Настоящее изобретение относится к системе отбора рабочей текучей среды от внутреннего объема турбомашины. Более того, настоящее изобретение относится к турбомашине. Более того, настоящее изобретение относится к способу отбора рабочей текучей среды от внутреннего объема турбомашины.
В турбомашинах, например в осевых компрессорах, рабочая текучая среда протекает через внутренний объем. Часть рабочей текучей среды отбирается от внутреннего объема и обычно используется для управления компрессором и с целями охлаждения или демпфирования уплотнения, например, в опорных областях. Отобранная текучая среда также может использоваться для охлаждения компонентов в секции турбины газовой турбины.
US 4155680 раскрывает средство защиты компрессора. Компрессор содержит корпус с каналом, выполненным с возможностью прохождения отобранного воздуха в продолжающийся по окружности коллектор отбора, окружающего корпус. С помощью отверстий на линии разделения смежных полок лопаток воздух отбирается в продолжающийся по окружности коллектор отбора.
JP 2002195196 А раскрывает конструкцию отбора осевого компрессора, причем корпус компрессора содержит множество отверстий отбора для отбора воздуха от внутреннего объема компрессора.
US 7000462 В раскрывает коллектор отбираемого от компрессора воздуха для управления зазором между лопастями. Коллектор отбираемого от компрессора воздуха включает кольцеобразные внешние фланцы на противоположных сторонах в общем кольцеобразной напорной камеры коллектора. Между двумя секциями корпуса воздух от компрессора отбирается через канал в кольцеобразную напорную камеру коллектора.
Во многих традиционных системах отбора воздуха от внутреннего объема компрессора воздух вводится непосредственно в кольцеобразную главную камеру отбора. Более того, канал между главной камерой отбора и внутренним объемом должен быть отлит в обойме лопаток или корпусе компрессора. Альтернативно, в полке лопатки статора сверлятся отверстия для создания соединения по текучей среде между внутренним объемом и главной камерой отбора.
ЕР 1609999 раскрывает турбомашину, в которой между лопаткой статора и лопастью ротора на корпусе статора образованы сопла ввода отбираемого воздуха. Воздух протекает из воздушной камеры через сопло ввода внутри внутреннего объема турбомашины.
Задачей настоящего изобретения может быть обеспечение эффективного отбора рабочей текучей среды турбомашины без необходимости использования сложных конструктивных компонентов.
Эта задача решается с помощью системы отбора рабочей текучей среды от внутреннего объема турбомашины, с помощью турбомашины и с помощью способа отбора рабочей текучей среды от внутреннего объема турбомашины согласно независимым пунктам формулы изобретения.
Согласно первому аспекту настоящего изобретения создана система отбора рабочей текучей среды от внутреннего объема турбомашины, содержащая: обойму лопаток, содержащую кольцеобразную направляющую, множество лопаточных устройств, каждое из которых содержит по меньшей мере один лопаточный элемент, по меньшей мере одну полку лопатки и хвостовик лопатки, причем лопаточный элемент установлен на полку лопатки, при этом хвостовик лопатки установлен на кольцеобразной направляющей, причем первая кольцеобразная полость образована между полкой лопатки и кольцеобразной направляющей, при этом кольцеобразный зазор образован между краем полки лопатки и обоймой лопаток так, что часть рабочей текучей среды турбомашины является отбираемой через кольцеобразный зазор в первую кольцеобразную полость, причем вторая кольцеобразная полость образована между хвостовиком лопатки, кольцеобразной направляющей и обоймой лопаток, при этом по меньшей мере одно впускное отверстие образовано в кольцеобразной направляющей для связывания первой кольцеобразной полости и второй кольцеобразной полости.
Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения обеспечена турбомашина. Турбомашина содержит вращающийся вал, являющийся вращаемым вокруг оси вращения. Радиальное направление ориентировано перпендикулярно оси вращения. Более того, турбомашина содержит по меньшей мере одну систему, которая описана выше. Полка лопатки лопаточного устройства частично окружает внутренний объем турбомашины, причем внутри внутреннего объема рабочая текучая среда является текучей. По меньшей мере один лопаточный элемент продолжается от полки лопатки во внутренний объем так, что рабочая текучая среда является текучей вдоль лопаточного элемента.
Согласно дополнительному аспекту, представлен способ отбора рабочей текучей среды от внутреннего объема турбомашины с помощью вышеописанной системы.
Турбомашина описывает турбомашинное оборудование, которое передает энергию между ротором и рабочей текучей средой, текущей через внутренний объем турбомашины. Турбомашина может описывать турбину или компрессор. В то время как турбина передает энергию от текучей среды ротору, компрессор передает энергию от ротора текучей среде.
