СТАТОР ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2005 года по МПК F04D29/54 

Предлагаемое изобретение относится к технической области, касающейся компрессоров газовых турбин, в частности компрессоров турбореактивных двигателей.

Говоря более конкретно, это изобретение касается статора осевого компрессора, содержащего жесткую внешнюю кольцевую арматуру и примыкающие друг к другу в осевом направлении кольца, располагающиеся в радиальном направлении изнутри по отношению к этой арматуре и несущие на себе венцы неподвижных направляющих лопаток, которые проходят внутрь в радиальном направлении, причем эти кольца образованы кольцевыми секторами, закрепленными на упомянутой выше арматуре при помощи средств крепления и ограничивающими снаружи аэродинамический канал движения потока сжатых газов.

Обычно эти кольцевые сектора содержат внутреннюю стенку, ограничивающую аэродинамический канал, и радиальные ребра, ориентированные в направлении наружу и входящие в упорный контакт с внешней кольцевой арматурой, причем эти ребра содержат основания, предназначенные для закрепления упомянутых секторов на арматуре посредством болтов. Неподвижные направляющие лопатки закреплены в отверстии, выполненном во внутренней стенке.

В компрессоре высокого давления турбореактивного двигателя поток сжатых газов имеет высокую температуру. При этом внутренние стенки кольцевых секторов находятся в непосредственном контакте с этим потоком горячих газов и подвергаются вследствие этого тепловому расширению, что ведет к увеличению зазоров между ротором и статором. Перенос тепла вследствие теплопроводности происходит между внутренней стенкой и кольцевой арматурой посредством упомянутых ребер и крепежных болтов. Повышение температуры внешней арматуры приводит к увеличению перемещений, которое непосредственно затрагивает зазоры между ротором и статором. Для устранения этого явления применяют охлаждение конструкции, отбирая некоторое количество более холодного газа в области, располагающейся по потоку перед компрессором, что нежелательным образом влияет на общий коэффициент полезного действия данного турбореактивного двигателя.

Первая техническая задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить конструкцию статора компрессора, в котором передача тепловой энергии от аэродинамического канала к арматуре статора оказывается существенно сниженной.

Вторая техническая задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить конструкцию статора компрессора, в котором улучшено динамическое поведение упомянутых кольцевых секторов.

В соответствии с предлагаемым изобретением эти технические задачи решаются в результате того, что упомянутые кольцевые сектора представляют собой паяные сектора, образованные заполнителем сотовой структуры, располагающимся между внутренним листом, ограничивающим упомянутый аэродинамический канал, и наружным листом, а также вследствие того, что связь с упомянутой арматурой обеспечивается только при помощи наружного листа.

Благодаря такой конструкции уровень проводимости тепла снижается вследствие того, что связь между внутренним горячим листом и наружным листом обеспечивается только при помощи упомянутого заполнителя сотовой структуры, который ограничивает поверхность теплопередачи и механического контакта между горячей внутренней частью и холодной наружной частью. При этом наружный лист имеет температуру, определенно более низкую, чем температура внутреннего листа. И это тем более справедливо для внешней кольцевой арматуры. Вследствие того, что паяные сектора сами определяют удовлетворительную герметичность, обеспечивается, кроме того, ограничение циркуляции воздуха в полостях, располагающихся между наружным листом и внутренним листом, что приводит к снижению потерь тепла, возникающих за счет конвекции.

При этом количество воздуха, отбираемого по потоку перед компрессором для охлаждения жесткой кольцевой арматуры, может быть значительно снижено по сравнению с существующим уровнем техники в данной области.

Предпочтительно наружный лист закреплен на арматуре при помощи болтов. Более предпочтительно этот наружный лист закреплен на этой арматуре своим задним по потоку концом и своим передним по потоку концом при помощи множества болтов.

Это жесткое закрепление позволяет усовершенствовать динамическое поведение упомянутых секторов, допуская свободное тепловое расширение внутреннего листа. Из этого следует снижение утечек между передней по потоку частью и задней по потоку частью, что обеспечивает повышение общего коэффициента полезного действия данного компрессора.

В соответствии с другой характеристикой предлагаемого изобретения неподвижные направляющие лопатки заделаны в пазы одновременно во внутреннем листе и в наружном листе.

Два эти листа жестко связаны между собой при помощи паяного заполнителя сотовой структуры и удалены друг от друга на расстояние, достаточно большое, для того, чтобы ограничить усилия, возникающие вследствие заделывания в пазы, а также усовершенствовать амортизацию лопаток направляющего аппарата.

