КОРПУС СТАТОРА ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2008 года по МПК F01D11/24 F01D25/26 

Настоящее изобретение относится к корпусу статора турбомашины.

Кроме внешней обшивки, формирующей кожух статора, указанный корпус содержит опорные части, обычно изогнутые в виде крюков, обеспечивающие опору для колец, на которых установлено множество неподвижных направляющих и лопаток. Эти крюки проходят через структуру корпуса непосредственно к газовому потоку и поэтому подвержены значительно большему нагреву, чем кожух. Неблагоприятное расположение крюков требует принятия специальных мер для защиты их от нагрева, в результате существенно усложняется конструкция машины на этом участке и при этом не обеспечивается достаточное охлаждение, в результате чего их необходимо часто ремонтировать.

Наиболее близким техническим решением по совокупности существенных признаков и достигаемому техническому результату является корпус статора турбомашины, известный из документа GB 2115487 А. В известном документе описано устройство, к которому добавлены опоры на корпусе, но на этих деталях установлены только уплотнительные кольца; статорные кольца установлены на уплотнительных кольцах и перекрываются ими; такой узел имеет недостаток, связанный с его недостаточной жесткостью, поскольку кольца статора (которые подвергаются существенным аэродинамическим нагрузкам) не установлены на корпусе и в большей степени подвержены тепловому расширению, так как опоры, как и уплотнительные кольца, на которых установлены статорные кольца, доходят до газового потока или расположены рядом с ним.

В основу изобретения положена задача создания улучшенного корпуса, который одновременно обеспечивает снижение затрат и упрощение производства, является более долговечным, имеет простую конструкцию и для которого требуется более простая защита от нагрева.

Поставленная задача решается тем, что в корпусе статора, содержащем кожух и опоры для колец с внутренней поверхности кожуха, причем опоры выполнены отдельно от кожуха, соединены с ним с использованием крепежного средства и проходят по секторам круга, согласно изобретению опоры содержат крюки одного типа с расширенными концевыми частями, причем в крюках выполнены расположенные друг напротив друга канавки, обеспечивающие крепление, по меньшей мере, двух колец, кольца включают уплотнительные кольца, чередующиеся с кольцами статора, на которых установлены неподвижные лопатки, кольца статора соединены с опорами с помощью частей, проходящих над внешней стороной опор в радиальном направлении, при этом на каждой из опор закреплено кольцо статора, а опоры распределены в виде круговых рядов в количестве, идентичном указанным кольцам статора, причем уплотнительные кольца имеют концевые части, которые либо установлены на частях колец статора, закрепленных на крюках, или входят в канавки на крюках. Из этого определения следует, что в таком варианте конструкции отказались от использования цельной конструкции корпуса, при этом детали опоры отдельно устанавливают на кожух.

Преимущества такой конструкции являются очевидными: кольцевые опоры, отдельно устанавливаемые на корпус, могут быть изготовлены как отдельные детали с меньшими затратами, их можно заменять по желанию и они могут быть изготовлены из другого материала, чем материал корпуса; на некоторых из этих деталей (называемых крюками), по меньшей мере, одновременно установлены, как кольцо статора, так и смежное с ним уплотнительное кольцо, что позволяет обеспечить непосредственное крепление на крюке к корпусу всех этих колец, что улучшает точность сборки и стабильность узла; наконец, закрепление на крюке статорных колец с помощью радиальных внешних частей позволяет вынести крюки дальше от газового потока и, следовательно, уменьшить их нагрев и количество тепла, которое передается по ним на корпус.

Предпочтительно, если крепежное средство включает, по меньшей мере, один шип для каждой опоры и гнездо, выполненное в кожухе, в котором установлен шип. При этом шипы проходят сквозь кожух, кожух окружен системой продувки воздуха через круговые рампы, причем рампы выполнены с перфорацией напротив шипов. Возможно опоры и оболочку выполнить из различных материалов. Рекомендуется, чтобы корпус статора содержал обшивку внутри кожуха, отделенную от него промежутком и сформированную в виде непрерывного листа, через который проходят опоры в местах выполненных в нем отверстий. Желательно промежуток заполнить теплоизоляцией.

