ОДНОВАЛЬНАЯ ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА С МНОГОСТУПЕНЧАТОЙ ТУРБИНОЙ Российский патент 2001 года по МПК F01D5/08 

Изобретение относится к газотурбинным установкам промышленного назначения.

Известна газотурбинная установка, ротор турбины которой охлаждается воздухом через II-й сопловой аппарат [1]. Однако такая установка обладает недостаточной надежностью ввиду низкой эффективности охлаждения турбины, т.к. не исключает вероятности подмешивания горячих газов к воздуху, охлаждающему ротор турбины.

Наиболее близкой по конструкции к заявляемой является одновальная газотурбинная установка, ротор турбины которой охлаждается воздухом, выходящим из опоры ротора со стороны последнего диска турбины через отверстия в полотне промежуточного диска, который поступает на диск I-й ступени [2].

Недостатком известной конструкции является низкая эффективность охлаждения диска I-й ступени турбины, т.к. охлаждающий воздух, проходящий через диск последней ступени и промежуточный диск, нагревается, что повышает температуру диска I-й ступени турбины и снижает надежность ее работы.

Техническая задача заключается в повышении надежности работы дисков турбины путем повышения эффективности охлаждения за счет выполнения внутрироторного уплотнения и организации протекания охлаждающего воздуха по потоку газа.

Размещение ступицы промежуточного диска, расположенного перед диском последней ступени, между U-образным кольцевым элементом, pакрепленным на диске предпоследней ступени, и опорным фланцем позволяет выполнять внутрироторное уплотнение, которое интенсифицирует охлаждение обода промежуточного диска, нагревающегося перетекающим через лабиринтное уплотнение газом.

Кроме того, внутрироторное уплотнение предотвращает колебания ступицы промежуточного диска, а его вибрация может привести к поломке и снизит надежность работы турбины.

Опорный фланец расположен на шлицевой втулке, которая закреплена на валу ротора, а в полотне промежуточного диска и в опорном фланце выполнены отверстия для охлаждающего воздуха. Такое выполнение конструкции позволяет организовать протекание охлаждающего воздуха по потоку газа, т.е. воздух последовательно охлаждает диски I-й, II-й и III-й ступени, затем через отверстия в полотне промежуточного диска поступает в полость, охлаждая его обод и далее, через отверстия в ободе промежуточного диска, поступает на охлаждение рабочей лопатки II-й ступени, которая выполнена охлаждаемой.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами.

На фиг. 1 представлен продольный разрез заявляемой установки; на фиг. 2 показан элемент. I на фиг. 1 в увеличенном виде; на фиг. 3 - элемент II на фиг. 2 в увеличенном виде.

Одновальная газотурбинная установка 1 состоит из входного устройства 2, компрессора 3, камеры сгорания 4 и многоступенчатой турбины 5, ротор 6 которой состоит из вала 7, диска I-й ступени 8, диска II-й ступени 9 и диска III-й ступени 10, в которых установлены рабочие лопатки I - и ступени 11, II-й ступени 12 и III-й ступени 13, причем лопатки I-й и II-й ступеней охлаждаемые, а лопатки III-й ступени - неохлаждаемые.

Между дисками 8, 9 и 10 установлены промежуточные диски 14, 15 и 16, препятствующие попаданию газа из проточной части турбины во внутренние полости ротора 6 турбины 5.

Охлаждающий воздух 17 движется внутри ротора 6 турбины 5 преимущественно от диска I-й ступени 8 к диску III-й ступени 10, однако для лучшего охлаждения обода 18 промежуточного диска 16 полость А отделена от полости Б с помощью внутрироторного уплотнения, состоящего из U-образного кольцевого элемента 19, ступицы 20 промежуточного диска 16 с податливым полотном 21 и опорного фланца 22, выполненного на шлицевой втулке 23, которая крепится на валу 7 ротора 6 с помощью стяжного болта 24.

На наружной поверхности обода 18 промежуточного диска 16 выполнено лабиринтное уплотнение 25. Кольцевой U-образный элемент 19, ступица 20 и опорный фланец 22 образуют внутрироторное уплотнение 26.

Для подвода воздуха на рабочую лопатку II-й ступени 12 в упорном фланце 22 выполнены отверстия 27, отверстия 28 в полотне 21 промежуточного диска 16 и отверстия 29 в его ободе.

Устройство работает следующим образом.

При работе двигателя охлаждающий воздух 17 движется от диска I-й ступени 8 к диску III-й ступени 10, последовательно охлаждая детали ротора 6 турбины 5. Для интенсификации охлаждения обода 18 промежуточного диска 16, который нагревается перетекающим через лабиринтное уплотнение 25 газом, полость Б отделена от полости А с помощью внутрироторного уплотнения 26. При этом охлаждающий воздух 17 из полости А через отверстия 27 перетекает в полость C, охлаждая диск III-й ступени 10, а затем через отверстия 28 в полотне 21 промежуточного диска 16 поступает в полость Б, охлаждая таким образом обод 18 промежуточного диска 16 и далее через отверстия 29 - на охлаждение рабочей лопатки II-й ступени 12.

Источники информации
1. В. И. Шварц. Конструкции газотурбинных установок. Машиностроение. Москва, 1970, стр.239, рис. 167.

2. В. И. Шварц. Конструкции газотурбинных установок, Машиностроение, Москва, 1979, стр. 225, рис. 150а.

Одновальная газотурбинная установка с многоступенчатой турбиной содержит диск с неохлаждаемыми лопатками последней ступени и промежуточные диски. Ступица промежуточного диска, расположенного перед диском последней ступени, размещена между U-образным кольцевым элементом, закрепленным на диске предпоследней ступени, и опорным фланцем, расположенным на шлицевой втулке, которая закреплена на валу ротора. В полотне промежуточного диска и в опорном фланце выполнены отверстия для охлаждающего воздуха. Предложенное техническое решение позволит повысить надежность работы дисков турбины путем повышения эффективности охлаждения за счет выполнения внутрироторного уплотнения и организации протекания охлаждающего воздуха по потоку газа. 3 ил.

Одновальная газотурбинная установка с многоступенчатой турбиной, содержащей диск с неохлаждаемыми лопатками последней ступени и промежуточные диски, отличающаяся тем, что ступица промежуточного диска, расположенного перед диском последней ступени, размещена между U-образным кольцевым элементом, закрепленным на диске предпоследней ступени, и опорным фланцем, расположенным на шлицевой втулке, которая закреплена на валу ротора, причем в полотне промежуточного диска и в опорном фланце выполнены отверстия для охлаждающего воздуха.