ЛОПАТКА И ЛОПАТОЧНЫЙ УЗЕЛ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2018 года по МПК F01D11/00 F01D5/12 

Данное изобретение относится к лопатке для газовой турбины и лопаточному узлу для газовой турбины.

В газовых турбинах скомпонованы лопатки, чтобы направлять рабочее тело сквозь газовую турбину. Лопатки могут содержать рабочие лопатки, которые установлены на вращающийся вал турбины, или направляющие лопатки, которые установлены на корпус газовой турбины. Лопатки установлены одна за другой в окружном направлении вокруг вала турбины. Между соседними лопатками может существовать зазор, так что происходит утечка. По этой причине, между соседними лопатками требуется уплотнение. За счет крепления уплотнения между соседними лопатками предотвращается нагнетание горячего рабочего газа во внутренние полости лопаток. Кроме того, предотвращается выпуск охлаждающего воздуха, который течет через полости внутри лопаток, в основной поток горячего рабочего газа перед использованием. Помимо этого, уплотнение выгодно потому, что рабочее тело направляется по аэродинамическому каналу без потери энергии через зазоры между соседними лопатками.

На фиг.5 изображена обычная лопатка 400. Обычное перо 401 установлено на обычную полку 402. Обычная полка 402 содержит обычную хвостовую секцию 404. Внутри обычной хвостовой секции выполнен паз для расположения обычной уплотнительной полосы 405. Ниже полки 402 выполнена обычная полость 403. Обычная уплотнительная полоса 405 отделена от обычной полости 403.

В документе EP 2054588 B1 описана лопатка, в которой полка содержит щель, в которую уложена уплотнительная полоса.

В документе EP 2201271 B1 описана лопатка, в которой уплотнительная полоса расположена так, что первая концевая секция находится внутри первого паза хвостовой секции лопатки, а вторая концевая секция находится внутри второго паза хвостовой секции лопатки.

В документе EP 2551464 A1 описана лопатка, которая содержит полку, причем под полкой образована полость. Уплотнительная полоса расположена внутри полости без опоры снизу.

Задачей данного изобретения является создание лопатки, содержащей уплотнительную полосу, которая имеет сниженную массу и надлежащие уплотнительные свойства.

Эта задача решается посредством создания лопатки для газовой турбины и лопаточного узла для газовой турбины, соответствующих независимым пунктам формулы изобретения.

В соответствии с первым аспектом данного изобретения представлена лопатка для газовой турбины. Лопатка содержит хвостовую секцию, выполненную с возможностью установки на аэродинамической диск газовой турбины, и перо лопатки.

Хвостовая секция содержит полку, на которой расположено перо. Хвостовая секция содержит полость, которая окружена внутренней поверхностью полки, стороной первой кромки (например, стороной кромки, находящейся ниже по течению) хвостовой секции и стороной второй кромки (например, стороной кромки, находящейся выше по течению) хвостовой секции. Сторона первой кромки и сторона второй кромки отстоят друг от друга вдоль осевого направления газовой турбины.

На внутренней поверхности расположена уплотнительная полоса. Уплотнительной полоса имеет первую концевую секцию, среднюю секцию и вторую концевую секцию, причем первая концевая секция отстоит от второй концевой секции вдоль осевого направления, а средняя секция расположена между первой концевой секцией и второй концевой секцией.

Сторона первой кромки содержит выемку (паз, щель), в которую первая концевая секция уплотнительной полосы вставлена таким образом, что выемка (частично) окружает первую концевую секцию и тем самым крепит первую концевую секцию к внутренней поверхности.

Хвостовая секция содержит опорный элемент, проходящий от стороны второй кромки в полость таким образом, что свободный конец опорного элемента образует область контакта со средней секцией уплотнительной полосы для крепления средней секции уплотнительной полосы к внутренней поверхности. Опорный элемент также выполнен таким образом, что между внутренней поверхностью, стороной второй кромки и опорным элементом образуется дополнительная полость, причем вторая концевая секция уплотнительной полосы расположена внутри этой дополнительной полости.

Хвостовая секция содержит полку, сторону первой (выходной) кромки и сторону второй (входной) кромки. Полка имеет первую (внешнюю) поверхность, которая обращена к каналу основного потока газовой турбины, и вторую (внутреннюю) поверхность, которая обращена к области полки, противоположной по сравнению с первой поверхностью. Перо рабочей лопатки выполнено с возможностью крепления к первой поверхности.

Полка проходит в основном вдоль окружного направления и осевого направления газовой турбины. Толщина полки, т.е. ее протяженность вдоль нормали внутренней поверхности, например вдоль радиального направления, обычно меньше по сравнению с другими протяженностями, например с протяженностями вдоль осевого и окружного направлений.

Термины «осевое направление», «окружное направление» и «радиальное направление» относятся к направлениям, охарактеризованным применительно к валу турбины, принадлежащему газовой турбине. Окружное направление позволяет описать движение вокруг вала газовой турбины, радиальное направление позволяет описать движение через некоторую точку оси вращения вала турбины, а осевое направление позволяет описать движение параллельно оси вращения вала турбины. Осевое направление и радиальное направление ориентированы, в частности, перпендикулярно друг другу.