Более того, турбомашина содержит вращающийся вал. Вращающийся вал является вращаемым вокруг оси вращения, причем направление вдоль оси вращения определяет аксиальное направление турбомашины, и направление, перпендикулярное оси вращения, которая проходит через центр вала, определяет "радиальное" направление турбомашины. Выражение "кольцеобразный" в этом применении определяет проход соответственного элемента вдоль периферийного направления вокруг вращающегося вала. Система и, в частности, обойма лопаток и лопаточное устройство продолжаются вдоль периферийного направления вокруг вала так, что части обоймы лопаток и лопаточного устройства, например направляющая и полка лопатки, могут иметь кольцеобразный проход и кольцеобразную форму. Например, обойма лопаток может образовывать замкнутое кольцо вокруг вала или может только частично проходить вокруг кольцеобразной формы и образует, например, половину или четверть кольца.
Турбомашина содержит, например, корпус или несущую конструкцию, на которую обойма лопаток является устанавливаемой.
Корпус турбомашины может иметь кольцеобразную форму и продолжаться вдоль периферийного направления полностью или частично вокруг оси вращения.
Между корпусом, обоймой лопаток и полкой лопатки на одной стороне и валом на другой стороне определен внутренний объем турбомашины.
Лопаточное устройство содержит по меньшей мере один лопаточный элемент, по меньшей мере одну полку лопатки и хвостовик лопатки. Лопаточный элемент продолжается от полки лопатки внутри внутреннего объема.
В дополнительном примерном варианте выполнения система содержит дополнительную полку лопатки. Лопаточный элемент установлен между полкой лопатки и дополнительной полкой лопатки.
В дополнительном примерном варианте выполнения система содержит дополнительную обойму лопаток, причем дополнительная обойма лопаток установлена радиально внутрь на дополнительную полку лопатки.
Лопаточное устройство содержит дополнительную, например, расположенную радиально внутрь, полку лопатки (например внутренний бандаж), на которую является устанавливаемой дополнительная обойма лопаток. Лопаточный элемент установлен между полкой лопатки (например внешним бандажом) и дополнительной полкой лопатки (например внутренним бандажом).
В дополнительном примерном варианте выполнения, от радиального внешнего положения лопаточного элемента, лопаточный элемент начинается от расположенной радиально наружу полки лопатки (внешнего бандажа) и проходит вдоль радиального направления в расположенную радиально внутрь дополнительную полку (внутренний бандаж). Расположенная в направлении внутрь дополнительная обойма лопаток может поддерживать смежные лопаточные устройства со смежными дополнительными внутренними полками для образования сегментированного кольца вокруг вращающегося вала (например, компрессора). Соответственно, расположенная в направлении наружу обойма лопаток может поддерживать смежные лопаточные устройства со смежными внешними полками для образования сегментированного кольца вокруг вращающегося вала (например, компрессора).
Согласно дополнительному примерному варианту выполнения, дополнительная полка лопатки или дополнительная обойма лопаток содержит уплотняющую конструкцию, которая является прилегаемой к вращающемуся валу с целью уплотнения.
Обойма лопаток может быть расположена радиально наружу по сравнению с расположенной радиально внутрь дополнительной обоймой лопаток. В результате, исходя из радиального внешнего положения лопаточного элемента, лопаточный элемент начинается от расположенной радиально наружу обоймы лопаток и проходит вдоль радиального направления в расположенную радиально внутрь дополнительную обойму лопаток.
Обойма лопаток и/или дополнительная обойма лопаток могут/может содержать кольцеобразную форму вдоль периферийного направления. Обойма лопаток является устанавливаемой на корпус турбомашины. Лопаточные устройства устанавливаются и крепятся на обойму лопаток. В частности, обойма лопаток и/или дополнительная обойма лопаток содержат(ит), например, вдоль внутренней поверхности, которая обращена к внутреннему объему, канавку, причем кольцеобразная направляющая и дополнительная расположенная радиально внутрь направляющая продолжаются по окружности внутри соответственной канавки. Лопаточное устройство может быть скреплено посредством его хвостовика лопатки с кольцеобразной направляющей внутри канавки обоймы лопаток и/или дополнительной обоймы лопаток путем зацепления кольцеобразной направляющей так, что достигается установка лопаточного устройства в обойму лопаток. Обойма лопаток также может образовывать неотъемлемую часть корпуса.
Хвостовик лопатки и/или по сравнению с хвостовиком лопатки расположенный радиально внутрь хвостовик лопатки лопаточного элемента выполнен(ы) с возможностью скрепления с обоймой лопаток и/или дополнительной обоймой лопаток, соответственно, например, посредством любого пригодного крепежного средства. В частности, хвостовик лопатки и/или расположенный радиально внутрь хвостовик лопатки являются(ется) скрепляемым(и) с обоймой лопаток и дополнительной обоймой лопаток, соответственно, путем соединения типа, например, "ласточкин хвост".
