СОПЛОВОЙ АППАРАТ ТУРБИНЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2005 года по МПК F01D9/02 

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению и может быть использовано в конструкциях авиационных газотурбинных двигателей и двигателей газотурбинных установок наземного применения.

Известна конструкция соплового аппарата турбины, в которой внутреннее кольцо соплового аппарата зацентрировано на радиальных цапфах сопловых лопаток [1]. В данной конструкции для обеспечения тепловых расширений между поверхностью кольцевого выступа, наиболее удаленной от цапфы, на лопатке и сопряженной с ней поверхностью внутреннего кольца предусмотрен тепловой зазор. Поэтому на определенных нерасчетных режимах работы двигателя в соединении между внутренней полкой лопатки и внутренним кольцом будет наблюдаться перетекание газа, минуя лопаточную часть турбины. При этом к.п.д. турбины и эффективность всей установки в целом будут низкими.

Известна также другая конструкция соплового аппарата, в которой осевая фиксация внутреннего кольца выполнена при помощи двух кольцевых выступов на лопатке, контактирующих по наружным боковым поверхностям с внутренними поверхностями кольцевых пазов, выполненных на внутреннем кольце.

Радиальная фиксация внутреннего кольца выполняется цапфами прямоугольной формы, боковые поверхности которых контактируют с ответными поверхностями на внутреннем кольце [2].

Однако известная конструкция имеет ряд недостатков.

Поскольку при обработке боковых контактирующих поверхностей цапфы на лопатке и паза на внутреннем кольце нет выхода для шлифовального круга, цапфа на лопатке и паз во внутреннем кольце могут быть обработаны только пальчиковой фрезой, что не позволяет обеспечить требуемую точность изготовления данных элементов как по размеру, так и по смещению от номинального положения в окружном направлении и значительно ухудшит центровку внутреннего кольца на сопловых лопатках.

Ввиду того, что полка лопатки в рабочем состоянии всегда горячее, чем внутреннее кольцо, для обеспечения взаимного расширения в осевом направлении между поверхностями кольцевых выступов на полке лопатки и ответными поверхностями кольцевых канавок на кольце должен быть предусмотрен «тепловой» зазор в осевом направлении, который может иметь место и на некоторых режимах работы двигателя, что в свою очередь приводит к утечкам газа из проточной части двигателя и снижению его к.п.д.

Техническая задача заключается в повышении надежности и эффективности газотурбинного двигателя за счет обеспечения высокой точности изготовления центрирующих элементов деталей соплового аппарата и надежного уплотнения от перетекания газа.

Сущность изобретения заключается в том, что в сопловом аппарате турбины газотурбинного двигателя, содержащем сопловые лопатки с цапфами и кольцевыми выступами, на внутренних полках которых зафиксировано внутреннее кольцо с кольцевой канавкой, в которой установлен кольцевой выступ лопатки, согласно изобретению один из фланцев внутреннего кольца снабжен вынесенным в осевом направлении кольцевым буртом с радиальным пазом, в котором размещена цапфа сопловой лопатки, а разность между величинами L₁ и L₂ больше нуля, где L₁ - расстояние от оси болта крепежного фланца внутреннего кольца до внутренней поверхности кольцевого выступа сопловой лопатки; L₂ - расстояние от оси болта крепежного фланца внутреннего кольца до наружной обрабатываемой поверхности цапфы сопловой лопатки.

Кроме того, с целью упрощения и повышения точности обработки при изготовлении поверхность дна радиального паза кольцевого бурта выполнена параллельной плоскости крепления крепежного фланца внутреннего кольца.

Выполнение обрабатываемых поверхностей кольцевого выступа и наружной поверхности цапфы сопловой лопатки таким образом, что разность между величинами L₁ и L₂ больше нуля, позволяет беспрепятственно обрабатывать их «на проход» шлифовальным кругом или любым другим инструментом с обеспечением требуемой точности размеров.

Если L₁-L₂ будет отрицательной величиной, то возможно врезание во внутреннюю поверхность кольцевого выступа на лопатке.

Снабжение одного из фланцев внутреннего кольца вынесенным в осевом направлении кольцевым буртом с радиальным пазом, в котором с осевым зазором размещена цапфа сопловой лопатки, позволяет осуществлять контакт цапфы лопатки только по граням, расположенным в окружном направлении. Это позволяет не ограничивать взаимные тепловые перемещения полки лопатки и внутреннего кольца на цапфах лопаток и уплотнение от перетекания газа под внутренней полкой в соединении между кольцевым выступом на полке лопатки и кольцевой канавкой внутреннего кольца.

Для дополнительного повышения точности обработки центрирующих элементов деталей соплового аппарата поверхность дна радиального паза кольцевого бурта выполняется параллельной плоскости крепления крепежного фланца внутреннего кольца.

