КОРПУС ДЛЯ ТУРБИНЫ, ТУРБИНА, А ТАКЖЕ ТУРБОМАШИНА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКУЮ ТУРБИНУ Российский патент 2011 года по МПК F01D11/24 F01D25/14 

Настоящее изобретение относится в основном к области регулирования зазора между вершинами вращающихся лопаток и стационарным кольцевым узлом в газовой турбине.

Газовая турбина, например, турбина высокого давления для турбомашины, такая, как раскрытая в публикации FR 2688539, обычно содержит множество неподвижных лопаток, расположенных так, что они чередуются с множеством подвижных лопаток, находящихся на пути горячего газа, поступающего из камеры сгорания турбомашины. Движущиеся лопатки турбины окружены по всей их периферии стационарным кольцевым узлом. Стационарный кольцевой узел образует проход, вдоль которого горячий газ течет через лопатки турбины.

Чтобы повысить эффективность такой турбины, как известно, уменьшают зазор, который существует между вершинами движущихся лопаток турбины и обращенными к ним частями стационарного кольцевого узла, до величины, которая будет по возможности наименьшей.

Для этого разработаны средства, которые обеспечивают возможность изменения диаметра стационарного кольцевого узла.

Тем не менее, это решение считается недостаточным, если опора, к которой крепят кольцо, также подвержена по ее периферии неравномерной термической деформации, когда такая деформация приводит к деформации кольца турбины.

В настоящем изобретении сделана попытка уменьшения таких недостатков посредством создания корпуса для турбины, в котором установлена опора для крепления кольца, окружающего подвижные лопатки турбины, при этом опора содержит периферийную стенку, окружающую кольцо соосно с ним, причем корпус включает в себя множество перфораций, обеспечивающих подачу воздуха для равномерной вентиляции наружной поверхности периферийной стенки, при этом перфорации образованы через радиальную стенку корпуса, которая проходит радиально внутрь, при этом стенка по существу охватывает вентиляционную камеру, которая также образована внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью периферийной стенки опоры, причем указанная камера включает в себя небольшое отверстие между радиальным ребром опоры и внутренней поверхностью радиальной стенки для выпуска воздуха из камеры.

Таким образом, корпус турбины согласно изобретению обеспечивает равномерность температурного поля опорного кольца, так что деформация опоры происходит равномерно по всей ее периферии без какого-либо негативного влияния на зазор у вершин лопаток.

Предпочтительно, перфорации выполняют сквозь направленную внутрь радиальную стенку корпуса, при этом стенка по существу охватывает вентиляционное пространство, которое также образовано внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью периферийной стенки опоры, причем эта поверхность включает в себя небольшое отверстие для выходящего воздуха.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения перфорации образованы отверстиями одного и того же размера, выполняемых сквозь внутреннюю радиальную стенку корпуса и равноотстоящих друг от друга вдоль ее периферии.

Предпочтительно, ось каждого отверстия наклонена по отношению к оси турбины под углом, преимущественно предназначенным для сообщения воздуху вращательного движения, которое необходимо и достаточно для обеспечения ожидаемой равномерности температуры, то есть под углом, находящимся в диапазоне [30°, 60°].

Предпочтительно, этот угол составляет 45°.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения ось каждого отверстия проходит по горизонтали в продольной плоскости сечения турбины, так что вращательное движение воздуха не будет оказывать воздействия непосредственно на опору.

Таким образом, корпус согласно изобретению обеспечивает возможность улучшения эксплуатационных характеристик двигателя и увеличения срока службы опоры кольца, поскольку температурные градиенты будут меньше и, следовательно, механические напряжения будут уменьшены.

Кроме того, изобретение может быть осуществлено с весьма низкими затратами.

Согласно изобретению также созданы турбина, которая кратко упомянута выше, и турбомашина, включающая в себя такую турбину.

Другие отличительные признаки и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из последующего описания, выполненного со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых проиллюстрирован неограничивающий вариант осуществления изобретения. На чертежах:

фиг.1 - половина вида в продольном сечении турбомашины согласно изобретению в предпочтительном варианте ее осуществления;

фиг.2 - частичный вид в перспективе корпуса турбины для турбомашины с фиг.1 в окружающей его среде; и

фиг.3 - продольное сечение корпуса турбины с фиг.2.

На фиг.1 представлена половина вида в продольном сечении, иллюстрирующая турбомашину 100 согласно предпочтительному варианту осуществления изобретения.

Обычно, турбомашина 100 включает в себя камеру 110 сгорания.

Ниже по потоку камеры 110 сгорания турбомашина 100 включает в себя турбину 120 согласно изобретению и имеет корпус согласно изобретению, который обозначен ссылочной позицией 10.

На этом чертеже стационарное кольцо, окружающее подвижные лопатки 32 турбины 120, обозначено ссылочной позицией 30.

Кольцо 30 крепят к кольцеобразной опоре 20. С этой целью в описанном здесь варианте осуществления изобретения кольцо 30 имеет в верхней по потоку части первую круглую канавку 30а, предназначенную для размещения установочного рельса 21 опоры 20.

В нижней по потоку части кольцо 30 имеет периферийную площадку 31, на которую опирается кольцевой край 23 опоры 20. По существу на том же самом уровне, что и первая круглая канавка 30а, но ниже по потоку, кольцо 30 имеет вторую круглую канавку 30b, по существу расположенную под площадкой 31.

Находящаяся выше по потоку часть опоры 20 прикреплена к кольцу 30 посредством кольцеобразной удерживающей детали 40 типа С-образного зажима, расположенного во второй канавке 30b для сохранения кольцеобразного края 23 опоры 20 прижатым к периферийной площадке 31 кольца 30.