Сторона входной (второй) кромки и сторона выходной (первой) кромки крепятся к полке. Сторона второй кромки и сторона первой кромки проходят от внутренней поверхности полки вдоль, по существу, радиального направления. Сторона второй кромки находится в направлении выше по течению дальше относительно стороны первой кромки, или наоборот, причем термины «выше по течению» и «ниже по течению» описывают некоторое место детали вдоль направления потока, которое характерно для основного потока рабочего тела газовой турбины. Следовательно, полка, сторона первой кромки и сторона второй кромки могут образовывать U-образное внутреннее поперечное сечение внутри полости, и образуется дополнительная полость. Вышеописанная конструкция лопатки применима для описанной лопатки, а также, например, для дополнительной лопатки, описываемой ниже.

Выемка (щель или паз) стороны первой кромки может иметь U-образное поперечное сечение, причем первая концевая секция уплотнительной полосы может быть вставлена и продвинута в выемку через ее открытую сторону.

Полость и дополнительную полость можно обеспечить охлаждающим воздухом, причем охлаждающий воздух можно подавать в целях охлаждения из полого пера или хвостовика рабочей лопатки, или в упомянутые профиль или хвостовик. Полость также может быть дополнительно окружена нижней стороной, которая соединена со стороной выходной кромки и стороной входной кромки, причем эта нижняя сторона находится на противоположной стороне полости по сравнению с внутренней поверхностью полки.

Множество лопаток установлены рядом друг с другом на аэродинамической диск вдоль окружного направления. В частности, первая полка и дополнительная полка соседней дополнительной лопатки упираются друг в друга, и при этом, например - из-за допусков сборки и возможностей (центробежного и теплового) расширения во время работы - между обоими полками существуют малые зазоры.

Опорный элемент проходит от стороны второй кромки в полость и поэтому выступает в полость. Опорный элемент выполнен таким образом, что между свободным концом опорного элемента и внутренней поверхностью образуется зазор. Уплотнительная полоса, уложенная на внутреннюю поверхность, выступает через зазор. Другими словами, опорный элемент образует своим свободным концом область контакта со средней секцией уплотнительной полосы и поэтому оказывает нажим на среднюю секцию уплотнительной полосы и может крепить ее к внутренней поверхности. Уплотнительная полоса фиксируется или крепится в полости опорным элементом, предотвращая перемещение второй концевой секции радиально внутрь от упора. Следовательно, при нормальной работе уплотнительная полоса удерживается внутри полости.

Помимо этого, опорный элемент делит полость таким образом, что между внутренней поверхностью, стороной второй кромки и опорным элементом образуется дополнительная полость, причем вторая концевая секция уплотнительной полосы расположена внутри этой дополнительной полости.

Уплотнительная полоса может быть выполнена из металлической полосы или металлической пластины, соответственно. Уплотнительная полоса находится в контакте с внутренней поверхностью лопатки и дополнительной внутренней поверхностью соседнего дополнительной лопатки и поэтому уплотняет зазор между двумя соседними полками.

Посредством данного изобретения опорный элемент проходит лишь часть пути вдоль осевого направления в полость и вдоль внутренней поверхности. В отличие от обычных подходов, где вся нижняя сторона уплотнительной полосы опирается на опорную поверхность, посредством данного изобретения снижается общая масса лопатки, и поэтому уменьшается также механическое напряжение в лопатке и диске турбины.

Помимо этого, за счет данного изобретения в выемку вставляется только первая концевая секция уплотнительной полосы, причем противоположная вторая концевая секция уплотнительной полосы не окружена выемкой или пазом в целях придания опоры. Уплотнительная полоса удерживается у внутренней поверхности посредством свободного конца опорного элемента. Следовательно, обеспечивается простая установка уплотнительной полосы. Уплотнительная полоса является упруго деформируемой с переходом в подпружиненное состояние во время установки. В этом подпружиненном состоянии уплотнительная полоса скользит вдоль окружного направления своей внутренней секцией внутри зазора между свободным концом опорного элемента и внутренней поверхностью. Первая концевая секция и вторая концевая секция перемещаются внутри полости и дополнительной полости. Во время установки первую концевую секцию вставляют посредством скольжения в выемку на стороне первой кромки хвостовой секции. Подпружиненное состояние уплотнительной полосы затем устраняется, так что вторая концевая секция расправляется и контактирует в заключительном положении с внутренней поверхностью и, например, с упором, описываемым ниже.

В соответствии с дополнительным возможным вариантом осуществления данного изобретения первая часть средней секции уплотнительной полосы между областью контакта и первой концевой секцией расположена внутри полости. Вторая концевая секция и вторая часть средней секции уплотнительной полосы между областью контакта и второй концевой секцией расположены внутри дополнительной полости. Следовательно, вторая концевая секция не оперта в радиальном направлении.

