ТУРБОМАШИННЫЙ КОМПОНЕНТ, СПОСОБ ПРИСОЕДИНЕНИЯ НАКЛАДКИ К ТУРБОМАШИННОМУ КОМПОНЕНТУ И ТУРБОМАШИННАЯ УСТАНОВКА Российский патент 2017 года по МПК F01D9/04 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0001] Изобретение, описанное в данном документе, относится к области применения турбомашин и, более конкретно, к накладке для турбомашинного компонента.

ПРЕДПОСЫЛКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Многие турбомашины содержат компрессорную секцию, присоединенную к турбинной секции с помощью общего компрессорно-турбинного вала или ротора, и топочный узел. Компрессорная секция направляет поток сжатого воздуха через ряд последовательных ступеней к топочному узлу. В топочном узле поток сжатого воздуха смешивается с топливом с образованием горючей смеси. Указанная горючая смесь сжигается в топочном узле с образованием высокотемпературных газов. Указанные газы направляются к турбинной секции через переходный отсек. Горячие газы расширяются при прохождении через турбину с выполнением работы, которая используется на выходе, например, для приведения в действие генератора, насоса или для подачи энергии к летательному аппарату. В дополнение к подаче сжатого воздуха, используемого для сжигания, часть потока сжатого воздуха проводят через турбинную секцию для выполнения охлаждения.

[0003] Указанная часть потока сжатого воздуха, предназначенная для охлаждения, часто проходит через компоненты, которые подвергаются воздействию высокотемпературных газов. Соответственно, многие турбомашинные компоненты имеют внутренние проходы, образующие каналы для прохождения охлаждающего воздушного потока. Обычно указанные компоненты выполняют с внутренними проходами из различных сверхпрочных сплавов, а затем снабжают дополнительной конструкцией, такой как накладки, перегородки и т.п., которые либо перекрывают, либо пропускают охлаждающий воздушный поток каким-либо образом. Указанную дополнительную конструкцию обычно прикрепляют к турбомашинному компоненту путем сварки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0004] В соответствии с одним аспектом иллюстративного варианта выполнения турбомашинный компонент содержит корпус, имеющий первый конец, который проходит ко второму концу. Один из указанных первого и второго концов содержит монтажный элемент и монтажный компонент. У одного из первого и второго концов расположена с образованием области сопряжения накладка. Указанная накладка содержит установочный элемент, выполненный с обеспечением совмещения с монтажным элементом, и монтажный участок, выполненный с обеспечением совмещения с монтажным элементом. Имеется крепежный элемент, выполненный и расположенный с обеспечением взаимодействия с монтажным элементом и установочным элементом для удерживания накладки относительно корпуса по меньшей мере по двум осям без использования металлургического соединения в указанной области сопряжения.

[0005] В соответствии с другим аспектом иллюстративного варианта выполнения способ присоединения накладки к турбомашинному компоненту без использования сварки включает расположение указанной накладки на указанном турбомашинном компоненте, совмещение отверстия, выполненного в монтажном элементе, расположенном на указанном компоненте, с отверстием, выполненным в установочном элементе, расположенном на накладке, для создания прохода под крепежное средство, и введение крепежного средства через указанный проход с обеспечением удерживания накладки относительно турбомашинного компонента по меньшей мере по двум осям.

[0006] В соответствии с еще одним аспектом иллюстративного варианта выполнения турбомашинная установка содержит компрессорную секцию, турбинную секцию, механически соединенную с указанной компрессорной секцией, топочный узел, проточно соединенный с указанными компрессорной секцией и турбинной секцией, и турбомашинный компонент, функционально соединенный с компрессорной секцией, турбинной секцией или топочным узлом. Указанный турбомашинный компонент содержит корпус, имеющий первый конец, который проходит ко второму концу. Один из указанных первого и второго концов содержит монтажный элемент и монтажный компонент. У одного из первого и второго концов расположена с образованием области сопряжения накладка. Указанная накладка содержит установочный элемент, выполненный с обеспечением совмещения с монтажным элементом. Имеется крепежный элемент, выполненный и расположенный с обеспечением взаимодействия с монтажным элементом и установочным элементом для удерживания накладки относительно корпуса по меньшей мере по двум осям без использования металлургического соединения в указанной области сопряжения.

