Статор турбины низкого давления газотурбинного двигателя Российский патент 2023 года по МПК F01D9/02 

Изобретение относится к статорам турбин низкого давления газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известен статор турбины низкого давления газотурбинного двигателя, содержащий полые сопловые лопатки с наружными и внутренними полками, расположенные в проточной части турбины, наружный корпус, образующий с наружными полками кольцевую полость, сообщенную с внутренними полостями сопловых лопаток, сообщенных в свою очередь с проточной частью турбины, внутреннее кольцо, образующее с внутренними полками кольцевую полость, сообщенную с кольцевой полостью, образованной диском ротора турбины высокого давления, диском ротора турбины низкого давления и внутренним кольцом, при этом хвостовик каждой сопловой лопатки выполнен типа «цапфа», полым, с внутренней цилиндрической поверхностью (RU 2560654).

Недостатком известной конструкции является то, что воздух попадает в междисковую полость через внутренние полости сопловых лопаток, что исключает возможность подводить воздух раздельно во внутренние полости сопловых лопаток и междисковую полость с различными, более подходящими для каждой из них параметрами на различных режимах работы двигателя. В частности, это препятствует возможности отключения воздуха, охлаждающего сопловые лопатки ТНД на крейсерском режиме без одновременного прекращения подачи воздуха в междисковую полость турбины. Указанный недостаток приводит к чрезмерному расходу воздуха, что повышает расход топлива на крейсерском режиме и ухудшает экономичность двигателя в целом.

Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения заключается в снижении расхода воздуха за счет возможности независимой подачи воздуха во внутренние полости сопловых лопаток и междисковую полость турбины, что приводит к экономии расхода воздуха и, как следствие, к снижению расхода топлива и повышении экономичности двигателя в целом.

Указанный технический результат обеспечивается тем, что в известном статоре турбины низкого давления газотурбинного двигателя, содержащем полые сопловые лопатки с наружными и внутренними полками, расположенные в проточной части турбины, наружный корпус, образующий с наружными полками кольцевую полость, сообщенную с внутренними полостями сопловых лопаток, сообщенных, в свою очередь, с проточной частью турбины, внутреннее кольцо, образующее с внутренними полками кольцевую полость, сообщенную с кольцевой полостью, образованной диском ротора турбины высокого давления, диском ротора турбины низкого давления и внутренним кольцом, при этом хвостовик каждой сопловой лопатки выполнен типа «цапфа», полым, с внутренней цилиндрической поверхностью, согласно настоящему изобретению кольцевая полость, образованная наружным корпусом и наружными полками сообщена с проточной частью компрессора высокого давления через теплообменник, при этом статор дополнительно содержит кольцевой экран, установленный на наружном корпусе и образующий с ним кольцевую полость, сообщенную с думмисной полостью двигателя, полые трубчатые элементы, радиально установленные во внутренних полостях части сопловых лопаток и сообщающие кольцевую полость, образованную кольцевым экраном и наружным корпусом, с кольцевой полостью, образованной внутренним кольцом и внутренними полками, заглушки, установленные в полых хвостовиках сопловых лопаток без полых трубчатых элементов, причем каждый полый трубчатый элемент соединен с наружным корпусом посредством сферического шарнирного соединения, а с внутренней цилиндрической поверхностью соответствующего ему хвостовика контактирует сферическим буртиком, выполненном на концевом участке его наружной поверхности.

Предложенная конструкция позволяет подавать воздух из двух разных источников с различными параметрами во внутренние полости лопаток и междисковую полость за счет того, что кольцевая полость, образованная наружным корпусом и наружными полками сообщена с проточной частью компрессора высокого давления через теплообменник, при этом статор дополнительно содержит кольцевой экран, установленный на наружном корпусе и образующий с ним кольцевую полость, сообщенную с думмисной полостью двигателя, полые трубчатые элементы, радиально установленные во внутренних полостях части сопловых лопаток и сообщающие кольцевую полость, образованную кольцевым экраном и наружным корпусом, с кольцевой полостью, образованной внутренним кольцом и внутренними полками, заглушки, установленные в полых хвостовиках сопловых лопаток без полых трубчатых элементов. Это приводит к экономии расхода воздуха и, как следствие, к снижению расхода топлива и повышении экономичности двигателя в целом.