В дополнительном возможном варианте осуществления опорный элемент выполнен так, что первый осевой участок уплотнительной полосы между областью контакта и первой концевой секцией больше, чем второй осевой участок уплотнительной полосы между областью контакта и второй концевой секцией. Следовательно, ввиду более короткого второго осевого участка между областью контакта и второй концевой секцией, уплотнительную полосу можно сделать более жесткой, так что часть более короткого второго осевого участка уплотнительной полосы не будет деформироваться из-за собственной массы части более короткого второго осевого участка.

В соответствии с дополнительным возможным вариантом осуществления сторона второй кромки содержит вход для уплотнительной полосы, предназначенный для введения уплотнительной полосы в дополнительную полость.

Вход для уплотнительной полосы выполнен таким образом, что подгонка уплотнительной полосы к рабочим лопаткам гарантируется уже по месту. В частности, вход для уплотнительной полосы может быть выполнен на стороне (второй) кромки, находящейся выше по течению, и обеспечивает сообщение среды, окружающей лопатку выше по течению, с дополнительной полостью.

Следовательно, уплотнительную полосу можно вставлять через вход для уплотнительной полосы вдоль приблизительно осевого направления в дополнительную полость. Помимо этого, уплотнительную полосу можно перемещать дальше вдоль приблизительно осевого направления до тех пор, пока первая концевая секция уплотнительной полосы не расположится внутри выемки в стороне (первой) кромки, находящейся ниже по течению.

В соответствии с дополнительным возможным вариантом осуществления вход для уплотнительной полосы выполнен так, что воздух может вытекать из дополнительной полости. Следовательно, воздух может течь из полости через область контакта (т.е., зазор между свободным концом опорного элемента и внутренней поверхностью полки) по дополнительной полости и выходить из входа для уплотнительной полосы. Этот поток воздуха намеренно уменьшают путем минимизации зазора между свободным концом опорного элемента и внутренней поверхностью полки.

В соответствии с дополнительным возможным вариантом осуществления сторона второй кромки содержит упор (ступеньку или выступ), который выполнен так, что вторая концевая секция уплотнительной полосы упирается в этот упор. В частности, упор содержит поверхность, которая имеет нормаль (по меньшей мере, некоторой составляющей), параллельную осевому направлению. Уплотнительная полоса упирается в упор, если уплотнительную полосу выдвигают из выемки вдоль осевого направления. Следовательно, упор ограничивает движение уплотнительной полосы вдоль осевого направления, так что выскальзывание из выемки предотвращается.

В соответствии с дополнительным возможным вариантом осуществления, сторона первой кромки представляет собой сторону выходной кромки хвостовой секции, при этом сторона второй кромки представляет собой сторону входной кромки хвостовой секции.

Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создана лопатка для газовой турбины, содержащая:

хвостовую секцию, выполненную с возможностью установки на аэродинамический диск газовой турбины;

перо,

причем хвостовая секция содержит полку, на которой расположено перо,

при этом хвостовая секция содержит полость, которая окружена радиально внутренней поверхностью полки, стороной первой кромки хвостовой секции и стороной второй кромки хвостовой секции,

причем сторона первой кромки и сторона второй кромки отстоят друг от друга вдоль осевого направления газовой турбины; и

уплотнительную полосу, которая расположена на внутренней поверхности,

причем уплотнительная полоса имеет первую концевую секцию, среднюю секцию и вторую концевую секцию,

при этом первая концевая секция отстоит от второй концевой секции вдоль осевого направления, а средняя секция расположена между первой концевой секцией и второй концевой секцией,

при этом сторона первой кромки содержит выемку, в которую первая концевая секция уплотнительной полосы вставлена таким образом, что выемка окружает первую концевую секцию и тем самым крепит первую концевую секцию к внутренней поверхности,

при этом хвостовая секция содержит опорный элемент, проходящий от стороны второй кромки в полость таким образом, что свободный конец опорного элемента образует область контакта со средней секцией уплотнительной полосы для крепления средней секции уплотнительной полосы к внутренней поверхности,

причем опорный элемент также выполнен таким образом, что между внутренней поверхностью, стороной второй кромки и опорным элементом образована дополнительная полость,

при этом вторая концевая секция уплотнительной полосы расположена внутри этой дополнительной полости,

причем сторона второй кромки содержит вход для уплотнительной полосы, предназначенный для введения уплотнительной полосы в дополнительную полость.

Предпочтительно, первая часть средней секции уплотнительной полосы между областью контакта и первой концевой секцией расположена внутри полости, причем вторая концевая секция и вторая часть средней секции уплотнительной полосы между областью контакта и второй концевой секцией расположены внутри дополнительной полости.

Предпочтительно, опорный элемент выполнен так, что первый осевой участок уплотнительной полосы между областью контакта и первой концевой секцией больше, чем второй осевой участок уплотнительной полосы между областью контакта и второй концевой секцией.

Предпочтительно, вход для уплотнительной полосы выполнен таким образом, что воздух может вытекать из дополнительной полости.