[0007] Эти и другие преимущества и особенности данного изобретения станут более очевидны из нижеследующего описания при его рассмотрении совместно с чертежами.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0008] Рассматриваемое изобретение конкретно указано и четко изложено в формуле изобретения, приведенной в заключительной части описания. Вышеуказанные и другие особенности и преимущества изобретения очевидны из нижеследующего подробного описания при его рассмотрении совместно с прилагаемыми чертежами, на которых

[0009] фиг.1 изображает схематический вид турбомашины, в состав которой входит компонент, содержащий накладку в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения,

[0010] фиг.2 изображает частичный разрез турбинной секции турбомашины, показанной на фиг.1,

[0011] фиг.3 изображает частичный вид в аксонометрии турбомашинного компонента, содержащего накладку в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения,

[0012] фиг.4 изображает частичный вид сверху турбомашинного компонента и накладки, показанной на фиг.3.

[0013] В подробном описании рассмотрены варианты выполнения изобретения, а также его преимущества и отличительные особенности, приведенные в качестве примера со ссылкой на чертежи.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0014] На фиг.1 и 2 турбомашина в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения обозначена в целом номером 2 позиции. Турбомашина 2 содержит компрессорную секцию 4, функционально соединенную с турбинной секцией 6. С компрессорной секцией 4 и турбинной секцией 6 проточно соединен топочный узел 8. Топочный узел 8 образован разнесенными в окружном направлении топками, одна из которых обозначена номером 10 позиции. Разумеется, следует понимать, что в топочном узле 8 могут использоваться другие схемы расположения топок. Компрессорная секция 4 также соединена с турбинной секцией 6 общим компрессорно-турбинным валом 12. Топочный узел 8 обеспечивает направление продуктов горения через переходный отсек 16 к газовому тракту 18, расположенному в турбинной секции 6. Указанные продукты горения расширяются при прохождении через турбинную секцию 6 с обеспечением приведения в действие, например, генератора, летательного аппарата и т.п.

[0015] В изображенном иллюстративном варианте выполнения турбинная секция 6 содержит корпус 19, в котором расположены первая, вторая, третья и четвертая ступени 20-23, проходящие вдоль газового тракта 18. Разумеется, следует понимать, что количество ступеней в турбинной секции 6 может изменяться. Первая ступень 20 содержит статоры или направляющие лопатки, одна из которых обозначена номером 30 позиции и которые расположены кольцевым образом, и лопатки или рабочие лопатки, одна из которых обозначена номером 32 позиции и которые установлены на рабочем колесе 34 первой ступени. Вторая ступень 21 содержит статоры или направляющие лопатки, одна из которых обозначена номером 37 позиции и которые расположены кольцевым образом, и лопатки или рабочие лопатки, одна из которых обозначена номером 39 позиции и которые установлены на рабочем колесе 41 второй ступени. Третья ступень 22 содержит статоры или направляющие лопатки, одна из которых обозначена номером 44 позиции и которые расположены кольцевым образом, и лопатки или рабочие лопатки, одна из которых обозначена номером 46 позиции и которые установлены на рабочем колесе 48 третьей ступени. Четвертая ступень 23 содержит статоры или направляющие лопатки, одна из которых обозначена номером 51 позиции и которые расположены кольцевым образом, и лопатки или рабочие лопатки, одна из которых обозначена номером 53 позиции и которые установлены на рабочем колесе 55 четвертой ступени. Также показано, что турбомашина 2 содержит межступенчатые уплотнительные элементы 60, 62 и 64, расположенные между смежными ступенями из первой, второй, третьей и четвертой ступеней 20-23. Как лучше всего показано на фиг. 3 и 4, статор 37 содержит корпус 80, имеющий первый конец 83 (фиг. 2), который проходит ко второму концу 84. Второй конец 84 имеет первую сторону 85 и противолежащую вторую сторону 86, которые соединены первым и вторым противолежащими краями 87 и 88. Также показано, что второй конец 84 содержит первый и второй монтажные элементы 89 и 90, расположенные у первой стороны 85. Каждый монтажный элемент 89 и 90 имеет соответствующие первое и второе отверстия 91 и 92. Кроме того, показано, что второй конец 84 содержит первый и второй монтажные компоненты 93 и 94. Монтажные компоненты 93 и 94 образуют первую и вторую наклонные поверхностные части 95 и 96.

