ТУРБИНА Российский патент 2018 года по МПК F01D11/08 F01D25/24 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к турбине, образующей реактивный двигатель, например, для воздушного судна.

Уровень техники

Турбина, образующая реактивный двигатель, как описано выше, содержит корпус турбины и диски турбины и сопла турбины, расположенные поочередно в виде множества ступеней в корпусе турбины. На каждой из периферийных частей множества ступеней из дисков турбины расположено множество лопаток турбины, выполненных с возможностью вращения вокруг оси корпуса турбины, и на внутренней периферийной поверхности корпуса турбины расположены кожухи для подавления повышения температуры корпуса турбины, расположенные по кольцу так, чтобы окружить лопатки турбины.

Кожух имеет сегментную конструкцию. Каждый сегмент кожуха прикреплен к корпусу турбины посредством обеспечения зацепления дугообразного выступа, расположенного с передней стороны реактивного двигателя, с принимающей канавкой, образованной в корпусе турбины в осевом направлении реактивного двигателя, и обеспечения зацепления внутреннего выступа, образованного на корпусе турбины, с наружной канавкой, расположенной вдоль направления по окружности с задней стороны реактивного двигателя, в радиальном направлении реактивного двигателя (см., например, патентный документ 1).

Турбина, описанная выше, подвергается периодическим осмотрам в заданном цикле. При разборке турбины кожух отделяют от корпуса турбины так, что заднюю сторону сегмента кожуха постепенно перемещают в направлении, в котором наружная канавка сегмента кожуха отделяется от внутреннего выступа корпуса турбины (в направлении от периферии к центру), при использовании ручных инструментов, таких как пластиковый молоток и гаечный ключ, посредством которых можно отделить его от корпуса турбины.

Документ по предшествующему уровню техники

Патентный документ

Патентный документ 1: Патент Японии № 4474989

Сущность изобретения

Задачи, подлежащие решению посредством изобретения

Однако в обычной турбине при постепенном перемещении сегмента кожуха в направлении от периферии к центру для отделения наружной канавки сегмента кожуха от внутреннего выступа корпуса турбины с использованием ручных инструментов, таких как пластиковый молоток и гаечный ключ, во время разборки для периодических осмотров, как описано выше, необходим несколько больший зазор между внутренним выступом корпуса турбины и наружной канавкой сегмента кожуха с учетом способности поддаваться разборке.

По существу, имеется проблема, заключающаяся в том, что снижение характеристик двигателя вызывается утечкой горячих газов из камеры сгорания к стороне корпуса турбины через зазор, заданный таким, что он имеет несколько больший размер, и тем, что корпус турбины подвергается воздействию высокой температуры. Таким образом, решение данной проблемы традиционно представляло собой сложную задачу.

Настоящее изобретение было сделано при сосредоточении основного внимания на традиционной проблеме, описанной выше. Задача настоящего изобретения состоит в разработке турбины, которая обеспечивает возможность легкого выполнения работ по разборке во время периодических осмотров и тому подобного при одновременном обеспечении уменьшения снижения характеристик двигателя и уменьшения термической усталости корпуса турбины.

Средства решения задач

Для решения вышеуказанной задачи аспект настоящего изобретения направлен на турбину реактивного двигателя, содержащую: корпус турбины, имеющий цилиндрическую форму, лопатки турбины, выполненные с возможностью вращения вокруг оси корпуса турбины, и кожух, включающий в себя множество сегментов кожуха, расположенных кольцеобразно вдоль внутренней периферийной поверхности корпуса турбины и окружающих лопатки турбины. Каждый из сегментов кожуха, предусмотренных в кожухе, выполнен с первой зацепляющей частью и второй зацепляющей частью, сегмент кожуха, предусмотренный в кожухе, прикреплен к корпусу турбины посредством обеспечения зацепления первой зацепляющей части с корпусом турбины в осевом направлении корпуса турбины и обеспечения зацепления второй зацепляющей части с корпусом турбины в радиальном направлении корпуса турбины, и сегмент кожуха, предусмотренный в кожухе, выполнен с частью для восприятия давления, которая воспринимает усилие для устранения состояния зацепления второй зацепляющей части с корпусом турбины на этапе отделения сегмента кожуха от корпуса турбины.