При этом соединение трубчатых элементов шарнирно с наружным корпусом сферического шарнирного соединения, а с внутренней цилиндрической поверхностью хвостовиков сопловых лопаток -посредством контакта сферическим буртиком, выполненном на концевых участках наружной поверхности, позволяет компенсировать смещение внутренних полок и наружного корпуса относительно друг друга, в том числе и в радиальном направлении, вследствие их различных тепловых расширений в процессе работы двигателя.

Следует отметить, что установка полых трубчатых элементов в каждую сопловую лопатку не рациональна, т.к. повышает трудоемкость изготовления статора турбины низкого давления и увеличивает стоимость двигателя в целом. Количество полых трубчатых элементов должно быть соответствующим суммарной расчетной площади канала, необходимого (достаточного) для подвода воздуха из думмисной полости двигателя в его междисковую полость. Полые трубчатые элементы расположены в окружном направлении равномерно (по возможности).

На фиг. 1 изображен продольный разрез статора турбины низкого давления газотурбинного двигателя.

На фиг. 2 изображен узел соединения полого трубчатого элемента с наружным корпусом в увеличенном виде.

На фиг. 3 изображен узел соединения полого трубчатого элемента с хвостовиком сопловой лопатки в увеличенном виде.

На фиг. 4 изображен хвостовик сопловой лопатки без полого трубчатого элемента, перекрытый заглушкой, в увеличенном виде.

Статор турбины низкого давления газотурбинного двигателя содержит полые сопловые лопатки 1 с наружными и внутренними полками 2, 3, расположенные в проточной части турбины. Наружный корпус 4, образующий с наружными полками 2 кольцевую полость 5, сообщенную с внутренними полостями сопловых лопаток 1, сообщенных в свою очередь с проточной частью турбины. Внутреннее кольцо 6, образующее с внутренними полками 3 кольцевую полость 7, сообщенную с кольцевой полостью 8, образованной диском ротора турбины высокого давления 9, диском ротора турбины низкого давления 10 и внутренним кольцом 6. Хвостовик 11 каждой сопловой лопатки 1 выполнен типа «цапфа», полым с внутренней цилиндрической поверхностью.

Кольцевая полость 5, образованная наружным корпусом 4 и наружными полками 2, сообщена с проточной частью компрессора высокого давления через теплообменник (на фигурах не показан).

Статор дополнительно содержит кольцевой экран 13, установленный на наружном корпусе 4 и образующий с ним кольцевую полость 14, сообщенную с думмисной полостью (на фигурах не показана) двигателя, полые трубчатые элементы 15, радиально установленные во внутренних полостях части сопловых лопаток 1 и сообщающие кольцевую полость 14, образованную кольцевым экраном 13 и наружным корпусом 4, с кольцевой полостью 7, образованной внутренним кольцом 6 и внутренними полками 3, заглушки 16, установленные в полых цилиндрических хвостовиках 11 сопловых лопаток 1 без полых трубчатых элементов. Заглушки 16 фиксируются, установленными в кольцевых канавках, выполненных на внутренних поверхностях полых цилиндрических хвостовиков 11, пружинными упорными кольцами 17.

Каждый полый трубчатый элемент 15 соединен с кольцевым экраном 13 через промежуточный полый элемент 18, цилиндрической формы. Промежуточные полое элементы 18 установлены по окружности в кольцевой полости 14, образованной кольцевым экраном 13 и наружным корпусом 4 и жестко соединены с кольцевым экраном 13, а также с наружным корпусом 4. В частности промежуточные полые элементы 18 выполнены в виде колпачков цилиндрической формы, в которые заведены концы полых трубчатых элементов 15, и при этом промежуточные полые элементы 18 и полые трубчатые элементы 15 соединены друг с другом посредством сферических шарниров (зона контакта промежуточного полого элемента 18 со сферическим буртиком полого трубчатого элемента 15). В зоне кольцевой полости 14 между кольцевым экраном 13 и наружным корпусом 4 в промежуточных полых элементах выполнены сквозные отверстия 19 (перпендикулярно оси симметрии полых элементов). С внутренней цилиндрической поверхностью хвостовика 11 каждый полый трубчатый элемент 15 контактирует сферическим буртиком 20, выполненном на концевом участке его наружной поверхности.

Кольцевая полость 7 сообщена с кольцевой полостью 8 через отверстия 21 и радиальный зазор лабиринтного уплотнения 22.

Кольцевая полость 5 сообщена с проточной частью компрессора высокого давления через теплообменник (на фигурах не показан), а также отверстия 23 в наружном корпусе 4.

В процессе работы двигателя его детали подвергаются нагреву, и при необходимости требуется охлаждение некоторых из них за счет подачи воздуха из подходящих по параметрам полостей компрессора.