Настоящее изобретение более подробно описано ниже со ссылкой на чертежи, на которых:

фиг.1 изображает конструкцию согласно известному уровню техники;

фиг.2 и 3 изображают два возможных варианта выполнения настоящего изобретения; и

фиг.4 изображает вид в перспективе первого варианта выполнения изобретения.

Статор известного типа, представленный на фиг.1, содержит корпус, включающий внешний кожух 2 и крюки двух видов: плоские крюки 3, а также крюки 4 с пятой, чередующиеся вдоль оси машины. Все крюки 3 и 4 выполнены кольцевыми и соединены с кожухом 2 с помощью ребра 5 в виде непрерывной структуры. На них установлены чередующиеся кольца 6 статора и уплотнительные кольца 7, которые совместно формируют футеровку корпуса, изолирующую его от газового потока 8 машины. Кольца 6 и 7 составлены из смежно установленных друг с другом кольцевых секторов, соединенных уплотнительными зажимами, установленными в канавки, сформированные в расположенных напротив них смежных структурах.

Кольца 6 статора несут неподвижные лопатки и содержат пластину 10 основания, на которой сформированы крюки 11 и 12, расположенные спереди и сзади с ее внешней стороны. Уплотнительные кольца 7 несут футеровку 13 из истираемого материала, расположенную перед кончиками подвижных лопаток 14, и содержат пластину 15 основания, заканчивающуюся спереди внешним крюком 16 и внутренним крюком 17. Крюки 16 и 17 скомпонованы так, что они окружают пяту 18 крюка 4, удерживая задние крюки 12 кольца 6 статора на указанных крюках 4. Пластины 15 основания уплотнительных колец 7 установлены на простые крюки 3 в задней части, и этот узел окружен пластиной 10 основания и передними крюками 11 колец 6 статора.

Получаемый в результате узел является жестким, но сложным, в такой конструкции крюки 3 и 4 закрыты концами колец 6 и 7, что предотвращает непосредственное воздействие на них высокой температуры газов потока 8. Но такая защита является недостаточной, в частности, поскольку утечка горячего газа в направлении корпуса 11 остается возможной, несмотря на уплотнения, которые могут быть установлены, в частности, между угловыми секторами колец 6 и 7; на практике необходимо обеспечить охлаждение корпуса 1 потоком холодного воздуха вентиляции, отбираемого из другого участка машины, который поступает в камеры, ограниченные кожухом 2, крюками 3 и 4 и кольцами 6 и 7.

Конструкция корпуса 39 по фиг.3, по существу, отличается от предыдущей тем, что в ней крюки двух типов заменены крюками 40 одного типа, и каждый из них содержит расширенный участок в форме ласточкина хвоста или Т-образной концевой части, в которую устанавливают соответствующее кольцо 41 статора, на внешней стороне которого сформированы два крюка 42 и 43, ориентированные друг к другу и которые соединяются с расширенными участками концевой части крюков 40. Это обеспечивает установку крюков 40 и статорных колец 41 в одном поперечном сечении машины, и установку каждого кольца 41 статора с помощью одного ряда крюков 40; при таком решении используют в два раза меньшее количество крюков, чем в предыдущем решении, и уплотнительные кольца 7 заменены более широкими уплотнительными кольцами 44 с пластинами 45 основания без крюков, и концы которых устанавливают в канавки 46 крюков 40. Как и в предыдущем варианте выполнения, крюки 40 содержат пары шипов 47, установленных в соответствующие гнезда 48 внешнего кожуха 49 корпуса 39. Здесь также может быть установлена внутренняя обшивка 50, содержащая теплоизоляцию 51 для изоляции кожуха 49.

