УПЛОТНЕНИЕ ВНУТРЕННЕГО СТЫКА КАМЕРЫ СГОРАНИЯ И СТАТОРА ТУРБИНЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2013 года по МПК F02C7/28 F01D11/00 F16J15/46 

Уплотнение стыка камеры сгорания и статора турбины относится к газотурбостроению и авиадвигателестроению.

Известно демпфирующее устройство для крепления жаровой трубы в корпусе камеры сгорания, с целью стабилизации зазоров между кольцом уплотнительным внутренним камеры сгорания и статором турбины, устанавливаемое фланцевым соединением на внутреннем корпусе камеры сгорания, при этом кольцо уплотнительное внутреннее блока камеры опирается на разрезные кольца, снабженные кольцевыми выступами с наклонными стенками, опирающимися на скосы толкателей узлов подвески жаровой трубы, закрепленных на корпусе камеры и внутренней оболочке, при этом корпус узла подвески выполнен в виде стакана, в полости которого толкатель опирается сферической поверхностью на разрезные кольца, подпружиненные пакетом тарельчатых пружин с регулировочным кольцом между ними. (см. Патент RU №2223448, МПК⁸ F23R 3/60).

Основным недостатком устройства является, заклинивание разрезных колец в стаканах узла подвески, из-за значительной величины нагрузки тарельчатых пружин на толкатель и на разрезные кольца. При работе камеры сгорания в составе двигателя под действием теплового расширения оболочек жаровой трубы в сторону турбины и отсутствия возможности перемещения кольцевого выступа концевой части жаровой трубы, относительно разрезного опорного кольца, из-за высокой радиальной нагрузки толкателей на опорное кольцо, происходит перекос толкателей, относительно площади контакта рабочих поверхностей между кольцевыми наклонными стенками опорного разрезного кольца и скосами толкателей, что в свою очередь, вызывает интенсивный износ наклонных стенок разрезного кольца и скосов толкателей в месте их контакта. При этом разрезное кольцо теряет способность обжимать кольцевой выступ оболочки жаровой трубы и резко снижает надежность и ресурс работы камеры, даже в пределах гарантийного ресурса.

Известно также уплотнение внутреннего стыка камеры сгорания и статора турбины газотурбинного двигателя с подвеской конца оболочки жаровой трубы на кольцевом выступе статора турбины, включающее в себя кольцо уплотнительное внутреннее блока камеры сгорания, опирающееся на кольцо плавающее, кольцо плавающее, установленное в кольце фиксирующем и козырек соплового аппарата 1 ступени, закрепленный с помощью заклепок к внутреннему корпусу статора турбины, обеспечивающее между сопрягаемыми деталями в холодном состоянии определенные зазоры для организации пленочного охлаждения трактовой поверхности турбины, (см. «Руководство по технической эксплуатации двигателя НК-16-18СТ серия 2», 1998 г., стр.101/102, рис.6.26, копия прилагается).

Недостатком известного уплотнения является низкая надежность в работе, низкий ресурс работы. При многократных изменениях режима работы появляется неравномерность радиального и торцевого зазора между элементами уплотнения из-за больших овальностей сопрягаемых поверхностей, градиентов температур в сопрягаемых деталях, что приводит к трещинам на козырьке, обрыву заклепок крепления козырька, интенсивному износу сопрягаемых поверхностей и изменению зазоров между элементами уплотнения, что ведет к неравномерной подаче охлаждающего воздуха для организации пленочного охлаждения трактовой поверхности и лопаток.

Технической задачей изобретения является уплотнение внутреннего стыка камеры сгорания и статора турбины, с целью стабилизации зазоров с направлением необходимого количества воздуха для организации пленочного охлаждения периферийной части (полок) сопловых и рабочих лопаток с постоянным расходом воздуха независимо от режима работы газотурбинного двигателя.

Указанная техническая задача в уплотнении внутреннего стыка камеры сгорания со статором турбины, содержащее уплотнительное кольцо камеры сгорания, козырек соплового аппарата, закрепленный на внутреннем корпусе, снабженном кольцом фиксирующим с установленным плавающим кольцом, при этом уплотнительное кольцо камеры сгорания и козырек соплового аппарата образуют кольцевой зазор, для организации подвода воздуха для пленочного охлаждения трактовых поверхностей, достигается тем, что на плавающем кольце выполнен упорный бурт, а козырек соплового аппарата снабжен направляющим кольцом, образующим кольцевой зазор с внутренней поверхностью козырька соплового аппарата, при этом торцевая часть козырька прилегает к бурту кольца плавающего.

Кроме того, крепление фиксирующего кольца выполнено подвижным в осевом направлении, а между кольцом плавающим и кольцом фиксирующим установлена гофрированная пружина.

Технический эффект в части выполнения устройства уплотнения стыка камеры сгорания с внутренним корпусом статора турбины, заключается в реализации возможности подачи оптимального (минимально необходимого количества) воздуха для поддержания благоприятного температурного режима трактовых поверхностей полок сопловых и рабочих лопаток, что обеспечивает необходимый ресурс лопаток и увеличивает КПД турбины.