[0016] В соответствии с иллюстративным вариантом выполнения статор 37 содержит накладку 110, которая прикреплена ко второму концу 84 с образованием области сопряжения (отдельно не обозначена). Накладка 110 может служить в качестве средства сопряжения с турбинным корпусом 19 или закрытыми охлаждающими каналами (не показаны), выполненными в статоре 37. Накладка 110 содержит корпус 117, имеющий первую и вторую противолежащие концевые части 119 и 120, которые соединены первой и второй противолежащими краевыми частями 121 и 122. Накладка 110 содержит первый и второй установочные элементы 130 и 131, которым придана форма первого и второго отверстий 132 и 133, выполненных в первой концевой части 119. В дополнение к установочным элементам 130 и 131, накладка 110 имеет первый и второй монтажные участки 134 и 135. Монтажные участки 134 и 135 образуют первый и второй наклонные поверхностные участки 136 и 137, выполненные соответственно на первой и второй концевых частях 119 и 120. Наклонные поверхностные участки 136 и 137 выполнены с обеспечением сопряжения с наклонными поверхностными частями 95 и 96, как изложено более подробно ниже.

[0017] Далее, в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения накладка 110 удерживается относительно второго конца 84 статора 37 по трем осям. Более конкретно, накладка 110 расположена поверх второго конца 84 так, что монтажные участки 134 и 135 сопряжены с монтажными компонентами 93 и 94 и установочными элементами 130 и 131 и совмещены с монтажными элементами 89 и 90. Считается, что установочные элементы 130 и 131 совмещены с монтажными элементами 89 и 90, когда первое и второе отверстия 132 и 133, выполненные в первой концевой части 119, совмещены с первым и вторым отверстиями 91 и 92 монтажных элементов 89 и 90 с образованием соответствующих первого и второго проходов (отдельно не обозначены) под крепежные средства.

[0018] На этом этапе в указанные первый и второй проходы вводят первое и второе крепежные средства 140 и 141. Одно из крепежных средств 140 и 141 выполнено с обеспечением прохождения в один из указанных первого и второго проходов с первым допуском, а другое из указанных средств 140 и 141 выполнено с обеспечением прохождения в другой из указанных первого и второго проходов со вторым допуском, отличным от первого допуска. Например, первое средство 140 может иметь несколько более свободную посадку в первом проходе, чем второе средство 141 - во втором проходе. Указанное различие в допусках компенсирует различные степени теплового расширения направляющей лопатки 37 и накладки 110, а также производственные допуски, которые могут привести к незначительным отклонениям от заданного положения при формировании первого и второго проходов под крепежные средства.

[0019] Следует понимать, что на данном этапе накладка в соответствии с иллюстративным вариантом выполнения удерживается относительно второго конца статора по трем различным осям. То есть указанные крепежные средства удерживают накладку относительно статора по двум осям, а сопрягающиеся наклонные поверхности обеспечивают удерживание по третьей оси. Таким образом, в данном изобретении предложен способ соединения турбомашинных компонентов без необходимости использования сварки. Соединение без использования сварки создает возможность для усовершенствования процесса монтажа и демонтажа с упрощением тем самым производства и технического обслуживания. Отсутствие сварки также уменьшает издержки и осложнения, связанные со сваркой разнородных металлов, сверхпрочных сплавов и т.п. Кроме того, следует понимать, что, несмотря на то что накладка показана прикрепленной к статору, указанные накладка и способ прикрепления могут использоваться применительно к различным другим турбомашинным компонентам, расположенным вдоль газового тракта или в области рабочего колеса турбомашины.