На фиг.1 представлена заявляемая конструкция соплового аппарата, на фиг.2 - место соединения внутренней полки с внутренним кольцом сопловой лопатки. На фиг.3 показано осевое сечение бурта и цапфы сопловой лопатки, а на фиг.4 - радиальное сечение цапфы лопатки соплового аппарата.

Сопловой аппарат включает наружный корпус 1, сопловые лопатки 2, внутреннее кольцо 3. Внутренняя полка 4 лопатки 2 снабжена цапфой 5, имеющей в сечении прямоугольную форму. Кольцевой бурт 6 фланца внутреннего кольца 3 вынесен в осевом направлении, в нем выполнены ответные радиальные пазы 7. На внутренней полке 4 лопатки 2 имеются кольцевые выступы 8, которые входят в зацепление с ответными кольцевыми канавками 9. Поверхность дна 10 радиального паза 7 выполнена параллельной плоскости 11 крепления крепежного фланца 12 внутреннего кольца 3. Между дном 10 радиального паза 7 и центрирующей поверхностью 13 цапфы 5 выполнен термический зазор Δ₁.

Наружная поверхность 14 цапфы 5 сопловой лопатки 2 при сборке расположена на расстоянии L₂ от оси болта 15 крепежного фланца 12.

Внутренняя поверхность 16 кольцевого выступа 8 лопатки 2 расположена на расстоянии L₁ от оси болта 15 крепежного фланца 12.

Между поверхностью бокового торца выступа 8 на полке 4 лопатки 2 и боковой поверхностью канавки 9 выполнен монтажный зазор Δ₂.

После сборки монтажный зазор Δ₂ составляет 0,02-0,05 мм и является минимально возможным для обеспечения собираемости конструкции.

В процессе работы газотурбинного двигателя внутренняя полка 4 лопатки 2 и внутреннее кольцо 3 в осевом направлении расширяются по-разному.

Поскольку контакт прямоугольной цапфы 5 лопатки 2 поверхностями радиального паза 7 кольцевого бурта 6 осуществляется в окружном направлении, а зазор Δ₁ больше, чем величина взаимных осевых перемещений полки 4 лопатки 2 и внутреннего кольца 3, то эти перемещения не ограничены в осевом направлении. При этом окружная центровка внутреннего кольца 3 на цапфах 5 лопаток 2 сохраняется, как и уплотнение от перетекания газа под внутренней полкой 4 в соединении между кольцевым выступом 8 полки 4 лопатки 2 и кольцевой канавкой 9 на внутреннем кольце 3, т.к. зазор Δ₂ минимален.

Источники информации:

1. С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, «Машиностроение», 1981, стр.182, рис.4.41 а, б.

2. С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, «Машиностроение», 1981, стр.182, рис.4.41 г.

Сопловой аппарат турбины газотурбинного двигателя содержит сопловые лопатки с цапфами и кольцевыми выступами. На внутренних полках сопловых лопаток зафиксировано внутреннее кольцо с кольцевой канавкой, в которой установлен кольцевой выступ лопатки. Один из фланцев внутреннего кольца снабжен вынесенным в осевом направлении кольцевым буртом с радиальным пазом, в котором размещена цапфа сопловой лопатки. Разность между расстоянием от оси болта крепежного фланца внутреннего кольца до внутренней поверхности кольцевого выступа сопловой лопатки и расстоянием от оси болта крепежного фланца внутреннего кольца до наружной обрабатываемой поверхности цапфы сопловой лопатки больше нуля. Изобретение позволяет повысить надежность и эффективность газотурбинного двигателя за счет обеспечения высокой точности изготовления центрирующих элементов деталей соплового аппарата. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Сопловой аппарат турбины газотурбинного двигателя, содержащий сопловые лопатки с цапфами и кольцевыми выступами, на внутренних полках которых зафиксировано внутреннее кольцо с кольцевой канавкой, в которой установлен кольцевой выступ лопатки, отличающийся тем, что один из фланцев внутреннего кольца снабжен вынесенным в осевом направлении кольцевым буртом с радиальным пазом, в котором размещена цапфа сопловой лопатки, a L₁-L₂>0, где L₁ - расстояние от оси болта крепежного фланца внутреннего кольца до внутренней поверхности кольцевого выступа сопловой лопатки; L₂ - расстояние от оси болта крепежного фланца внутреннего кольца до наружной обрабатываемой поверхности цапфы сопловой лопатки.2. Сопловой аппарат по п.1, отличающийся тем, что поверхность дна радиального паза кольцевого бурта выполнена параллельной плоскости крепления крепежного фланца внутреннего кольца.