В турбине в соответствии с настоящим изобретением при отделении кожуха от корпуса турбины, например, для разборки во время периодических осмотров состояние зацепления второй зацепляющей части сегмента кожуха с корпусом турбины в радиальном направлении устраняется посредством приложения усилия к части сегмента кожуха, предназначенной для восприятия давления, в направлении от периферии к центру посредством использования инструмента или тому подобного.

Это означает, что, поскольку сегмент кожуха выполнен с частью для восприятия давления, будет легко приложить усилие к сегменту кожуха. По существу, можно легко отделить сегмент кожуха от корпуса турбины без постепенного перемещения сегмента кожуха, как в обычном случае.

Поскольку сегмент кожуха может быть отделен от корпуса турбины без его постепенного перемещения, как описано выше, отсутствует необходимость в обеспечении большого зазора между корпусом турбины и второй частью зацепления сегмента кожуха.

Таким образом, количество горячего газа, утекающего к стороне корпуса турбины через зазор, может быть уменьшено на величину, соответствующую уменьшению размера зазора между корпусом турбины и второй частью зацепления сегмента кожуха. Это обеспечивает уменьшение снижения характеристик двигателя и, кроме того, уменьшение термической усталости корпуса турбины.

Кроме того, поскольку уменьшается вероятность того, что корпус турбины будет подвергаться воздействию высокой температуры, как описано выше, в случае применения системы активного управления радиальным зазором (системы ACC - active clearance control system), в которой корпус турбины охлаждается так, чтобы он имел надлежащий размер, существует возможность уменьшения количества охлаждающего воздуха для охлаждения корпуса турбины.

Предпочтительные эффекты от изобретения

Турбина в соответствии с настоящим изобретением обеспечивает технический эффект, заключающийся в том, что существует возможность легкого выполнения работ по разборке во время периодических осмотров и тому подобного при одновременном предотвращении снижения характеристик двигателя и уменьшении термической усталости корпуса турбины.

Краткое описание чертежей

Фиг.1 представляет собой выполненное с частичным разрезом, разъясняющее схематичное изображение турбины низкого давления в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 представляет собой увеличенное выполненное с разрезом, разъясняющее схематичное изображение, показывающее часть, окруженную эллипсом на фиг.1, посредством ее увеличения.

Фиг.3 представляет собой частичное разъясняющее схематичное изображение в общем виде, показывающее сегмент кожуха в турбине низкого давления по фиг.1.

Фиг.4 представляет собой разъясняющее изображение, показывающее процедуру отделения кожуха в турбине низкого давления, показанной на фиг.1, от корпуса турбины в части, окруженной эллипсом на фиг.1.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

В дальнейшем настоящее изобретение будет описано со ссылкой на чертежи.

Фиг.1-4 иллюстрируют один вариант осуществления турбины в соответствии с настоящим изобретением. В данном варианте осуществления описание будет приведено при использовании турбины низкого давления, образующей реактивный двигатель, в качестве примера.

Как показано на фиг.1, турбина 1 низкого давления, образующая реактивный двигатель, содержит цилиндрический корпус 2 турбины. В корпусе 2 турбины множество ступеней из дисков турбины (непоказанных), выполненных с возможностью вращения вокруг оси реактивного двигателя, расположены с надлежащими интервалами в осевом направлении (направлении вправо и влево на фигуре) реактивного двигателя. Каждая из периферийных частей дисков турбины снабжена множеством лопаток 3 турбины.

Множество ступеней из дисков турбины соединены друг с другом для вращения как одно целое. Диски турбины соединены за одно целое с ротором компрессора, представляющего собой компрессор низкого давления, и ротором вентилятора, предусмотренным в вентиляторе, непоказанным и расположенным в передней части реактивного двигателя.