Полка лопатки отделяет хвостовик лопатки и/или расположенный радиально внутрь хвостовик лопатки от лопаточного элемента. Полка лопатки (внешний бандаж) и/или расположенная радиально внутрь полка лопатки (внутренний бандаж) содержат(ит) поверхность полки, которая обращена к внутреннему объему, и рабочая текучая среда, текущая внутри внутреннего объема, течет вдоль внутренней поверхности полки и внутренней поверхности расположенной радиально внутрь полки. Соответственные полки лопаток, в частности, установлены в (дополнительную) обойму лопаток таким образом, что вдоль аксиального направления внутренняя поверхность полки, внутренняя поверхность расположенной радиально внутрь полки, внутренняя поверхность обоймы лопаток и дополнительная внутренняя поверхность дополнительной обоймы лопаток, причем эти поверхности обращены к внутреннему объему, образуют ровное пересечение и не образуют, например, смещение или уступ вдоль радиального направления, например, между друг другом.
Рабочая текучая среда, например, представляет собой газ, например воздух. Более того, рабочая текучая среда может содержать выхлопной газ, например, из камеры сгорания.
Полка лопатки содержит край, который обращен к обойме лопатки, в частности в аксиальном направлении. Между краем и противоположным краем обоймы лопаток, образован кольцеобразный зазор. Рабочая текучая среда может течь из внутреннего объема через кольцеобразный зазор в первую кольцеобразную полость. Кольцеобразный зазор продолжается, например, вдоль периферийного направления. Край полки лопатки проходит вдоль периферийного направления, и противоположный край (относительно края полки лопатки) обоймы лопаток также проходит вдоль того же периферийного направления. Оба края, край полки лопатки и противоположный край обоймы лопаток могут проходить параллельно вдоль периферийного направления. В результате, кольцеобразный зазор содержит вдоль периферийного направления одинаковые размеры (т.е. постоянную ширину) за счет параллельного прохождения края полки лопатки и противоположного края обоймы лопаток. Более того, край полки лопатки, который образует кольцеобразный зазор, является крайним расположенным спереди краем или секцией полки лопатки, т.е. никакие дополнительные секции полки лопатки не продолжаются дальше края полки лопатки, образующего кольцеобразный зазор.
Через кольцеобразный зазор рабочая текучая среда течет в первую кольцеобразную полость. Между радиально внешней поверхностью полки лопатки, которая обращена к кольцу, и которая расположена противоположно внутренней поверхность полки, и кольцеобразной направляющей, образована первая кольцеобразная полость. Рабочая текучая среда, которая течет внутри первой кольцеобразной полости, протекает по окружности вдоль первой кольцеобразной полости.
В заданных положениях вдоль кольца по меньшей мере одно впускное отверстие образовано так, что рабочая текучая среда является текучей из первой полости во вторую полость. Так как впускное отверстие образовано внутри направляющей, в лопаточном устройстве не требуется образование дополнительных средств обеспечения, например, дополнительных соединительных отверстий.
Вторая кольцеобразная полость образована между поверхностью хвостовика лопатки, кольцеобразной направляющей и внутренними поверхностями обоймы лопаток. В частности, кольцеобразная направляющая образована таким образом, что кольцеобразная направляющая отделяет первую кольцеобразную полость и вторую кольцеобразную полость. Согласно настоящему изобретению, вторая кольцеобразная полость может быть образована за радиально внешней поверхностью (например, в форме ласточкина хвоста) хвостовика лопатки лопаточного устройства. От второй кольцеобразной полости отобранная рабочая текучая среда может быть направлена, например, посредством выпуска текучей среды внутри обоймы лопаток, в места, где требуется рабочая текучая среда. Отбор рабочей текучей среды может быть использован, например, в целях охлаждения или для управления компрессором. Во вторую кольцеобразную полость подается рабочая текучая среда через кольцеобразный зазор, образованный между краем полки статора и несущим кольцом.
В дополнительном примерном варианте выполнения соответственная первая полость и соответственная вторая полость образованы между расположенной радиально внутрь полкой, расположенной радиально внутрь дополнительной кольцеобразной направляющей, расположенным радиально внутрь хвостовиком лопатки и дополнительной обоймой лопаток, причем соответственная первая полость и соответственная вторая полость соединены соответственными впускными отверстиями. Соответственная первая полость и соответственная вторая полость могут содержать подобные геометрические формы и характеристики, что и вышеописанные первая полость и вторая полость, расположенные между полкой лопатки, кольцеобразной направляющей, хвостовиком лопатки и обоймой лопаток.
Согласно вышеописанной системе согласно настоящему изобретению, рабочая текучая среда отбирается на краях полки лопатки, а не на специальных средствах обеспечения, таких как, например, впускные отверстия в полке лопатки. В результате, необходимы только минимальные изменения геометрии известной лопатки статора. Кроме впускных отверстий в направляющей не требуются никакие дополнительные средства обеспечения, например литые элементы для обоймы лопаток. Так как рабочая текучая среда течет в первую очередь внутри первой кольцеобразной полости и из первой кольцеобразной полости наконец во вторую кольцеобразную полость, рабочая текучая среда, которая является турбулентной после введения внутрь первой полости, может успокаиваться так, что после введения через впускное отверстие во вторую полость отобранная рабочая текучая среда является менее турбулентной, что имеет положительный эффект для дальнейшего использования.
