ЦИЛИНДРИЧЕСКОЕ ОПОРНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ УЗЛА СТАТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И УЗЕЛ СТАТОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2003 года по МПК F01D25/24 F01D9/04 

Изобретение относится к опорным устройствам для сегментов направляющих аппаратов статора, используемым в газотурбинных двигателях. Изобретение также относится к усовершенствованному узлу статора для газотурбинного двигателя, в котором используется это опорное устройство. В частности, изобретение относится к усовершенствованному узлу статора газотурбинного двигателя, закрепленного своей наружной радиальной частью и включающего это опорное устройство.

Уровень техники.

Узлы статора второй ступени газотурбинного двигателя обычно имеют внутреннюю радиальную часть, установленную на плавающем уплотнении на вращающемся валу турбины. Внешняя радиальная часть узла должна быть прикреплена к внешнему корпусу двигателя. Это обычно осуществляется с помощью кольцеобразного опорного устройства. Однако при прикреплении наружной части статора второй ступени турбины ко внешнему корпусу двигателя может произойти деформация опорного устройства из-за теплового расширения направляющих аппаратов статора, что в свою очередь приводит к деформации внешнего корпуса двигателя. Деформация внешнего корпуса двигателя может привести к изменению зазора вершин рабочих лопаток соседних ступеней турбины, что может понизить кпд двигателя.

Деформацию можно уменьшить с помощью адекватного охлаждения направляющих аппаратов статора турбины. Однако эффективное охлаждение жестко закрепленных наружными концами направляющих аппаратов является затруднительным.

Из публикации GB-А-1052324 (ближайший аналог изобретения) известно цилиндрическое опорное устройство для узла статора газотурбинного двигателя с корпусом, содержащее две наружные кольцевые части, между которыми установлены сегменты направляющих аппаратов узла статора с образованием кольца в опорном устройстве.

Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения является обеспечение опорного устройства для крепления наружной части узла статора турбины к внешнему корпусу двигателя, обеспечивающее минимальную деформацию внешнего корпуса при тепловом расширении направляющих аппаратов турбины.

Другой задачей настоящего изобретения является опорное устройство, обеспечивающее более эффективное охлаждение направляющих аппаратов статора, в частности наружной опоры направляющих аппаратов статора.

Предлагаемое усовершенствованное опорное устройство представляет собой легкий цилиндр, внутри которого устанавливаются направляющие аппараты. Цилиндр выполнен из двух колец, между которыми устанавливаются направляющие аппараты, и центрального кольца, используемого для установки цилиндра в радиальном направлении относительно внешнего корпуса двигателя. Для образования цилиндрической формы кольца соединяются тонкими, разнесенными по окружности соединительными элементами - перемычками, соединяющими оба наружных кольца с центральным кольцом. Перемычки достаточно тонкие и могут изгибаться или деформироваться при тепловом расширении направляющих аппаратов статора, расширяя или деформируя наружные опорные кольца с целью минимизации деформации, передаваемой от наружных опорных колец к внутреннему установочному кольцу, и от него к корпусу двигателя. Таким образом, обеспечивается сведение к минимуму деформации, передаваемой на корпус, и улучшение контроля зазора вершин рабочих лопаток турбины. Использование тонких перемычек для соединения колец опорного устройства позволяет создать большие отверстия в цилиндрическом устройстве для подвода охлаждающего воздуха к наружным опорам направляющих аппаратов, что обеспечивает дополнительное уменьшение деформации.

В частности, предлагается также в основном цилиндрическое опорное устройство для узла статора турбины газотурбинного двигателя с корпусом. Опорное устройство имеет две наружные кольцевые части, между которыми устанавливаются направляющие аппараты статора, и центральная кольцевая часть, служащая для установки опорного устройства в радиальном направлении внутри корпуса двигателя. Перемычки, соединяющие наружные кольцевые части с центральной кольцевой частью, выполнены таким образом, чтобы обеспечивалось уменьшение деформации теплового расширения, передаваемой от наружных кольцевых частей к центральной кольцевой части.

