СОПЛОВОЙ АППАРАТ РЕВЕРСИВНОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2018 года по МПК F01D1/30 F01D25/24 F01D9/02 

Изобретение относится к области двигателестроения, в частности к сопловым аппаратам реверсивных турбин, и может найти применение при проектировании реверсивных судовых двигателей с реверсивной турбиной.

Наиболее близким является сопловой аппарата реверсивной турбины, включающий сопловой аппарат прямого хода, расположенный на нижнем ярусе турбины, и сопловой аппарат заднего хода, расположенный в верхнем ярусе турбины («Технологическое обеспечение проектирования и производства газотурбинных двигателей» под ред. Б.Н. Леонова, А.С.Новикова/ Б.Н. Леонов, А.С.Новиков, Е.Н. Богомолов и др. Изд.: ОАО «Рыбинский дом печати», Рыбинск, 2000 г. - 407 С., стр. 30 рис. 1.30).

Недостатками данной конструкции соплового аппарата являются сложность изготовления его лопаточных секторов, связанная с наличием в них двух ярусов лопаток и трех платформ, выполненных за одно целое, также значительные напряжения, связанные с консольным закреплением лопаточных секторов в наружном корпусе за верхнюю платформу, и с большой разностью рабочих температур между платформами сектора, возникающей в них в процессе работы, и, как следствие, ухудшение надежности их работы, также утечки газа через подвижное уплотнение из полости перед сопловым аппаратом прямого хода в полость перед сопловым аппаратом заднего хода, приводящее к ухудшению параметров силовой турбины на режиме прямого хода.

Техническим результатом, на который направлено изобретение, является снижение напряжений на элементы соплового аппарата благодаря выполнению ярусов соплового аппарата отдельными друг от друга, а также улучшение параметров работы самой реверсивной турбины, как на прямом ходу, так и на заднем, связанное с полным исключением перетекания газа между полостями перед сопловыми аппаратами прямого и заднего хода, упрощение технологического процесса изготовления элементов соплового аппарата, и как следствие повышение надежности реверсивной турбины и реверсивного двигателя в целом.

Технический результат достигается тем, что сопловой аппарат реверсивной турбины, включающий сопловой аппарат прямого хода, расположенный на нижнем ярусе турбины, и сопловой аппарат заднего хода, расположенный в верхнем ярусе турбины, в отличие от известного содержит промежуточный корпус, на внешней стороне которого закреплены секторы соплового аппарата заднего хода с помощью нижних платформ, а на внутренней стороне промежуточного корпуса закреплены секторы соплового аппарата прямого хода с помощью верхних платформ, нижняя платформа каждого сектора соплового аппарата заднего хода снабжена передним зацепом, входящим в кольцевую проточку корпуса промежуточного, имеющую опорные цилиндрические поверхности, снабжена задней цилиндрической опорной поверхностью, опирающейся на поверхность корпуса промежуточного и снабжена радиальным выступом, выполненным на задней части нижней платформы со стороны, обращенной к оси двигателя, и входящим в продольный паз промежуточного корпуса и одновременно входящим в зацепление с радиальным выступом сектора соплового аппарата прямого хода, расположенного напротив, при этом каждый сектор соплового аппарата заднего хода снабжен сквозными отверстиями, проходящими через профили пера одной из лопаток сектора, с установленными в них штифтами, концы которых входят в глухие отверстия промежуточного корпуса, со стороны верхней платформы сектора соплового аппарата заднего хода штифты зафиксированы с помощью контровочных пластин, верхняя платформа каждого сектора соплового аппарата прямого хода содержит передний зацеп, опирающийся цилиндрической поверхностью на внутреннее кольцевое ребро промежуточного корпуса, торцевую кольцевую проточку под передним зацепом, сопрягающуюся с предыдущей ступенью турбины прямого хода, и заднее ребро, опирающееся на опорные поверхности промежуточного корпуса: торцевую поверхность его заднего внутреннего бурта и цилиндрическую поверхность, и содержит радиальный выступ, входящий в паз на заднем торце промежуточного корпуса, и одновременно входящий в зацепление с радиальным выступом сектора соплового аппарат заднего хода, верхняя платформа каждого сектора соплового аппарата заднего хода снабжена плоским ребром, устанавливающимся в кольцевую радиальную проточку подвижного разрезного кольца уплотнительного, установленного в кольцевой торцевой проточке наружного корпуса. На фигурах показаны:

Фиг. 1 - Сопловой аппарат реверсивной турбины;

Фиг. 2 - Крепление к промежуточному корпусу секторов соплового аппарата прямого хода и секторов соплового аппарат заднего хода, вид I фиг. 1;

Фиг. 3 - Сектор соплового аппарата заднего хода;

Фиг. 4 - Промежуточный корпус соплового аппарата реверсивной турбины;

Фиг. 5 - Вид II фиг. 1;

Фиг. 6 - Сектор соплового аппарата прямого хода.