[0020] Несмотря на то что изобретение подробно описано применительно только к ограниченному числу вариантов выполнения, следует понимать, что оно не ограничено указанными описанными вариантами выполнения. Напротив, изобретение может быть изменено с включением любого числа вариантов, модификаций, замен или эквивалентных конструкций, которые не описаны выше, но соответствуют сущности и объему изобретения. Кроме того, несмотря на то что описаны различные варианты выполнения, следует понимать, что в аспекты изобретения могут входить лишь некоторые из описанных вариантов выполнения. Таким образом, изобретение не ограничено вышеприведенным описанием, а ограничено только объемом прилагаемой формулы изобретения.

Изобретение относится к энергетике. Направляющая лопатка турбомашины содержит корпус, имеющий первый конец, который проходит ко второму концу. Один из указанных первого и второго концов содержит монтажный элемент и монтажный компонент. У одного из указанных первого и второго концов расположена с образованием области сопряжения накладка. Указанная накладка содержит установочный элемент, выполненный с обеспечением совмещения с монтажным элементом, и монтажный участок, выполненный с обеспечением совмещения с монтажным элементом. Имеется крепежный элемент, выполненный и расположенный с обеспечением взаимодействия с монтажным элементом и установочным элементом для удерживания накладки относительно корпуса по меньшей мере по двум осям без использования металлургического соединения в области сопряжения. Также представлены способ присоединения накладки к направляющей лопатке турбомашины без использования сварки и турбомашинная установка. Изобретение позволяет выполнить накладку для направляющей лопатки турбомашины, которая при соединении с указанной лопаткой образует каналы для прохождения охлаждающего воздушного потока. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Направляющая лопатка турбомашины, содержащая

корпус, имеющий первый конец, который проходит ко второму концу, причем один из указанных концов, первый или второй, содержит монтажный элемент и монтажный компонент, который представляет собой поверхностную часть корпуса,

накладку, расположенную у указанного одного конца, первого или второго, с образованием области сопряжения и содержащую установочный элемент, выполненный с обеспечением совмещения с указанным монтажным элементом, и монтажный участок, который представляет собой поверхностный участок накладки и выполнен с обеспечением совмещения с указанным монтажным элементом,

крепежный элемент, выполненный и расположенный с обеспечением взаимодействия с монтажным элементом и установочным элементом для удерживания накладки относительно корпуса по меньшей мере по двум осям без использования металлургического соединения в указанной области сопряжения,

при этом указанная поверхностная часть представляет собой первую наклонную поверхностную часть, а указанный поверхностный участок представляет собой вторую наклонную поверхностную часть, выполненную с обеспечением взаимодействия с указанной первой наклонной частью для удерживания накладки относительно корпуса по третьей оси.

2. Направляющая лопатка по п. 1, в которой монтажный элемент имеет первое отверстие, а установочный элемент имеет второе отверстие, выполненное и расположенное с обеспечением совмещения с указанным первым отверстием.

3. Направляющая лопатка по п. 1, в которой монтажный элемент содержит первый монтажный элемент и второй монтажный элемент, а установочный элемент содержит первый установочный элемент и второй установочный элемент, выполненные и расположенные с обеспечением совмещения с соответствующим из указанных первого и второго монтажных элементов.

4. Направляющая лопатка по п. 3, в которой каждый из указанных монтажных элементов, первый и второй, имеет соответствующие первое и второе отверстия, а каждый из указанных установочных элементов, первый и второй, имеет соответствующие третье и четвертое отверстия, выполненные и расположенные с обеспечением совмещения с указанными первым и вторым отверстиями с образованием соответствующих первого и второго проходов под крепежные средства.

5. Направляющая лопатка по п. 4, в которой крепежный элемент содержит первое крепежное средство, выполненное и расположенное с обеспечением прохождения через указанный первый проход с первым допуском, и второе крепежное средство, выполненное и расположенное с обеспечением прохождения через указанный второй проход со вторым допуском.