Кольцевая полость 5 питается воздухом из-за последней ступени компрессора, а кольцевая полость 14 из думмисной полости двигателя. На некоторых режимах работы двигателя точка фиксации промежуточного полого элемента 18, расположенная на кольцевом экране 13, может перемещаться (в результате нагрева) в осевом и радиальном направлении относительно цапфы 11, расположенной на внутренней полке сопловой лопатки 1. При этом происходит свободный поворот сферического буртика полого трубчатого элемента 15 относительно промежуточного полого элемента 18 и поворот сферического буртика 19 трубчатого полого элемента 15 относительно цапфы 11 с одновременным радиальным перемещением буртика 19 относительно цапфы 11. Таким образом предложенная конструкция транзитного узла (совокупность промежуточного полого элемента 18 с полым трубчатым элементом 15) образует шарнир и предотвращает разрушение или деформацию деталей, обеспечивающих подвод охлаждающего воздуха из полости 14 в полость 8.

Изобретение относится к статорам турбин низкого давления газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Статор турбины низкого давления газотурбинного двигателя, содержащий полые сопловые лопатки с наружными и внутренними полками, расположенные в проточной части турбины, наружный корпус, образующий с наружными полками кольцевую полость, сообщенную с внутренними полостями сопловых лопаток, сообщенных, в свою очередь, с проточной частью турбины, внутреннее кольцо, образующее с внутренними полками кольцевую полость, сообщенную с кольцевой полостью, образованной диском ротора турбины высокого давления, диском ротора турбины низкого давления и внутренним кольцом, при этом хвостовик каждой сопловой лопатки выполнен типа «цапфа», полым, с внутренней цилиндрической поверхностью, согласно изобретению кольцевая полость, образованная наружным корпусом и наружными полками сообщена с проточной частью компрессора высокого давления через теплообменник, при этом статор дополнительно содержит кольцевой экран, установленный на наружном корпусе и образующий с ним кольцевую полость, сообщенную с думмисной полостью двигателя, полые трубчатые элементы, радиально установленные во внутренних полостях части сопловых лопаток и сообщающие кольцевую полость, образованную кольцевым экраном и наружным корпусом, с кольцевой полостью, образованной внутренним кольцом и внутренними полками, заглушки, установленные в полых хвостовиках сопловых лопаток без полых трубчатых элементов, причем каждый полый трубчатый элемент соединен с наружным корпусом посредством сферического шарнирного соединения, а с внутренней цилиндрической поверхностью соответствующего ему хвостовика контактирует сферическим буртиком, выполненном на концевом участке его наружной поверхности. Изобретение обеспечивает снижение расхода воздуха за счет возможности независимой подачи воздуха во внутренние полости сопловых лопаток и междисковую полость турбины, что приводит к экономии расхода воздуха и к снижению расхода топлива и повышению экономичности двигателя в целом. 4 ил.

Статор турбины низкого давления газотурбинного двигателя, содержащий полые сопловые лопатки с наружными и внутренними полками, расположенные в проточной части турбины, наружный корпус, образующий с наружными полками кольцевую полость, сообщенную с внутренними полостями сопловых лопаток, сообщенных, в свою очередь, с проточной частью турбины, внутреннее кольцо, образующее с внутренними полками кольцевую полость, сообщенную с кольцевой полостью, образованной диском ротора турбины высокого давления, диском ротора турбины низкого давления и внутренним кольцом, при этом хвостовик каждой сопловой лопатки выполнен типа «цапфа», полым, с внутренней цилиндрической поверхностью, отличающийся тем, что кольцевая полость, образованная наружным корпусом и наружными полками сообщена с проточной частью компрессора высокого давления через теплообменник, при этом статор дополнительно содержит кольцевой экран, установленный на наружном корпусе и образующий с ним кольцевую полость, сообщенную с думмисной полостью двигателя, полые трубчатые элементы, радиально установленные во внутренних полостях части сопловых лопаток и сообщающие кольцевую полость, образованную кольцевым экраном и наружным корпусом, с кольцевой полостью, образованной внутренним кольцом и внутренними полками, заглушки, установленные в полых хвостовиках сопловых лопаток без полых трубчатых элементов, причем каждый полый трубчатый элемент соединен с наружным корпусом посредством сферического шарнирного соединения, а с внутренней цилиндрической поверхностью соответствующего ему хвостовика контактирует сферическим буртиком, выполненном на концевом участке его наружной поверхности.