Сектора, выполненные из заполнителя сотовой структуры, позволяют снизить паразитные утечки между задней по потоку частью и передней по потоку частью, что также повышает коэффициент полезного действия данного компрессора.

Кроме того, оказывается существенно упрощенной технология изготовления, поскольку в данном случае отпадает необходимость установки дополнительных элементов герметизации между полостями и между секторами.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания примера его реализации, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:

- фиг.1 представляет собой схематический вид в разрезе по плоскости, содержащей ось вращения компрессора, статора этого компрессора турбореактивного двигателя в соответствии с предлагаемым изобретением;

- фиг.2 представляет собой схематический перспективный вид кольцевого сектора статора компрессора в соответствии с предлагаемым изобретением.

На фиг.1 схематически представлена часть статора компрессора турбореактивного двигателя, который содержит изнутри по отношению к наружному кожуху, ограничивающему с внутренней стороны канал так называемого холодного потока газов, жесткую кольцевую конструкцию 2, связанную с наружным кожухом при помощи конических стенок 3, и множество примыкающих друг к другу в осевом направлении колец 4а, 4b, 4с, располагающихся концентрическим образом внутри упомянутой кольцевой конструкции 2. Каждое такое кольцо несет на себе венец неподвижных направляющих лопаток 5, которые проходят в радиальном направлении внутрь. Обод ротора компрессора, не показанный на приведенных в приложении фигурах и содержащий венцы подвижных лопаток, располагается коаксиально внутри упомянутых колец 4а, 4b, 4с, причем эти венцы подвижных лопаток ротора чередуются в осевом направлении с венцами неподвижных направляющих лопаток статора в канале 6 движения газа, сжимаемого данным компрессором.

Для того чтобы обеспечить возможность монтажа статора компрессора вокруг его ротора, каждое кольцо образовано множеством кольцевых секторов 7, примыкающих друг к другу в окружном направлении.

В соответствии с предлагаемым изобретением, и как это можно видеть на фиг.1 и 2, каждый кольцевой сектор 7 образован заполнителем сотовой структуры 8, заключенным между наружным листом 9 и внутренним листом 10. Этот наружный лист 9 представляет на своем переднем по потоку конце 11 и заднем по потоку конце 12 множество отверстий 13, обеспечивающих возможность закрепления этого листа при помощи болтов 14 на неподвижной кольцевой конструкции 2.

Здесь следует отметить, что одни и те же болты 14 скрепляют между собой передний по потоку конец 11 и задний по потоку конец 12 двух смежных кольцевых секторов 7, примыкающих друг к другу в осевом направлении. Такое специфическое расположение обеспечивает герметичность между примыкающими друг к другу кольцами 4а, 4b, 4с на уровне их наружных листов 9.

Как это можно видеть на приведенных в приложении фигурах, передние по потоку концы 11 и задние по потоку концы 12 наружного листа 9 содержат утолщения, ориентированные в направлении наружу, для того, чтобы этот наружный лист 9 и жесткая кольцевая арматура 2 находились в механическом контакте друг с другом только на уровне переднего по потоку конца 11 и заднего по потоку конца 12 этого наружного листа 9, что позволяет в максимально возможной степени уменьшить передачу тепла, осуществляемую в результате теплопроводности, между этим наружным листом 9 и кольцевой арматурой 2.

Заполнитель сотовой структуры 8, наружный лист 9 и внутренний лист 10 соединены между собой при помощи пайки. Поперечное сечение стенок, образующих эту сотовую структуру заполнителя 8, является весьма малым для того, чтобы уменьшить передачу тепла в результате теплопроводности через эту сотовую структуру 8 между внутренней стенкой 10 и наружной стенкой 9. Кроме того, стенки, образующие сотовую структуру заполнителя 8, определяют вместе с наружным листом 9 и внутренним листом 10 множество практически герметичных полостей, которые ограничивают циркуляцию воздуха через эту сотовую структуру в направлении от задней по потоку части к передней по потоку части данной конструкции и вследствие этого ограничивают даже передачу тепла в результате конвекции между внутренним листом 10 и наружным листом 9. Внутренний лист 10 ограничивает снаружи канал 6 движения потока горячих газов, сжатых данным компрессором. Поток этих газов имеет высокую температуру, и внутренняя стенка 10 вследствие этого также имеет достаточно высокую температуру.