Предпочтительно, сторона второй кромки содержит упор, который выполнен так, что вторая концевая секция уплотнительной полосы упирается в этот упор.

Предпочтительно, упор расположен непосредственно радиально снаружи входа для уплотнительной полосы.

Предпочтительно, сторона первой кромки представляет собой сторону выходной кромки хвостовой секции, при этом сторона второй кромки представляет собой сторону входной кромки хвостовой секции.

Согласно второму объекту настоящего изобретения создан лопаточный узел для газовой турбины, содержащий вышеописанную лопатку и дополнительную лопатку, при этом лопатка и дополнительная лопатка расположены друг за другом вдоль окружного направления газовой турбины, причем между лопаткой и дополнительной лопаткой проходит уплотнительная полоса для уплотнения зазора между ними.

Следует отметить, что варианты осуществления изобретения описаны со ссылками на различные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылками на пункты формулы на устройство, а другие варианты осуществления описаны со ссылками на пункты формулы на способ. Однако из вышеизложенного и нижеследующего описания специалист в данной области техники поймет, что - если не указано иное - в дополнение к любой комбинации признаков, принадлежащих объекту изобретения одного типа, охватываемой этим описанием считается любая комбинация признаков, относящихся к разным объектам изобретения, в частности - признаков пунктов формулы на устройство и признаков пунктов формулы на способ.

Аспекты, охарактеризованные выше, и дополнительные аспекты данного изобретения очевидны из примеров осуществления, описываемых ниже, и поясняются со ссылками на эти примеры осуществления. Ниже будет приведено более подробное описание изобретения со ссылками на примеры осуществления, которые не ограничивают изобретение. На чертежах:

фиг.1 - схематический вид лопатки в соответствии возможным вариантом осуществления данного изобретения;

фиг.2 - вид в увеличенном масштабе упора лопатки, показанной на фиг.1;

фиг.3 - вид в перспективе лопатки, показанной на фиг.1;

фиг.4 - газотурбинный двигатель в соответствии с возможным вариантом осуществления данного изобретения; и

фиг.5 - обычная лопатка.

Изображения на чертежах являются схематическими. Отметим, что на разных чертежах сходные или идентичные элементы обозначены одинаковыми позициями.

На фиг.1 показана лопатка 100 для газовой турбины в соответствии с возможным вариантом осуществления данного изобретения. Лопатка 100 содержит хвостовую секцию 101, которая выполнена с возможностью установки на аэродинамической диск газовой турбины. Следовательно, хвостовая секция 110 может содержать установочную нижнюю секцию, которая содержит, например, установочную заглушку, которой можно придать форму елочки (см. фиг.3).

Лопатка 100 дополнительно содержит перо 102, при этом хвостовая секция 101 содержит полку 103, на которой расположено перо 102. Хвостовая секция 101 содержит полость 104, которая окружена внутренней поверхностью 105 полки 103, стороной 106 первой кромки хвостовой секции 101 и стороной 107 второй кромки хвостовой секции 101. Сторона 106 первой кромки и сторона 107 второй кромки отстоят друг от друга вдоль осевого направления 121 газовой турбины.

На внутренней поверхности 105 расположена уплотнительная полоса 108. Уплотнительная полоса 108 имеет первую концевую секцию 109, среднюю секцию 111 и вторую концевую секцию 110, причем первая концевая секция 109 отстоит от второй концевой секции 110 вдоль осевого направления 121, а средняя секция 111 расположена между первой концевой секцией 109 и второй концевой секцией 110. Сторона 106 первой кромки содержит выемку 112, в которую первая концевая секция 109 уплотнительной полосы 108 уложена таким образом, что выемка 112 окружает первую концевую секцию 109 и крепит первую концевую секцию 109 к внутренней поверхности 105.

Хвостовая секция 101 содержит опорный элемент 113, проходящий от стороны 107 второй кромки в полость 104 таким образом, что свободный конец опорного элемента 113 образует область 114 контакта со средней секцией 111 уплотнительной полосы 108 для крепления средней секции 111 уплотнительной полосы 108 к внутренней поверхности 105. Опорный элемент 113 также выполнен так, что между внутренней поверхностью 105, стороной 107 второй кромки и опорным элементом 113 образуется дополнительная полость 115. Вторая концевая секция 110 уплотнительной полосы 108 расположена внутри этой дополнительной полости 115.

Хвостовая секция 101 содержит полку 103, сторону 106 первой (выходной) кромки и сторону 107 второй (входной) кромки. Полка 103 имеет первую (внешнюю) поверхность, которая обращена к каналу основного потока газовой турбины, и вторую (внутреннюю) поверхность 105, которая обращена к противоположной области полки 103 по сравнению с первой поверхностью. К первой поверхности крепится перо 102, например, рабочей лопатки.

Полка 103 проходит в основном вдоль окружного направления 123 и осевого направления 121 газовой турбины. Толщина полки 103, т.е. ее протяженность вдоль нормали внутренней поверхности 105, например вдоль радиального направления 122, обычно меньше по сравнению с другими протяжениями, например с протяженностями вдоль осевого направления 121 и окружного направления 123.