Более того, так как для направления рабочей текучей среды через лопаточное устройство не должны быть выполнены никакие средства обеспечения, физическая прочность лопаточного устройства не уменьшается, например, из-за дополнительных впускных отверстий. В результате, согласно настоящему изобретению, эффективная система отбора рабочей текучей среды образована без необходимости сложных конструктивных компонентов.
Согласно дополнительному примерному варианту выполнения лопаточный элемент содержит передний край и задний край. Рабочая текучая среда является текучей от переднего края до заднего края вдоль лопаточного элемента. Относительно лопаточного элемента край полки лопатки расположен дальше по пути потока рабочей текучей среды внутри внутреннего объема.
Отбирая рабочую текучую среду от внутреннего объема в расположенном дальше по ходу месте, в частности между лопаточным устройством и дополнительным расположенным дальше по ходу вращающимся лопастным устройством, отбор рабочей текучей среды может быть аэродинамически эффективным. В частности, отбор рабочей текучей среды между лопаточным устройством и роторно-лопастным устройством более аэродинамически эффективен, чем, например, отбор рабочей текучей среды перед лопаточным устройством или в области между передним краем и задним краем соответственных лопаточных устройств или роторно-лопастных устройств.
Согласно дополнительному примерному варианту выполнения хвостовик лопатки содержит кольцеобразную канавку, причем кольцеобразная направляющая зацеплена в кольцеобразной канавке для установки хвостовика лопатки на кольцеобразной направляющей. В частности, кольцеобразная канавка в хвостовике лопатки может образовывать профиль в форме ласточкина хвоста так, что образуется соединение типа "ласточкин хвост" с кольцеобразной направляющей.
Согласно дополнительному примерному варианту выполнения лопаточное устройство содержит множество лопаточных элементов. В частности, вдоль кольцеобразного, периферийного направления полки лопатки множество лопаточных элементов могут быть прикреплены друг за другом вдоль периферийного направления.
Согласно дополнительному примерному варианту выполнения система дополнительно содержит дополнительное лопаточное устройство, содержащее по меньшей мере один дополнительный лопаточный элемент, дополнительную полку лопатки и дополнительный хвостовик лопатки. Дополнительный лопаточный элемент установлен на дополнительную полку лопатки. Дополнительный хвостовик лопатки установлен на кольцеобразной направляющей. Первая кольцеобразная полость образована между полкой лопатки, дополнительной полкой лопатки и направляющей. Кольцеобразный зазор образован между дополнительным краем дополнительной полки лопатки и обоймой лопаток так, что часть рабочей текучей среды является отбираемой через кольцеобразный зазор в первую кольцеобразную полость. Вторая кольцеобразная полость образована между хвостовиком лопатки, дополнительным хвостовиком лопатки, кольцеобразной направляющей и обоймой лопаток.
Согласно вышеописанному примерному варианту выполнения вдоль периферийного направления вокруг вала турбомашины множество лопаточных устройств могут быть закреплены друг за другом вдоль периферийного направления обоймы лопаток. Оба края лопаточных устройств, в частности оба расположенных дальше по ходу края лопаточных устройств образуют (одинаковый) кольцеобразный зазор так, что кольцеобразный зазор проходит вдоль периферийного направления и пересекает оба лопаточных устройства. Более того, первая кольцеобразная полость и вторая кольцеобразная полость образованы соответственными полками лопаток и соответственными хвостовиками лопаток соответственных лопаточных устройств так, что первая кольцеобразная полость и вторая кольцеобразная полость проходят вдоль периферийного направления и пересекают лопаточные устройства. Первая кольцеобразная полость и вторая кольцеобразная полость образуют кольцеобразной формы объем, вдоль которого отобранная рабочая текучая среда является текучей.
Согласно дополнительному примерному варианту выполнения система дополнительно содержит уплотнение, причем между полкой лопатки и дополнительной полкой лопатки образован дополнительный зазор, и причем уплотнение упирается в лопаточное устройство и дополнительное лопаточное устройство так, что по меньшей мере частично предотвращается просачивание рабочей текучей среды между второй кольцеобразной полостью и дополнительным зазором. В результате, нежелательное просачивание отбираемого воздуха из второй кольцеобразной полости обратно во внутренний объем уменьшается так, что эффективность системы увеличивается.
Согласно дополнительному примерному варианту выполнения обойма лопаток содержит выпуск текучей среды для отбора рабочей текучей среды от второй полости во внешний объем несущего устройства. Внешний объем определяет объем вокруг внутреннего объема турбомашинного оборудования. Во внешнем объеме может быть установлено различное оборудование и трубы, в которые может быть подана отобранная рабочая текучая среда.
Согласно дополнительному примерному варианту выполнения по меньшей мере одно впускное отверстие образовано в кольцеобразной направляющей так, что впускное отверстие продолжается вдоль радиального направления.
Согласно настоящему изобретению отводы, т.е. места, где рабочая текучая среда отбирается от внутреннего объема, могут быть добавлены без изменения и удлинения существующих газовых каналов. Любые средства обеспечения для лопаточного устройства не обязательны. Более того, не обязательно разделение корпуса или несущего кольца для отбора рабочей текучей среды от наиболее подходящей ступени.