Кроме того, в корпусе 2 турбины множество ступеней (только две ступени показаны на фиг.1) из кожухов 4 для подавления повышения температуры корпуса 2 турбины, расположены так, чтобы окружить соответствующие лопатки 3 турбины. Внутри каждого из кожухов 4 сотовый элемент 5 расположен в состоянии, в котором обеспечивается возможность его контакта с частью венца соответствующих лопаток 3 турбины.

Кожух 4 имеет сегментную конструкцию. Как показано также на фиг.2 и 3, дугообразный сегмент 4А кожуха включает в себя дугообразный выступ 4а (первую зацепляющую часть), образованный на концевой части с передней стороны (левой стороны на фиг.1 и 2, верхней левой стороны на фиг.3) реактивного двигателя, и наружную канавку 4b (вторую зацепляющую часть), образованную вдоль направления по окружности в концевой части с задней стороны (правой стороны на фиг.1 и 2, верхней правой стороны на фиг.3) реактивного двигателя.

Сегмент 4А кожуха прикреплен к корпусу 2 турбины посредством обеспечения зацепления дугообразного выступа 4а с принимающей канавкой 2а, образованной в корпусе 2 турбины в осевом направлении реактивного двигателя, и обеспечения зацепления внутреннего выступа 2b, образованного на корпусе 2 турбины с наружной канавкой 4b в радиальном направлении (в направлении вверх и вниз на фигуре) реактивного двигателя. Сегмент 4А кожуха может быть отделен от корпуса 2 турбины путем отделения наружной канавки 4b и внутреннего выступа 2b корпуса 2 турбины друг от друга в радиальном направлении реактивного двигателя.

Кроме того, в корпусе 2 турбины множество ступеней (три ступени показаны на фиг.1) из сопловых аппаратов 10 турбины расположены поочередно с множеством ступеней из дисков турбины с надлежащими интервалами в осевом направлении реактивного двигателя. Турбина 1 низкого давления выполнена так, что множество ступеней из роторов компрессоров низкого давления и роторов вентиляторов вращаются как одно целое под действием движущей силы, получаемой посредством вращения множества ступеней из дисков турбины при расширении горячего газа из непоказанной камеры сгорания.

Сопловой аппарат 10 турбины также имеет сегментную конструкцию. Сегмент 10А соплового аппарата турбины включает в себя множество неподвижных спрямляющих лопаток 11, дугообразный наружный бандаж 12, соединяющий соответствующие верхние концы множества неподвижных спрямляющих лопаток 11 друг с другом, и непоказанный внутренний бандаж, соединяющий соответствующие базовые концы множества неподвижных спрямляющих лопаток 11 друг с другом.

Наружный бандаж 12 сегмента 10А соплового аппарата турбины включает в себя передний обод 12а, продолжающийся в направлении от центра наружного бандажа к его периферии к передней стороне реактивного двигателя, и задний обод 12b, продолжающийся в направлении от центра наружного бандажа к его периферии. Наружный бандаж 12 выполнен с возможностью закрепления между корпусом 2 турбины и сегментом 4А кожуха посредством обеспечения зацепления верхней концевой части 12с переднего обода 12а с принимающей канавкой 2с, образованной в корпусе 2 турбины, и обеспечения зацепления взаимодействующей с бандажом части 4с, образованной на концевой части сегмента 4А кожуха с передней стороны реактивного двигателя, с верхней концевой частью 12d заднего обода 12b c задней стороны реактивного двигателя.

В этом случае сегмент 4А кожуха выполнен с задним щитком 4d, продолжающимся в направлении от периферии к центру от наружной канавки 4b к задней стороне реактивного двигателя. Верхняя концевая часть заднего щитка 4d выполнена с частью 4е для восприятия давления.

