НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2009 года по МПК F01D25/24 F01D9/04 

Предлагаемое изобретение относится к области энергомашиностроения, а именно турбостроения, конкретно, к направляющим аппаратам газовых турбин.

Известен направляющий аппарат газовой турбины, содержащий корпус и направляющие лопатки, установленные в корпусе посредством фланцев, входящих в проточки корпуса (патент РФ №2297539, F01D 25/24).

Недостатком данного устройства является сложность монтажа и, особенно, демонтажа направляющих лопаток, поскольку они собираются посредством тангенциальной заводки через плоскость горизонтального разъема. Коробление и пригары поверхностей, неизбежные в процессе эксплуатации, значительно усложняют процесс разборки.

Известен направляющий аппарат газовой турбины, в котором направляющие лопатки устанавливаются с помощью осевой заводки, что упрощает процесс монтажа и демонтажа лопаток. Лопатки зафиксированы в направляющем аппарате в осевом и тангенциальном направлениях с помощью штифтов (патент РФ №2171380, F01D 9/00).

Недостатком данного устройства является то, что лопатки могут проворачиваться относительно фиксирующих штифтов под воздействием газового потока, при этом фланцы лопаток заклиниваются в проточках обоймы, что может привести к появлению трещин и к усложнению демонтажа лопаток. В случае поломки фиксирующего штифта от воздействия газовых сил лопатка выпадает в проточную часть.

Наиболее близким устройством к предлагаемому по совокупности существенных признаков, выбранным в качестве прототипа, является направляющий аппарат газовой турбины типа ТА фирмы «Рустон и Хорнсби» с горизонтальным разъемом, содержащий корпус (обойму) из двух половин и сегменты (блоки) направляющих лопаток (Л.А.Шубенко-Шубин, Атлас конструкций и схем. Газотурбинные установки, Москва, «Машиностроение», 1976, стр.65-68, рис.1-169, 1-170). Каждый блок направляющих лопаток зафиксирован двумя штифтами. Между концами блоков направляющих лопаток предусмотрены зазоры для компенсации тепловых расширений.

Такое устройство направляющего аппарата имеет следующие недостатки:

- фланцы блоков направляющих лопаток могут заклиниваться в проточках обоймы от пригаров и короблений, неизбежных во время эксплуатации, что может привести к появлению трещин и к усложнению демонтажа блоков лопаток;

- сложность сборки, необходимость сверления совместного отверстия в обойме и блоке лопаток, при этом сверление никелевых сплавов, из которых изготовлены блоки лопаток, очень трудоемко;

- сложность разборки, связанная с демонтажем фиксирующего штифта, который необходимо высверливать.

Задачами, на решение которых направлено предлагаемое изобретение, являются:

- повышение надежности соединения блоков направляющих лопаток с обоймой;

- снижение трудоемкости сборки и разборки направляющего аппарата газовой турбины.

Для решения поставленных задач направляющий аппарат газовой турбины с горизонтальным разъемом содержит обойму, состоящую из двух половин и блоки направляющих лопаток. Блоки направляющих лопаток объединены в секторы диафрагмы. Секторы диафрагмы установлены в вертикальную проточку верхней и нижней половин обоймы. Каждый сектор диафрагмы состоит из внешнего полукольца, имеющего проточки, и установленных в эти проточки посредством фланцев блоков направляющих лопаток. Блоки направляющих лопаток зафиксированы в осевом направлении относительно внешнего полукольца фиксирующим полукольцом, которое устанавливается со стороны вертикальных плоских поверхностей задних по потоку газа фланцев. При этом внешнее полукольцо и фиксирующее полукольцо соединены с помощью разъемного соединения.

В тангенциальном направлении блоки направляющих лопаток зафиксированы с помощью шпонок.

Таким образом, предлагаемое устройство направляющего аппарата позволяет решить поставленные задачи путем достижения следующих технических результатов, а именно:

- повышение надежности соединения блоков направляющих лопаток с обоймой за счет объединения блоков направляющих лопаток в секторы диафрагмы и установки блоков лопаток во внешнее полукольцо с фиксацией блоков в осевом направлении фиксирующим полукольцом;

- снижение трудоемкости сборки-разборки направляющего аппарата газовой турбины за счет разъемного соединения внешнего полукольца с фиксирующим полукольцом и установки секторов диафрагмы в вертикальную проточку обоймы.