Предлагается также узел статора турбины газотурбинного двигателя с корпусом, включающий ряд направляющих аппаратов, образующих статор, и в основном цилиндрическое опорное устройство, внутри которого устанавливаются направляющие аппараты, образующие кольцо статора. Опорное устройство состоит из двух наружных кольцевых частей, между которыми устанавливаются направляющие аппараты, и центральной кольцевой части, с помощью которой опорное устройство устанавливается в радиальном направлении внутри корпуса двигателя. Соединительные элементы - перемычки, соединяющие наружные кольцевые части с центральной кольцевой частью, выполнены таким образом, чтобы обеспечивалось уменьшение деформации теплового расширения, передаваемой от наружных кольцевых частей к центральной кольцевой части.

Перечень фигур чертежей и иных материалов
Описав в целом предлагаемое изобретение, рассмотрим его более подробно со ссылками на следующие приведенные ниже иллюстрации, показывающие предпочтительный способ выполнения изобретения.

Фиг.1 - поперечный разрез статора газотурбинного двигателя.

Фиг.2 - частичный перспективный вид предлагаемого опорного устройства.

Фиг.3 - детальный вид сверху части опорного устройства.

Фиг.4 - детальный поперечный разрез опорного устройства и внешнего корпуса двигателя.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения
Показанный на фиг. 1 газотурбинный двигатель 1 имеет расположенные на расстоянии друг от друга по оси двигателя ступени 3, 5 ротора, между которыми установлена статорная ступень 7. Статорная ступень 7 состоит из ряда сегментов 9 направляющего аппарата, установленных друг за другом и образующих круговое кольцо. Каждый сегмент 9 направляющего аппарата состоит из одной или более лопаток 11 статора, установленных между наружной платформой (башмаком) лопатки 13 и внутренней платформой 15. Боковые кромки наружных платформ 13 прилегают друг к другу так же, как и боковые кромки внутренних платформ 15, образуя кольцо. Для того чтобы обеспечить фиксацию внутренних платформ 15 в осевом и радиальном направлениях, они устанавливаются между внутренними кожухами 17, 19 двигателя.

На фиг. 1 и 2 показано также предусматриваемое в общем случае цилиндрическое опорное устройство 25, внутри которого устанавливается кольцо сегментов 9 направляющих аппаратов. Цилиндрическое опорное устройство 25 состоит из трех разнесенных в осевом направлении кольцевых частей 27, 29 и 31. Кольцевые части 27, 29 и 31 обладают достаточной толщиной в радиальном направлении. Относительно тонкие цилиндрические соединительные элементы, или перегородки 33,35 обеспечивают соединение наружных кольцевых частей 27, 29 с центральной кольцевой частью 31.

Сегменты 9 направляющих аппаратов установлены опирающимися на наружные кольцевые части 27, 29, для чего каждая из наружных кольцевых частей 27, 29 опорного устройства имеет обращенные внутрь радиальные фланцы 39, 41, между которыми располагаются наружные платформы 13 сегментов направляющих аппаратов 9 с целью их фиксации в осевом и радиальном направлениях. Центральная кольцевая часть 31 опорного устройства 25 упирается во внешний корпус 43 двигателя для фиксации опорного устройства в радиальном направлении относительно корпуса.