Технический эффект в части подвижного, в осевом направлении крепления кольца фиксирующего, с установленной в паз гофрированной пружиной, заключается в реализации возможности обеспечения минимального износа сопрягаемых поверхностей деталей камеры сгорания и статора турбины.

На чертежах представлено устройство для уплотнения стыка камеры сгорания со статором турбины, где:

на фиг.1 представлен общий вид стыка камеры сгорания со статором турбины;

на фиг.2 представлен элемент А, внутреннее уплотнение стыка блока камеры сгорания и статора турбины.

Устройство внутреннего уплотнения стыка блока камеры сгорания и статора турбины, с целью стабилизации кольцевого зазора и направления части воздуха, в необходимом количестве для пленочного охлаждения трактовой поверхности нижних полок лопаток, состоит из кольца уплотнительного внутреннего камеры сгорания 1, кольца плавающего 2 с отверстиями для прохода воздуха и буртом, для контакта по месту уплотнения, кольца фиксирующего 3, внутреннего корпуса 4, козырька 5, направляющего кольца 6 и гофрированной пружины 7.

Устройство работает следующим образом.

Кольцо плавающее 2 установлено в пазу кольца фиксирующего 3, состоящего из двух полуколец. Между плавающим кольцом 2 и фиксирующим кольцом 3, установлена гофрированная пружина 7. В предлагаемом устройстве, плавающее кольцо 2 может «дышать» в диаметральном направлении и с помощью гофрированной пружины 7 обеспечивать постоянный (минимальный) зазор между сопрягаемыми поверхностями при разных режимах работы не зависимо от степени износа деталей, что позволяет кольцу уплотнительному внутреннему камеры сгорания 1, перемещаться вдоль кольца плавающего 2. На внутреннем корпусе 4, кольцо фиксирующее 3 закреплено болтовым соединением и имеет возможность перемещения в осевом направлении, для устранения зазора между торцами плавающего кольца 2, козырька 5 и является дополнительным уплотнением стыка. Козырек 5 закреплен болтовым соединением на направляющем кольце 6 внутреннего корпуса статора турбины 4 и имеет кольцевую проточку для размещения переднего бурта кольца 6, что позволяет обеспечить постоянный кольцевой зазор с наружной поверхностью кольца 6, для прохождения необходимого количества воздуха, для организации пленочного охлаждения периферийной части (полок) сопловых и рабочих лопаток с постоянным расходом воздуха, независимо от режима работы газотурбинного двигателя. Охлаждающий воздух, проходящий через отверстия на плавающем кольце 2 и радиальные отверстия на козырьке 5, по кольцевому каналу, направляется на полки сопловых и рабочих лопаток, создавая пленочное охлаждение, что ведет к поддержанию благоприятного температурного режима трактовых поверхностей полок сопловых и рабочих лопаток с одной стороны, с другой стороны, подача только минимально необходимого количества воздуха, что возможно только при постоянном кольцевом зазоре, для охлаждения полок сопловых и рабочих лопаток с формированием пленочного охлаждения, что обеспечивает необходимый ресурс лопаток и увеличивает КПД турбины.

Уплотнение стыка камеры сгорания и соплового аппарата турбины содержит уплотнительное кольцо камеры сгорания и козырек соплового аппарата. Козырек закреплен на внутреннем корпусе, снабженном кольцом фиксирующим с установленным плавающим кольцом. Уплотнительное кольцо камеры сгорания и козырек соплового аппарата образуют кольцевой зазор для организации подвода воздуха для пленочного охлаждения трактовых поверхностей. На плавающем кольце выполнен упорный бурт. Козырек соплового аппарата снабжен направляющим кольцом, образующим кольцевой зазор с внутренней поверхностью козырька соплового аппарата. Торцевая часть козырька прилегает к бурту кольца плавающего. Изобретение позволяет стабилизировать зазор и направить необходимое количество воздуха для организации пленочного охлаждения периферийной части сопловых и рабочих лопаток. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Уплотнение стыка камеры сгорания и соплового аппарата турбины, содержащее уплотнительное кольцо камеры сгорания, козырек соплового аппарата, закрепленный на внутреннем корпусе, снабженном кольцом фиксирующим с установленным плавающим кольцом, при этом уплотнительное кольцо камеры сгорания и козырек соплового аппарата образуют кольцевой зазор, для организации подвода воздуха для пленочного охлаждения трактовых поверхностей, отличающееся тем, что на плавающем кольце выполнен упорный бурт, а козырек соплового аппарата снабжен направляющим кольцом, образующим кольцевой зазор с внутренней поверхностью козырька соплового аппарата, при этом торцевая часть козырька прилегает к бурту кольца плавающего.

2. Уплотнение по п.1, отличающееся тем, что фиксирующее кольцо выполнено подвижным в осевом направлении, а между кольцом плавающим и кольцом фиксирующим установлена гофрированная пружина.