Новым в заявляемом изобретении по отношению к прототипу является объединение блоков лопаток в секторы диафрагмы. Секторы диафрагмы установлены в вертикальную проточку верхней и нижней половин обоймы. Каждый сектор диафрагмы состоит из внешнего полукольца, имеющего проточки, и установленных в эти проточки посредством фланцев блоков направляющих лопаток. Блоки направляющих лопаток зафиксированы в осевом направлении относительно внешнего полукольца фиксирующим полукольцом, которое устанавливается со стороны вертикальных плоских поверхностей задних по потоку газа фланцев. При этом внешнее полукольцо и фиксирующее полукольцо соединены с помощью разъемного соединения.

Это позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения критерию патентоспособности "новизна".

Использование блоков направляющих лопаток, объединенных в секторы диафрагмы, установка секторов диафрагмы, состоящих из внешнего полукольца, в вертикальную проточку обоймы, известно из уровня техники (например, из учебника Трухний А.Д., Лосев С.М. «Стационарные паровые турбины», Москва, Энергоиздат, 1981, стр.99, рис.4.42) и применяется в паровых турбинах.

Установка блоков направляющих лопаток в проточки посредством фланцев известна из уровня техники (например, из статьи А.С.Лебедева, И.С.Варламова, М.В.Рослякова «Энергетическая газотурбинная установка среднего класса мощности ГТЭ-65» - журнал «Электрические станции», 2007 г., №1, стр.19, рис.1, стр.21) и применяется в газовых турбинах.

Анализ других отличительных признаков показал, что фиксация блоков направляющих лопаток в осевом направлении относительно внешнего полукольца фиксирующим полукольцом, установленным со стороны вертикальных плоских поверхностей задних по потоку газа фланцев и соединение внешнего полукольца с фиксирующим полукольцом с помощью разъемного соединения не выявлено из существующего уровня техники, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого изобретения условию патентоспособности «изобретательский уровень».

Заявляемое изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен общий вид направляющего аппарата газовой турбины, на фиг.2 представлен сектор диафрагмы ступени, на фиг.3 представлено сечение А-А, на фиг.4 представлено сечение Б-Б.

Направляющий аппарат газовой турбины устроен следующим образом. Направляющий аппарат турбины имеет горизонтальный разъем и собирается из верхней и нижней половин обоймы 1, каждая из которых имеет вертикальную проточку 2, в которую устанавливается сектор диафрагмы (для нижней и верхней половины соответственно). Сектор диафрагмы состоит из внешнего полукольца 3, блоков направляющих лопаток 4, фиксирующего полукольца 5 и винтового соединения 6.

На фиг.2 показан сектор диафрагмы в сборе.

Сборка сектора диафрагмы происходит следующим образом: блоки направляющих лопаток 4 передним по потоку газа фланцем 7 и задним по потоку газа фланцем 8 заводятся в осевом направлении в проточки 9 внешнего полукольца 3. Блоки направляющих лопаток 4 фиксируются относительно внешнего полукольца 3:

- в осевом направлении - с помощью фиксирующего полукольца 5, соединенного с внешним полукольцом 3 винтовым соединением 6;

- в тангенциальном направлении - с помощью шпонок 10.

Вышеизложенные сведения позволяют сделать вывод о том, что предложенное устройство технически реализуется.

Следовательно, предлагаемое решение соответствует критерию патентоспособности изобретения "промышленная применимость".

Направляющий аппарат газовой турбины с горизонтальным разъемом содержит обойму из двух половин и блоки направляющих лопаток. Блоки направляющих лопаток объединены в секторы диафрагмы, установленные в вертикальную проточку верхней и нижней половин обоймы. Каждый сектор диафрагмы состоит из внешнего полукольца, имеющего проточки и установленных в эти проточки посредством фланцев блоков направляющих лопаток. Блоки направляющих лопаток зафиксированы в осевом направлении относительно внешнего полукольца фиксирующим полукольцом, установленным со стороны вертикальных плоских поверхностей задних по потоку газа фланцев. Внешнее полукольцо и фиксирующее полукольцо соединены с помощью винтового соединения. Изобретение позволяет повысить надежность соединения блоков направляющих лопаток с обоймой и снизить трудоемкость сборки-разборки направляющего аппарата газовой турбины. 4 ил.

Направляющий аппарат газовой турбины с горизонтальным разъемом, содержащий обойму из двух половин и блоки направляющих лопаток, отличающийся тем, что блоки направляющих лопаток объединены в секторы диафрагмы, установленные в вертикальную проточку верхней и нижней половин обоймы, каждый сектор диафрагмы состоит из внешнего полукольца, имеющего проточки и установленных в эти проточки посредством фланцев блоков направляющих лопаток, зафиксированных в осевом направлении относительно внешнего полукольца фиксирующим полукольцом, установленным со стороны вертикальных плоских поверхностей задних по потоку газа фланцев, при этом внешнее полукольцо и фиксирующее полукольцо соединены с помощью разъемного соединения.