СТАТОР МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1995 года по МПК F01D9/00 F04D29/54 

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению и может быть использовано в газотурбинных авиационных двигателях.

Известен статор многоступенчатой турбины двигателя Д-30КУ, состоящий из отдельных сопловых аппаратов (с первой по шестую ступени) [1] Однако данная конструкция имеет ряд существенных недостатков, которые заключаются в возможности утечки газа через многочисленные стыки между сопловыми аппаратами турбины в осевом направлении, в повышении вероятности корпусов турбины в случае обрыва лопаток в результате расположения стыков за рабочими лопатками соответствующей ступени турбины по направлению газового потока, в большой трудоемкости изготовления наружных колец сопловых аппаратов и их сборки, большой трудоемкости ремонта сопловых аппаратов.

Известна также конструкция статора многоступенчатой турбины газотурбинного двигателя, состоящего из отдельных сопловых аппаратов, каждый из которых включает наружное кольцо, комплект сопловых лопаток и комплект вставок разрезного кольца [2]
Однако данная конструкция статора не обладает достаточной надежностью из-за возможности нарушения условий непробиваемости корпуса турбины. Кроме того, данная конструкция имеет низкую технологичность изготовления и сборки турбины, так как все сопловые лопатки и вставки заштифтованы. Для их извлечения в случае дефектов необходимо высверливать штифты, а затем ставить штифты новой ступени, большие по диаметру.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в уменьшении числа стыков между сопловыми аппаратами и наиболее благоприятном их расположении, а также удобстве крепления элементов аппаратов. Выполнение такой задачи позволяет повысить надежность двигателя, технологичность изготовления и сборки турбины.

На фиг. 1 представлена общая схема статора предлагаемой конструкции; на фиг.2 показан средний сопловой аппарат в укрупненном масштабе; на фиг.3 показаны элементы фиксации промежуточных колец нечетных ступеней от проворачивания; на фиг.4 показаны элементы фиксации сопловых лопаток нечетных ступеней от проворачивания.

Турбина двигателя состоит из ротора 1 и статора 2. Ротор 1 включает в себя рабочие колеса I ступени 3, II ступени 4, III ступени 5, IV ступени 6, V ступени 7 и VI ступени 8.

Статор 2 состоит из трех корпусов: переднего 9, среднего 10 и заднего 11, каждый из которых объединяет две ступени сопловых аппаратов. Передний корпус 9 состоит из наружного кольца 12, сопловых лопаток II ступени 13, III ступени 14 и промежуточных колец I ступени 15 и II ступени 16.

Средний корпус 10 состоит из наружного кольца 17 сопловых лопаток IV ступени 18 и V ступени 19, промежуточного кольца III ступени 20.

Задний корпус 11 состоит из наружного кольца 21, сопловых лопаток VI ступени 22.

С целью упрощения конструкции статора в зонах последних ступеней над рабочими лопатками отдельные промежуточные кольца отсутствуют. Однако конструкция последних ступеней может быть выполнена аналогичной первым ступеням, т.е. с отдельными промежуточными кольцами.

Сопловые лопатки II ступени 13, IV ступени 18 и VI ступени 22 и промежуточные кольца II ступени 16 зафиксированы от осевого и окружного перемещений относительно наружных колец штифтами 23.

Конструктивные элементы крепления промежуточных колец I ступени 15 и III ступени 20 и сопловых лопаток III и V ступеней 14 и 19 принципиально одинаковы и могут быть рассмотрены на примеpе конструкции среднего корпуса 10 статора 2.

Кольца ступени 20 снабжены торцовыми выступами 24, а в кольце 17 выполнены радиальные пазы 25, которые при сборке охватываются выступами 24 и фиксируют кольца ступени 20 от проворачивания в окружном направлении. Аналогичную фиксацию от окружного перемещения имеют промежуточные кольца ступени 15.

Сопловые лопатки V ступени 19 снабжены радиальными пазами 26, расположенными на буртике наружной полки лопатки 19. Наружное кольцо 17 имеет торцовые выступы 27, которые при сборке охватываются радиальными пазами 26 и фиксируют сопловые лопатки V ступени 19 от окружного перемещения. Аналогичную фиксацию от окружного перемещения имеют сопловые лопатки I и III ступеней.

Осуществление сборки и ремонта устройства показаны на примере статора двухвальной турбины, где первые две ступени являются турбиной высокого давления (ТВД), а четыре последующие ступени турбиной низкого давления (ТНД). ТВД и ТНД собирают отдельными модулями и заменяют на двигателе независимо друг от друга.

Модуль ТВД собирают в следующей последовательности: в передний корпус 9 статора 2, предварительно собранный без промежуточных колец I ступени 15 и сопловых лопаток III ступени 14, устанавливают ротор 1, предварительно собранный с рабочим колесом I ступени 3, затем устанавливают промежуточные кольца I ступени 15, рабочее колесо II ступени 44 и сопловые лопатки III ступени 14.

Модуль ТНД собирают в следующем порядке.

В средний корпус 10 статора 2, предварительно собранный без промежуточных колец 20 и сопловых лопаток 19, устанавливают ротор ТНД с рабочим колесом III ступени 5, затем устанавливают промежуточные кольца 20 с торцовыми выступами 24, входящими в зацепление с радиальными пазами 25 наружного кольца 17, рабочее колесо 6, сопловые лопатки 19 с радиальными пазами 26, входящими в зацепление с торцовыми выступами 27 наружного кольца 17, рабочее колесо 7, корпус соплового аппарата 11 и рабочее колесо 8.

Модули ТВД и ТНД устанавливают на двигатель последовательно.

Разбоpку осуществляют в обратном порядке.

Кроме перечисленных выше преимуществ предлагаемая конструкция статора турбины не требует разборки всей турбины при ремонте и позволяет снимать и ремонтировать только дефектный модуль.

Область использования: турбостроение, конкретно статоры многоступенчатых турбин. Сущность изобретения: статор 2 состоит из трех корпусов 9, 10 и 11, каждый из которых объединяет две ступени сопловых аппаратов. Стыки между наружными кольцами 12, 17 и 21 расположены за сопловыми лопатками 14, 19 каждой нечетной ступени турбины. Четные ступени сопловых лопаток и разрезных колец имеют неразъемные соединения с наружным кольцом или выполнены с ним за одно целое. Вставка 20 разрезных колец нечетных ступеней (1,3) снабжена торцевыми выступами, входящими в зацепление с радиальными пазами наружного кольца, а сопловые лопатки нечетных ступеней снабжены на наружной полке радиальными пазами, входящими в зацепление с торцевыми выступами наружного кольца. 4 ил.

СТАТОР МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ТУРБИНЫ, содержащий корпус, выполненный в виде наружных колец, соединенных между собой, установленные в корпусе ступени сопловых аппаратов с лопатками, снабженными наружными полками, часть из которых соединена с корпусом при помощи соединения шип паз, размещенные между лопатками промежуточные кольца, зафиксированные от осевого и наружного перемещений относительно наружных колец, отличающийся тем, что в каждом наружном кольце расположены две ступени сопловых аппаратов и кольца соединены друг с другом за выходными кромками лопаток нечетных ступеней, при этом лопатки четных ступеней и четные промежуточные кольца выполнены за одно целое с наружными кольцами либо соединены с последними при помощи разъемного или неразъемного соединения, а лопатки нечетных ступеней и нечетное промежуточные кольца соединены с наружными кольцами при помощи соединения шип паз, причем наружные полки лопаток и участки наружных колец, охватывающих промежуточные кольца, снабжены радиальными пазами, а участки наружных колец над лопатками и промежуточные кольца торцевыми выступами.