Термины «осевое направление 121», «окружное направление 123» и «радиальное направление» 122 относятся к направлениям, охарактеризованным применительно к валу 20 турбины (см. фиг.4), принадлежащему газовой турбине. Окружное направление 123 позволяет описать движение вокруг вала 20 газовой турбины, радиальное направление 122 позволяет описать движение через некоторую точку оси вращения вала 20 турбины, а осевое направление 121 позволяет описать движение параллельно оси вращения вала 20 турбины. Осевое направление 121 и радиальное направление 122 ориентированы, в частности, перпендикулярно друг другу.

Сторона 107 входной (второй) кромки и сторона 106 выходной (первой) кромки крепятся к полке 103. Сторона 107 второй кромки и сторона 106 первой кромки проходят от внутренней поверхности 105 полки 103 вдоль, по существу, радиального направления 122. Сторона 107 второй кромки находится в направлении выше по течению дальше относительно стороны 106 первой кромки. Следовательно, полка 103, сторона 106 первой кромки и сторона 107 второй кромки образуют разновидность U-образного внутреннего поперечного сечения внутри полости 104 и образуется дополнительная полость 115.

Выемка (щель или паз) 112 стороны 106 первой кромки может иметь U-образное поперечное сечение, причем первая концевая секция 109 уплотнительной полосы 108 вставлена и продвинута в выемку 112 через ее открытую сторону.

Полость 104 и дополнительную полость 115 можно обеспечить охлаждающим воздухом, причем охлаждающий воздух можно подавать в целях охлаждения из полого пера 102 или хвостовой секции 101.

Опорный элемент 113 проходит от стороны 107 второй кромки в полость 104 и поэтому выступает в полость 104. Опорный элемент 113 выполнен таким образом, что между свободным концом опорного элемента 113 и внутренней поверхностью 105 образуется зазор. Уплотнительная полоса 108, уложенная на внутреннюю поверхность 105, выступает через зазор. Другими словами, опорный элемент 113 образует своим свободным концом область 114 контакта со средней секцией 111 уплотнительной полосы 108 и поэтому оказывает нажим на среднюю секцию 111 уплотнительной полосы 108 и крепит ее к внутренней поверхности 105.

Помимо этого, опорный элемент 113 делит полость 104 таким образом, что между внутренней поверхностью 105, стороной 107 второй кромки и опорным элементом 113 образуется дополнительная полость 115, причем вторая концевая секция 110 уплотнительной полосы 108 расположена внутри этой дополнительной полости 115.

Уплотнительная полоса 108 находится в контакте с внутренней поверхностью 105 лопатки 100 и дополнительной внутренней поверхностью соседней дополнительной лопатки и поэтому уплотняет зазор между двумя соседними полками 103.

Как можно понять из фиг.1, опорный элемент 113 проходит лишь часть пути вдоль осевого направления 121 в полость 104 и вдоль внутренней поверхности 105. В выемку 112 вставляется только первая концевая секция 109 уплотнительной полосы 108, причем противоположная вторая концевая секция 110 уплотнительной полосы 108 не окружена дополнительной выемкой или дополнительным пазом в целях придания опоры. Уплотнительная полоса 108 удерживается у внутренней поверхности 105 посредством свободного конца опорного элемента 113. Следовательно, обеспечивается простая установка уплотнительной полосы 108 внутри внутренней полости 104.

Как показано на фиг.1, одна часть средней секции 111 уплотнительной полосы 108 между областью 114 контакта и первой концевой секцией 109 расположена внутри полости 104. Вторая концевая секция 110 и вторая часть средней секции 111 уплотнительной полосы 108 между областью 114 контакта и второй концевой секцией 110 расположены внутри дополнительной полости 115.

В частности, как можно понять из фиг.1, опорный элемент 113 выполнен так, что первый осевой участок уплотнительной полосы 108 между областью 114 контакта и первой концевой секцией 109 больше, чем второй осевой участок уплотнительной полосы 108 между областью 114 контакта и второй концевой секцией 110. Следовательно, ввиду более короткого второго осевого участка между областью 114 контакта и второй концевой секцией 110, уплотнительную полосу 108 можно сделать более жесткой, так что часть более короткого второго осевого участка уплотнительной полосы 108 не будет деформироваться из-за собственной массы части более короткого второго осевого участка.

Местонахождение области 114 контакта и длина несущего элемента 113 будут зависеть от длины средней секции 111 и угла, под которым несущий элемент 113 подходит к внутренней поверхности 105. Или - другими словами - от того, насколько большое упругое отклонение уплотнительной полосы может быть достигнуто во время установки с помощью управляемой силы.

Сторона 107 второй кромки содержит вход 116 для уплотнительной полосы, предназначенный для вставления уплотнительной полосы 108 в дополнительную полость 115.

