一种高温向心透平叶轮背部热管理结构制造技术

本发明专利技术提供一种高温向心透平叶轮背部热管理结构，包括叶轮背部气封板体、通过静叶片与叶轮背部气封板体连接的叶轮前部板体、靠近叶轮背部气封板体设置的转子、与转子连接的叶轮上动环结构、与叶轮上动环结构连接的叶轮背板、设置在叶轮背板上的转子叶轮，叶轮背部气封板体上开设有旁路流道，旁路流道的入口区域设置在静叶片的下游，且靠近转子叶轮的入口区域，旁路流道的出口区域其两侧均布有气封齿。本发明专利技术提供的高温向心透平叶轮背部热管理结构，降低了干气密封注入的低温隔离气（或其他注入的低温气体）对高温透平叶轮产生的热应力，从而提高叶轮工作的安全可靠性。从而提高叶轮工作的安全可靠性。从而提高叶轮工作的安全可靠性。

【技术实现步骤摘要】
一种高温向心透平叶轮背部热管理结构


[0001]本专利技术涉及向心透平的转子结构，具体是一种高温向心透平叶轮背部热管理结构。

技术介绍

[0002]随着行业的发展，高温向心透平的应用逐步增长，如工作温度大于400摄氏度。同时，高温向心透平的运行工质，也从传统的常规空气工质，拓宽到诸如超临界二氧化碳、氦气、氧气等特殊气体，以提升系统效率或减小装备体积重量等。一般，为减少到特殊气体的泄漏，或透平应用环境要求尽量少泄漏或零泄漏，透平装置中会采用干气密封结构。
[0003]干气密封装置的可靠运行，需要从外部注入一股隔离气，并且，当前干气密封装置的运行温度受限与其材料要求，一般要求在270摄氏度以内，因此，注入的隔离气温度一般也要求在270度以内。但在大部分工程应用情况下，为了保证干气密封能够长时间稳定可靠运行，并且承受一定的设计偏差，隔离气温度控制在200度以内。
[0004]从干气密封装置注入的相对低温的隔离气，首先会接触到高温运行环境下的叶轮，当隔离气温度和透平运行温度差异较大时，比如超过200摄氏度时，则会导致透平叶轮产生很大的热变形和热应力，从而影响透平叶轮的安全可靠性，以及寿命等。目前解决热应力的一种方法是直接采用性能更好的材料，比如镍基合金，但成本会显著提高；同时存在部分特殊应用情况，即便提升材料档次也无法解决叶轮热变形和热应力问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种高温向心透平叶轮背部热管理结构，解决了干气密封注入的低温隔离气（或其他注入的低温气体）对高温透平叶轮产生的热应力问题，从而改善提高叶轮工作的安全可靠性。
[0006]一种高温向心透平叶轮背部热管理结构，包括叶轮背部气封板体、通过静叶片与所述叶轮背部气封板体连接的叶轮前部板体、靠近所述叶轮背部气封板体设置的转子、与所述转子连接的叶轮上动环结构、与所述叶轮上动环结构连接的叶轮背板、设置在所述叶轮背板上的转子叶轮，所述叶轮背部气封板体上开设有旁路流道，所述旁路流道的入口区域设置在所述静叶片的下游，且靠近转子叶轮的入口区域，所述旁路流道的出口区域其两侧均布有气封齿。
[0007]所述旁路流道内穿设有旁路流道气流，所述旁路流道的入口区域设置在所述静叶片的下方。
[0008]所述叶轮背部气封板体和所述叶轮上动环结构之间穿设有外部低温气流，所述外部低温气流穿过所述气封齿。
[0009]所述叶轮背部气封板体和所述叶轮背板之间为气封齿内侧区域，所述气封齿内侧区域中穿设有掺混气流，所述掺混气流穿设所述转子叶轮；所述外部低温气流和所述旁路流道气流的交叉位置为气流掺混区域。
[0010]所述叶轮背部气封板体和所述叶轮前部板体之间穿设有透平入口气流，所述透平入口气流与所述静叶片接触。
[0011]所述叶轮前部板体和所述转子叶轮之间穿设有透平出口气流。
[0012]所述气封齿为凹凸不平的齿条状。
[0013]本专利技术达成以下显著效果：（1）在不影响向心透平装置整体方案的前提下，仅仅通过在其背部气封板体上开设旁路流道，即可有效地解决高温向心透平叶轮热应力问题；（2）本专利技术则可以有效降低成本，同时增加运行安全可靠性，不需要更换更高档次叶轮材料，就能解决叶轮的热应力；（3）此外，对于通过更换材料仍然无法解决叶轮热应力或其他相关问题的情况，本专利技术则可以从根本上解决相关问题，满足设计安全可靠性要求；（4）本专利技术实施简单，仅需要通过打孔或其他方式，在叶轮背部气封板体上开设旁路流道，可操作性强，附加成本很小。
附图说明
[0014]图1为本专利技术实施例中向心透平装置的内部剖视图。
