ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА Российский патент 2015 года по МПК F01D9/02 

Изобретение относится к высокотемпературным газовым турбинам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известна газовая турбина газотурбинного двигателя, в которой лабиринтное уплотнение по внутренней полке сопловой лопатки турбины осуществляется с помощью истираемых вставок, выполненных из мягкого материала, закрепленных на внутренней полке лопатки (С.А. Вьюнов «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей». Москва, «Машиностроение», 1981 г., стр.67, рис.3.11).

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за износа истираемых вставок.

Наиболее близкой к заявляемой является высокотемпературная газовая турбина, в которой лабиринтное уплотнение по внутренней полке сопловой лопатки турбины выполнено сотовым, т.е. с сотовым блоком, выполненным из тонкостенной металлической ленты и закрепленным (например, пайкой) на внутренней полке сопловой лопатки (патент RU №2151884, F01D 9/02).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность при высоких температурах газа перед турбиной из-за разрушения под действием температуры сотового блока, например, вследствие межкристаллической коррозии тонкостенной ленты, что приводит к увеличению радиального зазора в лабиринтном уплотнении и к снижению надежности высокотемпературной газовой турбины.

Технический результат заявляемой конструкции заключается в повышении надежности и экономичности высокотемпературной газовой турбины путем исключения перегрева и разрушения сотового блока лабиринтного уплотнения, а также за счет уменьшения радиального зазора в уплотнении.

Указанный технический результат достигается тем, что в высокотемпературной газовой турбине, включающей лабиринтное уплотнение по сотовому блоку на внутренней полке, выполненной с дефлектором и с внутренней воздушной полостью охлаждаемой сопловой лопатки, согласно изобретению воздушная полость на выходе из сопловой лопатки через дозирующее отверстие в дефлекторе и через расположенные во внутренней полке в окружном направлении раздаточный канал и систему осевых каналов соединена с перфорацией, выходящей во внутренние полости ячеек сотового блока. Осевые каналы дополнительно соединены перфорацией с наружной поверхностью внутренней полки сопловой лопатки.

Соединение воздушной полости на выходе из сопловой лопатки через дозирующее отверстие в дефлекторе и через расположенные во внутренней полке в окружном направлении раздаточный канал и систему осевых каналов с перфорацией, выходящей во внутренние полости ячеек сотового блока, позволяет снизить температуру сотового блока в наиболее теплонапряженных его участках, повысив таким образом ресурс лабиринтного уплотнения и турбины в целом. Одновременно осуществляется конвективное охлаждение внутренней полки сопловой лопатки, что также повышает ее надежность.

Охлаждение сотового блока позволяет применить в его конструкции более тонкую ленту, что улучшает прирабатываемость сотового лабиринтного уплотнения, снижает его износ и позволяет повысить экономичность высокотемпературной газовой турбины за счет уменьшения радиального зазора в лабиринтном уплотнении.

На фиг.1 изображен продольный разрез высокотемпературной газовой турбины с лабиринтным сотовым уплотнением по внутренней полке сопловой лопатки.

На фиг.2 - вид А на фиг.1.

На фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.1.

Высокотемпературная газовая турбина 1 состоит из рабочего колеса 2 с рабочими лопатками 3 и установленным ниже по потоку газа 4 в проточной части 5 сопловым аппаратом 6 с сопловыми охлаждаемыми лопатками 7, которые выполнены с внутренней воздушной полостью 8. Воздушная полость 9 на выходе из рабочего колеса 2 уплотнена от проточной части 5 турбины 1 с помощью сотового лабиринтного уплотнения 10, состоящего из лабиринтного гребешка 11, установленного на хвостовике 12 рабочей лопатки 3 и ответного ему сотового блока 13, закрепленного на внутренней полке 14 сопловой лопатки 7. В дефлекторе 15 охлаждаемой сопловой лопатки 7 выполнено дозирующее отверстие 16, через которое внутренняя воздушная полость 8 лопатки 7 соединена на выходе через расположенный во внутренней полке 14 в окружном направлении раздаточный канал 17 и далее через систему осевых каналов 18 соединена с перфорацией 19, выходящей во внутренние полости 20 ячеек 21 сотового блока 13.

Работает устройство следующим образом.

При работе высокотемпературной газовой турбины 1 тепловой поток, поступающий от потока газа 4 через наружную поверхность 22 внутренней полки 14 сопловой лопатки 7, отсекается от сотового блока 13 системой осевых каналов 18, по которым протекает охлаждающий воздух 23 из воздушной полости 8 лопатки 7. Перфорация 19, выполненная в наиболее теплонапряженном месте сотового блока 13, способствует заполнению охлаждающим воздухом внутренних полостей 20 сотовых ячеек 21, что также снижает температуру сотового блока 13. В случае окисления и эрозии из-за высокой температуры газа 4 наружной поверхности 22 внутренней полки 14 лопатки 7 дополнительно может быть выполнена перфорация 24, соединяющая осевые каналы 18 с проточной частью 5 турбины 1, что способствует организации более эффективной конвективно-пленочной системы охлаждения наружной поверхности 22 внутренней полки 14 лопатки 7 воздухом 23.

Изобретение относится к высокотемпературным газовым турбинам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Высокотемпературная газовая турбина включает в себя лабиринтное уплотнение по сотовому блоку на внутренней полке, выполненной с дефлектором и с внутренней воздушной полостью охлаждаемой сопловой лопатки. Воздушная полость на выходе из сопловой лопатки через дозирующее отверстие в дефлекторе и через расположенные во внутренней полке в окружном направлении раздаточный канал и систему осевых каналов соединена с перфорацией, выходящей во внутренние полости ячеек сотового блока. Осевые каналы дополнительно соединены перфорацией с наружной поверхностью внутренней полки сопловой лопатки. Изобретение повышает надежность и экономичность высокотемпературной газовой турбины посредством исключения перегрева и разрушения сотового блока лабиринтного уплотнения, а также уменьшения радиального зазора в уплотнении. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Высокотемпературная газовая турбина, включающая лабиринтное уплотнение по сотовому блоку на внутренней полке, выполненной с дефлектором и с внутренней воздушной полостью охлаждаемой сопловой лопатки, отличающаяся тем, что воздушная полость на выходе из сопловой лопатки через дозирующее отверстие в дефлекторе и через расположенные во внутренней полке в окружном направлении раздаточный канал и систему осевых каналов соединена с перфорацией, выходящей во внутренние полости ячеек сотового блока.

2. Высокотемпературная газовая турбина по п.1, отличающаяся тем, что осевые каналы дополнительно соединены перфорацией с наружной поверхностью внутренней полки сопловой лопатки.