ШТИФТОВОЕ УПЛОТНЕНИЕ ЛОПАТКИ ТУРБИНЫ Российский патент 2018 года по МПК F01D11/08 

Область техники

Настоящее раскрытие изобретения, в общем, относится к газотурбинным двигателям и, в частности, к штифтовому уплотнению лопаток турбин.

Предпосылки создания изобретения

Газотурбинные двигатели содержат компрессор, камеру сгорания и турбинные секции. Секции турбины включают в себя лопатки с соседними наклонными поверхностями. Нагретый воздух или газы из камеры сгорания могут проходить через зазор между наклонными поверхностями, увеличивая рабочую температуру компонентов турбины.

В патенте США № 8,137,072, выданном H. Kim, описывается лопатка турбины. Лопатка турбины может включать в себя аэродинамическую поверхность, простирающуюся от первой поверхности платформы турбины. Лопатка турбины также может содержать первый боковой карман платформы турбины, который, по существу, предназначен для размещения всего первого подвижного уплотнения между передней стенкой первого бокового кармана и задней стенкой первого бокового кармана. Первый боковой карман может иметь выпуклую форму, простираясь между передней стенкой и задней стенкой, а также вогнутую поверхность. Лопатка турбины также может содержать второй боковой карман платформы турбины, который принимает в себя часть второго подвижного уплотнения.

Настоящее раскрытие изобретения направлено на решение одной или более проблем, с которыми столкнулись авторы изобретения.

Краткое изложение сущности изобретения

Раскрывается штифтовое уплотнение для газотурбинного двигателя с диском турбины и множеством лопаток турбины. Штифтовое уплотнение включает в себя корпус цилиндрической формы, первый конец, второй конец, противоположный и дистальный первому концу. Штифтовое уплотнение предназначено для установки между двумя соседними лопатками турбины внутри паза для уплотнения на стороне нагнетания, который простирается до наклонной поверхности стороны нагнетания первой лопатки турбины, и паза для уплотнения на стороне всасывания, который простирается до наклонной поверхности стороны всасывания второй лопатки турбины. Длина штифтового уплотнения выбрана таким образом, что штифтовое уплотнение выступает перед переднем краем аэродинамической поверхности каждой соседней лопатки турбины минимум на 0,020 дюймов, если штифтовое уплотнение контактирует либо с задней поверхностью стороны нагнетания, расположенной в конце паза для уплотнения на стороне нагнетания дистально к переднему краю каждой аэродинамической поверхности, либо с задней поверхностью стороны всасывания, расположенной в конце паза для уплотнения на стороне всасывания дистально к переднему краю каждой аэродинамической поверхности. Штифтовое уплотнение отклонено на угол от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно оси газотурбинного двигателя во время работы газотурбинного двигателя.

Краткое описание чертежей

РИС. 1 изображает схематическое изображение примерного газотурбинного двигателя.

РИС. 2 изображает разрез части диска турбины в сборе.

РИС. 3 изображает вид в перспективе на сторону нагнетания лопатки турбины на РИС. 2.

РИС. 4 изображает вид в перспективе на сторону всасывания лопатки турбины на РИС. 3.

РИС. 5 подробно изображает часть вида в поперечном разрезе, показанного на РИС. 2, вокруг штифтового уплотнения 430.

РИС. 6 изображает вид сверху штифтового уплотнения, показанного на РИС. 2 и 5.

РИС. 7 изображает вид в перспективе на сторону всасывания лопатки турбины, включая лопатку турбины, показанную на РИС. 4, и штифтовое уплотнение, показанное на РИС. 6.

Подробное описание изобретения

Системы и методы, раскрытие которых приводится здесь, включают в себя диск турбины в сборе. В вариантах осуществления диск турбины в сборе включает в себя диск турбины, лопатки турбины и штифтовое уплотнение. Каждая лопатка турбины содержит паз для уплотнения на стороне нагнетания в наклонной поверхности стороны нагнетания, и паз для уплотнения на стороне всасывания в наклонной поверхности стороны всасывания. Паз для уплотнения на стороне нагнетания включает в себя уплотнительную поверхность стороны нагнетания, а паз для уплотнения на стороне всасывания включает в себя уплотнительную поверхность стороны всасывания. Паз для уплотнения на стороне нагнетания первой лопатки турбины и паз для уплотнения на стороне всасывания второй лопатки турбины, соседней с первой лопаткой турбины, формируют паз для уплотнения. Штифтовое уплотнение удерживается внутри каждого паза. Во время работы газотурбинного двигателя каждое штифтовое уплотнение располагается рядом и контактирует с уплотнительной поверхностью стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью стороны всасывания. Воздух или газы, нагретые во время реакции сгорания, могут проходить между соседними наклонными поверхностями стороны нагнетания и стороны всасывания. Воздух может ударяться о стойки диска турбины и увеличивать их рабочую температуру. Штифтовые уплотнения могут блокировать, уменьшать или перенаправлять поток нагретого воздуха, что может уменьшать рабочую температуру стоек диска, увеличивая долговечность при ползучести диска турбины. Угол между уплотнительной поверхностью стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью стороны всасывания может находиться в пределах от девяносто пяти градусов до ста пятнадцати градусов, что может уменьшать возможную связь между штифтовым уплотнением и соседними лопатками турбины и способствовать равномерному распределению контактной нагрузки между уплотнительной поверхностью стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью стороны всасывания. Паз для уплотнения может быть отклонен в радиальном направлении относительно оси диска турбины, что может способствовать удлинению штифтового уплотнения, повышая площадь контакта между штифтовым уплотнением и уплотнительной поверхностью стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью стороны всасывания.

РИС. 1 изображает схематическое изображение примерного газотурбинного двигателя. Некоторые поверхности были опущены или увеличены (здесь и на других рисунках) в целях ясности и простоты объяснения. К тому же, в раскрытие могут упоминаться направления вперед и назад. В общем, любое упоминание слов "вперед" и "назад" относится к направлению потока основного воздуха (т.е., воздуха, используемого в процессе сгорания), если не указано иное. Например, вперед означает "против течения" основного потока воздуха, а назад означает "по течению" основного потока воздуха.

К тому же, в раскрытии также может упоминаться центральная ось 95 вращения газотурбинного двигателя, которую можно, в общем, определить по продольной оси его вала 120 (который опирается на множество подшипников в сборе 150). Центральная ось 95 может быть общей для других концентрических компонентов двигателя. Все упоминания радиального, осевого и кругового направлений и измерения, относящиеся к центральной оси 95, если не указано иное, и такие термины, как "внутренний" и "внешний" указывают на меньшее или большее радиальное расстояние от оси, где радиус 96 может быть в любом направлении перпендикулярен и направлен от центра оси 95.

Газотурбинный двигатель 100 включает в себя входное устройство 110, вал 120, газогенератор или "компрессор" 200, блок сгорания 300, турбину 400, выхлопное устройство 500 и выходную муфту 600. Газотурбинный двигатель 100 может иметь один вал или конфигурацию из двух валов.

