ВЫСОКООБОРОТНАЯ ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ СТУПЕНЬ ТУРБИНЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ Российский патент 1997 года по МПК F01D5/06 

Изобретение относится к высокооборотным, высокотемпературным газовым турбинам, применяемым в энергетических установках и современных авиационных ГТД.

Известно, что "для снижения напряжений от вибраций и уменьшения перетеканий газа" рабочие лопатки турбины в периферийной части имеют бандажные полки (ОСТ 1 00192-75 "Двигатели воздушно-реактивные и газотурбинные". Термины и определения стр. 31, п. 190).

В высокооборотной, высокотемпературной ступени турбины ВД, по данным отдела турбины СГНПП "Труд", рабочая лопатка с бандажной полкой увеличивает КПД ≈ на 3%
Известно, что для обеспечения работоспособности рабочей лопатки с бандажной полкой в условиях действия высоких центробежных сил и температур (до 1300-1400^oC) применяют интенсивное охлаждение полки воздухом из последних ступеней компрессора. В изделиях фирмы АО СНТК "Двигатели НК" вторичный воздух из камеры сгорания поступает в ресивер, расположенный над рабочим колесом 1 ст.

Ресивер образован корпусом статора ВД, СД (ВД высокое давление, СД - среднее давление) и установленными в пазы кольца статора ВД, СД сегментами уплотнения 1 ст. Охлаждающий воздух из ресивера через отверстия на сегменте поступает на охлаждение бандажных полок рабочих лопаток 1 ст.

В патенте Великобритании N 1352485 Нкл. FIT, опубл. 1971 г. в патенте США N 3825364, Мкл. F 01 D 5/08, опубл. 1974 г. (прототип) рабочие лопатки также охлаждаются воздухом, поступающим из ресивера через отверстия в сегментах.

Недостаточное охлаждение бандажных полок рабочих лопаток может привести к поломке рабочих лопаток и к аварии, так как в условиях высоких температур и центробежных сил полки и уплотнительные гребешки (лабиринты) отгибаются. Увеличение расхода охлаждающего воздуха на бандажную полку резко снижает выигрыш по КПД от бандажной полки.

В прототипе охлаждающий воздух из-за компрессора поступает в ресивер, образованный статором корпусом и посаженными в пазы корпуса сегментами. И через поры и отверстия в сегментах поступает на охлаждение рабочей лопатки.

Однако прототипу свойственны недостатки, снижающие КПД ступени:
поступающий в ресивер охлаждающий воздух значительно теряет первоначальное значение давления из-за утечек воздуха по периметрам сегментов;
для обеспечения надежности бандажной полки требуется увеличенный расход охлаждающего воздуха;
непроизводительный отбор сжатого воздуха снижает КПД ступени ≈ на 0,5%
неэффективное охлаждение сегментов.

Задачей изобретения является обеспечение надежности и повышение КПД турбины ступени ВД.

Задача достигается обеспечением большого перепада давления воздуха, поступающего на охлаждение бандажных полок и рациональным охлаждением сегментов.

На фиг. 1-3 представлена "Высокооборотная, высокотемпературная ступень турбины ВД".

На корпусе статора 1 имеется ресивер 2, образованный стенкой 3. На стенке 3 выполнены ряд отверстий 4 и перфорационные отверстия 5. Отверстия 4 располагаются на местных выступах 6 стенки ресивера 3. Сегменты 7 устанавливаются в корпус статора 1 в пазы 8, 9, поверхность А сегмента 7 при этом плотно прилегает к поверхности местных выступов 6, а отверстия 10 на сегменте 7 совпадают с отверстиями 4 на выступах 6 и образуют единый канал.

В пазу 9 корпуса статора 1 выполнены местные выборки 13. Вторичный воздух камеры сгорания из ресивера 2 через соосные отверстия 4, 10 под большим перепадом давлений поступает на охлаждение бандажных полок 12 рабочей лопатки 11. Незначительная часть воздуха из ресивера 2 через перфорационные отверстия 5 поступает на охлаждение сегмента 7, собирается в выборках 13 и создает заградительное охлаждение сегмента 7 со стороны проточной части.

По проведенным расчетно-экспериментальным работам изобретение позволяет экономить охлаждающий воздух по сравнению с прототипом ≈ на 0,5% обеспечить надежность рабочей лопатки, эффективно охладить сегменты и повысить КПД ступени ≈ на 0,5%

Использование: в энергетических установках и авиастроении. Сущность изобретения: осуществляется подача воздуха на бандажную полку и комбинированное охлаждение сегментов через перфорационные отверстия на стенке ресивера и заградительное - воздухом после струйного охлаждения. Для организации охлаждения на статорном кольце имеется герметичный ресивер. Стенка ресивера выполнена с местными выступами, ее отверстия расположены в последних. Сегменты плотно посажены наружной поверхностью по поверхности местных выступов. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Высокооборотная высокотемпературная ступень турбины высокого давления, содержащая бандажированные рабочие лопатки и расположенные над ними в пазах корпуса сегменты и ресивер, имеющий стенку с отверстиями, образующими с отверстиями в сегментах единые каналы для подвода воздуха на бандажную полку, отличающаяся тем, что стенка ресивера выполнена с местными выступами, ее отверстия расположены в последних, а сегменты плотно посажены наружной поверхностью по поверхности местных выступов. 2. Ступень по п. 1, отличающаяся тем, что в стенке ресивера дополнительно выполнены перфорационные отверстия, а в стенке пазов корпуса местные выборки, сообщающиеся с перфорационными отверстиями с созданием заградительного охлаждения сегментов.