肋板控渦結構、旋轉盤腔系統、燃氣輪機的制作方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及燃氣輪機和航空發動機技術領域，尤其涉及一種旋轉盤腔內的肋板控渦結構，具有該肋板控渦結構的旋轉盤腔系統。
【背景技術】
[0002]在燃氣輪機和航空發動機空氣系統中，氣體經過旋轉盤腔向內或向外流動是非常常見的流動結構，處于不同位置、具有不同結構的旋轉盤腔流動有著各自不同的功用。比如:位于壓氣機端的旋轉盤腔一般用于引氣，此股氣體經由壓氣機轉子根部進入旋轉盤腔向內流動到達盤心，再經過不同流路，到達燃氣輪機不同位置，實現高溫部件冷卻、軸承腔封嚴等各種功能；從壓氣機所引空氣進入渦輪盤腔，在盤腔中向外流動，由低半徑的渦輪盤心向高半徑盤緣流動以冷卻渦輪盤，最后從渦輪轉靜子根部排入主流道以封嚴轉靜子根部，防止主流1000?2200K高溫燃氣倒灌進入渦輪盤腔；渦輪葉片預旋進氣系統通過增大進入蓋板與渦輪盤構成的旋轉盤腔內部氣流的切線速度，降低冷卻氣體的相對總溫，達到更好的冷卻渦輪盤與渦輪葉片的作用。
[0003]根據大量的理論與實驗研究發現:氣體經由旋轉盤腔向內或向外流動過程中，由于旋轉輪盤固有的摩擦栗效應，靠近旋轉盤面的流體具有很大的切線速度，而這會導致渦流的產生，造成很大的壓力損失，所以對于盤腔流動的控制根本在于對渦流的控制。
[0004]然而，針對不同功能的盤腔，由于要實現的目標不一樣，需要采取的控制策略也不相同。
[0005]對于壓氣機端引氣盤腔，希望盡量減少引氣盤腔內氣體沿程流動損失，以較小的引氣壓力、引氣溫度、引氣量完成封嚴與冷卻來提升燃氣輪機整機效率，延長熱端部件的使用壽命。針對這一目的，對于這種徑向入流的旋轉盤腔，需要采取的控制策略是減小盤腔進口旋轉比、抑制周向渦流的發展，減少由于強烈的周向渦流造成的總壓損失。
[0006]對于渦輪轉-靜系盤腔(由旋轉輪盤與靜子件構成的盤腔)，增強渦輪盤的冷卻效果、減少轉靜子根部封嚴所需冷卻氣量以及減少由于封嚴氣體摻混造成的主流氣動損失是盤腔流動優化的目標。優化所采取的策略在于調整盤腔內部流動:針對強化換熱，通過增大冷卻空氣的切線速度，降低氣流相對總溫；針對減少摻混損失，調整盤腔出口的流體切線速度接近于轉、靜子交界位置處主流燃氣的切線速度。
[0007]對于渦輪葉片預旋系統中的轉-轉系盤腔(由兩個相同轉速的轉子件構成的盤腔)，調整盤腔內部氣流的切線速度，使得渦輪葉片冷卻通道進口的氣流切線速度與此半徑處的盤面切線速度相同，減少進口流動損失，從而提高葉片冷卻通道進口壓力，保證葉片冷氣量達到要求。采取的控制策略在于使肋片通道內的氣體以強迫渦的方式運動，保證氣流切線速度始終與當地盤面切線速度相等。
【發明內容】
[0008]本發明提出了一種簡單、通用的控制旋轉盤腔內部渦流產生與發展的結構。該結構能夠用于盤腔內的向心或離心流動；可以用于轉-靜系盤腔、轉-轉系盤腔。通過控制盤腔內部渦流發展，實現不同的目標，如:減少引氣總壓損失、調整軸向力、增強換熱、減少主流與一■次流慘混損失等。
[0009]總體而言，本發明為解決其技術問題所采用的技術方案為:提出一種應用在旋轉盤腔內的肋板控渦結構。