Следует отметить, что варианты выполнения изобретения описаны со ссылкой на различные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, касающиеся устройства, в то время как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения, касающиеся способа. Однако специалист в области техники из приведенного выше и последующего описания может сделать вывод, что, если явно не указано иное, в этой заявке в дополнение к любой совокупности признаков, относящихся к одному типу объекта, также раскрывается любая совокупность между признаками, относящимися к различным объектам, в частности между признаками, относящимися к пунктам формулы изобретения, касающимся устройства, и признаками, относящимися к пунктам формулы изобретения, касающимся способа.
Аспекты, определенные выше, и последующие аспекты настоящего изобретения станут очевидными из описанных далее примеров вариантов выполнения и объясняются со ссылкой на эти примеры вариантов выполнения. Изобретение будет описано более подробно далее со ссылкой на примеры варианта выполнения, но которыми изобретение не ограничивается. На чертежах:
Фиг. 1 - вид в разрезе системы отбора рабочей текучей среды согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения; и
Фиг. 2 - вид в перспективе части системы отбора рабочей текучей среды согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения.
Иллюстрации на чертежах являются схематическими. Следует отметить, что на разных фигурах подобные или идентичные элементы обеспечены одинаковыми ссылочными позициями.
Фиг. 1 и 2 иллюстрируют систему 100 - конкретно секцию компрессора турбины, например, газовой турбины - отбора рабочей текучей среды от внутреннего объема V1 турбомашины.
Система 100 содержит обойму 104 лопаток и лопаточное устройство. Обойма 104 лопаток содержит кольцеобразную направляющую 105. Лопаточное устройство содержит по меньшей мере один лопаточный элемент 101, полку 102 лопатки и хвостовик 103 лопатки. Лопаточный элемент 101 установлен на полку 102 лопатки 102. Хвостовик 103 лопатки установлен на кольцеобразной направляющей.
Первая кольцеобразная полость 106 образована между полкой 102 лопатки и кольцеобразной направляющей 105. Кольцеобразный зазор 108 образован между краем 110 полки 102 лопатки и обоймой 104 лопаток так, что часть рабочей текучей среды турбомашины является отбираемой через кольцеобразный зазор 108 в первую кольцеобразную полость 106.
Вторая кольцеобразная полость 107 образована между хвостовиком 103 лопатки, кольцеобразной направляющей 105 и обоймой 104 лопаток, причем по меньшей мере одно впускное отверстие 109 образовано в кольцеобразной направляющей 105 для связывания первой кольцеобразной полости 106 и второй кольцеобразной полости 107.
По меньшей мере одно впускное отверстие 109 может иметь большее аксиальное протяжение, чем кольцеобразный зазор 108.
Внутри внутреннего объема V1 турбомашины рабочая текучая среда протекает вдоль пути 116 потока. Вдоль пути 116 потока лопаточные элементы 101 (или группы лопаток) и лопасти 111 (или группы лопастей) установлены по окружности друг за другом. Лопасти 111 закреплены на валу 112, который является вращаемым вокруг оси 113 вращения (которая не обозначена в правильном месте и может иметь большее расстояние до лопастей 111, но показана по меньшей мере ориентация оси 113 вращения). Лопасти 111 установлены вдоль периферийного направления друг за другом непосредственно или опосредованно на валу 112.
Лопаточный элемент 101 установлен на полку 102 лопатки лопаточного устройства или может быть неотъемлемой частью полки 102 лопатки. Лопаточный элемент 101 продолжается от полки 102 лопатки, т.е. радиально внутренней поверхности полки, внутри внутреннего объема V1. На противоположной стороне полки 102 лопатки, т.е. радиально внешней поверхности полки, хвостовик 103 лопатки продолжается в обойму 104 лопаток. Обойма 104 лопаток может быть прикреплена к корпусу турбомашины или может быть неотъемлемой частью и образованной за одно целое с корпусом турбомашины. Вдоль радиально внутренней поверхности полки полки 104 лопатки рабочая текучая среда протекает вдоль внутри внутреннего объема V1.
Лопаточный элемент 101 содержит передний край 119, у которого рабочая текучая среда течет, испытывая противодействие лопаточного элемента 101. После протекания вдоль лопаточного элемента 101 рабочая текучая среда покидает лопатку на заднем краю 120. В результате, передний край 119 расположен перед лопастью 101 и задний край 120 расположен после лопаточного элемента 101 по потоку рабочей среды.
Как может быть видно на Фиг. 1, задний край полки 102 лопатки 102 находится в герметичном контакте с обоймой 104 лопаток так, что отбор рабочей текучей среды предотвращается. На краю 110, расположенном после лопаточного элемента 101 и полки 102 лопатки, соответственно, образован кольцеобразный зазор 108 между передним краем 110 и обоймой 104 лопаток. Через кольцеобразный зазор 108 часть рабочей текучей среды может быть отобрана в первую кольцеобразную полость 106. Первая кольцеобразная полость 106 образована пространством между радиально внешней поверхностью полки и кольцеобразной направляющей 105 обоймы 104 лопаток.
