轮缘封严系统和航空发动机的制作方法

1.本发明涉及一种轮缘封严系统和航空发动机。


背景技术：

2.燃气涡轮发动机包括压气机、燃烧室和涡轮，其中压气机用于压缩气体，燃烧室用于气体燃烧以提供能量，涡轮膨胀做功带动压气机。其中涡轮有若干级，每一级都由静子叶片和转子叶片组成，静子叶片固定在涡轮机匣上，涡轮转子叶片固定在涡轮盘上。涡轮叶片处在发动机主流道燃气环境中，耐温水平比较高，而除叶片以外的零组件，尤其是涡轮盘，耐温水平较低，需要采用冷却空气进行冷却，并在涡轮叶片根部的轮缘处设计轮缘封严结构防止主流道的燃气进入内部引起涡轮盘等零部件超温。
3.在相关的轮缘封严技术中，轮缘处流动冷气从转子侧往外流，主流道燃气从静子侧往内流动掺混而导致轮缘封严内部腔温度较高。
4.在此需要说明的是，该背景技术部分的陈述仅提供与本发明有关的背景技术，并不必然构成现有技术。


技术实现要素：

5.本发明提供一种轮缘封严系统和航空发动机，以提高轮缘封严效果。
6.本发明第一方面提供一种轮缘封严系统，包括：
7.第一叶片；
8.第二叶片，设置于第一叶片的轴向后侧，且第二叶片的根部和第一叶片的根部之间形成封严腔；
9.第一缘板，设置于第一叶片的根部且向第二叶片一侧延伸；和
10.第二缘板，设置于第二叶片的根部且向第一叶片一侧延伸，在轴向方向上，第二缘板和第一缘板至少部分重叠，在径向方向上，第二缘板和第一缘板的重叠部分具有间隙，燃气沿着第二缘板的外表面流动并通过间隙向封严腔内部流动，在燃气向封严腔流动的路径上设置有扰流结构。
11.在一些实施例中，第二缘板的外表面上设置有扰流结构。
12.在一些实施例中，第二缘板的内表面上设置有扰流结构。
13.在一些实施例中，扰流结构包括交错分布的多个凸起。
14.在一些实施例中，凸起包括柱形结构。
15.在一些实施例中，第一缘板包括向第二叶片一侧延伸的第一齿，在径向方向上，第一齿设置于第二缘板的下方。
16.在一些实施例中，第一缘板还包括在径向方向上设置于第一齿上侧的第二齿，第二缘板伸入到第一齿和第二齿之间。
17.在一些实施例中，轮缘封严系统还包括设置于第二叶片的根部的集气腔，集气腔上设置有与封严腔连通的排气孔，集气腔被配置为通过排气孔向封严腔提供冷气。
18.在一些实施例中，轮缘封严系统还包括设置于第一叶片的根部且向远离第二叶片的一侧延伸的第三缘板；和/或，轮缘封严系统还包括设置于第二叶片的根部且向远离第一叶片的一侧延伸的第四缘板。
19.本发明第二方面提供一种航空发动机，包括上述轮缘封严系统。
20.基于本发明提供的技术方案，轮缘封严系统包括第一叶片、第二叶片、第一缘板和第二缘板，第二叶片设置于第一叶片的轴向后侧，且第二叶片的根部和第一叶片的根部之间形成封严腔，第一缘板设置于第一叶片的根部且向第二叶片一侧延伸，第二缘板设置于第二叶片的根部且向第一叶片一侧延伸，在轴向方向上，第二缘板和第一缘板至少部分重叠，在径向方向上，第二缘板和第一缘板的重叠部分具有间隙，燃气沿着第二缘板的外表面流动并通过间隙向封严腔内部流动，在燃气向封严腔流动的路径上设置有扰流结构。在燃气向封严腔流动的路径上设置有扰流结构，使得燃气在向封严腔入侵时，沿程损失增加，压力降低从而降低燃气的入侵量，提高轮缘的封严效果。
21.通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。
附图说明
22.此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本技术的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：
23.图1为本发明实施例的轮缘封严结构的示意图；
24.图2为图1中的第二缘板的结构示意图；
25.图3为图2所示的第二缘板的局部结构示意图。
具体实施方式
26.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
27.除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
28.为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在
……
之上”、“在
……
上方”、“在
……
上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位
之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在
……
上方”可以包括“在
……
上方”和“在
……
下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
29.在以下描述中，轴向指的是航空发动机的轴线延伸的方向，径向指的是与轴向垂直的方向。具体在图1中，轴向指的是水平方向，径向指的是竖直方向。
30.如前，燃气涡轮发动机的轮缘封严对于防止燃气倒灌有十分重要的作用，若发生燃气倒灌，则对盘腔产生很大的影响，可能会导致盘面温度超过材料的许用温度。
