴10安装于轮毂7中，上、下旋转轴轴心位于同一旋转轴轴线上，便于控制可调静叶的旋转角度，并且上旋转轴9轴径大于下旋转轴19轴径，以保证旋转过程可靠，可调静叶片上端面8、下端面11分别与机匣1、轮毂7之间布置间隙。图中w1为可调静叶端部凹槽厚度，w2为可调静叶端部六边形蜂窝密封厚度，h1为可调静叶端部边缘凹槽深度，h2为可调静叶端部蜂窝密封的六边形凹槽深度，ps为叶片压力面，ss为叶片吸力面。
15.结合图2～4，制造本发明具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮，采用传统方法设计涡轮的可调静叶片。依据给定的运行工况范围与负荷分布，通过计算流体力学仿真软件模拟与试验数据确定具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的结构参数(端部凹槽厚度w1，端部蜂窝密封厚度w2，端部凹槽深度h1，端部蜂窝密封深度h2)。可调静叶片上、下端部边缘凹槽结构2、6的厚度w1为叶片两端面之间径向距离的0.5％～4％，可调静叶片上、下端部六边形蜂窝密封结构3、6的厚度w2为叶片两端面之间径向距离的0.5％～3％；可调静叶片上、下端部凹槽深度h1为叶片两端面之间径向距离3％～6％，可调静叶片上、下端部六边形蜂窝密封结构凹槽深度h2为叶片两端面之间径向距离2％～5％；叶片端部一个六边形蜂窝密封结构的凹槽内面积为可调静叶片端部凹槽内面积的3％～8％。本领域技术人员设计蜂窝密封结构时应综合考虑叶片强度的设计要求、加工难度以及成本等因素。
16.综上，本发明的目的在于提供一种具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮，包括机匣、轮毂、可调静叶片，可调静叶沿轮毂周向均匀布置，每个可调静叶片上、下两端带有旋转轴，每个可调静叶片上端的旋转轴通过机匣的安装孔，与机匣外周向的联动环相连，联动环调整每个可调静叶的旋转角度，每个可调静叶片下端的旋转轴设置在轮毂静叶片插槽中，可调静叶的上端部和下端部设置凹槽，凹槽内设置蜂窝密封结构，上端部的蜂窝密封结构包括以旋转轴为界形成前、后凹槽边缘的内部蜂窝密封结构，下端部的蜂窝密封结构包括以旋转轴为界形成前、后凹槽边缘的内部蜂窝密封结构。本发明能有效减少可调静叶片端部间隙泄漏量，提高变几何涡轮气动效率，提高变几何涡轮宽工况运行的稳定性。


技术特征：
1.一种具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮，其特征在于：包括机匣、轮毂、可调静叶片，可调静叶沿轮毂周向均匀布置，每个可调静叶片上、下两端带有旋转轴，每个可调静叶片上端的旋转轴通过机匣的安装孔，与机匣外周向的联动环相连，联动环调整每个可调静叶的旋转角度，每个可调静叶片下端的旋转轴设置在轮毂静叶片凹槽中，可调静叶的上端部和下端部设置蜂窝密封结构，上端部的蜂窝密封结构包括以旋转轴为界形成前、后凹槽边缘的内部蜂窝密封结构，下端部的蜂窝密封结构包括以旋转轴为界形成前、后凹槽边缘的内部蜂窝密封结构。2.根据权利要求1所述的一种具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮，其特征在于：可调静叶片的上端部与机匣留有间隙，可调静叶片的下端部与轮毂留有间隙。3.根据权利要求1或2所述的一种具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮，其特征在于：上端部旋转轴轴径大于下端部旋转轴轴径。4.根据权利要求1或2所述的一种具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮，其特征在于：在可调静叶的上、下端面以旋转轴为界沿叶片边缘处布置凹槽，凹槽深度为可调静叶上、下端面径向距离的0.5％～4％，凹槽厚度为可调静叶上、下端面径向距离的3％～6％。5.根据权利要求3所述的一种具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮，其特征在于：在可调静叶的上、下端面以旋转轴为界沿叶片边缘处布置凹槽，凹槽深度为可调静叶上、下端面径向距离的0.5％～4％，凹槽厚度为可调静叶上、下端面径向距离的3％～6％。6.根据权利要求4所述的一种具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮，其特征在于：以旋转轴为界在可调静叶的上、下端面凹槽内布置六边形凹槽的蜂窝密封结构。7.根据权利要求5所述的一种具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮，其特征在于：以旋转轴为界在可调静叶的上、下端面凹槽内布置六边形凹槽的蜂窝密封结构。8.根据权利要求6所述的一种具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮，其特征在于：端部六边形蜂窝密封结构的厚度为叶片上、下端面之间径向距离的0.5％～3％，端部六边形蜂窝密封结构的凹槽深度为叶片上、下端面之间径向距离2％～5％，一个六边形蜂窝密封结构的凹槽内面积为可调静叶片端部凹槽内面积的3％～8％。9.根据权利要求7所述的一种具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮，其特征在于：端部六边形蜂窝密封结构的厚度为叶片上、下端面之间径向距离的0.5％～3％，端部六边形蜂窝密封结构的凹槽深度为叶片上、下端面之间径向距离2％～5％，一个六边形蜂窝密封结构的凹槽内面积为可调静叶片端部凹槽内面积的3％～8％。

技术总结
本发明提供一种具有端部蜂窝密封结构的可调静叶的变几何涡轮，可调静叶沿轮毂周向均匀布置，每个可调静叶片上、下两端带有旋转轴，每个可调静叶片上端的旋转轴通过机匣的安装孔，与机匣外周向的联动环相连，联动环调整每个可调静叶的旋转角度，每个可调静叶片下端的旋转轴设置在轮毂静叶片插槽中，可调静叶的上端部和下端部设置凹槽，凹槽内设置蜂窝密封结构，上端部的蜂窝密封结构包括以旋转轴为界形成前、后凹槽边缘的内部蜂窝密封结构，下端部的蜂窝密封结构包括以旋转轴为界形成前、后凹槽边缘的内部蜂窝密封结构。本发明能有效减少可调静叶片端部间隙泄漏量，提高变几何涡轮气动效率，提高变几何涡轮宽工况运行的稳定性。提高变几何涡轮宽工况运行的稳定性。提高变几何涡轮宽工况运行的稳定性。


技术研发人员：曹福堃 马正伟 吴明昊 张亮 唐富佳 冯百强
受保护的技术使用者：中国船舶重工集团公司第七0三研究所
技术研发日：2023.02.20
技术公布日：2023/5/23