Кольцеобразная направляющая 105 может быть прикреплена с возможностью отделения к обойме 104 лопаток или может быть образована за одно целое с обоймой 104 лопаток. Кольцеобразная направляющая 105 может проходить вдоль периферийного направления вокруг вала 112. Кольцеобразная направляющая 105 образована таким образом, что кольцеобразная направляющая 105 может быть зацеплена кольцеобразной канавкой 114 хвостовика 103 лопатки. На аксиально противоположном конце хвостовика 103 лопатки образована дополнительная кольцеобразная канавка 118 в хвостовике 103 лопатки. Дополнительно, соответствующая дополнительная кольцеобразная направляющая 117 образована в обойме 104 лопаток. Дополнительная кольцеобразная направляющая 117 зацеплена дополнительной кольцеобразной канавкой 118.
По меньшей мере одно впускное отверстие 109 образовано в кольцеобразной направляющей 105 так, первая кольцеобразная полость 106 и вторая кольцеобразная полость 107 соединены. Отобранная рабочая текучая среда является текучей из первой кольцеобразной полости 106 во вторую кольцеобразную полость 107.
Впускное отверстие 109, в частности, образовано с радиальной ориентацией вдоль радиального направления. Радиальное направление представляет собой направление, которое является по существу перпендикулярным оси 113 вращения и проходит через ось 113 вращения. Альтернативно, радиальное направление впускного отверстия 109 наклонено так, чтобы по существу совпадать с направлением закрутки, т.е. тангенциальным направлением потока рабочей текучей среды в кольцеобразном зазоре 108, где отбирается рабочая текучая среда. Это дополнительно уменьшает любые потери давления на пути текучих сред от точки отбора до точки использования.
Вторая кольцеобразная полость 107 образована между радиальной внешней поверхностью хвостовика 103 лопатки и обоймой 104 лопаток. Отобранная рабочая текучая среда может протекать через выпуск 115 текучей среды во внешний объем Vo, который окружает обойму 104 лопаток, для дальнейшего использования.
Фиг. 2 иллюстрирует вид в перспективе примерного варианта выполнения, показанного на Фиг. 1. Как может быть видно на Фиг. 2, множество, например три, лопаточных устройства установлены на обойму 104 лопаток друг за другом вдоль периферийного направления. Кроме этого, не показаны смежные кольца лопаток, а показаны только канавки внутри обоймы 104 для вставки лопаток смежных колец лопаток.
Лопаточные устройства установлены их соответственными хвостовиками 103 лопаток на дополнительной кольцеобразной направляющей 117 и на кольцеобразной направляющей 105. Между соответственными полками 102 лопаток и кольцеобразной направляющей 105 образована первая полость 106. Первая полость 106 имеет кольцеобразный проход так, что рабочая текучая среда, которая отбирается, может протекать в периферийном направлении вдоль кольцеобразной первой полости и пересекать множество лопаточных устройств. Между полками 102 лопаток и обоймой 104 лопаток образована небольшая щель, в частности кольцеобразный зазор 108. Через кольцеобразный зазор 108 рабочая текучая среда отбирается от внутреннего объема V1 в первую кольцеобразную полость 106.
Кольцеобразная направляющая 105 содержит вдоль ее периферийного направления множество впускных отверстий 109, которые соединяют и связывают первую кольцеобразную полость 106 со второй кольцеобразной полостью 107. Вторая кольцеобразная полость 107 образована ниже множества хвостовиков 103 лопаток соответственных лопаточных устройств и обоймы 104 лопаток.
Полки 102 лопаток лопаточных устройств содержат дополнительные края вдоль периферийного направления, которые обращены друг к другу. Между смежными краями полок 102 лопаток может существовать дополнительный зазор 202, через который отобранная рабочая текучая среда может протекать из второй кольцеобразной полости 107 обратно во внутренний объем V1. Для того, чтобы уменьшать это просачивание, может быть установлено уплотнение 201. Уплотнение 201 может иметь пластинчатую форму и может образовывать полосу. Уплотнение 201 проходит вдоль периферийного направления и может упираться в кольцеобразные направляющие 117, 105 и радиально внешние поверхности хвостовиков 103 лопаток. Уплотнение 201 проходит вдоль периферийного направления и тем самым уплотняет дополнительные зазоры 202 между смежными лопаточными устройствами так, что уменьшается просачивание рабочей текучей среды.
Изобретение особенно предпочтительно, так как отвод является дискретным. Дискретные отводы могут быть добавлены без удлинения существующего газового канала или разделения внешнего корпуса для обеспечения отбора технического воздуха от наиболее подходящей ступени компрессора.
Следует отметить, что выражение "содержащий" не исключает другие элементы или этапы. Также элементы, описанные в связи с различными вариантами выполнения, могут быть объединены. Следует также отметить, что ссылочные позиции в формуле изобретения не должны рассматриваться как ограничивающие объем охраны формулы изобретения.