31.参考图1，为了改善轮缘封严效果，在一些实施例中，轮缘封严系统包括第一叶片1、第二叶片4、第一缘板3和第二缘板6。其中，第二叶片4设置于第一叶片1的轴向后侧。且第二叶片4的根部和第一叶片1的根部之间形成封严腔14。第一缘板3设置于第一叶片1的根部且向第二叶片4一侧延伸。第二缘板6设置于第二叶片4的根部且向第一叶片1一侧延伸，在轴向方向上，第二缘板6和第一缘板3至少部分重叠，在径向方向上，第二缘板6和第一缘板3的重叠部分具有间隙。燃气沿着第二缘板6的外表面流动并通过间隙向封严腔14内部流动，在燃气向封严腔14流动的路径上设置有扰流结构。
32.在燃气向封严腔14流动的路径上设置有扰流结构，使得燃气在向封严腔14入侵时，沿程损失增加，压力降低从而降低燃气的入侵量，提高轮缘的封严效果。
33.具体地，在一些实施例中，燃气向封严腔14的流动的路径包括沿着第二缘板6的外表面和第一缘板3和第二缘板6之间的间隙。那么在第二缘板6的外表面、第一缘板3的靠近第二缘板6的表面以及第二缘板6的内表面上设置扰流结构，都可对燃气的入侵进行阻碍，进而起到降低燃气入侵量的作用。
34.在一些实施例中，参考图1，第一缘板3包括在径向方向上间隔设置的第一齿31和第二齿32。第二缘板6伸入到第一齿31和第二齿32之间，且第二缘板6和第一齿31和第二齿32之间均具有间隙。燃气沿着第二缘板6的外表面12流入到第一齿31和第二缘板6的外表面12之间的间隙内以进入到封严腔14内并通过第二齿32和第二缘板6的内表面11之间的间隙进一步流入到封严腔14内。可见，第二缘板6的外表面12和内表面11均位于燃气向封严腔14的流动路径上。
35.在一些实施例中，为了提高轮缘封严效果，参考图1，第二缘板6的外表面12和内表面11上均设置有扰流结构。
36.在其他一些实施例中，也可以仅在第二缘板的外表面或者内表面上设置有扰流结构。或者，在另一些实施例中，还可以在第一缘板的第一齿的内表面以及第二齿的外表面设置扰流结构。
37.在其他实施例中，第一缘板还可以包括第一齿。该第一齿位于第二缘板的径向下侧。在另一些实施例中，第二缘板也可以包括两个齿。
38.具体在一些实施例中，参考图2，扰流结构包括交错分布的多个凸起13。交错分布的多个凸起13对燃气的入侵形成阻碍作用。该凸起13可以是如图3示出的柱状结构。也可以是其他形状，例如半球形、方形或其他不规则形状，只要对燃气入侵形成阻力即可。这些多个凸起使得路径不光滑，也就能起到阻碍燃气流动的作用。
39.在一些实施例中，参考图1，轮缘封严系统还包括设置于第二叶片4的根部的集气腔5。集气腔5上设置有与封严腔14连通的排气孔8。集气腔5被配置为通过排气孔8向封严腔14提供冷气。
40.在一些实施例中，轮缘封严系统还包括设置于第一叶片1的根部且向远离第二叶片4的一侧延伸的第三缘板2。轮缘封严系统还包括设置于第二叶片4的根部且向远离第一叶片1的一侧延伸的第四缘板7。
41.本发明实施例还提供一种航空发动机，包括上述轮缘封严系统。
42.下面根据图1至图3本发明一具体实施例的轮缘封严系统的结构进行详细说明。
43.如图1所示，轮缘封严系统包括第一叶片1、第二叶片4、第一缘板3、第二缘板6、第三缘板2、第四缘板7和集气腔5。其中，第二叶片4设置于第一叶片1的轴向后侧。且第二叶片4的根部和第一叶片1的根部之间形成封严腔14。第一缘板3设置于第一叶片1的根部且向第二叶片4一侧延伸。第二缘板6设置于第二叶片4的根部且向第一叶片1一侧延伸，在轴向方向上，第二缘板6和第一缘板3至少部分重叠，在径向方向上，第二缘板6和第一缘板3的重叠部分具有间隙。燃气沿着第二缘板6的外表面流动并通过间隙向封严腔14内部流动，在燃气向封严腔14流动的路径上设置有扰流结构。
44.具体在本实施例中，第一叶片1为动叶。第二叶片4为导叶。第二叶片4下方设置有集气腔5，且第二叶片4中空，下方有集气腔5。集气腔5具有排气孔8。第一缘板3和第二缘板6在轴向存在搭接，径向有一定的间隙。第一叶片1和第二叶片4处在主流道的主流燃气环境中，温度较高。
45.冷气由第二叶片4的空腔经集气腔5和供气孔8进入第一叶片1和第二叶片4之间的盘腔。冷气一部分通过轮缘封严排入主流道，阻止主流高温燃气进入发动机内部。
46.一般在第二叶片4的下方设置篦齿，冷气一部分通过篦齿往后流动，供给第二叶片4的轮缘封严使用。篦齿的转子件9与第二叶片4固定在同一组件，篦齿的蜂窝10固定在第二叶片4的集气腔5的壁面上。
47.在轮缘封严系统中，封严腔14内的冷气沿着转子往外排出，而高温燃气沿着静子往封严腔14内部流动。先经过第二缘板6的外表面12，后经过第二缘板6的内表面11。
48.如图2所示。在第二缘板6的外表面12布置扰流柱。图2示出扰流柱叉排分布，也可以为随机分布。如图3所示，在该实施例中，扰流柱为圆柱体，也可以采用其他形状的粗糙单元。相关扰流柱和粗糙单元也可以布置在第二缘板6的内表面11上。
49.图1中第一叶片1的第一缘板3包括两个齿。在其他实施例中，第一缘板3也可以包括一个齿，但必须至少有一个齿位于第二缘板6的下方。第二缘板6也可以为两个齿。
50.图1示的为动叶在前导叶在后的封严形式，对于其他位置的其他封严形式也可以用以上方案。
51.最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。