[0015]其中，附图标记为：1、叶轮背部气封板体；2、静叶片；3、叶轮前部板体；4、叶轮上动环结构；5、转子叶轮；6、转子；7、旁路流道；8、气封齿；9、叶轮背板；A、透平入口气流；B、透平出口气流；C、外部低温气流；D、旁路流道气流；E、掺混气流；X、气流掺混区域；Y、气封齿内侧区域；Z、入口区域。
具体实施方式
[0016]为了能更加清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，对本方案进行阐述。
[0017]参见图1，一种高温向心透平叶轮背部热管理结构，包括叶轮背部气封板体1、通过静叶片2与叶轮背部气封板体1连接的叶轮前部板体3、靠近叶轮背部气封板体1设置的转子6、与转子6连接的叶轮上动环结构4、与叶轮上动环结构4连接的叶轮背板9、设置在叶轮背板9上的转子叶轮5，叶轮背部气封板体1上开设有旁路流道7，旁路流道7的入口区域Z设置在静叶片2的下游，且靠近转子叶轮5的入口区域Z，旁路流道7的出口区域其两侧均布有气封齿8。
[0018]旁路流道7内穿设有旁路流道气流D，旁路流道7的入口区域Z设置在静叶片2的下方。
[0019]叶轮背部气封板体1和叶轮上动环结构4之间穿设有外部低温气流C，外部低温气流C穿过气封齿8。
[0020]叶轮背部气封板体1和叶轮背板9之间为气封齿内侧区域Y，气封齿内侧区域Y中穿设有掺混气流E，掺混气流E穿设转子叶轮5；外部低温气流C和旁路流道气流D的交叉位置为气流掺混区域X。
[0021]叶轮背部气封板体1和叶轮前部板体3之间穿设有透平入口气流A，透平入口气流A与静叶片2接触。
[0022]叶轮前部板体3和转子叶轮5之间穿设有透平出口气流B。
[0023]气封齿8为凹凸不平的齿条状。
[0024]本专利技术具体工作过程：在向心透平装置中，在其叶轮背部气封板体1上，通过打孔或其他方式，开设旁路流道7。其中，旁路流道7的入口区域Z在静叶片2的下游，且靠近转子叶轮5的入口区域Z；旁路流道7的出口区域（即气流掺混区域X），其两侧均布有气封齿8；透平入口气流A进入静叶片2后，膨胀到静叶片2的下游，且转子叶轮5的上游；由于叶轮背板9的旋转效应，旁路流道7的入口区域Z对应的气流压力，将比出口区域（即气封齿内侧区域Y）的压力要高，这样一部分高温气流将会进入旁路流道7的通道中。外部低温气流C会与旁路流道气流D（即高温气流）掺混在气流掺混区域X。这样，从气流掺混区域X出来的掺混气流温度将会比注入的外部低温气流C的温度要高。
[0025]掺混气流E会沿着叶轮背部流道逐步进入转子叶轮5的主流中。
[0026]本方案中可以调整旁路流道的尺寸，以及旁路出口处两侧气封齿8的数量，来调节掺混气流E的温度。比如，增大旁路流道7的流道面积，减小气流掺混区域X右侧的气封齿数量（最少为1个），则可以增大旁路流道7的气体流量，从而增加掺混气流E的温度，进而减小接触到高温叶轮背板9的两侧气流温差（背部气流E和主流A
‑
B），减小热应力。
[0027]太大的旁路流量会降低转子叶轮5的效率，故可以根据转子叶轮可承受的热应力情况，来适当调整旁路流道7的面积和流量，从而可以在可以控制热应力条件下，尽量减小透平效率的损失。
[0028]注：1、本方案中的气封齿8不属于本专利技术的主要内容，只是一种常规结构；2、一般的设计只有气本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温向心透平叶轮背部热管理结构，包括叶轮背部气封板体（1）、通过静叶片（2）与所述叶轮背部气封板体（1）连接的叶轮前部板体（3）、靠近所述叶轮背部气封板体（1）设置的转子（6）、与所述转子（6）连接的叶轮上动环结构（4）、与所述叶轮上动环结构（4）连接的叶轮背板（9）、设置在所述叶轮背板（9）上的转子叶轮（5），其特征在于，所述叶轮背部气封板体（1）上开设有旁路流道（7），所述旁路流道（7）的入口区域（Z）设置在所述静叶片（2）的下游，且靠近转子叶轮（5）的入口区域（Z），所述旁路流道（7）的出口区域其两侧均布有气封齿（8）。2.根据权利要求1所述的高温向心透平叶轮背部热管理结构，其特征在于，所述旁路流道（7）内穿设有旁路流道气流（D），所述旁路流道（7）的入口区域（Z）设置在所述静叶片（2）的下方。3.根据权利要求2所述的高温向心透平叶轮背部热管理结构，其特征在于，所述叶轮背部气封板体（1）和所述叶轮上动环结构（4...

【专利技术属性】
技术研发人员：邓国梁，王俊峰，刘润兵，刘光旭，
申请(专利权)人：浙江态能动力技术有限公司，
类型：发明
国别省市：