ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ
Настоящее изобретение относится к статорному узлу для газовой турбины и к газовой турбине, содержащей указанный статорный узел. В частности, газовая турбина по настоящему изобретению представляет собой часть установки для выработки электроэнергии.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Как известно, газовая турбина для энергосиловых установок содержит компрессор, камеру сгорания и турбину.
В частности, компрессор содержит входное отверстие, в которое подается воздух, и множество вращающихся лопаток, сжимающих проходящий воздух. Сжатый воздух, выходящий из компрессора, проходит в камеру повышенного давления, то есть замкнутое пространство, ограниченное наружным корпусом, и оттуда в камеру сгорания. Внутри камеры сгорания сжатый воздух смешивается с, по меньшей мере, одним топливом и сжигается. Образующийся в результате, горячий газ выходит из камеры сгорания и расширяется в турбине. Расширение горячего газа в турбине вызывает перемещение вращающихся лопаток, соединенных с ротором, при этом выполняется работа.
Как компрессор, так и турбина содержат множество статорных узлов, расположенных в аксиальном направлении между роторными узлами.
Каждый роторный узел содержит диск ротора, вращающийся вокруг главной оси, и множество лопаток, опирающихся на диск ротора.
Каждый статорный узел содержит множество лопаток статора, опирающихся на соответствующую обойму, и статорное кольцо, расположенное вокруг ротора.
Между статорными узлами и роторными узлами образовано множество полостей, расположенных между узлами.
В турбине уплотняющий воздух обычно отбирается от компрессора и вводится в указанные полости между узлами для избежания или ограничения всасывания горячего газа из горячего тракта в полости между узлами.
Минимизация количества воздуха, расходуемого на уплотнение и охлаждение полостей между узлами, предпочтительна для эксплуатационных характеристик энергосиловой установки. Однако указанная минимизация предполагает необходимость использования дорогих материалов с улучшенными свойствами и/или выбор конструкций, имеющих очень сложную геометрию.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Следовательно, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить статорный узел для газовой турбины, который позволяет избежать описанных недостатков или, по меньшей мере, уменьшить их.
В частности, задача настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить статорный узел, имеющий усовершенствованную конструкцию, позволяющую минимизировать количество уплотняющего воздуха и в то же время гарантировать достаточную защиту от термических повреждений.
В соответствии с указанными задачами настоящее изобретение относится к статорному узлу для газовой турбины, содержащему:
статорное кольцо, которое проходит вокруг продольной оси А и содержит наружную краевую часть, выполненную с кольцевым пазом, при этом кольцевой паз определяет границы стенки, расположенной со стороны передней кромки, и стенки, расположенной со стороны задней кромки, при этом стенка, расположенная со стороны передней кромки, выполнена с кольцевой радиальной поверхностью, расположенной со стороны передней кромки, и с кольцевой аксиальной поверхностью, расположенной со стороны передней кромки;
множество лопаток статора, расположенных радиально и присоединенных рядом друг с другом к наружной краевой части статорного кольца так, чтобы закрыть кольцевой паз и образовать кольцевой охлаждающий канал, при этом каждая лопатка статора содержит перо, наружный бандажный элемент и внутренний бандажный элемент, присоединенный к статорному кольцу, при этом внутренний бандажный элемент содержит платформу и выступ, расположенный со стороны передней кромки, и выступ, расположенный со стороны задней кромки, проходящие в радиальном направлении внутрь от платформы, при этом выступ, расположенный со стороны передней кромки, соединен со стенкой, расположенной со стороны передней кромки, и выступ, расположенный со стороны задней кромки, соединен со стенкой, расположенной со стороны задней кромки; при этом выступ, расположенный со стороны передней кромки, соединен со стенкой, расположенной со стороны передней кромки, так, чтобы оставить основной радиальный зазор между стенкой, расположенной со стороны передней кромки, и платформой и образовать расположенную со стороны передней кромки поверхность выступа, расположенного со стороны передней кромки;
при этом на той поверхности выступа, расположенного со стороны передней кромки, которая расположена со стороны передней кромки, выполнено, по меньшей мере, одно основное отверстие для охлаждения, сообщающееся по текучей среде с кольцевым охлаждающим каналом;
при этом стенка, расположенная со стороны передней кромки, содержит основной направляющий выступ, выступающий в радиальном направлении от кольцевой аксиальной поверхности, расположенной со стороны передней кромки, и расположенный в аксиальном направлении напротив данного, по меньшей мере, одного основного отверстия для охлаждения.
Наличие, по меньшей мере, основного отверстия для охлаждения в выступе, расположенном со стороны передней кромки, обеспечивает улучшение теплового состояния верхней части полости между узлами, расположенной со стороны передней кромки. В частности, основное отверстие для охлаждения улучшает тепловое состояние расположенной со стороны передней кромки, кольцевой аксиальной поверхности стенки, которая расположена со стороны передней кромки и обычно выполнена из материала, имеющего худшие характеристики по сравнению с лопаткой.
Вместо подачи большого количества воздуха, как обычно делается в решениях по предшествующему уровню техники, охлаждающий воздух подается там, где он более необходим.