Вход 116 для уплотнительной полосы выполнен таким образом, что подгонка уплотнительной полосы 108 к рабочим лопаткам гарантируется уже по месту. В частности, вход 116 для уплотнительной полосы может быть выполнен на стороне 107 (второй) кромки, находящейся выше по течению, и обеспечивает сообщение среды, окружающей лопатку 100 выше по течению, с дополнительной полостью 115. Следовательно, уплотнительную полосу 108 можно вставлять через вход 116 для уплотнительной полосы вдоль приблизительно осевого направления 121 в дополнительную полость 115. Помимо этого, уплотнительную полосу 108 можно перемещать дальше вдоль приблизительно осевого направления 121 до тех пор, пока первая концевая секция 109 уплотнительной 108 полосы не расположится внутри выемки 112 в стороне 106 (первой) кромки, находящейся ниже по течению.

Дополнительная выгода от наличия входа 116 для уплотнительной полосы на находящейся выше по течению стороне заключается в том, что разности давлений, действующих вдоль и поперек уплотнительной полосы, должны подталкивать уплотнительную полосу дальше внутрь и вверх в паз, а не из него наружу.

Сторона 107 второй кромки содержит упор 117, который выполнен так, что вторая концевая секция 110 уплотнительной полосы 108 упирается в этот упор 117.

На фиг.2 показан вид в увеличенном масштабе упора 117 лопатки 100, показанной на фиг.1. Упор 117 содержит ступеньку или выступ, которая (или который) выступает со стороны 107 второй кромки или внутренней поверхности 105 в дополнительную полость 115. Упор содержит поверхность, которая имеет нормаль (по меньшей мере, некоторой составляющей), параллельную осевому направлению 121. Уплотнительная полоса 108 упирается в упор 117, если уплотнительную полосу 108 выдвигают из выемки 112 вдоль осевого направления 121. Следовательно, упор 117 ограничивает движение уплотнительной полосы 108 вдоль осевого направления 121, так что выскальзывание из выемки 112 предотвращается.

На фиг.3 показано перспективное изображение лопатки 100, показанной на фиг.1.

При сборке уплотнительной полосы 108 с лопаткой 100 и/или между двумя соседними в окружном направлении лопатками 100 уплотнительную среднюю секцию 111 уплотнительной полосы 108 вставляют через вход 116 для уплотнительной полосы, а эта секция будет контактировать и с внутренней поверхностью 105, и с опорным элементом 113. Продолжаемое вставление вызывает приложение опорным элементом 113 силы к уплотнительной полосе 108, что - в свою очередь - вызывает приложение силы к внутренней поверхности 105. Уплотнительная полоса 108 упруго деформируется и/или опорный элемент 113 упруго деформируется, приспосабливаясь к продолжаемому вставлению уплотнительной полосы 108 и допуская такое вставление. Как только первая концевая секция 109 оказывается, по меньшей мере, частично заключенной в выемке 112, а второй конец 110 освобождает упор 117 (т.е. отводится от него в осевом направлении), уплотнительная полоса 108 пружинит, переходя в положение, показанное на фиг.1. Хотя уплотнительная полоса 108 показана как прямолинейный элемент, уплотнительная полоса 108 может быть изогнутой в осевом и/или окружном направлении, что способствует подгонке и закреплению в ее полость 104. Чтобы извлечь или демонтировать уплотнительную полосу 108 из полости 104, вторую концевую секцию 110 продвигают радиально внутрь таким образом, что уплотнительная полоса 108 и/или опорный элемент 113 изгибается или упруго деформируется, так что вторая концевая секция 110 оказывается радиально изнутри от упора 117. Тогда уплотнительную полосу 108 можно переместить в осевом направлении внутрь и извлечь из полости 104.

Как показано на фиг.1, уплотнительная полоса 108 фиксируется или крепится в полости посредством опорного элемента 113, предотвращающего перемещение второй концевой секции 110 радиально внутрь от упора 117. Следует понять, что во время работы двигателя уплотнительная полоса 108 может быть принудительно отведена радиально наружу к внутренней поверхности 105 посредством центробежных воздействий. Когда двигатель не работает, уплотнительная полоса 108 может покоиться у опорного элемента 113 и выемки 112 и не находится в контакте с внутренней поверхностью 105. Помимо этого, окружные кромки или части окружных кромок уплотнительной полосы 108 могут находиться в контакте с внутренней поверхностью 105.

При сборке уплотнительной полосы 108 с лопаткой 100 и/или между двумя соседними в окружном направлении лопатками 100 эта полоса каждый раз уплотняет в целом осевой зазор между лопатками вдоль их осевых протяженностей, предотвращая приток горячих газов в полость 104. Следует понять, что каждое из соседних в окружном направлении лопаток 100 содержит полость 104, а иметь опорный элемент 113 может одно из них или могут они оба.

На фиг.4 пример газотурбинного двигателя показан в сечении. Газотурбинный двигатель 10 содержит - в последовательности протекания - заборник 12, компрессорную секцию 14, секцию 16 камер сгорания и турбинную секцию 18, которые в целом расположены в последовательности протекания и в целом проходят в направлении продольной оси или оси вращения. Газотурбинный двигатель 10 дополнительно содержит вал 20, который вращается вокруг оси вращения и который проходит в продольном направлении через газотурбинный двигатель 10. Вал 20 с возможностью передачи приводного усилия соединяет турбинную секцию 18 с компрессорной секцией 12.

