СТАТОР ТУРБИНЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2015 года по МПК F01D9/02 

Изобретение относится к статорам турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен статор турбины, в котором обтекатели стоек межтурбинной опоры расположены на входе в ротор турбины низкого давления (патент US №6883303 B1, F02C 7/20, опубл. 26.04.2005 г.).

Недостатком известной конструкции является ее низкий коэффициент полезного действия из-за отсутствия лопаток соплового аппарата на входе в ротор турбины низкого давления.

Наиболее близким к заявленному является статор турбины газотурбинного двигателя, включающий внешний корпус, на котором установлены стойки опоры с обтекателями, и расположенные по потоку газа охлаждаемые сопловые лопатки с нижними полками (патент US №7905083 B2, F02K 3/02, опубл. 15.03.2011 г.). При этом сопловые лопатки зафиксированы в осевом направлении с помощью болтового соединения относительно стоек опоры.

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенных нагрузок на стойки опоры от газовых сил, действующих на сопловые лопатки.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности статора турбины газотурбинного двигателя за счет уменьшения нагрузки на стойки опоры турбины и изоляции замкнутой кольцевой воздушной полости внутреннего кольца от внешней газовой и внутренней воздушных полостей.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в статоре турбины газотурбинного двигателя, включающем внешний корпус, на котором установлены стойки опоры с обтекателями, и расположенные по потоку газа охлаждаемые сопловые лопатки с нижними полками, согласно изобретению внутреннее радиальное ребро каждого обтекателя расположено в U-образном уплотнительном кольце, установленном на кольцевом цилиндрическом фланце опоры, при этом U-образное уплотнительное кольцо выполнено с внешним и внутренним С-образными в поперечном сечении выступами, направленными в сторону сопловых лопаток и образующими соединения типа «щип-паз» с внутренним кольцом, установленным в радиальном направлении на нижних полках сопловых лопаток.

При этом в обечайке внутреннего кольца выполнены каналы для дозированной подачи охлаждающего воздуха в полость пониженного давления.

Размещение на внутреннем радиальном ребре обтекателя стойки U-образного в поперечном сечении уплотнительного кольца, установленного на кольцевом цилиндрическом фланце опоры, позволяет отделить воздушную полость опоры от газовой полости статора вне зависимости от осевых и радиальных температурных деформаций обтекателей и фланца опоры.

Выполнение уплотнительного кольца с внешним и внутренним С-образными в поперечном сечении выступами, направленными в сторону сопловых лопаток и образующими соединения типа «щип-паз» с внутренним кольцом, установленным в радиальном направлении на нижних полках сопловых лопаток, обеспечивает герметичность замкнутой полости внутреннего кольца вне зависимости от осевых перемещений внутреннего кольца относительно уплотнительного кольца и радиальных перемещений нижних полок сопловых лопаток относительно внутреннего кольца, что исключает передачу осевых усилий от сопловых лопаток через внутреннее и уплотнительное кольца на обтекатели стоек, а также исключает попадание газа из газовой полости статора в воздушную полость внутреннего кольца.

На фиг. 1 изображен продольный разрез статора турбины газотурбинного двигателя.

На фиг. 2 - элемент I на фиг. 1 в увеличенном виде.

Статор 1 турбины газотурбинного двигателя включает внешний корпус 2, на котором установлены стойки 3 опоры 4, защищенные от контакта с газовым потоком 5 в газовой полости 6 статора 1 обтекателями 7.

На внутреннем радиальном ребре 8 каждого обтекателя 7 телескопически в радиальном направлении установлено U-образное (в поперечном сечении) уплотнительное кольцо 9, установленное (внутренней поверхностью 10) на кольцевом цилиндрическом фланце 11 опоры 4. Уплотнительное кольцо 9 выполнено с внешним 12 и внутренним 13 С-образными в поперечном сечении выступами.

В статоре 1 турбины газотурбинного двигателя по потоку 5 газа расположены охлаждаемые сопловые лопатки 14 с нижними полками 15. Внешний 12 и внутренний 13 С-образные в поперечном сечении выступы уплотнительного кольца 9 направлены в сторону размещенных по потоку 5 газа сопловых лопаток 14 и образуют с внутренним кольцом 16 (установленным в радиальном направлении на нижних полках 15 лопаток 14) телескопические в осевом направлении соединения типа «щип-паз» (соответственно, внешнее 17 и внутреннее 18 соединения), отделяющие замкнутую кольцевую воздушную полость 19 внутреннего кольца 16 от внешней газовой полости 6 статора и внутренней воздушной полости 20 пониженного давления.

Для дозированной подачи охлаждающего воздуха 21 в полость пониженного давления 20 в обечайке (внутренней) 22 кольца 16 выполнено множество каналов 23.

При работе статора 1 газотурбинного двигателя на сопловую лопатку 14 действует переменная по величине газовая сила P (см. фиг. 1), которая могла бы привести к повышению вибронапряжений в лопатке 14 и к ее поломке. Однако этого не происходит, так как силы трения в телескопических в осевом направлении верхнем 17 и внутреннем 18 соединениях типа «щип-паз» демпфируют колебания сопловой лопатки 14.

Изобретение относится к статорам турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Статор турбины включает в себя внешний корпус, на котором установлены стойки опоры с обтекателями (7), и расположенные по потоку (5) газа охлаждаемые сопловые лопатки (14) с нижними полками (15). Внутреннее радиальное ребро (8) каждого обтекателя (7) расположено в U-образном уплотнительном кольце (9), установленном на кольцевом цилиндрическом фланце (11) опоры. U-образное уплотнительное кольцо (9) выполнено с внешним (12) и внутренним (13) С-образными в поперечном сечении выступами, направленными в сторону сопловых лопаток (14). С-образные выступы (12) и (13) образуют соединения типа «щип-паз» с внутренним кольцом (16), установленным в радиальном направлении на нижних полках (15) сопловых лопаток (14). В обечайке (22) внутреннего кольца (16) выполнены каналы (23) для дозированной подачи охлаждающего воздуха в полость (20) пониженного давления. Изобретение позволяет повысить надежность статора турбины газотурбинного двигателя. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Статор турбины газотурбинного двигателя, включающий внешний корпус, на котором установлены стойки опоры с обтекателями, и расположенные по потоку газа охлаждаемые сопловые лопатки с нижними полками, отличающийся тем, что внутреннее радиальное ребро каждого обтекателя расположено в U-образном уплотнительном кольце, установленном на кольцевом цилиндрическом фланце опоры, при этом U-образное уплотнительное кольцо выполнено с внешним и внутренним С-образными в поперечном сечении выступами, направленными в сторону сопловых лопаток и образующими соединения типа «щип-паз» с внутренним кольцом, установленным в радиальном направлении на нижних полках сопловых лопаток.

2. Статор турбины газотурбинного двигателя по п. 1, отличающийся тем, что в обечайке внутреннего кольца выполнены каналы для дозированной подачи охлаждающего воздуха в полость пониженного давления.