Система отбора рабочей текучей среды от внутреннего объема турбомашины содержит обойму лопаток, содержащую кольцеобразную направляющую, и множество лопаточных устройств, каждое из которых содержит полку, лопаточный элемент, установленный на полку, и хвостовик, установленный на кольцеобразной направляющей. Между полкой лопатки и кольцеобразной направляющей образована первая кольцеобразная полость, а между хвостовиком лопатки, кольцеобразной направляющей и обоймой лопаток образована вторая кольцеобразная полость. Между краем полки лопатки и обоймой лопаток образован кольцеобразный зазор с возможностью отбора текучей среды в первую кольцеобразную полость. В кольцеобразной направляющей образовано впускное отверстие, связывающее первую и вторую кольцеобразные полости. Другое изобретение группы относится к турбомашине, содержащей вращающийся вал и указанную выше систему отбора рабочей текучей среды. При отборе рабочей текучей среды от внутреннего объема турбомашины используют указанную выше систему отбора. Группа изобретений позволяет упростить систему отбора рабочей текучей среды турбомашины. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 2 ил.
1. Система (100) отбора рабочей текучей среды от внутреннего объема (Vi) турбомашины, содержащая:
обойму (104) лопаток, содержащую кольцеобразную направляющую (105),
множество лопаточных устройств, каждое из которых содержит по меньшей мере один лопаточный элемент (101), по меньшей мере одну полку (102) лопатки и хвостовик (103) лопатки,
причем лопаточный элемент (101) установлен на полку (102) лопатки,
при этом хвостовик (103) лопатки установлен на кольцеобразной направляющей (105),
причем первая кольцеобразная полость (106) образована между полкой (102) лопатки и кольцеобразной направляющей (105),
при этом кольцеобразный зазор (108) образован между краем (110) полки (102) лопатки и обоймой (104) лопаток так, что часть рабочей текучей среды турбомашины является отбираемой через кольцеобразный зазор (108) в первую кольцеобразную полость (106),
причем вторая кольцеобразная полость (107) образована между хвостовиком (103) лопатки, кольцеобразной направляющей (105) и обоймой (104) лопаток,
при этом по меньшей мере одно впускное отверстие (109) образовано в кольцеобразной направляющей (105) для связывания первой кольцеобразной полости (106) и второй кольцеобразной полости (107).
2. Система (100) по п. 1, в которой лопаточный элемент (101) содержит передний край (119) и задний край (120), причем рабочая текучая среда является текучей от переднего края (119) до заднего края (120) вдоль лопаточного элемента (101), и относительно лопаточного элемента (102) край (110) полки (102) лопатки расположен дальше по пути (116) потока рабочей текучей среды.
3. Система (100) по п. 1 или 2, в которой хвостовик (103) лопатки содержит кольцеобразную канавку (114), причем кольцеобразная направляющая (105) зацеплена в кольцеобразной канавке (114) для установки хвостовика (103) лопатки на кольцеобразной направляющей (105).
4. Система (100) по п. 1 или 2, в которой лопаточное устройство содержит множество лопаточных элементов (101).
5. Система (100) по п. 3, в которой лопаточное устройство содержит множество лопаточных элементов (101).
6. Система (100) по п. 1 или 2, дополнительно содержащая дополнительное лопаточное устройство, содержащее по меньшей мере один дополнительный лопаточный элемент (101), дополнительную полку (102) лопатки и дополнительный хвостовик (103) лопатки, причем дополнительный лопаточный элемент (101) установлен на дополнительную полку (102) лопатки, причем дополнительный хвостовик (103) лопатки установлен на кольцеобразной направляющей (105), при этом первая кольцеобразная полость (106) образована между полкой (102) лопатки, дополнительной полкой (102) лопатки и кольцеобразной направляющей (105), причем кольцеобразный зазор (108) образован между дополнительным краем (110) дополнительной полки (102) лопатки и обоймой (104) лопаток так, что часть рабочей текучей среды является отбираемой через кольцеобразный зазор (108) в первую кольцеобразную полость (106), и вторая кольцеобразная полость (107) образована между хвостовиком (103) лопатки, дополнительным хвостовиком (103) лопатки, кольцеобразной направляющей (105) и обоймой (104) лопаток.
7. Система (100) по п. 3, дополнительно содержащая дополнительное лопаточное устройство, содержащее по меньшей мере один дополнительный лопаточный элемент (101), дополнительную полку (102) лопатки и дополнительный хвостовик (103) лопатки, причем дополнительный лопаточный элемент (101) установлен на дополнительную полку (102) лопатки, причем дополнительный хвостовик (103) лопатки установлен на кольцеобразной направляющей (105), при этом первая кольцеобразная полость (106) образована между полкой (102) лопатки, дополнительной полкой (102) лопатки и кольцеобразной направляющей (105), причем кольцеобразный зазор (108) образован между дополнительным краем (110) дополнительной полки (102) лопатки и обоймой (104) лопаток так, что часть рабочей текучей среды является отбираемой через кольцеобразный зазор (108) в первую кольцеобразную полость (106), и вторая кольцеобразная полость (107) образована между хвостовиком (103) лопатки, дополнительным хвостовиком (103) лопатки, кольцеобразной направляющей (105) и обоймой (104) лопаток.