Тепловое расширение сегментов 9 направляющих аппаратов может не соответствовать в радиальном отношении тепловому расширению опорного устройства 25. Опорное устройство в соответствии с настоящим изобретением уменьшает любую тепловую деформацию, передаваемую через опорное устройство между наружными кольцевыми частями 27, 29 и центральной кольцевой частью 31 в результате расширения сегментов 9 направляющих аппаратов. В частности, уменьшение деформации обеспечивается соединительными элементами или перегородками 33,35, установленными соединяющими наружные кольцевые части 27, 29 с центральной кольцевой частью 31. Это осуществляется посредством больших вырезов 47 в соединительных элементах, образующих перемычки 49 между кольцевыми частями 27, 31 и кольцевыми частями 29, 31, расположенные соединяющими наружные кольцевые части 27, 29 с центральной кольцевой частью 31. Причем перемычки 49 связаны указанными кольцевыми частями с формированием опоры для направляющих аппаратов 9 и являются средствами уменьшения деформации теплового расширения, передаваемой от наружных кольцевых частей 27, 29 к центральной кольцевой части 31. Количество, размеры, форма и расположение вырезов 47 выбираются таким образом, чтобы перегородки 33, 35 обеспечивали максимальное уменьшение тепловой деформации опорного устройства 25. Предпочтительно, чтобы перемычки 49 были выполнены в виде узких, тонких перемычек между разнесенными по окружности вырезами 47 в перегородках 33, 35. Форма вырезов 47 должна также обеспечивать подвод максимально возможного расхода охлаждающего воздуха и его направления непосредственно на наружные платформы 13 сегментов 9 направляющих аппаратов от корпуса 43 двигателя при минимальном перепаде давлений. Предпочтительно, чтобы форма вырезов 47 обеспечивала наклонное расположение перемычек 49 под углом относительно продольной оси опорного устройства для обеспечения минимальной турбулентности потока охлаждающего воздуха.

Опорное устройство 25 может выполняться как цельный элемент (из одной заготовки) или может быть выполнено из цилиндрических сегментов, соединенных друг с другом каким-либо подходящим способом. Опорное устройство 25 обладает малым весом. Оно обеспечивает хорошее осевое и радиальное уплотнение с корпусом двигателя 43 относительно потока текучей среды, проходящего через статор и торцевую плоскость статора. Зазор между сегментами 9 направляющих аппаратов статора при комнатной температуре устанавливается таким образом, чтобы на устоявшихся режимах работы двигателя обеспечивалось и поддерживалось уплотнение между сегментами 9, между внутренними кожухами 17, 19 двигателя и сегментами 9, а также между опорным устройством 25 и сегментами 9.

Могут также предусматриваться замковые средства предотвращения вращения опорного устройства 25 относительно внешнего корпуса двигателя 43, расположенные на опорном устройстве 25 и корпусе двигателя 43. Замковые средства могут представлять собой ряд показанных на фиг. 2 и 3 разнесенных по окружности пазов 61 в одной из перегородок 33, 35. Как показано на фиг. 4, предусмотренные на корпусе 43 выступы 63, выполненные на корпусе двигателя 43 выступающими радиально внутрь с размером и расположением, соответствующими пазам 61 на опорном устройстве 25, входят в пазы 61, предупреждая поворот опорного устройства 25 относительно корпуса 43.