Компрессор 200 включает в себя роторный узел компрессора 210, неподвижные лопатки компрессора ("статоры") 250 и входные направляющие лопатки 255. Роторный узел компрессора 210 механически соединен с валом 120. Как показано на рисунке, роторный узел компрессора 210 представляет собой прямоточный ротор. Роторный узел компрессора 210 включает в себя один или несколько дисковых узлов компрессора 220. Каждый дисковый узел компрессора 220 содержит роторный диск, который по окружности заполнен лопатками ротора компрессора. Статоры 250 по оси следуют за каждым дисковым узлом компрессора 220. Каждый дисковый узел компрессора 220, сопряженный с соседними статорами 250, которые следуют за дисковым узлом компрессора 220, считается ступенью компрессора. Компрессор 200 содержит несколько ступеней. Направляющие входные лопатки 255 аксиально находятся перед первой ступенью компрессора.

Блок сгорания 300 включает в себя один или несколько инжекторов 350 и одну или несколько камер сгорания 390.

Турбина 400 включает в себя роторный узел турбины 410 и турбинные сопла 450. Роторный узел турбины 410 механически соединен с валом 120. Как показано на рисунке, роторный узел турбины 410 представляет собой прямоточный ротор. Роторный узел турбины 410 включает в себя один или несколько дисковых узлов турбины 420. Каждый дисковый узел турбины 420 включает в себя диск турбины 422 (показан на РИС. 2, который по окружности заполнен лопатками турбины 460 (показаны на РИС. 2-5). Турбинные сопла 450 аксиально предшествуют каждому из дисковых узлов турбины 420. Каждый дисковый узел турбины 420, сопряженный с соседними турбинными соплами 450, которые предшествуют дисковому узлу турбины 420, считается ступенью турбины. Турбина 400 содержит несколько ступеней.

Выхлопное устройство 500 включает в себя выхлопной диффузор 520 и выхлопной коллектор 550.

РИС. 2 изображает разрез части дискового узла турбины 420 газотурбинного двигателя, показанного на РИС. 1. Дисковый узел турбины 420 включает в себя диск турбины 422, лопатки турбины 460 (две показаны на РИС. 2, амортизаторы 425 (один показан на РИС. 2 и штифтовые уплотнения 430 (одно показано на РИС. 2. Диск турбины 422 имеет цилиндрическую форму и включает в себя дисковые стойки 424, которые выдаются вперед радиально. Соседние дисковые стойки 424 формируют паз для диска турбины 423. Каждый паз для диска турбины 423 может иметь форму в виде ёлки или ласточкиного хвоста, и в него может входить лопатка турбины 460.

Каждая лопатка турбины 460 включает в себя платформу 463, аэродинамическую поверхность 461 и хвост лопатки 462. Аэродинамическая поверхность 461 простирается наружу, в первом направлении, от платформы 463, формируя передний край 458 (см. РИС. 3), задний край 459 (см. РИС. 3), сторону нагнетания 471 и сторону всасывания 481. Когда лопатка турбины 460 установлена в диске турбины 422, аэродинамическая поверхность 461 простирается наружу от платформы 463. Сторона нагнетания 471 протянулась от переднего края 458 до заднего края 459 и имеет вогнутую форму. Сторона всасывания 481 противоположна стороне нагнетания 471 и протянулась от переднего края 458 до заднего края 459 и имеет выпуклую форму.

Хвост лопатки 462 простирается внутрь от платформы 463 во втором направлении, в направлении, противоположном аэродинамической поверхности 461 или первому направлению. Когда лопатка турбины 460 установлена в диске турбины 422, хвост лопатки 462 простирается радиально внутрь от платформы 463. Хвост лопатки 462 – это изделие для присоединения основной детали, и он предназначен для вставки в паз для диска турбины 423. Хвост лопатки 462 может иметь форму елки или ласточкиного хвоста в поперечном сечении.

Платформа 463 включает в себя платформу стороны нагнетания 473, простирающуюся наружу от стороны нагнетания 471, и платформу стороны всасывания 483, простирающуюся наружу от стороны нагнетания 481 в направлении, противоположном платформе стороны нагнетания 473. Когда лопатка турбины 460 установлена в диске турбины 422, платформа стороны нагнетания 473 простирается в первом круговом направлении относительно оси диска турбины 422, а платформа стороны всасывания 483 простирается во втором круговом направлении, противоположном первому круговому направлению, относительно диска турбины 422.

Платформа стороны нагнетания 473 включает в себя наклонную поверхность 472 стороны нагнетания. Наклонная поверхность 472 стороны нагнетания – это поверхность на конце платформы стороны нагнетания 473, она расположена дистально к аэродинамической поверхности 461. Наклонная поверхность 472 стороны нагнетания может быть наклонена относительно направления, в котором простирается платформа стороны нагнетания 473. В одном варианте осуществления наклонная поверхность 472 стороны нагнетания перпендикулярна направлению платформы стороны нагнетания 473. В другом варианте осуществления наклонная поверхность 472 стороны нагнетания наклонена на угол от нуля до сорока пяти градусов относительно направления, перпендикулярного направлению платформы стороны нагнетания 473.

Платформа стороны всасывания 483 включает в себя наклонную поверхность 482 стороны всасывания. Наклонная поверхность 482 стороны всасывания – это поверхность на конце платформы стороны всасывания 483, она расположена дистально к аэродинамической поверхности 461. Наклонная поверхность 482 стороны всасывания может быть наклонена относительно направления, в котором простирается платформа стороны всасывания 483. В одном варианте осуществления наклонная поверхность 482 стороны всасывания перпендикулярна направлению платформы стороны всасывания 483. В другом варианте осуществления наклонная поверхность 482 стороны всасывания наклонена на угол от нуля до сорока пяти градусов относительно направления, перпендикулярного направлению платформы стороны всасывания 483.

Когда соседние лопатки турбины 460 установлены на диске турбины 422, наклонная поверхность 472 стороны нагнетания первой лопатки турбины находится по соседству с наклонной поверхностью 482 стороны всасывания второй лопатки турбины. Наклонная поверхность 472 стороны нагнетания может быть параллельна наклонной поверхности 482 стороны всасывания. Наклонная поверхность 472 стороны нагнетания первой лопатки турбины и наклонная поверхность 482 стороны всасывания второй лопатки турбины образуют зазор 497 между наклонными поверхностями.

РИС. 3 изображает вид в перспективе на сторону нагнетания 471 лопатки турбины 460, показанной на РИС. 2. Согласно РИС. 3, платформа 463, включающая в себя платформу стороны нагнетания 473, простирается от переднего конца 466 до заднего конца 467. Передний край 458 простирается наружу от платформы 463, соседней с передним концом 466, а задний край 459 простирается наружу от платформы 463, соседней с задним концом 467.

Согласно РИС. 2 и 3, лопатка турбины 460 включает в себя передний упор 476 амортизатора стороны нагнетания и задний упор 477 амортизатора стороны нагнетания. Передний упор 476 амортизатора стороны нагнетания простирается от платформы стороны нагнетания 473, соседней с передним концом 466, и простирается вниз до соседнего хвоста лопатки 462. Задний упор 477 амортизатора стороны нагнетания простирается от платформы стороны нагнетания 473, соседней с задним концом 467, и простирается вниз до соседнего хвоста лопатки 462.

