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

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения.

Известен сопловой аппарат турбины с охлаждаемыми сопловыми лопатками, установленными в наружном корпусе по цилиндрическим пояскам (1).

Такая конструкция обеспечивает надежное крепление сопловых лопаток в силовом кольце, однако требует повышенного расхода охлаждающего воздуха, т. к. воздух "утекает" в стыки между верхними полками лопаток или в стыки между верхними полками блоков лопаток.

Известен также сопловой аппарат турбины с охлаждаемыми сопловыми лопатками, установленными наружном силовом кольце (2). Между наружным кольцом и верхними полками лопаток по всей длине полок установлена кольцевая уплотнительная лента, через отверстия в которой дозируется охлаждающий воздух, поступающий на каждую из лопаток. Уплотнительная лента прикрывает стыки между полками лопаток и предохраняет наружное кольцо от контакта с газовым потоком со стороны проточной части турбомашины.

Однако уплотняющая лента, изготовленная прокаткой, имеет большой допуск на толщину, поэтому в случае, когда толщина ленты будет меньше на величину допуска, часть сопловых лопаток получит возможность разворачиваться в окружном направлении, также вибрировать и перерезать уплотняющую ленту.

Разворачивание лопаток приведет к изменению площади соплового аппарата и увеличению утечек охлаждающего воздуха под лентой по стыкам верхних полок лопаток, а следовательно, к снижению КПД турбины и к прогару сопловых лопаток.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и КПД соплового аппарата за счет исключения возможности разворачивания лопаток в окружном направлении, их вибрации и перерезания ленты, а также путем снижения утечек охлаждающего воздуха по стыкам верхних полок лопаток.

Сущность изобретения заключается в том, что в сопловом аппарате турбомашины, включающем наружное кольцо, сопловую лопатку с цилиндрическими осевыми выступами и верхней полкой, а также размещенную между ними уплотнительную кольцевую ленту, согласно изобретению, цилиндрические осевые выступы сопловой лопатки жестко зафиксированы кольцевым соединением выступ-паз в наружном кольце, а уплотнительная лента установлена за кольцевым соединением в сторону выходной кромки лопатки.

Кроме того, лента установлена в проточку, выполненную в наружном кольце и/или в верхних полках сопловых лопаток.

Жесткая фиксация цилиндрического осевого выступа лопатки в наружном кольце кольцевым соединением выступ-паз, в который не входит уплотнительная лента, позволяет предотвратить разворачивание и вибрацию лопаток. А размещение ленты за кольцевым соединением в сторону выходной кромки лопатки ведет к прижатию ленты и лопатки друг к другу за счет действия газовых сил, и поэтому допуск на толщину ленты при ее изготовлении не влияет на уплотняющие свойства заявляемого устройства, что позволяет исключить утечки охлаждающего воздуха в зазоры между щечками сопловых лопаток.

Причем ленту вставляют в проточку, которая может быть выполнена в наружном кольце, либо в верхней полке сопловой лопатки, либо в проточку, частично выполненную в наружном кольце, а частично - в верхней полке лопатки.

Изобретение иллюстрируется фигурами, где изображены варианты заявляемого устройства, отличающиеся выполнением проточки под уплотняющую ленту. На фиг. 1 изображен сопловой аппарат, в котором лента размещена в проточке наружного кольца. На фиг. 2 изображен сопловой аппарат, в котором лента размещена в проточке верхних полок сопловых лопаток. Фиг. 3 иллюстрирует вариант заявляемой конструкции, в которой лента размещена в проточке, частично выполненной в наружном кольце, а частично - в полках лопаток.

Сопловой аппарат 1 состоит из наружного кольца 2, в котором жестко зафиксирован цилиндрический осевой выступ 3 сопловой лопатки 4. Выступ 3 выполнен на верхней полке 5 лопатки 4 со стороны входной кромки 6. Выступ 3 входит в ответный паз 7 наружного кольца 2, образуя кольцевое соединение выступ-паз. За кольцевым соединением в сторону выходной кромки лопатки 4 в проточках 8 или 9 за выступом 3 размещена кольцевая уплотняющая лента 10. Между кольцом 2 и лентой 10 размещена распределительная полость 11, в которую через отверстия 12 в кольце 2 подается охлаждающий воздух, идущий в сопловую лопатку через отверстия 13 в ленте 10. Перепад давления ΔP охлаждающего воздуха прижимает ленту 10 к периферийным торцам 14 боковых щечек 15 верхней полки 5, таким образом уплотняя стыки между щечками 15 отдельных лопаток 4. От осевого и окружного смещения с помощью штифтов 16 зафиксированы лопатки 4 с выходной кромкой 17.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

В процессе работы двигателя охлаждающий воздух поступает в распределительную полость 11 и перепадом давления ΔP прижимает уплотняющую ленту 10 к торцам 14 верхних полок 5 сопловых лопаток 4.

Лопатки 4, зафиксированные с большей точностью в радиальном направлении с помощью цилиндрических выступов 3, входящих в цилиндрический паз 7 (под действием крутящего момента М_кр от осевой составляющей газовых сил, поворачиваются против часовой стрелки относительно выступа 3, прижимаясь к ленте 10 и к внутренней поверхности наружного кольца 2.

Выступы 3 расположены со стороны входной кромки 6 лопатки 4. Крутящий момент М_кр = F_газ х L, где F_газ - осевая составляющая газовых сил, действующая на сопловую лопатку, L - плечо действия газовых сил, способствует прижатию лопатки 4 к ленте 10 за счет действия газовых сил.

Разворот лопатки 4 в окружном направлении от действия окружной составляющей газовых сил является минимальным и не приводит к появлению зазоров между лентой 10 и поверхностями 14 верхних полок лопаток 4, и к перерезанию уплотнительной ленты 10. Тем самым исключаются "паразитные" утечки охлаждающего воздуха в зазоры между щечками 15 лопаток 4.

Источники информации
1. Вьюнов С.А. и др. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, Машиностроение, 1989, стр. 183, рис. 4.41.

2. Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30 КУ, стр. 165, рис. 228у

Сопловой аппарат турбомашины включает наружное кольцо, сопловую лопатку с цилиндрическими осевыми выступами и верхней полкой, а также размещенную между ними уплотнительную кольцевую ленту. Цилиндрические осевые выступы сопловой лопатки жестко зафиксированы кольцевым соединением выступ - паз в наружном кольце, а уплотнительная лента установлена за кольцевым соединением в сторону выходной кромки лопатки. Изобретение позволяет повысить надежность соплового аппарата турбомашины за счет исключения возможности перерезания уплотнительной ленты. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Сопловой аппарат турбомашины, включающий наружное кольцо, сопловую лопатку с цилиндрическими осевыми выступами и верхней полкой, а также размещенную между ними уплотнительную кольцевую ленту, отличающийся тем, что цилиндрические осевые выступы сопловой лопатки жестко зафиксированы кольцевым соединением выступ - паз в наружном кольце, а уплотнительная лента установлена за кольцевым соединением в сторону выходной кромки лопатки. 2. Сопловой аппарат по п.1, отличающийся тем, что лента установлена в проточку, выполненную в наружном кольце и/или в верхних полках сопловых лопаток.