Если не указано иное, то термины «выше по течению» и «ниже по течению» относятся к направлению течения потока воздуха и/или потока рабочего газа через двигатель. Термины «вперед» и «назад» относятся к общему потоку газа через двигатель. Термины «осевое», «радиальное» и «окружное» употребляются применительно к направлениям относительно оси вращения двигателя.

Во время работы газотурбинного двигателя 10 воздух 24, который всасывается через воздухозаборник 12, сжимается компрессорной секцией 12 и подается в обозначенную позицией 16 секцию камер сгорания или секцию форсунок. Секция 16 форсунок содержит рабочую полость 26 форсунок, одну или несколько камер 28 сгорания, ограниченных двустенной жаровой трубой 27, и, по меньшей мере, одну форсунку 30, прикрепленную к каждой камере 28 сгорания. Камеры 28 сгорания и форсунки 30 находятся внутри рабочей полости 26 форсунок. Сжатый воздух, проходящий через компрессор 12, попадает в диффузор 32 и выпускается из диффузора 32 в рабочую полость 26 форсунок, откуда воздух попадает в форсунку 30 и смешивается с газообразным или жидким топливом. Затем топливовоздушная смесь сжигается, а газообразные продукты 34 сгорания или рабочий газ, получающийся в результате сгорания, направляется по переходному каналу 35 в турбинную секцию 18.

Турбинная секция 18 содержит некоторое количество несущих рабочие лопатки дисков 36, прикрепленных к валу 20. В данном примере имеются два диска 36, каждый из которых несет кольцевую решетку рабочих лопаток 38 турбины. Лопатки 38 турбины могут быть выполнены также, как и вышеописанные лопатки 100. Вместе с тем, количество несущих рабочие лопатки дисков может быть другим, т.е. может быть всего один диск или более двух дисков. Кроме того, между рабочими лопатками 38 турбины расположены направляющие лопатки 40, который крепятся к статору 42 газотурбинного двигателя 10. Направляющие лопатки 40 могут быть выполнены так, как вышеописанные лопатки 100. Между выходом камеры 28 сгорания и передними рабочими лопатки 38 турбины предусмотрены направляющие лопатки 44.

Газообразные продукты сгорания из камеры 28 сгорания попадают в турбинную секцию 18 и приводят в движение рабочие лопатки 38 турбины, которые, в свою очередь, вращают вал 20. Направляющие лопатки 40, 44 служат для оптимизации угла падения газообразных продуктов сгорания или рабочего газа на рабочие лопатки 38 турбины. Компрессорная секция 12 содержит осевую последовательность ступеней 46 направляющих лопаток и ступеней 48 рабочих лопаток ротора.

Следует отметить, что термин «содержащий (-ая, -ее, -ие)» не исключает другие элементы или этапы, а признак единственного числа не исключает множество. Кроме того, элементы, описанные в связи с разными вариантами осуществления, можно объединять. Следует отметить, что позиции в формуле изобретения не следует считать ограничивающими объем притязаний формулы изобретения.