6. Направляющая лопатка по п. 5, в которой указанный первый допуск отличается от указанного второго допуска.

7. Способ присоединения накладки к направляющей лопатке турбомашины без использования сварки, включающий

расположение указанной накладки на корпусе указанной направляющей лопатки, при этом указанное расположение включает совмещение монтажного компонента, расположенного на направляющей лопатке, с монтажным участком, распложенным на накладке, причем указанное совмещение включает сопряжение наклонной поверхностной части накладки с наклонным поверхностным участком направляющей лопатки с обеспечением удерживания накладки относительно направляющей лопатки вдоль одной оси,

совмещение отверстия, выполненного в монтажном элементе, расположенном на направляющей лопатке, с отверстием, выполненным в установочном элементе, расположенном на накладке, для создания прохода под крепежное средство, и введение крепежного средства через указанный проход с обеспечением удерживания накладки относительно направляющей лопатки по меньшей мере по двум другим осям.

8. Способ по п. 7, в котором при совмещении отверстия, выполненного в монтажном элементе, с отверстием, выполненным в установочном элементе, выполняют совмещение первого отверстия, выполненного в первом монтажном элементе, с первым отверстием, выполненным в первом установочном элементе, с созданием первого прохода под крепежное средство и совмещение второго отверстия, выполненного во втором монтажном элементе, со вторым отверстием, выполненным во втором установочном элементе, с созданием второго прохода под крепежное средство.

9. Способ по п. 8, в котором при введении крепежного средства через проход под крепежное средство выполняют введение первого крепежного средства через указанный первый проход и введение второго крепежного средства через указанный второй проход.

10. Способ по п. 9, в котором первое крепежное средство вводят через указанный первый проход с первым усилием, а второе крепежное средство вводят через указанный второй проход со вторым усилием, которое отличается от указанного первого усилия.

11. Турбомашинная установка, содержащая

компрессорную секцию,

турбинную секцию, механически соединенную с указанной компрессорной секцией,

топочный узел, проточно соединенный с указанными компрессорной секцией и турбинной секцией, и

направляющую лопатку турбомашины, функционально соединенную с компрессорной секцией, турбинной секцией или топочным узлом и содержащую

корпус, имеющий первый конец, который проходит ко второму концу, причем один из указанных концов, первый или второй, содержит монтажный элемент и монтажный компонент, который представляет собой поверхностную часть корпуса,

накладку, расположенную у указанного одного конца, первого или второго, с образованием области сопряжения и содержащую установочный элемент, выполненный с обеспечением совмещения с указанным монтажным элементом, и монтажный участок, который представляет собой поверхностный участок накладки и выполнен с обеспечением совмещения с указанным монтажным элементом, и

крепежный элемент, выполненный и расположенный с обеспечением взаимодействия с монтажным элементом и установочным элементом для удерживания накладки относительно корпуса по меньшей мере по двум осям без использования металлургического соединения в указанной области сопряжения, при этом указанная поверхностная часть представляет собой первую наклонную поверхностную часть, а указанный поверхностный участок представляет собой вторую наклонную поверхностную часть, выполненную с обеспечением взаимодействия с указанной первой наклонной частью для удерживания накладки относительно корпуса по третьей оси.

12. Турбомашинная установка по п. 11, в которой монтажный элемент содержит первый монтажный элемент и второй монтажный элемент, а установочный элемент содержит первый установочный элемент и второй установочный элемент, выполненные и расположенные с обеспечением совмещения с соответствующим из указанных первого и второго монтажных элементов.

13. Турбомашинная установка по п. 12, в которой каждый из указанных монтажных элементов, первый и второй, имеет соответствующие первое и второе отверстия, а каждый из указанных установочных элементов, первый и второй, имеет соответствующие третье и четвертое отверстия, выполненные и расположенные с обеспечением совмещения с указанными первым и вторым отверстиями с образованием соответствующих первого и второго проходов, выполненных и расположенных с обеспечением размещения соответственно первого и второго крепежных средств.