[0010]根據本發明的實施例的一個方面，提出了一種設置在旋轉盤腔中的肋板控渦結構，包括:肋板，所述肋板呈環狀；和相同的多個第一肋，布置在肋板的面對旋轉輪盤的盤面的第一表面上且面向所述盤面凸出，所述多個第一肋在肋板的周向方向上均勻間隔開布置，所述多個第一肋在肋板的第一表面與所述盤面之間限定第一氣流引導路徑。
[0011]根據本發明實施例的另一方面，提出了一種旋轉盤腔系統，包括:離心壓氣機盤腔，離心葉輪盤部分限定所述離心壓氣機盤腔；渦輪盤腔，渦輪盤部分限定所述渦輪盤腔，其中:離心壓氣機盤腔與渦輪盤腔之間通過封嚴結構連通；離心壓氣機盤腔與渦輪盤腔中的至少一個內設置有肋板控渦結構，該肋板控渦結構包括:肋板，所述肋板呈環狀；和相同的多個第一肋，布置在肋板的面對旋轉輪盤的盤面的第一表面上且面向所述盤面凸出，所述多個第一肋在肋板的周向方向上均勾間隔開布置，所述多個第一肋在肋板的第一表面與所述盤面之間限定第一氣流引導路徑。
[0012]根據本發明實施例的再一方面，提出了一種旋轉盤腔系統，包括渦輪盤腔，渦輪盤部分限定所述渦輪盤腔，其中:渦輪盤腔內設置有肋板控渦結構，肋板控渦結構包括:肋板，所述肋板呈環狀；和相同的多個第一肋，布置在肋板的面對旋轉輪盤的盤面的第一表面上且面向所述盤面凸出，所述多個第一肋在肋板的周向方向上均勻間隔開布置，所述多個第一肋在肋板的第一表面與所述盤面之間限定第一氣流引導路徑，所述肋板控渦結構應用于渦輪葉片冷卻預旋系統中，所述肋板固定在作為旋轉輪盤的渦輪輪盤上，肋板與渦輪輪盤的盤面之間形成渦輪盤腔，所述肋板上設置有供氣流流入渦輪盤腔的多個第一孔，每一對周向上相鄰的第一肋之間設置有至少一個第一孔。
[0013]根據本發明實施例的還一方面，提出了一種燃氣輪機，包括上述的旋轉盤腔系統。
【附圖說明】
[0014]本發明的基本特征將通過具體實施方案，結合附圖進行更深入的說明。以下具體實施方案只是本發明的一部分實施例，并不構成對本發明的不當限定。
[0015]圖1為根據本發明的一個示例性實施例的、肋板控渦結構應用在離心壓氣機盤腔及渦輪盤腔中的剖視圖，圖中較大的箭頭指明了主流流動方向，較小箭頭指明了空氣系統流路流動方向。
[0016]圖2為根據本發明的一個示例性實施例的應用于圖1中的離心壓氣機盤腔中的肋板的結構不意圖；
[0017]圖3為圖2中的肋板的立體示意圖；
[0018]圖4為根據本發明的另一個示例性實施例的、肋板控渦結構應用在離心壓氣機盤腔及渦輪盤腔中的剖視圖；
[0019]圖5為根據本發明的示例性實施例的、應用在圖4的離心壓氣機盤腔中的肋板的結構示意圖；
[0020]圖6為根據本發明的示例性實施例的、應用于向心流動盤腔以增強旋流的肋板的結構示意圖；
[0021]圖7為根據本發明的一個示例性實施例的應用于圖1中的渦輪盤腔中的肋板的結構示意圖；
[0022]圖8為根據本發明的一個示例性實施例的、應用在渦輪葉片冷卻預旋系統中的肋板控渦結構的剖視圖；
[0023]圖9為圖8中肋板的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0024]下面通過實施例，并結合附圖，對本發明的技術方案作進一步具體的說明。下述參照附圖對本發明實施方式的說明旨在對本發明的總體發明構思進行解釋，而不應當理解為對本發明的一種限制。
[0025]如圖1所示，本發明應用于壓氣機引氣流路以及渦輪盤冷卻流路，離心壓氣機盤腔4由離心葉輪盤1、肋板2、靜子機匣3、封嚴環7構成；渦輪盤腔5由渦輪盤9、肋板6 (包