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

10 - газотурбинный двигатель

12 - вход

14 - компрессорная секция

18 - турбинная секция

20 - вал

24 - воздух

26 - рабочая полость форсунок

27 - жаровая труба

28 - камера сгорания

30 - форсунка

32 - диффузор

35 - переходный канал

36 - диск

38 - рабочая лопатка турбины

40 - направляющие лопатки

42 - статор

44 - направляющие лопатки

46 - ступень направляющих нерабочих спрямляющих лопаток

48 - ступень спрямляющих лопаток ротора

100 - лопатка

101 - хвостовая секция

102 - перо

103 - полка

104 - полость

105 - внутренняя поверхность

106 - сторона первой кромки

107 - сторона второй кромки

108 - уплотнительная полоса

109 - первая концевая секция

110 - вторая концевая секция

111 - средняя секция

112 - выемка

113 - опорный элемент

114 - область контакта

115 - дополнительная полость

116 - вход для уплотнительной полосы

117 - упор

121 - осевое направление

122 - радиальное направление

123 - окружное направление

400 - обычная лопатка

401 - обычная лопатка

402 - обычная полка

403 - обычная полость

404 - обычная хвостовая секция

405 - обычная уплотнительная полоса

Лопатка для газовой турбины содержит хвостовую секцию, выполненную с возможностью установки на диск, перо и уплотнительную полосу. Хвостовая секция содержит полку, на которой расположено перо, а также полость, окруженную радиально внутренней поверхностью полки, стороной первой кромки хвостовой секции и стороной второй кромки хвостовой секции. Стороны первой и второй кромок отстоят друг от друга вдоль осевого направления газовой турбины. Уплотнительная полоса расположена на внутренней поверхности полки и имеет первую концевую секцию, среднюю секцию и вторую концевую секцию. Первая концевая секция отстоит от второй концевой секции вдоль осевого направления, а средняя секция расположена между ними. Сторона первой кромки содержит выемку, в которую первая концевая секция уплотнительной полосы вставлена таким образом, что выемка окружает первую концевую секцию и тем самым крепит первую концевую секцию к внутренней поверхности полки. Хвостовая секция также содержит опорный элемент, проходящий от стороны второй кромки в полость таким образом, что свободный конец опорного элемента образует область контакта со средней секцией уплотнительной полосы для крепления средней секции уплотнительной полосы к внутренней поверхности полки. Опорный элемент также выполнен таким образом, что между внутренней поверхностью, стороной второй кромки и опорным элементом образована дополнительная полость. Вторая концевая секция уплотнительной полосы расположена внутри этой дополнительной полости. Сторона второй кромки содержит вход для уплотнительной полосы, предназначенный для введения уплотнительной полосы в дополнительную полость. Другое изобретение группы относится к лопаточному узлу для газовой турбины, содержащему указанную выше лопатку и дополнительную лопатку, причем уплотнительная полоса проходит между лопаткой и дополнительной лопаткой для уплотнения зазора между ними. Группа изобретений позволяет снизить массу лопатки газовой турбины и упростить установку уплотнительной полосы между лопатками. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Лопатка для газовой турбины, содержащая:

хвостовую секцию (101), выполненную с возможностью установки на аэродинамический диск газовой турбины;

перо (102),

причем хвостовая секция (101) содержит полку (103), на которой расположено перо (102),

при этом хвостовая секция (101) содержит полость (104), которая окружена радиально внутренней поверхностью (105) полки (103), стороной (106) первой кромки хвостовой секции (101) и стороной (107) второй кромки хвостовой секции (101),

причем сторона (106) первой кромки и сторона (107) второй кромки отстоят друг от друга вдоль осевого направления (121) газовой турбины; и

уплотнительную полосу (108), которая расположена на внутренней поверхности (105),

причем уплотнительная полоса (108) имеет первую концевую секцию (109), среднюю секцию (111) и вторую концевую секцию (110),

при этом первая концевая секция (109) отстоит от второй концевой секции (110) вдоль осевого направления (121), а средняя секция (111) расположена между первой концевой секцией (109) и второй концевой секцией (110),

при этом сторона (106) первой кромки содержит выемку (112), в которую первая концевая секция (109) уплотнительной полосы (108) вставлена таким образом, что выемка (112) окружает первую концевую секцию (109) и тем самым крепит первую концевую секцию (109) к внутренней поверхности (105),

при этом хвостовая секция (101) содержит опорный элемент (113), проходящий от стороны (107) второй кромки в полость (104) таким образом, что свободный конец опорного элемента (113) образует область (114) контакта со средней секцией (111) уплотнительной полосы (108) для крепления средней секции (111) уплотнительной полосы (108) к внутренней поверхности (105),

причем опорный элемент (113) также выполнен таким образом, что между внутренней поверхностью (105), стороной (107) второй кромки и опорным элементом (113) образована дополнительная полость (115),

при этом вторая концевая секция (110) уплотнительной полосы (108) расположена внутри этой дополнительной полости (115),

причем сторона (107) второй кромки содержит вход (116) для уплотнительной полосы, предназначенный для введения уплотнительной полосы (108) в дополнительную полость (115).

2. Лопатка по п.1, в которой первая часть средней секции (111) уплотнительной полосы (108) между областью (114) контакта и первой концевой секцией (109) расположена внутри полости (104), причем вторая концевая секция (110) и вторая часть средней секции (111) уплотнительной полосы (108) между областью (114) контакта и второй концевой секцией (110) расположены внутри дополнительной полости (115).

3. Лопатка по п.1 или 2, в которой опорный элемент (113) выполнен так, что первый осевой участок уплотнительной полосы (108) между областью контакта (114) и первой концевой секцией (109) больше, чем второй осевой участок (108) уплотнительной полосы между областью (114) контакта и второй концевой секцией (110).

4. Лопатка по п.1, в которой вход (116) для уплотнительной полосы выполнен таким образом, что воздух может вытекать из дополнительной полости (115).

5. Лопатка по п.1 или 2, в которой сторона (107) второй кромки содержит упор (117), который выполнен так, что вторая концевая секция (110) уплотнительной полосы упирается в этот упор (117).

6. Лопатка по п.5, в которой упор (117) расположен непосредственно радиально снаружи входа (116) для уплотнительной полосы.

7. Лопатка по п.1 или 2, в которой сторона (106) первой кромки представляет собой сторону выходной кромки хвостовой секции (101), при этом сторона (107) второй кромки представляет собой сторону входной кромки хвостовой секции (101).

8. Лопаточный узел для газовой турбины, содержащий:

лопатку по любому из пп.1-7 и

дополнительную лопатку,

при этом лопатка и дополнительная лопатка расположены друг за другом вдоль окружного направления газовой турбины,

причем между лопаткой и дополнительной лопаткой проходит уплотнительная полоса (108) для уплотнения зазора между ними.