СОПЛОВОЙ АППАРАТ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2001 года по МПК F01D9/00 

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения.

Известен сопловой аппарат, сопловые лопатки которого содержат верхнюю и нижнюю полки, а стыки между полками соседних лопаток уплотняются с помощью проставок, выполненных из легкодеформируемого жаропрочного материала. Проставки установлены в канавки, выполненные в полках лопаток [1].

Однако такая конструкция не обеспечивает достаточную герметичность из-за зазоров между проставками и канавками, в которые их устанавливают.

Известна конструкция соплового аппарата, в котором сопловые лопатки верхними полками закреплены в наружном кольце, а нижняя полка лопатки состоит из периферийной стенки, образующей проточную часть турбомашины, внутренней стенки, образующей с лабиринтами ротора лабиринтные уплотнения, а также соединяющими их радиальными стенками [2].

Недостатками известной конструкции является отсутствие уплотнений стыков между нижними полками сопловых лопаток, что снижает экономичность турбомашины. Бандажное кольцо, которое служит для взаимной фиксации сопловых лопаток по нижним полкам в осевом и окружном направлениях, склонно к износу по цилиндрическим цапфам, что снижает надежность соплового аппарата.

Техническая задача, которую решает изобретение, заключается в повышении экономичности турбомашины за счет уплотнения соединений между сопловыми лопатками по нижним полкам и их взаимной фиксации в осевом направлении, что позволяет предотвратить разрушение турбины в случае прогара пера сопловых лопаток, а также в повышении надежности путем демпфирования колебаний при вибрации лопаток.

Сущность изобретения заключается в том, что в сопловом аппарате турбомашины с сопловыми лопатками, содержащими нижние полки с периферийной и внутренней стенками и соединяющими их радиальными стенками, согласно изобретению вдоль радиальных стенок нижней полки сопловых лопаток выполнены контактные площади с возможностью зигзагообразного соединения соседних лопаток по ним. А стык соединения уплотнен с помощью проставок.

Выполнение контактных площадок вдоль радиальных стенок нижней полки сопловых лопаток позволяет осуществлять зигзагообразное соединение при контактировании зигзагообразного выступа на нижней полке одной лопатки с зигзагообразной впадиной на ответной нижней полке соседней лопатки. Такое соединение является надежным уплотнением, предотвращающим утечку газа по стыкам между нижними полками соседних лопаток, уплотненным с помощью проставок. Кроме того, такое соединение служит для фиксирования сопловых лопаток в осевом направлении, что позволяет предотвратить лавинообразное разрушение турбины в случае прогара пера сопловых лопаток и "вылета" в таком случае массивной нижней полки сопловой лопатки в проточную часть турбины. Такое разрушение исключается за счет фиксации отделившейся нижней полки зигзагообразными соединениями с полками соседних лопаток. Также указанное соединение лопаток демпфирует колебания за счет поглощения энергии при трении контактных площадок.

Зигзагообразное соединение лопаток может выполняться как со стороны входной кромки, так и в зоне средней линии пера лопатки, а также со стороны выходной кромки лопатки. Последний вариант является более предпочтительным, т. к. температура в зоне соединения лопаток будет ниже из-за падения температуры газа от входной к выходной кромкам лопатки.

На фиг. 1 изображена заявляемая конструкция соплового аппарата с контактными площадками, выполненными на выходной кромке лопатки; на фиг. 2 - вид А на фиг. 1; на фиг. 3 - вариант исполнения соплового аппарата с зигзагообразным соединением лопаток в зоне средней линии пера лопатки.

Сопловой аппарат включает наружное кольцо 2, в котором с помощью штифтов 3 закреплены сопловые лопатки 4. Каждая лопатка 4 содержит верхнюю полку 5, нижнюю полку 6 и перо лопатки 7 с входной 8 и выходной 9 кромками.

Нижняя полка 6 включает в себя периферийную стенку 10, образующую проточную часть газового тракта, внутреннюю стенку 11, являющуюся фланцем лабиринта и содержащую сотовый уплотнитель 12.

Вдоль радиальных стенок нижних полок 6 соседних сопловых лопаток выполнено зигзагообразное соединение 13, образованное выступом 14 и впадиной 15 соседних лопаток. Контактные площадки 16, по которым соприкасаются лопатки, расположены по всей высоте нижней полки 6 на одной из радиальных стенок 17, соединяющих периферийную 10 и внутреннюю 11 стенки.

Стык 18 между нижними полками 6 соседних лопаток с окружным зазором δ уплотнен с помощью пластин - проставок 19, которые входят в ответные им пазы 20 в нижних полках 6 лопаток 4.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе двигателя газ перетекает через сопловую лопатку 4 в направлении от входной кромки 8 к выходной кромке 9 и стремится к перетеканию в этом же направлении по всей высоте нижней полки 6 по зазорам δ в стыке между пазами 20 и уплотняющими пластинами - проставками 19. Поэтому стык 18 уплотняется недостаточно. Паразитные утечки газа, которые приводят к снижению экономичности двигателя, устраняются уплотнением с помощью зигзагообразного соединения 13, в котором по контактным площадкам 16 соприкасаются соседние лопатки.

Кроме того, соединение 13 взаимно фиксирует лопатки относительно друг друга в осевом направлении, что позволяет предотвратить разрушение турбины в случае прогара пера сопловых лопаток. В случае прогара пера лопатки ее отделившаяся массивная нижняя полка фиксируется соединением 13 с полками соседних лопаток. Зигзагообразное соединение 13 также демпфирует энергию колебаний при вибрации лопаток 4 за счет поглощения энергии колебаний при трении по контактным площадкам соприкасающихся между собой сопловых лопаток.

Источники информации
1. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Под общ. ред. Д.В.Хронина. М.: Машиностроение, 1989, с. 181, рис. 4.40.

2. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Под общ. ред. Д.В.Хронина. М.: Машиностроение, 1989, с. 183, рис. 4.41а.

Сопловой аппарат турбомашины с сопловыми лопатками содержит нижние полки с периферийной и внутренней стенками и соединяющими их радиальными стенками. Вдоль радиальных стенок нижней полки сопловых лопаток выполнены контактные площадки с возможностью зигзагообразного соединения соседних лопаток по ним, а стык соединения уплотнен с помощью проставок. Предложенное техническое решение позволяет повысить надежность турбомашины за счет предотвращения разрушения турбины в случае прогара пера сопловых лопаток за счет взаимной фиксации в осевом направлении. 3 ил.

Сопловой аппарат турбомашины с сопловыми лопатками, содержащими нижние полки с периферийной и внутренней стенками и соединяющими их радиальными стенками, отличающийся тем, что вдоль радиальных стенок нижней полки сопловых лопаток выполнены контактные площадки с возможностью зигзагообразного соединения соседних лопаток по ним, а стык соединения уплотнен с помощью проставок.