Сопловой аппарат реверсивной турбины содержит сопловой аппарат прямого хода 1 и сопловой аппарат заднего хода 2 (Фиг. 1).

Сопловой аппарат прямого хода 1 расположен на нижнем ярусе турбины. Сопловой аппарат заднего хода 2 расположен в верхнем ярусе турбины.

Сопловой аппарат реверсивной турбины содержит промежуточный корпус 3, на внешней стороне которого закреплены секторы 4 соплового аппарата заднего хода 2 с помощью нижних платформ 5, а на внутренней стороне промежуточного корпуса 3 закреплены секторы 6 сопловой аппарата прямого хода 1 с помощью верхних платформ 7 (Фиг. 1).

Нижняя платформа 5 каждого сектора 4 соплового аппарата заднего хода 2 снабжена передним зацепом 8, входящим в кольцевую проточку 9 промежуточного корпуса 3, имеющую опорные цилиндрические поверхности 10 и 11, и снабжена задней цилиндрической опорной поверхностью 12, опирающейся на поверхность 13 корпуса промежуточного 3 (Фиг. 2, Фиг. 3).

Нижняя платформа 5 каждого сектора 4 соплового аппарата заднего хода 2 снабжена радиальным выступом 14 (Фиг. 3), выполненным в задней части нижней платформы 5 со стороны, обращенной к оси двигателя, и входящим в продольный паз 15 промежуточного корпуса 3 (Фиг. 4).

При этом каждый сектор 4 соплового аппарата заднего хода 2 снабжен сквозными отверстиями 16, проходящими через профили пера одной из лопаток сектора 4. В эти отверстия 16 устанавливаются штифты 17, концы которых входят в глухие отверстия 18 промежуточного корпуса 3. Со стороны верхней платформы 19 каждого сектора 4 соплового аппарата заднего хода 2 штифты 17 зафиксированы с помощью контровочных пластин 20, установленных в пазу платформы 19 (Фиг. 2, Фиг. 5).

Верхняя платформа 7 каждого сектора 6 соплового аппарата прямого хода 1 содержит передний зацеп 21, опирающийся цилиндрической поверхностью 22 на внутреннее кольцевое ребро 23 промежуточного корпуса 3, торцевую кольцевую проточку 24 под передним зацепом 21, сопрягающуюся с предыдущей ступенью 25 турбины прямого хода (Фиг. 2, Фиг. 6).

Так же верхняя платформа 7 имеет заднее ребро 26, опирающееся на опорные поверхности промежуточного корпуса 3: торцевую 27 поверхность его заднего внутреннего бурта 28 и цилиндрическую поверхность 29, радиальный выступ 30, входящий в паз 15 на заднем торце промежуточного корпуса 3, и одновременно входящий в зацепление с радиальным выступом 14 нижней платформы 5 сектора 4 соплового аппарата заднего хода 2, расположенного напротив (Фиг. 6).

Верхняя платформа 19 каждого сектора 4 соплового аппарата заднего хода 2 снабжена плоским ребром 31, устанавливающимся в кольцевую радиальную проточку 32 подвижного разрезного уплотнительного кольца 33, установленного в кольцевой торцевой проточке 34 наружного корпуса 35 (Фиг. 1).

Сборка соплового аппарата реверсивной турбины производится следующим образом.

Предварительно секторы 6 соплового аппарата прямого хода 1 собирают с внутренним корпусом турбины (не показан) и устанавливают в промежуточный корпус 3 с предварительным наклоном каждого сектора 6 соплового аппарата прямого хода 1 в радиальной плоскости, проходящей вблизи середины его хорды. При этом передний зацеп 21 верхней платформы 7 своей цилиндрической поверхностью 22 опирается на цилиндрическую поверхность внутреннего кольцевого ребра 23 промежуточного корпуса 3, а нижняя поверхность кольцевой проточки 24 под передним зацепом 21 верхней платформы 7 сопрягается с поверхностью предыдущей ступени 25 турбины прямого хода. Заднее ребро 26 верхней платформы 7 при этом должно упираться в цилиндрическую 29 и торцевую 27 поверхности, а радиальный выступ 30 должен входить в паз 15 на заднем торце промежуточного корпуса 3.

