РЕГУЛИРУЕМЫЙ СОПЛОВОЙ АППАРАТ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1997 года по МПК F01D9/00 

Изобретение относится к регулируемым сопловым аппаратам газовых турбин и может найти широкое применение в энергетике, на транспорте, как наземном, так и водном, и в авиации.

Известно сверхзвуковое регулируемое реактивное сопло с эжектором для ТРД, состоящее из регулируемого сопла и расширяющегося нерегулируемого насадка, причем кольцевой канал между соплом и насадком выполнен так, что при любых режимах работы остается открытым, а поворотные створки сопла выполнены укороченными (а.с. СССР N 128712, МКИ F 02 K 1/11, 1956 г.).

Недостатком известного устройство является узкий диапазон работы двигателя.

Известен регулируемый сопловой аппарат (СА)газовых турбин, состоящий из наружного и внутреннего корпусов с закрепленными на них лопастями, состоящими из секций (SU, а.c. СССР N 1329263, МКИ F 01 D 9/02, 1990).

Недостатками регулируемых СА является наличие больших цапф с использованием тяжелых и сложных опорных колец, массивных корпусов, значительная утечка через зазоры между лопатками и наружными и внутренним корпусами, при 50% -ном изменении площади проходного сечения, сложность сборки и разборки и малый срок службы работоспособности.

Техническим результатом изобретения является повышение долговечности при неизменности эксплуатационных характеристик, уменьшение инерционности за счет уменьшения массы конструкции, повышение технологичности монтажа и демонтажа СА, упрощение технологии изготовления и уменьшение затрат на ремонт.

Технический результат достигается тем, что в регулируемом сопловом аппарате газовой турбины, состоящем из наружного и внутреннего корпусов с закрепленными на них лопатками, лопатки выполнены в виде трех полых секций двух силовых вкладышей, соединяющих эти секции, причем секции лопаток выполнены из материалов с различными теплофизическими свойствами, компенсирующими тепловые нагрузки.

На фиг. 1 изображено конструктивное выполнение регулируемого соплового аппарата газовой турбины; на фиг. 2 сечение лопатки регулируемого СА.

Регулируемый сопловой аппарат (фиг. 1) содержит корпус 1 газовой турбины, корпуса СА наружного 2 и внутреннего 3, разрезных поворотных лопаток 4, выполненных из трех секций 5,6,7, соединенный с помощью двух силовых вкладышей 8,9, вставленных во внутренние полости секций лопаток 4. В полости секции 5 выполнены два упора 10, расположенные симметрично относительно оси лопатки, предназначенные для передачи радиальных сил от внутреннего корпуса к наружному. Для подвода охлаждаемого воздуха во внутреннюю полость лопатки предусмотрены отверстия 11, выполненные в хвостовике 12, соединенном с секцией 5.

Внутри секции 5 установлен силовой вкладыш 8, который установлен и в полости средней секции 6. В полости секции 6 к силовому вкладышу 8 прижат силовой вкладыш 9 с третьей секцией 7 лопатки с помощью болта 13, фиксируемого в осевом направлении разрезным кольцом 14, а от поворота контршайбой 15.

Силовые вкладыши выполнены с каналами 16, обеспечивающими необходимое распределение охлаждаемого воздуха в лопатке, кроме того, имеются отверстия 17 с резьбой для сборки и разборки СА.

Для уменьшения трения в корпусах 2 и 3 на цапфах лопаток нанесен пирографит, например, методом плазменного напыления.

В корпусе турбины для крепления и предотвращения утечки воздуха хвостовик 12 закреплен с помощью гайки 18 и уплотнения 19. На боковой поверхности вкладыша выполнены углубления 20 для охлаждения.

Секции 5,6,7 лопатки установлены относительно друг друга с зазором для компенсации тепловых нагрузок на лопатку, причем средняя секция 6 в отличие от крайних секций 5 и 7 может быть изготовлена из более жаростойкого материала, но коэффициенты теплового расширения материалов всех секций должны быть близки между собой. Силовые вкладыши выполнены из материала с теплофизическими и механическими характеристиками, близкими к характеристикам материалов секций лопаток, и установлены в них без зазора.

Сборку осуществляют в следующем порядке.

В отверстия корпуса турбины 1 и наружного 2 и внутреннего 3 корпусов СА устанавливаются соответственно секции 5 и 7 лопаток (при этом в секции 7 силовой вкладыш 9 в крайнем нижнем положении). Затем между ними устанавливают секцию 6 с силовым вкладышем 8. Между секциями предусмотрен зазор для предотвращения температурных деформаций. Вращением болта 13 силовой вкладыш 8 перемещается до упора 10, а силовой вкладыш 9 секции 7 занимает рабочее положение.

Разборку выполняют поворотом болта 13, силовой стержень 9 возвращают в исходное положение. После разворота секции 7 на 90^o по или против часовой стрелки в резьбовое отверстие 17 вставляют два винта, с помощью которых расстыковывают секции 5 и 6.

Предложенное конструктивное выполнение лопатки позволяет в случае местного дефекта заменить только дефектную секцию, а не всю лопатку, секционность лопатки позволяет использовать при изготовлении секций материалы с различными теплофизическими и механическими свойствами. Так, средняя секция может быть изготовлена из более жаропрочного материала, а другие из менее жаропрочного и более дешевого сплава. Таким образом, секционное выполнение лопаток позволяет повысить срок службы лопаток, уменьшить затраты на ремонтные работы, упростить технологию изготовления деталей лопаток, а использование силовых вкладышей позволяет уменьшить массу конструкций и повысить технологичность монтажа.

Использование: изобретение относится к регулируемым сопловым аппаратам газовых турбин и может найти применение в энергетике, на транспорте, как наземном, водном, так и в авиации. Сущность изобретения: лопасти в сопловом аппарате выполнены секционно и полыми, закреплены с зазором относительно друг друга. В полостях лопаток установлены силовые вкладыши. Секции лопаток и вкладыши могут быть выполнены из материалов с различными теплофизическими и механическими свойствами. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Регулируемый сопловой аппарат газовой турбины, состоящий из наружного и внутреннего корпусов с закрепленными на них лопатками, состоящими из секций, отличающийся тем, что лопатки выполнены в виде трех полых секций и двух силовых вкладышей, соединяющих эти секции. 2. Аппарат по п. 1, отличающийся тем, что секции лопаток выполнены из материалов с различными теплофизическими свойствами.