Таким образом, будет понятно, что для деформации кольца 30 какая-либо деформация опоры 20 будет действовать через установочный рельс 21 и кольцеобразную зажимную деталь 40, тем самым изменяя зазор между концами лопаток 32 и внутренней поверхностью кольца.

Опора 20 имеет периферийную стенку 22, окружающую кольцо 30 соосно с ним, при этом периферийная стенка оканчивается на ее верхней по потоку части направленным наружу радиальным кольцеобразным фланцем 27.

В описанном здесь примере этот радиальный кольцеобразный фланец 27 предназначен для крепления опоры 20 к корпусу 10 посредством болтов 11.

Вследствие этого контакта будет происходить передача тепла от корпуса 10 через кольцеобразный фланец 27 к периферийной стенке 22, что приводит к получению весьма неравномерного температурного поля.

Специалистам в данной области техники будет понятно, что это весьма неравномерное температурное поле стремится неравномерно деформировать опору 20 по периферии опоры, тем самым создавая опасность деформации зазора между лопатками 32 и внутренней поверхностью кольца 30, как было описано выше.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, который здесь описан, корпус 10 имеет радиальную стенку 14, которая проходит заподлицо с радиальным ребром 28 опоры 20, тем самым образуя камеру 29, которая также образована внутренней поверхностью 10i корпуса 10 и наружной поверхностью 22е периферийной стенки 22.

Согласно изобретению корпус 10 турбины включает в себя множество перфораций 12, предназначенных для подачи воздуха с целью равномерной вентиляции наружной поверхности 22е периферийной стенки 22.

В описанном здесь варианте осуществления изобретения перфорации 12 выполняют сквозь направленную внутрь радиальную стенку 14 корпуса, при этом воздух уходит из вентиляционной камеры 29 через небольшое отверстие между радиальным ребром 28 опоры 20 и внутренней поверхностью 14i радиальной стенки 14.

В описанном здесь предпочтительном варианте осуществления изобретения воздух для вентиляции наружной поверхности 22е периферийной стенки 22 забирают от ступени компрессора высокого давления турбомашины 100 и подают через подвод 130, образованный через корпус 10 турбины ниже по потоку радиальной стенки 14.

На фиг.2 показан частичный вид в перспективе выреза корпуса 10 согласно фиг.1 в той среде, которая его окружает.

Фиг.2 соответствует предпочтительному варианту осуществления корпуса 10 согласно изобретению, в котором перфорации 12 образованы посредством отверстий одного и того же размера, образуемых через направленную внутрь радиальную стенку 14 корпуса 10 и равноотстоящих друг от друга по периферии.

В описанном варианте осуществления изобретения на этой периферии имеются двадцать два отверстия, диаметр каждого из которых составляет 1,2 миллиметра (мм).

На фиг.3 показан вид в сечении узла с фиг.1 по прерывистой линии А-А.

На фиг.3 показан угол α, под которым перфорации 12 расположены относительно оси Х-Х турбины.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, который здесь описан, этот угол α составляет порядка 30° и обеспечивает возможность циркуляции воздуха, представляющей собой вращательное движение, внутри вентиляционного пространства 29.

Изобретение относится к области регулирования зазора между вершинами подвижных лопаток и стационарным кольцевым узлом в газовой турбине. Корпус турбины включает радиальную стенку и содержит со стороны своей внутренней поверхности опору для крепления кольца, окружающего подвижные лопатки турбины. Опора содержит периферийную стенку, окружающую кольцо соосно с ним. Корпус включает в себя множество перфораций, обеспечивающих подачу воздуха для равномерной вентиляции наружной поверхности периферийной стенки. Перфорации образованы через радиальную стенку корпуса, проходящую радиально внутрь. Стенка по существу охватывает вентиляционную камеру, которая также образована внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью периферийной стенки опоры. Вентиляционная камера включает в себя небольшое отверстие между радиальным ребром опоры и внутренней поверхностью радиальной стенки для выпуска воздуха из камеры. Другие изобретения группы относятся к турбине, содержащей указанный выше корпус, и турбомашине, включающей такую турбину. Изобретения позволяют повысить равномерность температурного поля опоры крепления кольца, окружающего подвижные лопатки турбины. 3 н. и 3 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Корпус для турбины, в котором установлена опора для крепления кольца, окружающего подвижные лопатки турбины, при этом опора содержит периферийную стенку, окружающую кольцо соосно с ним, причем корпус включает в себя множество перфораций, обеспечивающих подачу воздуха для равномерной вентиляции наружной поверхности периферийной стенки, отличающийся тем, что перфорации образованы через радиальную стенку корпуса, которая проходит радиально внутрь, при этом стенка, по существу, охватывает вентиляционную камеру, которая также образована внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью периферийной стенки опоры, причем указанная камера включает в себя небольшое отверстие между радиальным ребром опоры и внутренней поверхностью радиальной стенки для выпуска воздуха из камеры.

2. Корпус по п.1, отличающийся тем, что перфорации образованы множеством отверстий одного и того же размера, выполненных сквозь проходящую радиально внутрь стенку корпуса и равноотстоящих друг от друга по периферии.

3. Корпус по п.2, отличающийся тем, что ось каждого отверстия наклонена по периферии относительно оси турбины на угол, находящийся в диапазоне от 30° до 60°, так чтобы сообщать воздуху вращательное движение.

4. Корпус по п.3, отличающийся тем, что угол составляет 45°.

5. Турбина, отличающаяся тем, что она содержит корпус по любому из пп. 1-4.

6. Турбомашина, отличающаяся тем, что она содержит турбину по п.5.