Часть 4е для восприятия давления представляет собой часть, которая воспринимает усилие для устранения состояния зацепления наружной канавки 4b с внутренним выступом 2b корпуса 2 турбины на этапе отделения сегмента 4А кожуха от корпуса 2 турбины. В данном варианте осуществления часть 4е для восприятия давления образована со ступенчатой формой на части бокового края (концевой части в направлении вдоль окружности) сегмента 4А кожуха, и, как показано на фиг.4, крюкообразная часть 21 ударного съемника 20 может быть зацеплена за нее. Следует отметить, что инструмент для приложения усилия для устранения состояния зацепления наружной канавки 4b с предназначенной для восприятия давления частью 4е сегмента 4А кожуха не ограничен ударным съемником 20.

В турбине 1 низкого давления в соответствии с представленным вариантом осуществления, например, в случае разборки во время периодических осмотров сопловой аппарат 10 турбины и диски турбины (лопатки 3 турбины) поочередно снимают с задней стороны реактивного двигателя.

При работах по разборке при отделении сегмента 4А кожуха, окружающего лопатки 3 турбины, от корпуса 2 турбины, как показано на фиг.4, крюкообразную часть 21 ударного съемника 20 зацепляют за предназначенную для восприятия давления часть 4е сегмента 4А кожуха, и непоказанный груз ударного съемника 20 приводят в действие для приложения усилия в направлении от периферии к центру, показанном белой стрелкой, к предназначенной для восприятия давления части 4е сегмента 4А кожуха. Таким образом, как показано виртуальной линией на фиг.4, устраняется состояние зацепления в радиальном направлении наружной канавки 4b сегмента 4А кожуха с внутренним выступом 2b корпуса 2 турбины, так что сегмент 4А кожуха может быть отделен от корпуса 2 турбины.

Это означает то, что, поскольку сегмент 4А кожуха выполнен с частью 4е для восприятия давления, становится легким приложение усилия к сегменту 4А кожуха посредством использования ударного съемника 20. Таким образом, сегмент 4А кожуха может быть легко отделен от корпуса 2 турбины без его постепенного перемещения, как это было.

По существу, поскольку имеется возможность отделения сегмента 4А кожуха от корпуса 2 турбины без его постепенного перемещения, как описано выше, отсутствует необходимость в обеспечении большого зазора между внутренним выступом 2b корпуса 2 турбины и наружной канавкой 4b сегмента 4А кожуха.

Соответственно, существует возможность уменьшения количества горячего газа, проходящего к стороне корпуса 2 турбины через зазор, на величину, соответствующую уменьшению размера зазора между внутренним выступом 2b корпуса 2 турбины и наружной канавкой 4b сегмента 4А кожуха. Следовательно, уменьшается снижение характеристик двигателя, и, кроме того, уменьшается термическая усталость корпуса 2 турбины.

Кроме того, поскольку в турбине 1 низкого давления в соответствии с представленным вариантом осуществления часть 4е для восприятия давления образована на верхней концевой части заднего щитка 4е, продолжающегося в направлении от периферии к центру от наружной канавки 4b сегмента 4А кожуха к задней стороне реактивного двигателя, момент увеличивается посредством длины заднего щитка 4d, в результате чего сегмент 4А кожуха может быть отделен от корпуса 2 турбины при меньшем усилии.

Кроме того, поскольку уменьшается вероятность того, что корпус 2 турбины будет подвергаться воздействию высокой температуры, как описано выше, в том случае, если в турбине 1 низкого давления используется система активного управления радиальным зазором, количество охлаждающего воздуха для охлаждения корпуса 2 турбины может быть уменьшено.