Платформа стороны нагнетания 473, передний упор 476 амортизатора стороны нагнетания и задний упор 477 амортизатора стороны нагнетания могут настраиваться и образовывать карман 475 под платформой стороны нагнетания. Платформа стороны нагнетания 473 может включать в себя поверхность 498 под платформой стороны нагнетания, соседнюю с карманом 475 под платформой стороны нагнетания, передний упор 476 амортизатора стороны нагнетания может включать в себя переднюю поверхность 491 амортизатора стороны нагнетания, соседнюю с карманом 475 под платформой стороны нагнетания, а задний упор 477 амортизатора стороны нагнетания может включать в себя заднюю поверхность 492 амортизатора стороны нагнетания, соседнюю с карманом 475 под платформой стороны нагнетания. Задняя поверхность 492 амортизатора стороны нагнетания может располагаться параллельно передней поверхности 491 амортизатора стороны нагнетания и перпендикулярно поверхности 498 под платформой стороны нагнетания. Задняя поверхность 492 амортизатора стороны нагнетания смотрит на переднюю поверхность 491 амортизатора стороны нагнетания, а передняя поверхности 491 амортизатора стороны нагнетания смотрит на заднюю поверхность 492 амортизатора стороны нагнетания.

РИС. 4 изображает вид в перспективе на сторону всасывания 481 лопатки турбины на РИС. 3. Согласно РИС. 4, платформа турбины 463, включающая в себя платформу стороны всасывания 483, простирается от переднего конца 466 до заднего конца 467. Согласно РИС. 2 и 4, лопатка турбины 460 также включает в себя передний упор 486 амортизатора стороны всасывания и задний упор 487 амортизатора стороны всасывания. Передний упор 486 амортизатора стороны всасывания простирается от платформы стороны всасывания 483, соседней с передним концом 466, и простирается вниз до соседнего хвоста лопатки 462. Задний упор 487 амортизатора стороны всасывания простирается от платформы стороны всасывания 483, соседней с задним концом 467, и простирается вниз до соседнего хвоста лопатки 462.

Платформа стороны всасывания 483, передний упор 486 амортизатора стороны всасывания и задний упор 487 амортизатора стороны всасывания могут настраиваться и образовывать карман 485 под платформой стороны всасывания. Платформа стороны всасывания 483 может включать в себя поверхность 499 под платформой стороны всасывания, соседнюю с карманом 485 под платформой стороны всасывания, передний упор 486 амортизатора стороны всасывания может включать в себя переднюю поверхность 493 амортизатора стороны всасывания, соседнюю с карманом 485 под платформой стороны всасывания, а задний упор 487 амортизатора стороны всасывания может включать в себя заднюю поверхность 494 амортизатора стороны всасывания, соседнюю с карманом 485 под платформой стороны всасывания. Задняя поверхность 494 амортизатора стороны всасывания может располагаться параллельно передней поверхности 493 амортизатора стороны всасывания и перпендикулярно поверхности 499 под платформой стороны всасывания. Задняя поверхность 494 амортизатора стороны всасывания смотрит на переднюю поверхность 493 амортизатора стороны всасывания, а передняя поверхности 493 амортизатора стороны всасывания смотрит на заднюю поверхность 494 амортизатора стороны всасывания.

Согласно РИС. 2, упоры амортизатора, включая задний упор 477 амортизатора стороны нагнетания и задний упор амортизатора стороны всасывания 487, предназначены для удержания амортизатора 425. Каждый амортизатор 425 установлен радиально наружу от каждой стойки диска 424 и по соседству с ними между двумя лопатками турбины 460, и радиально внутрь от соседней платформы стороны нагнетания 473 и платформы стороны всасывания 483 двух лопаток турбины 460. Карман 475 под платформой стороны нагнетания и карман 485 под платформой стороны всасывания соседних лопаток турбины 460 формируют карман 465 под платформой.

Каждая лопатка турбины 460 включает в себя паз 474 для уплотнения на стороне нагнетания и паз 484 для уплотнения на стороне всасывания. Соседние лопатки турбины 460 также формируют паз 464 для уплотнения при помощи паза 474 для уплотнения на стороне нагнетания первой лопатки турбины и соседнего паза 484 для уплотнения на стороне всасывания второй лопатки турбины. Согласно РИС. 3, паз 474 для уплотнения на стороне нагнетания включает в себя передний паз 478 стороны нагнетания, задний паз 479 стороны нагнетания и уплотнительную поверхность 495 стороны нагнетания. Передний паз 478 стороны нагнетания простирается в платформу стороны нагнетания 473 от наклонной поверхности 472 стороны нагнетания под передним краем 458, по соседству с передним упором 476 амортизатора стороны нагнетания и над передним упором 476 амортизатора стороны нагнетания. Передний паз 478 стороны нагнетания включает в себя переднюю поверхность 441 стороны нагнетания. Передняя поверхность 441 стороны нагнетания может быть плоской или закругленной, и может приобретать вогнутую форму переднего паза 478 стороны нагнетания. Передняя поверхность 441 стороны нагнетания находится перед передним краем 458, напротив направления заднего края 459 и аксиально перед передним краем 458, когда лопатка турбины 460 установлена на диске турбины 422. Передний паз 478 стороны нагнетания может иметь вогнутую форму и простирается от кармана 475 под платформой стороны нагнетания до передней поверхности 441 стороны нагнетания, за пределы переднего края 458.

Задний паз 479 стороны нагнетания простирается в платформу стороны нагнетания 473 от наклонной поверхности 472 стороны нагнетания под задним краем 459, по соседству с задним упором 477 амортизатора стороны нагнетания и над задним упором 477 амортизатора стороны нагнетания. Задний паз 479 стороны нагнетания включает в себя заднюю поверхность 442 стороны нагнетания. Задняя поверхность 442 стороны нагнетания находится дистально к переднему краю 458 и является торцевой поверхностью паза 474 для уплотнения на стороне нагнетания, находящейся дальше всего от переднего края 458. Задняя поверхность 442 стороны нагнетания может быть плоской или закругленной, и может приобретать вогнутую форму заднего паза 479 стороны нагнетания. Задний паз 479 стороны нагнетания может иметь вогнутую форму и простирается от кармана 475 под платформой стороны нагнетания до задней поверхности 442 стороны нагнетания.

Уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания простирается от передней поверхности 441 стороны нагнетания до задней поверхности 442 стороны нагнетания на длину паза 474 для уплотнения на стороне нагнетания. Уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания может быть плоской и наклоняться в платформу стороны нагнетания 473 от наклонной поверхности 472 стороны нагнетания. Передний паз 478 стороны нагнетания может включать в себя часть передней уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания. Задний паз 479 стороны нагнетания может включать в себя часть задней уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания. Часть уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания между передним пазом 478 стороны нагнетания и задним пазом 479 стороны нагнетания может наклоняться в платформу стороны нагнетания 473 до кармана 475 под платформой стороны нагнетания.

