ОХЛАЖДАЕМАЯ МЕТАЛЛОКЕРАМИЧЕСКАЯ РАБОЧАЯ ЛОПАТКА ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2003 года по МПК F01D5/18 F01D5/30 

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению, в частности к охлаждаемым рабочим лопаткам газовых турбин.

Известна охлаждаемая металлокерамическая рабочая лопатка газовой турбины, состоящая из профилированной керамической оболочки, металлического несущего стержня с полкой на периферии и с хвостовиком в корневой части, металлического экрана-дефлектора с "кнопочными" выступами, установленного в зазоре между оболочкой и стержнем [1]. В такой лопатке "Х-образный" хвостовик выполнен в виде замка типа "ласточкин хвост" и припаян к корневому концу несущего стержня. Хвостовик свободно установлен в ответный поперечный паз в диске турбины.

Хвостовик, несущий стержень, и полка содержат каналы для охлаждающего воздуха.

Недостатком такой конструкции является ее неразборность, исключающая простоту сборки-разборки рабочей лопатки без запаивания-распаивания Х-образного хвостовика.

Конструкция [1] принята в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения.

Целью изобретения является достижение разборности конструкции, обеспечивающей простоту сборки-разборки рабочей лопатки.

Эта цель достигается тем, что
во-первых, хвостовик несущего стержня выполнен в виде "резьбового" замка с его окружением со стороны диска турбины теплозащитными керамическими накладками;
во-вторых, "резьбовой" замок выполнен с коническим пояском и со специальной цилиндрической резьбой;
в-третьих, "резьбовой" замок выполнен с коническим пояском и с конической резьбой;
в-четвертых, хвостовик выполнен в виде стержня с "серповидными" поперечными сечениями, с коническим пояском и резьбой на выпуклой поверхности - "спинке" и с гладкой вогнутой поверхностью - "корытцем";
в-пятых, "резьбовой" замок выполнен со съемной накладкой в виде керамического "сухаря" с коническим пояском и резьбой на его наружной поверхности, идентичными коническому пояску и резьбе на "спинке" хвостовика;
в-шестых, "резьбовой" замок выполнен со съемной накладкой в виде металлического "сухаря" с коническим пояском и резьбой на его наружной поверхности, идентичными коническому пояску и резьбе на "спинке" хвостовика;
в-седьмых, хвостовик и "сухарь" выполнены с сопряжением по поверхности "корытца" хвостовика, причем их совокупность образует стержень с поперечными сечениями в виде круга;
в-восьмых, "резьбовой" замок выполнен с фиксатором в виде штока-пистона с его установкой со стороны "корытца" хвостовика, под "сухарем", в отверстия диска;
в-девятых, теплозащитные керамические накладки выполнены в виде совокупности разборных центральных и промежуточных элементов с их установкой на ограничивающей поверхности вращения диска турбины и с закреплением посредством разъемных замков типа "ласточкин хвост";
в-десятых, "резьбовой" замок выполнен с галтелями в резьбе, с шагом резьбы, отличным от шага резьбы резьбового отверстия в диске, с многозаходной резьбой;
в-одиннадцатых, металлический "сухарь" выполнен с теплозащитной керамической накладкой с ее закреплением посредством разъемного замка типа "ласточкин хвост";
в-двенадцатых, хвостовик несущего стержня выполнен с лыской на стороне спинки;
в-тринадцатых, шток-пистон выполнен с центральным и радиальными каналами.

На фиг.1 показана лопатка, продольный разрез в плоскости вращения диска турбины; на фиг.2 - поперечный разрез А-А; на фиг.3 - поперечный разрез Б-Б; на фиг.4 - поперечный разрез В-В.

Охлаждаемая металлокерамическая рабочая лопатка газовой турбины содержит профилированную керамическую оболочку 1, металлический несущий стержень 2 с полкой 3 на периферии и с хвостовиком 4 в корневой части, металлический экран-дефлектор 5 с "кнопочными" полусферическими выступами 6, установленный в зазоре 7.

Хвостовик 4 выполнен в виде "резьбового" замка и окружен со стороны диска 8 теплозащитными промежуточными 9 и центральными 10 керамическими накладками, укрепленными посредством замков типа "ласточкин хвост" на ограничивающей поверхности вращения диска турбины.

Хвостовик 4 содержит конический поясок 11, резьбу 12, лыску 13 на выпуклой поверхности - "спинке" 14, съемную накладку - "сухарь" 15 с резьбой 16 и коническим пояском 17.

"Сухарь" 15 сопряжен с хвостовиком 4 по вогнутой поверхности "корытца" 18. Металлическая модификация "сухаря" содержит теплозащитную керамическую накладку 19, закрепленную на "сухаре" посредством замка типа "ласточкин хвост".

Лопатка содержит также шток-пистон 20 с центральным 21 и радиальными 22 каналами, вставленный в отверстия в диске 8 со стороны "корытца" 18, под "сухарем" 15.

При работе газовой турбины рабочая лопатка и диск воспринимают силовые воздействия, которым противостоит "резьбовой" замок, и тепловые воздействия, которым противостоят керамические оболочка 1 и теплозащитные накладки 9, 10 и 19.

"Резьбовой" замок 4 воспринимает и уравновешивает главным образом растягивающие силы инерции и силы затяжки резьбового соединения. Конический поясок воспринимает и уравновешивает в основном поперечные газовые силы и частично, за счет трения, - растягивающие силы инерции.

