УПЛОТНЕНИЕ СТЫКОВ ПОЛОК СОПЛОВОГО ЛОПАТОЧНОГО АППАРАТА ТУРБИНЫ Российский патент 1995 года по МПК F01D11/00 F01D9/02 F04D29/08 

Изобретение относится к энергомашиностроению, в частности к авиационной технике, и предназначено для применения в турбинах.

Известны уплотнения стыков секций соплового лопаточного аппарата, в которых уплотнитель прижимается к уплотнительным поверхностям за счет сил упругости. В подобных уплотнениях при высокой температуре происходит релаксация напряжений, поджим уплотнителя с течением времени ослабевает, а утечки возрастают.

Целью изобретения является обеспечение надежности уплотнения стыка полок в течение длительной работы двигателя.

Указанная цель достигается применением уплотнителя из трубки с герметично заделанными концами и сечением, обжатым по форме канавки, причем внутренняя полость трубки частично заполнена жидкостью. Поверхности трубки прилегают к стенкам канавки, которая выполнена на одной из стыкуемых полок и обеспечивает возможность смещений полок относительно друг друга. Во время работы двигателя сопловый аппарат разогревается, жидкость во внутренней полости трубок испаряется и давление паров прижимает уплотнитель к поверхностям стыков. Длительная прочность трубки обеспечивается опиранием ее стенки на поверхности канавки и стыкуемой полки и выполнением неопертых участков по радиусу, не превышающему 2.4 толщины стенки трубки.

На фиг. 1 показано расположение уплотнения на торцах полок соплового аппарата; на фиг. 2 и 3 сечения исходной трубки и уплотнения в сборе соответственно; на фиг. 4 приведен уплотнитель, общий вид.

Уплотнение находится в стыке полок секций соплового лопаточного аппарата. Оно образовано канавкой 4, выполненной на полке одной из секций соплового аппарата, и уплотнителем 3,установленным в эту канавку.

Уплотнитель представляет собой тонкостенную трубку радиусом R из жаропрочного материала (см. фиг. 2), изогнутую в соответствии с расположением канавки 4 (см. фиг. 1) на торце полки. Это трубке придается сечение по профилю канавки в штампе или непосредственно путем обжатия трубки в канавке. В процессе изготовления часть объема внутренней полости заполняется жидкостью с критической температурой, меньшей температуры полок, концы трубки завариваются (см. фиг. 4).

Канавка прямоугольного сечения с радиусами скругления r₁ имеет размеры, обеспечивающие прилегание трубки по большей части поверхности и минимальные неподкрепленные участки АВ (см. фиг. 3). На этих участках под действием внутреннего давления в трубке возникают напряжения, определяющие длительную прочность трубки при высокой температуре. Поэтому протяженность этих участков и радиус изгиба должны быть минимальными.

Исходя из условий формовки сечения трубки при обжатии и недопущения трещин на участках АВ, они выполняются по радиусу r=(2.4)S, где S толщина стенки трубки. Для удовлетворения этим условиям глубина канавки определяется из следующего соотношения:
h π·R+[(2.4)S+r₁] b,
где R наружный радиус исходной трубки;
r₁ радиус скругления стенок канавки;
S толщина стенки трубки;
b ширина канавки.

Выражение получено с использованием опытных данных из условия неизменности длины периметра сечения трубки при деформации и применимо при r ≅ r₁ ≅ R и 2R<b<(2,7.2,8)R.

При монтаже соплового аппарата уплотнитель устанавливается в канавку и поджимается смежной полкой. После разогрева соплового аппарата жидкость внутри уплотнителя испаряется, давление ее паров прижимает стенки уплотнителя к поверхностям канавки и торцу полки. При останове турбины и снижении температуры полок давление внутри уплотнителя падает. Как при запуске, так и при останове турбины возможно относительное смещение смежных полок без износа.

Пример исполнения: опытные образцы уплотнителей из трубки диаметром 3 мм (R= 1,5 мм), толщиной стенки S=0,3 мм по ГОСТу 14162-79, материал 12Х18Н10Т. Предел длительной прочности для этой стали при 800^оC σ B/100=50 МПа.

Канавка шириной b=3,1 мм с радиусом скругления r₁=1 мм. Из условия гибки сечения трубки минимальный радиус неподкрепленных участков r=2˙S=0,6 мм. Для обеспечения этого радиуса необходима глубина канавки h 2,30 мм, которая определяется формулой, приводимой в описании.

Из условия длительной прочности трубки и r=0,6 мм получаем, что давление в трубке не должно превышать 45 МПа. Для обеспечения такого давления внутренняя полость трубки должна быть заполнена водой на 10.12 Концы трубки завариваются.

В предложенном уплотнении можно получить большое усилие поджатия, обеспечивающее минимальную утечку воздуха через стык. Прочность уплотнителя обеспечивается опиранием его стенок на поверхности канавки и торец полки. В результате на протяжении всей эксплуатации сохраняется высокая экономичность работы турбины.

Использование: в авиационной технике и предназначено для применения в турбинах высокотемпературных газотурбинных двигателей. Сущность изобретения: устройство уплотнения стыков соплового лопаточного аппарата турбины выражено в виде уплотнителя из обжатой трубки, частично заполненной жидкостью. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. УПЛОТНЕНИЕ СТЫКОВ ПОЛОК СОПЛОВОГО ЛОПАТОЧНОГО АППАРАТА ТУРБИНЫ, содержащее упругий уплотнитель, часть которого расположена в канавке, выполненной в одной из полок, отличающееся тем, что уплотнитель выполнен в виде криволинейной трубки, внутренняя полость которой частично заполнена жидкостью, а концы герметично заделаны, канавка выполнена криволинейной и расположена со стороны торца полки, при этом трубка расположена полностью в канавке и контактирует с другой полкой, радиус изгиба участков трубки, контактирующих с полкой, равен 2 4 толщинам стенки трубки. 2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что глубина h канавки определяется из следующей зависимости:

где R наружный радиус исходной трубки;
r₁ радиус скругления стенок канавки;
S толщина стенки трубки;
b ширина канавки.