Паз 474 для уплотнения на стороне нагнетания может простираться вдоль наклонной поверхности 472 стороны нагнетания, при этом передний паз 478 стороны нагнетания наклонен к заднему концу 466 и в направлении простирания хвоста лопатки 462 от платформы 463, а задний паз 479 стороны нагнетания наклонен к заднему концу 467 в направлении простирания аэродинамической поверхности 461 от платформы 463. Паз 474 для уплотнения на стороне нагнетания может быть наклонен относительно опорной оси. Опорная ось коаксиальна диску турбины 422, когда лопатка турбины 460 установлена на диске турбины 422 и коаксиальная центральной оси 95 (показана на РИС. 1), осевой линии газотурбинного двигателя 100, когда лопатка турбины 460 установлена внутри газотурбинного двигателя 100. Описание, касающееся опорной оси, относится к оси диска турбины 422, когда лопатка турбины 460 установлена на диске турбины 422, и к центральной оси 95, когда лопатка турбины 460 установлена внутри газотурбинного двигателя 100. Опорная ось включает в себя переднее направление, простирающееся к компрессору 200, когда лопатка турбины 460 установлена внутри газотурбинного двигателя 100, и заднее направление, простирающееся от компрессора 200, когда лопатка турбины 460 установлена внутри газотурбинного двигателя 100.

Паз 474 для уплотнения на стороне нагнетания может быть отклонен в радиальном направлении относительно опорной оси, при этом передний паз 478 стороны нагнетания находится ближе к опорной оси, чем задний паз 479 стороны нагнетания. Угол 87 – это угол между пазом 474 для уплотнения на стороне нагнетания и опорной осью. Опорная линия 85 показана для демонстрации угла 87. Опорная линия 85 параллельна опорной оси и сдвинута радиально наружу от опорной оси. В одном варианте осуществления паз 474 для уплотнения на стороне нагнетания отклонен на угол от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно опорной оси. В другом варианте осуществления паз 474 для уплотнения на стороне нагнетания отклонен на угол от четырех до шести градусов в радиальном направлении относительно опорной оси. В еще одном варианте осуществления паз 474 для уплотнения на стороне нагнетания отклонен на пять градусов, примерно пять градусов, или в пределах установленных допусков для пяти градусов в радиальном направлении относительно опорной оси.

Уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания может простираться вдоль наклонной поверхности 472 стороны нагнетания под углом, при этом передняя часть уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания наклонена к заднему концу 466 и в направлении простирания хвоста лопатки 462 от платформы 463, а задняя часть уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания наклонена к заднему концу 467 в направлении простирания аэродинамической поверхности 461 от платформы 463.

Уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания может быть наклонена относительно опорной оси. Угол 87 – это также угол между уплотнительной поверхностью 495 стороны нагнетания и опорной осью. Уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания может быть отклонена в радиальном направлении относительно опорной оси, при этом передняя часть уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания находится ближе к опорной оси, чем задняя часть уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания. В одном варианте осуществления уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания отклонена на угол от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно опорной оси. В другом варианте осуществления уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания отклонена на угол от четырех до шести градусов в радиальном направлении относительно опорной оси. В еще одном варианте осуществления уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания отклонена на пять градусов, примерно пять градусов, или в пределах установленных допусков для пяти градусов в радиальном направлении относительно опорной оси.

В показанном варианте осуществления уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания является радиально внешней частью паза 474 для уплотнения на стороне нагнетания относительно опорной оси.

Согласно РИС. 4, паз 484 для уплотнения на стороне всасывания включает в себя передний паз 488 стороны всасывания, задний паз 489 стороны всасывания и уплотнительную поверхность 496 стороны всасывания. Передний паз 488 стороны всасывания простирается в платформу стороны всасывания 483 от наклонной поверхности 482 стороны всасывания под передним краем 458, по соседству с передним упором 486 амортизатора стороны всасывания и над передним упором 486 амортизатора стороны всасывания. Передний паз 488 стороны всасывания включает в себя переднюю поверхность 443 стороны всасывания. Передняя поверхность 443 стороны всасывания может быть плоской или закругленной, и может приобретать вогнутую форму переднего паза 488 стороны всасывания. Передняя поверхность 443 стороны всасывания находится перед передним краем 458, напротив направления заднего края 459 и аксиально перед передним краем 458, когда лопатка турбины 460 установлена на диске турбины 422. Передний паз 488 стороны всасывания может иметь вогнутую форму и простирается от кармана 485 под платформой стороны всасывания до передней поверхности 443 стороны всасывания, за пределы переднего края 458.

Задний паз 489 стороны всасывания простирается в платформу стороны всасывания 483 от наклонной поверхности 482 стороны всасывания под задним краем 459, по соседству с задним упором 487 амортизатора стороны всасывания и над задним упором 487 амортизатора стороны всасывания. Задний паз 489 стороны всасывания включает в себя заднюю поверхность 444 стороны всасывания. Задняя поверхность 444 стороны всасывания находится дистально к переднему краю 458 и является торцевой поверхностью паза 484 для уплотнения на стороне всасывания, находящейся дальше всего от переднего края 458. Задняя поверхность 444 стороны всасывания может быть плоской или закругленной, и может приобретать вогнутую форму заднего паза 489 стороны всасывания. Задний паз 489 стороны всасывания может иметь вогнутую форму и простирается от кармана 485 под платформой стороны всасывания до задней поверхности 444 стороны всасывания.

Уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания простирается от передней поверхности 443 стороны всасывания до задней поверхности 444 стороны всасывания на длину паза 484 для уплотнения на стороне всасывания. Уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания может быть плоской и наклоняться в платформу стороны всасывания 483 от наклонной поверхности 482 стороны всасывания. Передний паз 488 стороны всасывания может включать в себя часть передней уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания. Задний паз 489 стороны всасывания может включать в себя часть задней уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания. Часть уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания между передним пазом 488 стороны всасывания и задним пазом 489 стороны всасывания может наклоняться в платформу стороны всасывания 483 до кармана 485 под платформой стороны всасывания.

Паз 484 для уплотнения на стороне всасывания может простираться вдоль наклонной поверхности 482 стороны всасывания, при этом передний паз 488 стороны всасывания наклонен к заднему концу 466 и в направлении простирания хвоста лопатки 462 от платформы 463, а задний паз 489 стороны всасывания наклонен к заднему концу 467 в направлении простирания аэродинамической поверхности 461 от платформы 463. Паз 484 для уплотнения на стороне всасывания может быть наклонен относительно опорной оси.

Паз 484 для уплотнения на стороне всасывания может быть отклонен в радиальном направлении опорной оси, при этом передний паз 488 стороны всасывания находится ближе к опорной оси, чем задний паз 489 стороны всасывания. Угол 88 – это угол между пазом 484 для уплотнения на стороне всасывания и опорной осью. Опорная линия 85 показана для демонстрации угла 88. В одном варианте осуществления паз 484 для уплотнения на стороне всасывания отклонен на угол от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно опорной оси. В другом варианте осуществления паз 484 для уплотнения на стороне всасывания отклонен на угол от четырех до шести градусов в радиальном направлении относительно опорной оси. В еще одном варианте осуществления паз 484 для уплотнения на стороне всасывания отклонен на пять градусов, примерно пять градусов, или в пределах установленных допусков для пяти градусов в радиальном направлении относительно опорной оси. Углы паза 484 для уплотнения на стороне всасывания и паза 474 для уплотнения на стороне нагнетания в радиальном направлении относительно опорной оси диска турбины 422 равны или находятся в заданном диапазоне.

Уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания может простираться вдоль наклонной поверхности 482 стороны всасывания под углом, при этом передняя часть уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания наклонена к заднему концу 466 и в направлении простирания хвоста лопатки 462 от платформы 463, а задняя часть уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания наклонена к заднему концу 467 в направлении простирания аэродинамической поверхности 461 от платформы 463. Уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания может быть наклонена относительно опорной оси.

Уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания может быть отклонена в радиальном направлении относительно опорной оси, при этом передняя часть уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания находится ближе к опорной оси, чем задняя часть уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания. Угол 88 – это также угол между уплотнительной поверхностью 496 стороны всасывания и опорной осью. В одном варианте осуществления уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания отклонена на угол от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно опорной оси. В другом варианте осуществления уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания отклонена на угол от четырех до шести градусов в радиальном направлении относительно опорной оси. В еще одном варианте осуществления уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания отклонена на пять градусов, примерно пять градусов, или в пределах установленных допусков для пяти градусов в радиальном направлении относительно опорной оси. Углы уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания и уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания в радиальном направлении относительно опорной оси равны или находятся в заданном диапазоне.

В показанном варианте осуществления уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания является радиально внешней частью паза 484 для уплотнения на стороне всасывания относительно опорной оси.

РИС. 5 подробно изображает часть вида в поперечном разрезе, показанного на РИС. 2, вокруг штифтового уплотнения 430. Согласно РИС. 2 и 5, уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания может простираться от наклонной поверхности 472 стороны нагнетания до поверхности 498 под платформой стороны нагнетания.

Уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания может быть плоской и наклоняться в платформу стороны нагнетания 473 от наклонной поверхности 472 стороны нагнетания. Уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания может быть отклонена от наклонной поверхности 472 стороны нагнетания к хвосту лопатки 462 в направлении, противоположном направлению простирания платформы 473 стороны нагнетания, и в направлении простирания хвоста лопатки 462. Уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания может быть плоской и наклоняться в платформу стороны всасывания 483 от наклонной поверхности 482 стороны всасывания. Уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания может быть отклонена от наклонной поверхности 482 стороны всасывания к хвосту лопатки 462 в направлении, противоположном направлению простирания платформы 483 стороны всасывания, и в направлении простирания хвоста лопатки 462.

Уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания и уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания образуют перекрытие в верхней части паза для уплотнения 464. Угол 83 – это угол между уплотнительной поверхностью 495 стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью 496 стороны всасывания. В одном варианте осуществления, угол 83 между уплотнительной поверхностью 495 стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью 496 стороны всасывания составляет от девяноста пяти градусов до ста пятнадцати градусов. В другом варианте осуществления, угол 83 между уплотнительной поверхностью 495 стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью 496 стороны всасывания составляет от ста до ста десяти градусов. В еще одном варианте осуществления, угол 83 между уплотнительной поверхностью 495 стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью 496 стороны всасывания составляет сто пять градусов или примерно сто пять градусов.

Уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания и уплотнительная поверхностью 496 стороны всасывания могут находиться под углом к опорной плоскости 86. Опорная плоскость 86 – это центральная плоскость, и может являться плоскостью симметрии, простирающейся через хвост лопатки 462. Опорная плоскость 86 также может простираться от монтажной оси лопатки турбины 460 и включать в себя эту ось. Опорная плоскость 86 простирается сквозь хвост лопатки 462 от переднего конца 466 к заднему концу 467. Когда лопатка турбины 460 установлена на диске турбины 422, опорная плоскость 86 является радиальной плоскостью, которая включает в себя ось диска турбины 422 и простирается от оси через хвост лопатки 462.

Угол 81 – это угол между уплотнительной поверхностью 495 стороны нагнетания и опорной плоскостью 86. В одном варианте осуществления уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания отклонена на угол от шестидесяти до семидесяти градусов относительно опорной плоскости 86. В другом варианте осуществления уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания отклонена на угол от шестидесяти четырех до шестидесяти шести градусов относительно опорной плоскости 86. В еще одном варианте осуществления уплотнительная поверхность 495 стороны нагнетания отклонена на шестьдесят пять градусов, примерно шестьдесят пять градусов, или в пределах установленных допусков для шестьдесят пяти градусов относительно опорной плоскости 86.

Уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания может быть отклонена относительно опорной плоскости 86 в направлении, противоположном уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания. Угол 82 – это угол между уплотнительной поверхностью 496 стороны всасывания и опорной плоскостью 86. В одном варианте осуществления уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания отклонена на угол от сорока до пятидесяти градусов относительно опорной плоскости 86. В другом варианте осуществления уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания отклонена на угол от сорока четырех до сорока шести градусов относительно опорной плоскости 86. В еще одном варианте осуществления уплотнительная поверхность 496 стороны всасывания отклонена на сорок пять градусов, примерно сорок пять градусов, или в пределах установленных допусков для сорока пяти градусов относительно опорной плоскости 86.

Во время работы газотурбинного двигателя 100 штифтовое уплотнение 430 расположено возле уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания и уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания и может контактировать с ними, как показано на РИС. 2 и 5. В некоторых вариантах осуществления штифтовое уплотнение 430 отклонено на угол от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно центральной оси 95 во время работы газотурбинного двигателя 100. В других вариантах осуществления штифтовое уплотнение 430 отклонено на угол от четырех до шести градусов в радиальном направлении относительно центральной оси 95 во время работы газотурбинного двигателя 100.

Когда газотурбинный двигатель 100 не работает, в пазе 464 находится штифтовое уплотнение 430. Вогнутые поверхности переднего паза 488 стороны всасывания (не показаны на РИС. 2 и 5) и заднего паз 489 стороны всасывания выполнены с возможностью включения полости хранения 490 для удержания штифтового уплотнения 430. В некоторых вариантах осуществления штифтовое уплотнение 430 не простирается за наклонную поверхность 482 стороны всасывания, когда штифтовое уплотнение 430 находится в полости хранения 490.

Вогнутые поверхности переднего паза 478 стороны нагнетания (не показаны на РИС. 2 и 5) и задний паз 479 стороны нагнетания выполнены с возможностью направления штифтового уплотнения 430 в перекрытие, образуемое уплотнительной поверхностью 495 стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью 496 стороны всасывания, когда центробежная сила превосходит силу тяжести, и направления штифтового уплотнения 430 в полость хранения 490, когда сила тяжести превосходит центробежную силу; передний паз 488 стороны всасывания и задний паз 489 стороны всасывания выполнены похожим образом.

РИС. 6 изображает вид сверху штифтового уплотнения 430, показанного на РИС. 2 и 5. Согласно РИС. 6, штифтовое уплотнение 430 включает в себя корпус 431, первый конец 432 и второй конец 433. Корпус 431 имеет цилиндрическую форму и простирается от первого конца 432 до второго конца 433. Корпус 431, по сути, является прямым круговым цилиндром. В показанном варианте осуществления первый конец 432 является полушарием или включает в себя полушарную форму, и второй конец 433 является полушарием или включает в себя полушарную форму. Первый конец 432 и второй конец 433 находятся на противоположных концах корпуса 431. В других вариантах осуществления первый конец 432 и второй конец 433 являются круговыми основаниями с каждого конца корпуса 431; края между корпусом 431 и первым концом 432, и корпусом 431 и вторым концом 433 могут быть закруглены.