Далее устанавливают секторы 4 соплового аппарата заднего хода 2 с внешней стороны промежуточного корпуса 3, таким образом, чтобы передний зацеп 8 нижней платформы 5 каждого сектора 4 соплового аппарата заднего хода 2 входил в кольцевую проточку 9 промежуточного корпуса 3. При этом цилиндрическая поверхность 12 в задней части нижней платформы 5 опирается на поверхность 13 промежуточного корпуса 3, радиальный выступ 14 входит в радиальный паз 15 на заднем торце промежуточного корпуса 3, при этом его зацеп входит в сопряжение с зацепом радиального выступа 30 сектора 6 соплового аппарата прямого хода 1. Затем в отверстия 16 каждого сектора 4 соплового аппарата заднего хода 2 устанавливают фиксирующие штифты 17, концы которых входят в глухие отверстия 18 промежуточного корпуса 3. Со стороны верхних платформ 19 секторов 4 соплового аппарата заднего хода 2 в пазы устанавливают пластины контровочные 20, фиксирующие штифты 17 в осевом направлении.

Далее на верхние платформы 19 секторов 4 соплового аппарата заднего хода 2 устанавливается подвижное разрезное кольцо уплотнительное 33, при этом в его радиальную проточку 32 входят ребра 31 платформ 19, после чего собранный узел устанавливается в корпус наружный 35, в торцевую проточку 34 которого входит цилиндрический выступ разрезного кольца уплотнительного 33.

Благодаря тому, что сопловой аппарат реверсивной турбины, включающий сопловой аппарат прямого хода, расположенный на нижнем ярусе турбины, и сопловой аппарат заднего хода, расположенный в верхнем ярусе турбины, в отличие от известного содержит промежуточный корпус, на внешней стороне которого закреплены секторы соплового аппарата заднего хода с помощью нижних платформ, а на внутренней стороне промежуточного корпуса закреплены секторы соплового аппарата прямого хода с помощью верхних платформ, нижняя платформа каждого сектора соплового аппарата заднего хода снабжена передним зацепом, входящим в кольцевую проточку корпуса промежуточного, имеющую опорные цилиндрические поверхности, снабжена задней цилиндрической опорной поверхностью, опирающейся на поверхность корпуса промежуточного и снабжена радиальным выступом, выполненным на задней части нижней платформы со стороны, обращенной к оси двигателя, и входящий в продольный паз промежуточного корпуса и одновременно входящий в зацепление с радиальным выступом сектора соплового аппарата прямого хода, расположенного напротив, при этом каждый сектор соплового аппарата заднего хода снабжен сквозными отверстиями, проходящими через профили пера одной из лопаток сектора, с установленными в них штифтами, концы которых входят в глухие отверстия промежуточного корпуса, со стороны верхней платформы сектора соплового аппарата заднего хода штифты зафиксированы с помощью контровочных пластин, верхняя платформа каждого сектора соплового аппарата прямого хода содержит передний зацеп, опирающийся цилиндрической поверхностью на внутреннее кольцевое ребро промежуточного корпуса, торцевую кольцевую проточку под передним зацепом, сопрягающуюся с предыдущей ступенью турбины прямого хода, и заднее ребро, опирающееся на опорные поверхности промежуточного корпуса: торцевую поверхность его заднего внутреннего бурта и цилиндрическую поверхность, и содержит радиальный выступ, входящий в паз на заднем торце промежуточного корпуса, и одновременно входящий в зацепление с радиальным выступом сектора соплового аппарат заднего хода, верхняя платформа каждого сектора соплового аппарата заднего хода снабжена плоским ребром, устанавливающимся в кольцевую радиальную проточку подвижного разрезного кольца уплотнительного, установленного в кольцевой торцевой проточке наружного корпуса, достигается снижение напряжений на элементы соплового аппарата благодаря выполнению ярусов соплового аппарата отдельными друг от друга, а также улучшение параметров работы самой реверсивной турбины, как на прямом ходу, так и на заднем, связанное с полным исключением перетекания газа между полостями перед сопловыми аппаратами прямого и заднего хода, упрощение технологического процесса изготовления элементов соплового аппарата, и как следствие повышение надежности реверсивной турбины и реверсивного двигателя в целом.