Благодаря наличию заполнителя сотовой структуры 8 и наличия определенного пространства, отделяющего наружный лист 9 от кольцевой арматуры 2, за исключением его переднего по потоку конца 11 и заднего по потоку конца 12, передача тепла вследствие теплопроводности между внутренним листом 10 и наружным листом 9, с одной стороны, и между наружным листом 9 и кольцевой арматурой 2, с другой стороны, оказывается существенно уменьшенной.

Таким образом, внутренний лист 10 имеет возможность свободно перемещаться в результате теплового расширения, не оказывая при этом негативного влияния на динамическое поведение секторов 7. Здесь следует отметить, что передние и задние по потоку концы внутренних листов 10 примыкающих друг к другу секторов просто скреплены своими краями для того, чтобы сформировать наружную стенку аэродинамического канала 6 потока горячих газов. Это позволяет упростить технологию, поскольку отсутствует необходимость в размещении элементов герметизации в этих зонах, причем герметизация колец 7 обеспечивается при помощи заполнителя сотовой структуры 8 и перекрытия переднего по потоку 11 и заднего по потоку 12 концов наружных листов 9.

Как это можно видеть на фиг.2, наружные концы неподвижных направляющих лопаток 5 вставлены в соответствующие отверстия, выполненные в наружных листах 9 и во внутренних листах 10, а также в заполнителе сотовой структуры 8. Наружные листы 9 и внутренние листы 10 жестко связаны между собой при помощи заполнителя сотовой структуры 8 и удалены друг от друга на достаточно большое расстояние для того, чтобы ограничить усилия, возникающие вследствие закрепления, и усовершенствовать амортизацию неподвижных направляющих лопаток 5.

Располагающиеся на одной линии отверстия 15, 16, 17 могут быть выполнены соответственно во внутреннем листе для реализации отбора воздуха F1 из потока, используемого, например, для охлаждения лопаток турбины.

Внутренние концы неподвижных направляющих лопаток 5 кольцевого сектора 7 закреплены известным образом на обечайке 18.

Изобретение касается статора осевого компрессора газовой турбины, содержащего жесткую внешнюю кольцевую арматуру 2, примыкающие друг к другу в осевом направлении кольца 4а, 4b, 4с, располагающиеся изнутри по отношению к упомянутой арматуре 2 и несущие на себе венцы неподвижных направляющих лопаток 5, причем эти кольца образованы кольцевыми секторами 7, закрепленными на арматуре 2, внутренняя стенка которых ограничивает в наружном направлении аэродинамический канал движения сжатой газообразной текучей среды, отличающегося тем, что упомянутые кольцевые сектора 7 представляют собой паяные сектора, образованные заполнителем сотовой структуры 8, заключенным между внутренним листом 10, ограничивающим упомянутый аэродинамический канал, и наружным листом 9, а также тем, что связь с арматурой 2 обеспечивается только при помощи наружного листа 9. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Статор осевого компрессора газовой турбины, содержащий жесткую внешнюю кольцевую арматуру (2), примыкающие друг к другу в осевом направлении кольца (4а, 4b, 4с), располагающиеся изнутри по отношению к упомянутой арматуре (2) и несущие на себе венцы неподвижных направляющих лопаток (5), причем эти кольца образованы кольцевыми секторами (7), закрепленными на арматуре (2), внутренняя стенка которых ограничивает в наружном направлении аэродинамический канал движения сжатой газообразной текучей среды, отличающийся тем, что кольцевые сектора (7) представляют собой паяные сектора, образованные заполнителем сотовой структуры (8), заключенным между внутренним листом (10), ограничивающим упомянутый аэродинамический канал, и наружным листом (9), при этом связь с упомянутой арматурой (2) обеспечивается только при помощи наружного листа (9).2. Статор компрессора по п.1, отличающийся тем, что наружный лист (9) закреплен на арматуре (2) при помощи болтов (14).3. Статор компрессора по п.2, отличающийся тем, что каждый наружный лист (9) закреплен на арматуре (2) на своем заднем по потоку конце (12) и на своем переднем по потоку конце (11) при помощи множества болтов (14).4. Статор компрессора по п.3, отличающийся тем, что наружный лист (9) отделен от арматуры (2) некоторым пространством в промежутке между его передним по потоку концом (11) и его задним по потоку концом (12).5. Статор компрессора по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что неподвижные направляющие лопатки (5) закреплены во внутреннем листе (10) и в наружном листе (9).