Несущий стержень 2 окружен профилированной оболочкой 1, имеющей специфический "турбинный" профиль своих поперечных сечений, и экраном-дефлектором 5. Поэтому для достижения цели изобретения поперечные сечения стержня по всей его длине, включая хвостовик, выполнены "серповидными" с тем, чтобы экран-дефлектор 5 и керамическую оболочку 1 можно было легко "надевать" на стержень 2 через его хвостовик 4 и "раздевать" их со стержня в обратном порядке. Именно таким путем достигнута простота сборки-разборки рабочей лопатки.

По условиям длительной прочности и с целью достижения простоты сборки-разборки замок лопатки выполнен с резьбовым соединением хвостовика 4 и диска 8. При этом преобразование "серповидного" сечения хвостовика 4 в "круглое" сечение, которое наиболее полно удовлетворяет резьбовому соединению, выполнено посредством легкосъемной накладки - "сухаря" 15. Поскольку верхняя часть накладки контактирует с потоком горячих газов, "сухарь" выполнен керамическим. Металлическая модификация "сухаря" содержит теплозащитную керамическую накладку 19.

С целью снижения отрицательного воздействия на длительную прочность "резьбового" замка фактора концентрации напряжений, присущего резьбовому соединению, в конструкции рабочей лопатки предусмотрены альтернативная коническая резьба, специальная цилиндрическая резьба, галтели в резьбе, разные шаги резьбы 12 и резьбы резьбового отверстия в диске 8.

Шток-пистон 20 предотвращает самопроизвольное развинчивание резьбового соединения хвостовика 4 и диска 8, а также подводит к хвостовику 4 охлаждающий воздух посредством центрального 21 и радиальных 22 каналов.

Лыска 13 на хвостовике 4 обеспечивает смещение центра массы несущего стержня 2 в сторону центра масс рабочей лопатки в сборе.

Многозаходность резьбы "резьбового" хвостовика обеспечивает уменьшение угла поворота лопатки при закручивании "резьбового" замка в резьбовое отверстие в диске.

Источник информации
1. Патент Российской Федерации RU 2095579, C 16 F 01 D 5/28 от 18.10.95. Охлаждаемая металлокерамическая рабочая лопатка газовой турбины.

Охлаждаемая металлокерамическая рабочая лопатка газовой турбины содержит профилированную керамическую оболочку, металлический несущий стержень с полкой на периферии и с хвостовиком в корне, металлический экран-дефлектор с "кнопочными" полусферическими выступами, установленными в зазоре между керамической оболочкой и несущим стержнем. Хвостовик несущего стержня выполнен в виде "резьбового" замка с его окружением со стороны диска теплозащитными керамическими накладками. Изобретение облегчает сборку-разборку металлокерамической лопатки. 12 з.п. ф-лы., 4 ил.

1. Охлаждаемая металлокерамическая рабочая лопатка газовой турбины, содержащая профилированную керамическую оболочку, металлический несущий стержень с полкой на периферии и с хвостовиком в корне, металлический экран-дефлектор с "кнопочными" полусферическими выступами, установленный в зазоре между керамической оболочкой и несущим стержнем, отличающаяся тем, что хвостовик несущего стержня выполнен в виде "резьбового" замка с его окружением со стороны диска турбины теплозащитными керамическими накладками. 2. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что "резьбовой" замок выполнен с коническим пояском и со специальной цилиндрической резьбой. 3. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что "резьбовой" замок выполнен с коническим пояском и с конической резьбой. 4. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что хвостовик выполнен в виде стержня с "серповидными" поперечными сечениями, с коническим пояском и резьбой на выпуклой поверхности-"спинке" и с гладкой вогнутой поверхностью-"корытцем". 5. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что "резьбовой" замок выполнен со съемной накладкой в виде керамического "сухаря" с коническим пояском и резьбой на его наружной поверхности, идентичными коническому пояску и резьбе на "спинке" хвостовика. 6. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что "резьбовой" замок выполнен со съемной накладкой в виде металлического "сухаря" с коническим пояском и резьбой на его наружной поверхности, идентичными коническому пояску и резьбе на "спинке" хвостовика. 7. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что хвостовик и "сухарь" выполнены с сопряжением по поверхности "корытца" хвостовика, причем их совокупность образует стержень с поперечными сечениями в виде круга. 8. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что "резьбовой" замок выполнен с фиксатором в виде штока-пистона с его установкой со стороны "корытца" хвостовика, под "сухарем", в отверстиях диска. 9. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что теплозащитные керамические накладки выполнены в виде совокупности разборных центральных и промежуточных элементов с их установкой на ограничивающей поверхности вращения диска турбины и с закреплением посредством разъемных замков диска типа "ласточкин хвост". 10. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что "резьбовой" замок выполнен с галтелями в резьбе, с шагом резьбы, отличным от шага резьбы резьбового отверстия в диске, с многозаходной резьбой. 11. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что металлический "сухарь" выполнен с теплозащитной керамической накладкой с ее закреплением посредством разъемного замка типа "ласточкин хвост". 12. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что хвостовик несущего стержня выполнен с "лыской" на стороне "спинки". 13. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что шток-пистон выполнен с центральным и радиальными каналами.