Кроме того, благодаря наличию направляющего выступа, расположенного напротив основного отверстия для охлаждения некоторое количество горячего газа может быть введено в зону, содержащую основной радиальный зазор, из основного потока горячего газа. Эта зона в действительности в достаточной степени охлаждается охлаждающим воздухом, поступающим из основных отверстий для охлаждения, и направляющий выступ отклоняет поток горячего газа, всасываемого снаружи зоны, содержащей основной радиальный зазор.
Следовательно, всасываемый горячий газ может быть принят, подвергнут выдуванию посредством основных отверстий для охлаждения и отклонен посредством основного направляющего выступа. Это приводит к меньшему общему расходу уплотняющего воздуха, в результате чего улучшаются общие результаты эксплуатации двигателя и тепловое состояние и целостность компонентов статорного узла.
Другими словами, вместо полного избежания всасывания горячего газа за счет использования высокой скорости потока/большого расхода уплотняющего воздуха настоящее изобретение позволяет ограничить зону впуска горячего газа в верхней части полости между узлами.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения статорный узел содержит множество основных отверстий для охлаждения, выровненных в направлении вдоль окружности. Таким образом, охлаждающий воздух может подаваться вдоль направления по окружности.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения основные отверстия для охлаждения распределены равномерно. Таким образом, охлаждающий воздух распределяется равномерно.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения основное отверстие для охлаждения проходит вдоль оси, соответствующей основной протяженности; в продольной аксиальной плоскости, которая задана продольной осью и радиальным направлением, ортогональным к продольной оси и пересекающим ось, соответствующую основной протяженности, угол, определяемый проекцией оси, которая соответствует основной протяженности, на продольной аксиальной плоскости и радиальным направлением, предпочтительно находится в диапазоне от 80° до 135°, при этом в плоскости, в которой лежит окружность и которая задана продольной осью и направлением вдоль окружности, которое ортогонально к продольной оси и ортогонально к радиальному направлению, ортогональному к продольной оси, угол, определяемый проекцией оси, которая соответствует основной протяженности, на плоскости, в которой лежит окружность, и аксиальным направлением, предпочтительно находится в диапазоне от 100° до 200°.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения основной направляющий выступ имеет внутреннюю поверхность, обращенную к данному, по меньшей мере, одному основному отверстию для охлаждения, и наружную поверхность, противоположную внутренней поверхности, при этом основной направляющий выступ выступает в радиальном направлении от кольцевой аксиальной поверхности, расположенной со стороны передней кромки, так, что наружная поверхность является продолжением кольцевой радиальной поверхности, расположенной со стороны передней кромки. Таким образом, направляющий выступ легко образовать, и он создает достаточно большую зону рециркуляции.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения основной направляющий выступ имеет, по меньшей мере, одно скругленное соединение с кольцевой аксиальной поверхностью, расположенной со стороны передней кромки, которое предпочтительно является вогнутым. Таким образом, улучшается отклонение потока, вызываемое направляющим выступом. В частности, скругленное соединение обеспечивает возможность выдувания рециркулирующего всосанного горячего газа из полости в основной поток.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения основной направляющий выступ имеет внутреннюю поверхность, обращенную к данному, по меньшей мере, одному основному отверстию для охлаждения, и наружную поверхность, противоположную внутренней поверхности, при этом основной направляющий выступ содержит, по меньшей мере, одно ребро, выступающее в аксиальном направлении от наружной поверхности. Таким образом, ребро образует своего рода барьер, препятствующий входу горячего газа в полость между узлами. Кроме того, ребро обеспечивает отклонение горячего газа, находящегося в зоне рециркуляции, по направлению к основному потоку в канале газовой турбины при избежании входа указанного горячего газа в полость между узлами. Согласно варианту осуществления настоящего изобретения основной направляющий выступ содержит, по меньшей мере, одно ребро, выступающее от наружной поверхности в направлении, которое образует в радиальной плоскости угол β относительно аксиального направления. Таким образом, усиливается воздействие ребра на горячий газ, находящийся в зоне рециркуляции, которое вызывает его отклонение по направлению к основном потоку.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения основной направляющий выступ образован как одно целое со статорным кольцом. Таким образом, уменьшаются время и затраты на выполнение статорного узла.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения основной направляющий выступ выполнен из материала, отличающегося от материала статорного кольца. Таким образом, направляющий выступ может быть выполнен из материала, имеющего высокие термомеханические характеристики по отношению к материалу, используемому для выполнения статорного кольца.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения выступ, расположенный со стороны задней кромки, соединен со стенкой, расположенной со стороны задней кромки, так, чтобы оставить вспомогательный радиальный зазор между стенкой, расположенной со стороны задней кромки, и платформой и образовать расположенную со стороны задней кромки поверхность выступа, расположенного со стороны задней кромки, при этом на той поверхности выступа, расположенного со стороны задней кромки, которая расположена со стороны задней кромки, выполнено, по меньшей мере, одно вспомогательное отверстие для охлаждения, сообщающееся по текучей среде с кольцевым охлаждающим каналом.