Опорой для узла статора газотурбинного двигателя служит внешний корпус, включающий две наружные кольцевые части, между которыми устанавливаются сегменты направляющих аппаратов турбины. Направляющие аппараты турбины образуют кольцо внутри цилиндрического опорного устройства. Между наружными кольцевыми частями предусмотрена центральная кольцевая часть, соединяемая с ними с помощью перемычек. Центральная кольцевая часть служит для фиксации опорного устройства внутри корпуса двигателя. Перемычки изогнуты под углом относительно продольной оси узла статора и образуют между собой отверстия. Изобретение позволит свести к минимуму тепловую деформацию, передаваемую от наружных кольцевых частей к центральной кольцевой части. 2 с. и 10 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Цилиндрическое опорное устройство (25) для узла статора газотурбинного двигателя с корпусом (43), содержащее две наружные кольцевые части (27, 29), между которыми установлены сегменты направляющих аппаратов узла статора с образованием кольца в опорном устройстве (25), отличающееся тем, что оно снабжено центральной кольцевой частью (31), расположенной в осевом направлении между двумя наружными кольцевыми частями (27, 29) на расстоянии от них с опорой на корпус (43) двигателя, а сегменты (9) направляющих аппаратов установлены опирающимися на наружные кольцевые части (27, 29), и перемычками (49), расположенными между наружными кольцевыми частями (27, 29) и центральной кольцевой частью (31), связанными с ними с формированием опоры для направляющих аппаратов (9) и расположением опорного устройства (25) в радиальном направлении внутри двигателя, причем перемычки (49) являются средствами уменьшения деформации теплового расширения, передаваемой от наружных кольцевых частей (27, 29) к центральной кольцевой части (49). 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что перемычки (49) представляют собой узкие, тонкие перемычки (49), расположенные соединяющими наружные кольцевые части (27, 29) с центральной кольцевой частью (31). 3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что перемычки (49) расположены под углом относительно оси опорного устройства (25). 4. Устройство по п.1 отличающееся тем, что перемычки (49) выполнены в виде узких, тонких перемычек (49) между разнесенными по окружности вырезами (47) в перегородках (33, 35), установленных соединяющими наружные кольцевые части (27, 29) с центральной кольцевой частью (31). 5. Устройство по п.4, отличающееся тем, что оно содержит взаимодействующие замковые средства (61, 63) предотвращения поворота опорного устройства (25) относительно корпуса двигателя (43), расположенные на опорном устройстве (25) и корпусе двигателя (43). 6. Устройство по п.5, отличающееся тем, что замковые средства (61, 63) содержат группу разнесенных по окружности пазов (61), выполненных по крайней мере в одной из перегородок (33, 35), и взаимодействующие с ними выступы (63), выполненные на корпусе двигателя (43) выступающими радиально внутрь с размером и расположением, соответствующим пазам (61) на опорном устройстве (25). 7. Узел статора турбины газотурбинного двигателя с корпусом (43), содержащий группу расположенных прилегающими друг к другу сегментов (9) направляющих аппаратов статора, и в основном цилиндрическое опорное устройство (25), имеющее две наружных кольцевых части (27, 29), между которыми установлены сегменты (9) направляющих аппаратов с образованием кольца в опорном устройстве (25), отличающийся тем, что он снабжен центральной кольцевой частью (31), установленной между двумя наружными кольцевыми частями (27, 29) опирающейся на корпус двигателя (43), причем сегменты (9) направляющих аппаратов установлены опирающимися на наружные кольцевые части (27, 29), и перемычками (49), расположенными между наружными кольцевыми частями (27, 29) и центральной кольцевой частью (31), связанными с ними с формированием опоры для направляющих аппаратов (9) и расположением опорного устройства (25) в радиальном направлении внутри двигателя, при этом перемычки (49) являются средствами уменьшения деформации теплового расширения, передаваемой от наружных кольцевых частей (27, 29) к центральной кольцевой части (31). 8. Узел статора по п.7, отличающийся тем, что перемычки (49) расположены под углом относительно оси опорного устройства (25). 9. Узел статора по п.7 или 8, отличающийся тем, что он содержит взаимодействующие замковые средства (61, 63) предотвращения поворота опорного устройства (25) относительно корпуса двигателя (43), расположенные на опорном устройстве (25) и корпусе (43) двигателя. 10. Узел статора по п.7, отличающийся тем, что перемычки (49) выполнены в виде узких, тонких перемычек (49) между разнесенными по окружности вырезами (47) в перегородках (33, 35), установленных соединяющими наружные кольцевые части (27, 29) с центральной кольцевой частью (31). 11. Узел статора по п. 10, отличающийся тем, что он содержит взаимодействующие замковые средства (61, 63) предотвращения поворота опорного устройства (25) относительно корпуса двигателя (43), расположенные на опорном устройстве (25) и корпусе двигателя (43). 12. Узел статора по п. 11, отличающийся тем, что замковые средства (61, 63) содержат группу разнесенных по окружности пазов (61), выполненных по крайней мере в одной из перегородок (33, 35), и взаимодействующие с ними выступы (63), выполненные на корпусе двигателя (43) выступающими радиально внутрь с размером и расположением соответствующими пазам (61) на опорном устройстве (25).