Согласно РИС. 5, штифтовое уплотнение 430 предназначено для установки между двумя соседними лопатками турбины 460 внутри паза 474 для уплотнения на стороне нагнетания и паза 484 для уплотнения на стороне всасывания. Диаметр штифтового уплотнения 430 может быть больше, чем зазор 497 между наклонными поверхностями. В одном варианте осуществления, диаметр штифтового уплотнения 430 составляет от 2,362 мм (0,093 дюйма) до 2,464 мм (0,097 дюйма). В другом варианте осуществления, диаметр штифтового уплотнения 430 составляет 2,413 мм (0,095 дюйма) или находится в пределах заданного допуска для 2,413 мм (0,095 дюйма).

РИС. 7 изображает вид в перспективе на сторону всасывания 481 узла лопатки турбины 455, включая лопатку турбины 460, показанную на РИС. 4, и штифтовое уплотнение 430, показанное на РИС. 6. До установки лопаток турбины 460 на турбинный диск 422 как части дискового узла турбины 420, штифтовое уплотнение 430 крепится к каждой из лопаток турбины 460. В показанном варианте осуществления штифтовое уплотнение 430 крепится к лопатке турбины 460 внутри паза 484 для уплотнения на стороне всасывания, чтобы обеспечить возможность установки лопатки турбины 460 аксиально от задней стороны турбинного диска 422. В прочих вариантах осуществления штифтовое уплотнение 430 может крепиться к пазу 464 либо в пазе 474 для уплотнения на стороне нагнетания, либо в пазе 484 для уплотнения на стороне всасывания. Штифтовое уплотнение 430 может приклеиваться к лопатке турбины 460 или крепиться другими способами. Клеи, такие как клейкая лента, могут использоваться для крепления штифтового уплотнения 430 к лопатке турбины 460.

Штифтовое уплотнение 430 выполнено с возможностью простирания из переднего паза 488 стороны всасывания до заднего паза 489 стороны всасывания. Когда штифтовое уплотнение 430 контактирует с передней поверхностью 443 стороны всасывания, штифтовое уплотнение 430 может простираться за заднюю поверхность 494 амортизатора стороны всасывания и в задний паз 489 стороны всасывания, перекрывая задний упор 487 амортизатора стороны всасывания. Когда штифтовое уплотнение 430 контактирует с задней поверхностью 444 стороны всасывания, штифтовое уплотнение 430 может простираться за переднюю поверхность 493 амортизатора стороны всасывания и в передний паз 488 стороны всасывания, перекрывая передний упор 486 амортизатора стороны всасывания. В некоторых вариантах осуществления штифтовое уплотнение 430 также может простираться за передний край 458 в осевом направлении опорной оси, когда штифтовое уплотнение 430 контактирует с задней поверхностью 444 стороны всасывания. Опорная линия 89 показывает расстояние, на которое штифтовое уплотнение 430 простирается за передний край 458. Опорная линия 91 простирается наружу от конца штифтового уплотнения 430, перпендикулярного к опорной оси. Опорная линия 92 пересекает самую переднюю точку переднего края 458 и простирается параллельно опорной линии 91. Опорная линия 89 простирается между опорными линиями 91 и 92 и перпендикулярна опорным линиям 91 и 92. В одном варианте осуществления штифтовое уплотнение 430 простирается за самую переднюю точку переднего края 458 на расстояние от 0,254 мм (0,010 дюйма) до 0,762 мм (0,030 дюйма). В другом варианте осуществления штифтовое уплотнение 430 простирается за передний край 458 как минимум на 0,508 мм (0,020 дюйма), когда штифтовое уплотнение 430 контактирует с задней поверхностью 444 стороны всасывания.

В одном варианте осуществления, длина штифтового уплотнения 430 составляет от 42,037 мм (1,655 дюйма) до 42,291 мм (1,665 дюйма). В другом варианте осуществления, длина штифтового уплотнения 430 составляет 42,164 мм (1,660 дюйма) или находится в пределах заданного допуска для 42,164 мм (1,660 дюйма).

Штифтовое уплотнение 430 может взаимодействовать с пазом 474 для уплотнения на стороне нагнетания, передним пазом 478 стороны нагнетания, задним пазом 479 стороны нагнетания, передним упором 476 амортизатора стороны нагнетания, задним упором 477 амортизатора стороны нагнетания, передней поверхностью 441 стороны нагнетания, задней поверхностью 442 стороны нагнетания, передней поверхностью 491 амортизатора стороны нагнетания и задней поверхностью 492 амортизатора стороны нагнетания таким же или похожим образом, каким штифтовое уплотнение 430 взаимодействует с пазом 484 для уплотнения на стороне всасывания, передним пазом 488 стороны всасывания, задним пазом 489 стороны всасывания, передним упором 486 амортизатора стороны всасывания, задним упором 487 амортизатора стороны всасывания, передней поверхностью 443 стороны всасывания, задней поверхностью 444 стороны всасывания, передней поверхностью 493 амортизатора стороны всасывания и задней поверхностью 494 амортизатора стороны всасывания, как описано выше.

Один или несколько компонентов, указанных выше (или их подкомпонентов), могут изготавливаться из нержавеющей стали и/или долговечных, стойких к высоким температурам материалов, известных как "суперсплавы". Суперсплав, или сверхпрочный сплав, является сплавом, который отличается превосходной механической прочностью и сопротивлением ползучести при высоких температурах, хорошей стабильностью поверхности и устойчивостью к коррозии и окислению. Суперсплавы могут включать в себя такие материалы, как ХАСТЕЛЛОЙ, ИНКОНЕЛЬ, ВАСПАЛОЙ, сплавы РЕНЕ, сплавы ХЕЙНСА, ИНКОЛОЙ, MP98T, сплавы TMS, а также монокристаллические сплавы CMSX. В вариантах осуществления штифтовое уплотнение 430 выполнено из сплава ХЕЙНСА 25, а турбинный диск 422 выполнен из сплава ВАСПАЛОЙ.

Промышленная применимость

Газотурбинные двигатели могут подходить для многочисленных промышленных задач, например, различные области нефтегазовой промышленности (включая передачу, сбор, хранение, извлечение и подъем нефти и природного газа), энергетика, комбинированное производство тепловой и электрической энергии, аэрокосмическая отрасль и прочие отрасли, связанные с транспортировкой.

Согласно РИС. 1, газ (обычно воздух 10) поступает во впускное отверстие 110 в качестве "рабочей текучей среды" и сжимается посредством компрессора 200. В компрессоре 200 рабочая текучая среда сжимается в кольцевом протоке 115 посредством ряда дисковых узлов компрессора 220. В частности, воздух 10 сжимается на нескольких "стадиях", стадии связаны с каждым дисковым узлом компрессора 220. Например, "воздух 4-й стадии" может быть связан с 4-м дисковым узлом компрессора 220 в направлении вниз по течению или "заднем" направлении, от входа 110 к выходу 500. Подобным образом каждый дисковый узел компрессора 420 может быть связан с определенной стадией.