В турбомашинах часто требуется обеспечить функцию управления радиальным зазором для улучшения эффективности машины на определенных скоростях. Это обеспечивается так же, как в известных конструкциях, с помощью устройств продувки воздуха, состоящих из перфорированных кольцевых рамп 52, установленных вокруг корпуса 39, которые предпочтительно могут быть установлены перед его наиболее жесткими участками, сформированными с использованием рядов крюков 40. Рампы 52 содержат питатель 53, разделенный в направлении каждой рампы, и продуваемый воздух выходит через рампы 52 и через сквозные отверстия 54, ориентированные в направлении шипов 47 крюков 40. Большая или меньшая степень охлаждения корпуса 39 позволяет регулировать его температуру и соответствующее расширение и, следовательно, регулировать зазор между кончиками лопаток и уплотняющими устройствами, которые, в частности, содержат кольца 44. Для формирования канала для продуваемого в направлении выхода воздуха корпус 39 может быть окружен листом 55 металла; когда такой лист полностью окружает рампы 52, улучшается внешний вид устройства.

Такое устройство, разработанное, в частности, для управления зазором, в случае необходимости также можно использовать для непосредственной вентиляции крюков 40 путем подачи воздуха на шипы 47 и кожух 49 так, что продуваемый воздух проходит над ними; в таком конкретном варианте выполнения требуется использовать только ограниченное количество рамп 52, поскольку количество рядов крюков ограничено.

Корпус статора турбомашины содержит кожух и опоры для колец с внутренней поверхности кожуха, причем опоры выполнены отдельно от кожуха, соединены с ним с использованием крепежного средства и проходят по секторам круга. Опоры содержат крюки одного типа с расширенными концевыми частями, причем в крюках выполнены расположенные друг напротив друга канавки, обеспечивающие крепление, по меньшей мере, двух колец. Кольца включают уплотнительные кольца, чередующиеся с кольцами статора, на которых установлены неподвижные лопатки. Кольца статора соединены с опорами с помощью частей, проходящих над внешней стороной опор в радиальном направлении. На каждой из опор закреплено кольцо статора, а опоры распределены в виде круговых рядов в количестве, идентичном указанным кольцам статора. Уплотнительные кольца имеют концевые части, которые либо установлены на частях колец статора, закрепленных на крюках, или входят в канавки на крюках. Изобретение позволяет упростить конструкцию статора турбомашины и его производство, а также повысить долговечность статора. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Корпус статора турбомашины, содержащий кожух (49) и опоры для колец (41, 44) с внутренней поверхности кожуха, причем опоры выполнены отдельно от кожуха, соединены с ним с использованием крепежного средства и проходят по секторам круга, отличающийся тем, что опоры содержат крюки (40) одного типа с расширенными концевыми частями, причем в крюках выполнены расположенные друг напротив друга канавки, обеспечивающие крепление, по меньшей мере, двух колец, причем кольца включают уплотнительные кольца (44), чередующиеся с кольцами (41) статора, на которых установлены неподвижные лопатки, кольца (41) статора соединены с опорами с помощью частей (42, 43), проходящих над внешней стороной опор в радиальном направлении, при этом на каждой из опор закреплено кольцо (41) статора, а опоры распределены в виде круговых рядов в количестве, идентичном указанным кольцам (41) статора, причем уплотнительные кольца (44), имеют концевые части, которые либо установлены на частях колец (41) статора, закрепленных на крюках, или входят в канавки на крюках.2. Корпус статора по п.1, отличающийся тем, что крепежное средство включает, по меньшей мере, один шип для каждой опоры и гнездо (48), выполненное в кожухе, в котором установлен шип (47).3. Корпус статора по п.2, отличающийся тем, что шипы проходят сквозь кожух и тем, что кожух окружен системой продувки воздуха через круговые рампы (52), причем рампы (52) выполнены с перфорацией (54) напротив шипов (47).4. Корпус статора по п.1, отличающийся тем, что опоры и оболочка выполнены из различных материалов.5. Корпус статора по п.1, отличающийся тем, что он дополнительно содержит обшивку (50) внутри кожуха (49), отделенную от него промежутком и сформированную в виде непрерывного листа, через который проходят опоры в местах выполненных в нем отверстий.6. Корпус статора по п.5, отличающийся тем, что указанный промежуток заполнен теплоизоляцией (51).