Один аспект настоящего изобретения представляет собой турбину реактивного двигателя, содержащую: корпус турбины, имеющий цилиндрическую форму; лопатки турбины, выполненные с возможностью вращения вокруг оси корпуса турбины; и кожух, включающий в себя множество сегментов кожуха, расположенных кольцеобразно вдоль внутренней периферийной поверхности корпуса турбины и окружающий лопатки турбины. Каждый из сегментов кожуха, предусмотренных в кожухе, выполнен с первой частью зацепления, и второй частью зацепления, сегмент кожуха, предусмотренный в кожухе, прикреплен к корпусу турбины посредством обеспечения зацепления первой зацепляющей части, с корпусом турбины в осевом направлении корпуса турбины и обеспечения зацепления второй зацепляющей части с корпусом турбины в радиальном направлении корпуса турбины, и сегмент кожуха, предусмотренный в кожухе, выполнен с частью для восприятия давления, которая воспринимает усилие для устранения состояния зацепления второй зацепляющей части с корпусом турбины на этапе отделения сегмента кожуха от корпуса турбины.

Поскольку в турбине в соответствии с настоящим изобретением сегмент кожуха выполнен с частью для восприятия давления, обеспечивается легкость приложения усилия к сегменту кожуха в направлении от периферии к центру, в результате чего сегмент кожуха может быть легко отделен от корпуса турбины для разборки, например, во время периодических осмотров.

Поскольку существует возможность отделения сегмента кожуха от корпуса турбины без его постепенного перемещения, как описано выше, количество горячего газа, проходящего к стороне корпуса турбины через зазор, может быть уменьшено на величину, соответствующую уменьшению размера зазора между корпусом турбины и второй частью зацепления сегмента кожуха. Это обеспечивает уменьшение снижения характеристик двигателя, и, кроме того, уменьшение термической усталости корпуса турбины.

Конструкция турбины в соответствии с настоящим изобретением не ограничена вариантом осуществления, описанным выше.

Список ссылочных позиций

1 турбина низкого давления (турбина)

2 корпус турбины

3 лопатка турбины

4 кожух

4А сегмент кожуха

4а выступ (первая взаимодействующая часть)

4b наружная канавка (вторая взаимодействующая часть)

4е часть для восприятия давления

Турбина реактивного двигателя содержит корпус турбины, лопатки турбины, кожух. Корпус турбины имеет цилиндрическую форму. Лопатки турбины выполнены с возможностью вращения вокруг оси корпуса турбины. Кожух включает в себя множество сегментов кожуха, расположенных кольцеобразно вдоль внутренней периферийной поверхности корпуса турбины и окружающих лопатки турбины. Каждый из сегментов кожуха выполнен с первой зацепляющей частью, и второй зацепляющей частью. Сегмент кожуха прикреплен к корпусу турбины посредством зацепления первой зацепляющей части с корпусом турбины в осевом направлении корпуса турбины и зацепления второй зацепляющей части с корпусом турбины в радиальном направлении корпуса турбины. На сегменте кожуха выполнена ступенчатая часть для восприятия радиального в направлении от периферии к центру усилия от инструмента для устранения состояния зацепления второй зацепляющей части с корпусом турбины на этапе отделения сегмента кожуха от корпуса турбины. Обеспечивается возможность легкого выполнения работ по разборке при одновременном обеспечении уменьшения снижения характеристик двигателя и уменьшения термической усталости корпуса турбины. 4 ил.

Турбина реактивного двигателя, содержащая:

корпус турбины, имеющий цилиндрическую форму;

лопатки турбины, выполненные с возможностью вращения вокруг оси корпуса турбины; и

кожух, включающий в себя множество сегментов кожуха, расположенных кольцеобразно вдоль внутренней периферийной поверхности корпуса турбины и окружающих лопатки турбины, при этом

каждый из сегментов кожуха выполнен с первой зацепляющей частью и второй зацепляющей частью,

сегмент кожуха прикреплен к корпусу турбины посредством зацепления первой зацепляющей части с корпусом турбины в осевом направлении корпуса турбины и зацепления второй зацепляющей части с корпусом турбины в радиальном направлении корпуса турбины, и

на сегменте кожуха выполнена ступенчатая часть для восприятия радиального в направлении от периферии к центру усилия от инструмента для устранения состояния зацепления второй зацепляющей части с корпусом турбины на этапе отделения сегмента кожуха от корпуса турбины.