Как только воздух 10 покидает компрессор 200, он попадает в блок сгорания 300, где он рассеивается с добавлением топлива. Воздух 10 и топливо впрыскиваются в камеру сгорания 390 через инжектор 350 и сжигаются. Энергия извлекается из реакции сгорания посредством турбины 400 каждой стадией ряда дисковых узлов турбины 420. Выхлопной газ 90 может рассеиваться в выходном диффузоре 520, собираться и перенаправляться. Выхлопной газ 90 выходит из системы через выхлопной коллектор 550 и может подвергаться дальнейшей обработке (например, для уменьшения выбросов вредных веществ и/или рекуперации тепла из выхлопного газа 90).

Согласно РИС. 1 и 2, воздух 10 нагревается во время реакции сгорания и направляется через турбину 400. Некоторая часть нагретого воздуха может проходить через зазоры 497 наклонных поверхностей между лопатками турбины 460. Воздух 10, проходящий через зазоры 497 наклонных поверхностей, может давить на дисковые стойки 424 и на амортизаторы 425. Нагретый воздух 10 может также увеличивать температуру частей лопаток турбины 460, соседних с карманом 465 под платформой лопатки, части дисковых стоек 424 и части амортизаторов 425.

Уменьшение температуры этих компонентов может увеличить долговечность при ползучести и срок службы этих компонентов. Согласно РИС. 2 и 5, паз для уплотнения 464 с штифтовым уплотнением 430 могут располагаться у каждого зазора 497 наклонной поверхности. Во время работы газотурбинного двигателя 100, центробежная сила может придавливать штифтовое уплотнение 430 к уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания и уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания соседних лопаток турбины 460. Каждое штифтовое уплотнение 430 может предотвращать прохождение воздуха через зазор 497 наклонной поверхности, может уменьшать объем нагретого воздуха, проходящего через зазор 497 наклонной поверхности или может препятствовать потоку нагретого воздуха, проходящего через зазор 497 наклонной поверхности. Штифтовые уплотнения 430 также могут перенаправлять нагретый воздух, проходящий через зазор 497 наклонной поверхности, что может предотвращать прямое давление нагретого воздуха на дисковые стойки 424 или амортизаторы 425. Предотвращение или уменьшение объема нагретого воздуха, проходящего через зазор 497 наклонной поверхности, а также предотвращение прямого давления нагретого воздуха на дисковые стойки 424 и амортизаторы 425 может уменьшить рабочие температуры частей лопаток турбины 460, дисковых стоек 424 и амортизаторов 425.

Штифтовое уплотнение 430 может выполняться с возможностью простирания перед передним краем 458 в осевом направлении опорной оси. Простирание либо первого конца 432, либо второго конца 433 перед передним краем 458 может блокировать поток нагретого воздуха, когда он попадает в аэродинамическую поверхность 461.

Во время работы газотурбинного двигателя 100 соответствующие части соседних лопаток турбины 460 и штифтового уплотнения 430 могут смещаться. Штифтовое уплотнение 430 и соседние лопатки турбины 460 могут соединиться, и штифтовое уплотнение 430 может оказаться заклиненным между соседними лопатками турбины 460. Увеличение углов уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания и уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания относительно опорной плоскости 86 и друг друга, например, углов, описанных выше, может предотвратить или уменьшить вероятность соединения. Увеличение углов уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания и уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания может также способствовать созданию равномерного зазора между штифтовым уплотнением 430 и уплотнительной поверхностью 495 стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью 496 стороны всасывания. Увеличение углов уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания и уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания может помочь выровнять вектор контактной нагрузки с вектором нагрузки центробежной силы.

Выравнивание уплотнительной поверхности 495 стороны нагнетания, уплотнительной поверхности 496 стороны всасывания, паза 474 для уплотнения на стороне нагнетания и паза 484 для уплотнения на стороне всасывания в радиальном направлении относительно опорной оси может способствовать использованию более длинного штифтового уплотнения 430. Более длинное штифтовое уплотнение 430 может увеличить площадь контакта между штифтовым уплотнением 430 и уплотнительной поверхностью 495 стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью 496 стороны всасывания, что может увеличить степень уплотнения. Более длинное штифтовое уплотнение 430 может также уменьшить контактные нагрузки центробежной силы и концентрации напряжений на лопатках турбины 460.

Штифтовое уплотнение 430 не остается прикрепленным к лопатке турбины 460 во время работы газотурбинного двигателя 100. Как только газотурбинный двигатель 100 начинает работу, нагрузка центробежной силы на штифтовое уплотнение 430 и увеличение температуры могут нарушить или расплавить клей, что может позволить штифтовому уплотнению 430 перейти в правильное положение по соседству с уплотнительной поверхностью 495 стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью 496 стороны всасывания и в контакте с ними.

Особенности лопатки турбины 460, такие как паз 474 для уплотнения на стороне нагнетания и паз 484 для уплотнения на стороне всасывания, могут быть получены литьём по выплавляемой модели, в процессе которого используется два или более направлений вытягивания литой заготовки, например, составное литье вытягиванием. Эти особенности могут также формироваться в процессе механической обработки, например, электроискровая обработка, фрезерование или шлифование.

Предшествующее подробное описание носит лишь иллюстративный характер и не предназначен для ограничения изобретения или применения и использования настоящего изобретения. Описанные варианты осуществления не имеют ограничений в использовании совместно с определенным типом газотурбинного двигателя. Тем не менее, хотя в настоящем раскрытии, для удобства объяснения, показываются и описываются конкретные лопатки турбины и штифтовые уплотнения, следует понимать, что лопатки турбины и штифтовые уплотнения в соответствии с настоящим раскрытием могут реализовываться в других типах газотурбинных двигателей и использоваться в других типах машин. Кроме того, не существует никакого намерения связать его с какой-либо теорией, представленной в предшествующих предпосылках или подробном описании. Следует также понимать, что иллюстрации могут включать преувеличенные размеры, чтобы лучше проиллюстрировать представленные ссылочные детали, и не подлежат рассмотрению вопроса об ограничении, если иное не указано в качестве таковых.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям и, в частности к штифтовому уплотнению лопаток турбин. Дисковый узел газотурбинного двигателя включает в себя диск турбины, лопатки турбины и штифтовые уплотнения. Каждая лопатка турбины включает в себя платформу с пазом для уплотнения на стороне нагнетания, который простирается в сторону нагнетания платформы, и пазом для уплотнения на стороне всасывания, простирающегося в сторону всасывания платформы. Пазы для уплотнения на стороне нагнетания и стороне всасывания находятся под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно оси диска турбины. Штифтовое уплотнение включает в себя цилиндрическую форму и находится внутри паза для уплотнения, который формируется пазом для уплотнения на стороне нагнетания и пазом для уплотнения на стороне всасывания соседних лопаток турбины. Изобретение направлено на повышение экономичности турбины. 3 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Штифтовое уплотнение (430) для газотурбинного двигателя (100) с диском турбины (422) и множеством лопаток турбины (460), штифтовое уплотнение (430) содержит:

корпус (431) цилиндрической формы;

первый конец (432); и

второй конец (433), противоположный и дистальный относительно первого конца (432);

отличающееся тем, что штифтовое уплотнение (430) предназначено для установки между двумя соседними лопатками турбины (460) внутри паза (474) для уплотнения на стороне нагнетания, проходящего до наклонной поверхности (472) стороны нагнетания первой лопатки турбины (460), и паза (484) для уплотнения на стороне всасывания, проходящего до наклонной поверхности (482) стороны всасывания второй лопатки турбины (460), при этом длина штифтового уплотнения (430) выбрана таким образом, что штифтовое уплотнение (430) выступает перед передним краем (458) аэродинамической поверхности (461) каждой соседней лопатки турбины (460) как минимум на 0,020 дюйма, когда штифтовое уплотнение (430) контактирует либо с задней поверхностью (442) стороны нагнетания, расположенной в конце паза (474) для уплотнения на стороне нагнетания дистально к переднему краю (458) каждой аэродинамической поверхности (461), либо задней поверхностью (444) стороны всасывания, расположенной в конце паза (484) для уплотнения на стороне всасывания дистально к переднему краю (458) каждой аэродинамической поверхности (461), и отличающееся тем, что штифтовое уплотнение (430) отклонено на угол от трех до десяти градусов в радиальном направлении к оси (95) газотурбинного двигателя (100) во время работы газотурбинного двигателя.

2. Штифтовое уплотнение (430) по п. 1, отличающееся тем, что длина штифтового уплотнения (430) составляет от 1,655 до 1,665 дюйма.

3. Штифтовое уплотнение (430) по п. 1, отличающееся тем, что диаметр штифтового уплотнения (430) составляет от 0,093 до 0,097 дюйма.

4. Штифтовое уплотнение (430) по п. 1, отличающееся тем, что диаметр штифтового уплотнения (430) превышает зазор (497) между наклонной поверхностью (472) стороны нагнетания и наклонной поверхностью (482) стороны всасывания соседних лопаток турбины (460).

5. Штифтовое уплотнение (430) по п. 4, отличающееся тем, что штифтовое уплотнение (430) контактирует с уплотнительной поверхностью (495) стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью (496) стороны всасывания, уплотнительная поверхность (495) стороны нагнетания простирается до платформы лопатки турбины от наклонной поверхности (472) стороны нагнетания и расположена под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении к оси (95) газотурбинного двигателя (100), а уплотнительная поверхность (496) стороны всасывания простирается до платформы от наклонной поверхности (482) стороны всасывания и отклоняется на угол от трех до десяти градусов в радиальном направлении к оси (95) газотурбинного двигателя (100).

6. Лопатка турбины в сборе (455), включающая в себя штифтовое уплотнение (430) по любому из предыдущих пунктов, лопатка турбины в сборе (455) дополнительно содержит:

лопатку турбины (460), имеющую

аэродинамическую поверхность (461), простирающуюся в первом направлении; аэродинамическая поверхность (461) содержит

передний край (458),

задний край (459),

сторону нагнетания (471), расположенную между передним краем (458) и задним краем (459), и

сторону всасывания (481), расположенную между передним краем (458) и задним краем (459);

хвостовик лопатки (462), простирающийся во втором направлении, противоположном первому направлению, и

платформу (463), расположенную между аэродинамической поверхностью (461) и хвостовиком лопатки (462); платформа (463) содержит

передний конец (466), прилегающий к переднему краю (458),

задний конец (467), прилегающий к заднему краю (459),

платформу (468) на стороне нагнетания, простирающуюся от стороны нагнетания (471); платформа (468) на стороне нагнетания содержит

наклонную поверхность (472) стороны нагнетания, дистальную стороне нагнетания (471); наклонная поверхность (472) стороны нагнетания простирается от переднего конца (466) к заднему концу (467), и

паз (474) для уплотнения на стороне нагнетания, проходящий до платформы (468) стороны нагнетания от наклонной поверхности (472) стороны нагнетания; паз (474) для уплотнения на стороне нагнетания содержит

передний паз (478) стороны нагнетания, расположенный рядом с передним концом (466), проходящим в передней части наклонной поверхности (472) стороны нагнетания вогнутой формы, и

задний паз (479) стороны нагнетания, расположенный рядом с задним концом (467), проходящим в задней части наклонной поверхности (472) стороны нагнетания вогнутой формы,

при этом паз (474) для уплотнения на стороне нагнетания расположен под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно опорной оси, расположенной под хвостовиком лопатки (462), напротив аэродинамической поверхности (461); опорная ось является коаксиальной с осью диска (422) турбины, если лопатка турбины (460) установлена на диске (422) турбины; паз (474) для уплотнения на стороне нагнетания расположен под углом к переднему пазу (478) стороны нагнетания, который радиально находится ближе к опорной оси, чем задний паз (479) стороны нагнетания; и

платформу (483) стороны всасывания, простирающуюся от стороны всасывания (481) в направлении, противоположном платформе (473) стороны нагнетания; платформа (483) стороны всасывания содержит

наклонную поверхность (482) стороны всасывания, дистальную к наклонной поверхности (481) стороны всасывания, наклонная поверхность (482) стороны всасывания простирается от переднего конца (466) к заднему концу (467), и

паз (484) для уплотнения на стороне всасывания, проходящий до платформы (483) стороны всасывания от наклонной поверхности (482) стороны всасывания, паз (484) для уплотнения на стороне всасывания содержит

передний паз (488) стороны всасывания, расположенный рядом с передним концом (466), проходящим в передней части наклонной поверхности (482) стороны всасывания, и

задний паз (489) стороны всасывания, расположенный рядом с задним концом (467), проходящим в задней части наклонной поверхности (482) стороны всасывания,

при этом паз (484) для уплотнения на стороне всасывания расположен под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении к опорной оси, и передний паз (488) стороны всасывания радиально находится ближе к опорной оси, чем задний паз (489) стороны всасывания.

7. Лопатка турбины в сборе (455) по п. 6, отличающаяся тем, что штифтовое уплотнение (430) прикреплено к лопатке турбины (460) внутри паза (484) для уплотнения на стороне всасывания.

8. Лопатка турбины в сборе (455) по п. 7, отличающаяся тем, что передний паз (488) стороны всасывания включает переднюю поверхность (443) стороны всасывания, а задний паз (489) стороны всасывания включает заднюю поверхность (444) стороны всасывания, паз (484) для уплотнения на стороне всасывания простирается от передней поверхности (443) стороны всасывания до задней поверхности (444) стороны всасывания, а штифтовое уплотнение (430) выступает за передний край (458) в направлении опорной оси, если штифтовое уплотнение (430) контактирует с задней поверхностью (444) стороны всасывания.

9. Лопатка турбины в сборе (455) по п. 7, отличающаяся тем, что штифтовое уплотнение (430) приклеено к лопатке турбины (460).

10. Газотурбинный двигатель (100), содержащий штифтовое уплотнение (430) по любому из предыдущих пп. 1-5.