Сопловой аппарат реверсивной турбины включает сопловой аппарат прямого хода, расположенный на нижнем ярусе турбины, сопловой аппарат заднего хода, расположенный в верхнем ярусе турбины, и промежуточный корпус. На внешней стороне промежуточного корпуса закреплены секторы соплового аппарата заднего хода с помощью нижних платформ, а на внутренней стороне промежуточного корпуса закреплены секторы соплового аппарата прямого хода с помощью верхних платформ. Нижняя платформа каждого сектора соплового аппарата заднего хода снабжена передним зацепом, входящим в кольцевую проточку промежуточного корпуса, имеющую опорные цилиндрические поверхности, снабжена задней цилиндрической опорной поверхностью, опирающейся на поверхность промежуточного корпуса, и снабжена радиальным выступом. Радиальный выступ выполнен на задней части нижней платформы со стороны, обращенной к оси двигателя, и входит в продольный паз промежуточного корпуса и одновременно входит в зацепление с радиальным выступом сектора соплового аппарата прямого хода, расположенного напротив. Каждый сектор соплового аппарата заднего хода снабжен сквозными отверстиями, проходящими через профили пера одной из лопаток сектора, с установленными в них штифтами, концы которых входят в глухие отверстия промежуточного корпуса. Со стороны верхней платформы сектора соплового аппарата заднего хода штифты зафиксированы с помощью контровочных пластин. Верхняя платформа каждого сектора соплового аппарата прямого хода содержит передний зацеп, опирающийся цилиндрической поверхностью на внутреннее кольцевое ребро промежуточного корпуса, торцевую кольцевую проточку под передним зацепом, сопрягающуюся с предыдущей ступенью турбины прямого хода, заднее ребро и радиальный выступ. Заднее ребро опирается на опорные поверхности промежуточного корпуса: торцевую поверхность его заднего внутреннего бурта и цилиндрическую поверхность. Радиальный выступ входит в паз на заднем торце промежуточного корпуса и одновременно входит в зацепление с радиальным выступом сектора соплового аппарат заднего хода. Изобретение позволяет повысить надежность реверсивной турбины за счет снижения напряжений на элементы соплового аппарата. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

1. Сопловой аппарат реверсивной турбины, включающий сопловой аппарат прямого хода, расположенный на нижнем ярусе турбины, и сопловой аппарат заднего хода, расположенный в верхнем ярусе турбины, отличающийся тем, что сопловой аппарат реверсивной турбины содержит промежуточный корпус, на внешней стороне которого закреплены секторы соплового аппарата заднего хода с помощью нижних платформ, а на внутренней стороне промежуточного корпуса закреплены секторы соплового аппарата прямого хода с помощью верхних платформ, нижняя платформа каждого сектора соплового аппарата заднего хода снабжена передним зацепом, входящим в кольцевую проточку промежуточного корпуса, имеющую опорные цилиндрические поверхности, снабжена задней цилиндрической опорной поверхностью, опирающейся на поверхность корпуса промежуточного, и снабжена радиальным выступом, выполненным в задней части нижней платформы со стороны, обращенной к оси двигателя, и входящим в продольный паз промежуточного корпуса и одновременно входящим в зацепление с радиальным выступом сектора соплового аппарата прямого хода, расположенного напротив, при этом каждый сектор соплового аппарата заднего хода снабжен сквозными отверстиями, проходящими через профили пера одной из лопаток сектора, с установленными в них штифтами, концы которых входят в глухие отверстия промежуточного корпуса, со стороны верхней платформы сектора соплового аппарата заднего хода штифты зафиксированы с помощью контровочных пластин, верхняя платформа каждого сектора соплового аппарата прямого хода содержит передний зацеп, опирающийся цилиндрической поверхностью на внутреннее кольцевое ребро промежуточного корпуса, торцевую кольцевую проточку под передним зацепом, сопрягающуюся с предыдущей ступенью турбины прямого хода, и заднее ребро, опирающееся на опорные поверхности промежуточного корпуса: торцевую поверхность его заднего внутреннего бурта и цилиндрическую поверхность, и содержит радиальный выступ, входящий в паз на заднем торце промежуточного корпуса и одновременно входящий в зацепление с радиальным выступом сектора соплового аппарат заднего хода.

2. Сопловой аппарат реверсивной турбины по п. 1 отличающийся тем, что верхняя платформа каждого сектора соплового аппарата заднего хода снабжена плоским ребром, устанавливающимся в кольцевую радиальную проточку подвижного разрезного кольца уплотнительного, установленного в кольцевой торцевой проточке наружного корпуса.