8. Система (100) по п. 4, дополнительно содержащая дополнительное лопаточное устройство, содержащее по меньшей мере один дополнительный лопаточный элемент (101), дополнительную полку (102) лопатки и дополнительный хвостовик (103) лопатки, причем дополнительный лопаточный элемент (101) установлен на дополнительную полку (102) лопатки, причем дополнительный хвостовик (103) лопатки установлен на кольцеобразной направляющей (105), при этом первая кольцеобразная полость (106) образована между полкой (102) лопатки, дополнительной полкой (102) лопатки и кольцеобразной направляющей (105), причем кольцеобразный зазор (108) образован между дополнительным краем (110) дополнительной полки (102) лопатки и обоймой (104) лопаток так, что часть рабочей текучей среды является отбираемой через кольцеобразный зазор (108) в первую кольцеобразную полость (106), и вторая кольцеобразная полость (107) образована между хвостовиком (103) лопатки, дополнительным хвостовиком (103) лопатки, кольцеобразной направляющей (105) и обоймой (104) лопаток.
9. Система (100) по п. 6, дополнительно содержащая уплотнение (201), причем между полкой (102) лопатки и дополнительной полкой (102) лопатки образован дополнительный зазор (202), и уплотнение (201) упирается в лопаточное устройство и дополнительное лопаточное устройство так, что по меньшей мере частично предотвращено просачивание рабочей текучей среды между второй кольцеобразной полостью (107) и дополнительным зазором.
10. Система (100) по п. 1 или 2, в которой обойма (104) лопаток содержит выпуск (115) текучей среды для отбора рабочей текучей среды от второй полости во внешний объем (Vo) несущего устройства.
11. Система (100) по п. 3, в которой обойма (104) лопаток содержит выпуск (115) текучей среды для отбора рабочей текучей среды от второй полости во внешний объем (Vo) несущего устройства.
12. Система (100) по п. 6, в которой обойма (104) лопаток содержит выпуск (115) текучей среды для отбора рабочей текучей среды от второй полости во внешний объем (Vo) несущего устройства.
13. Система (100) по п. 1, дополнительно содержащая дополнительную полку лопатки, причем лопаточный элемент (101) установлен между полкой (102) лопатки и дополнительной полкой лопатки.
14. Система (100) по п. 3, дополнительно содержащая дополнительную полку лопатки, причем лопаточный элемент (101) установлен между полкой (102) лопатки и дополнительной полкой лопатки.
15. Система (100) по п. 4, дополнительно содержащая дополнительную полку лопатки, причем лопаточный элемент (101) установлен между полкой (102) лопатки и дополнительной полкой лопатки.
16. Система (100) по п. 6, дополнительно содержащая дополнительную полку лопатки, причем лопаточный элемент (101) установлен между полкой (102) лопатки и дополнительной полкой лопатки.
17. Система (100) по п. 13, дополнительно содержащая дополнительную обойму лопаток, причем дополнительная обойма лопаток установлена радиально внутрь на дополнительную полку лопатки.
18. Система (100) по п. 17, в которой дополнительная полка лопатки или дополнительная обойма лопаток содержит уплотняющую конструкцию, которая является прилегаемой к вращающемуся валу (112).
19. Система (100) по любому из пп. 14-16, дополнительно содержащая дополнительную обойму лопаток, причем дополнительная обойма лопаток установлена радиально внутрь на дополнительную полку лопатки.
20. Система (100) по п. 19, в которой дополнительная полка лопатки или дополнительная обойма лопаток содержит уплотняющую конструкцию, которая является прилегаемой к вращающемуся валу (112).
21. Турбомашина, содержащая:
вращающийся вал (112), являющийся вращаемым вокруг оси (113) вращения, причем радиальное направление ориентировано перпендикулярно оси (113) вращения, и
по меньшей мере одну систему (100) по любому из пп. 1-20, при этом полка (102) лопатки лопаточного устройства частично окружает внутренний объем (Vi) турбомашины, причем внутри внутреннего объема (Vi) рабочая текучая среда является текучей, и
при этом по меньшей мере один лопаточный элемент (101) продолжается от полки (102) лопатки во внутренний объем (Vi) так, что рабочая текучая среда является текучей вдоль лопаточного элемента (101).
22. Турбомашина по п. 21, в которой по меньшей мере одно впускное отверстие (109) образовано в кольцеобразной направляющей (105) так, что впускное отверстие (109) продолжается вдоль радиального направления.
23. Способ отбора рабочей текучей среды от внутреннего объема (Vi) турбомашины с помощью системы (100) по любому из пп. 1-20.
| US 6325595 B1, 04.12.2001US 6986638 B2, 17.01.2006US 4155680 A, 22.05.1979RU 2036333 C1, 27.05.1995RU 2302558 C1, 10.07.2007RU 2136973 C1, 10.09.1999 |