Наличие, по меньшей мере, вспомогательного отверстия для охлаждения в выступе, расположенном со стороны задней кромки, обеспечивает улучшение теплового состояния верхней части полости между узлами, расположенной со стороны задней кромки.
Согласно варианту осуществления настоящего изобретения стенка, расположенная со стороны задней кромки, выполнена с кольцевой радиальной поверхностью, расположенной со стороны задней кромки, и с кольцевой аксиальной поверхностью, расположенной со стороны задней кромки, при этом стенка, расположенная со стороны задней кромки, содержит вспомогательный направляющий выступ, выступающий в радиальном направлении от кольцевой аксиальной поверхности, расположенной со стороны задней кромки, и расположенный в аксиальном направлении напротив данного, по меньшей мере, одного вспомогательного отверстия для охлаждения. Благодаря наличию вспомогательного направляющего выступа, расположенного напротив вспомогательного отверстия для охлаждения, некоторая часть горячего газа может быть всосана в зону, содержащую вспомогательный радиальный зазор, из основного потока горячего газа. В действительности эта зона охлаждается в достаточной степени посредством охлаждающего воздуха, поступающего из вспомогательных отверстий для охлаждения. Кроме того, вспомогательный направляющий выступ отклоняет поток горячего газа, горячего газа, всасываемого снаружи зоны, содержащей вспомогательный радиальный зазор.
Следовательно, всасываемый горячий газ подвергается выдуванию посредством отверстия для охлаждения и после этого выдувается посредством вспомогательного направляющего выступа.
Задача настоящего изобретения также состоит в том, чтобы предложить газовую турбину, которая является надежной и в которой расход уплотняющего воздуха уменьшен. В соответствии с указанными задачами настоящее изобретение относится к газовой турбине по пункту 15 формулы изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Настоящее изобретение будет описано далее со ссылкой на сопровождающие чертежи, которые иллюстрируют некоторые неограничивающие варианты осуществления и на которых:
фиг.1 - схематическое фронтальное сечение газотурбинной электросиловой установки согласно настоящему изобретению с компонентами, удаленными для ясности;
фиг.2 - схематическое фронтальное сечение первого фрагмента с фиг.1 с компонентами, удаленными для ясности;
фиг.3 - схематический вид в перспективе второго фрагмента с фиг.1 с компонентами, показанными в сечении, и компонентами, удаленным для ясности;
фиг.4 - схематическое боковое сечение третьего фрагмента с фиг.1 с компонентами, удаленными для ясности;
фиг.5 - схематический вид сверху третьего фрагмента с фиг.4 с компонентами, показанными в сечении, и компонентами, удаленным для ясности;
фиг.6 - схематическое боковое сечение фрагмента с фиг.4 с компонентами, удаленными для ясности, в соответствии с первым вариантом настоящего изобретения;
фиг.7 - схематическое боковое сечение фрагмента с фиг.4 с компонентами, удаленными для ясности, в соответствии со вторым вариантом настоящего изобретения;
фиг.8 - схематическое боковое сечение фрагмента с фиг.4 с компонентами, удаленными для ясности, в соответствии с третьим вариантом настоящего изобретения.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЛЛЮСТРАТИВНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
На фиг.1 ссылочной позицией 1 обозначена газотурбинная электросиловая установка (схематически показанная на фиг.1).
Установка 1 содержит компрессор 3, камеру 4 сгорания, газовую турбину 5 и генератор (для простоты не показанный на приложенных фигурах).
Компрессор 3, турбина 5 и генератор (непоказанный) смонтированы на одном и том же валу для образования ротора 8, который размещен в кожухах 9 статора и проходит вдоль оси А.
Более подробно, ротор 8 содержит передний вал 10, множество роторных узлов 11 и задний вал 13.
Каждый роторный узел 11 содержит диск 15 ротора и множество лопаток 16 ротора, соединенных с диском 15 ротора и расположенных радиально.
Множество дисков 15 ротора расположены последовательно между передним валом 10 и задним валом 13 и предпочтительно зажаты в виде пакета посредством центрального стягивающего стержня 14. В качестве альтернативы диски ротора могут быть приварены друг к другу.
Центральный вал 17 отделяет диски 15 ротора компрессора 3 от дисков 15 ротора турбины 5 и проходит через камеру 4 сгорания.
Кроме того, статорные узлы 22 чередуются с роторными узлами 11 компрессора.
Каждый статорный узел 22 содержит статорное кольцо 24 и множество лопаток 25 статора, которые расположены радиально и присоединены к статорному кольцу 24 и к соответствующему кожуху 9 статора.
На фиг.2 показан увеличенный вид статорного узла 22 между двумя роторными узлами 11 в турбине 5.
Стрелка D показывает направление потока горячего газа, проходящего в турбине 5.
Между роторными узлами 11 и статорным узлом 22 расположены полости 27, находящиеся между узлами.
В частности, каждый статорный узел 22 определяет границу полости 27а между узлами, расположенной со стороны передней кромки, и полости 27b между узлами, расположенной со стороны задней кромки, при этом полость 27а между узлами, расположенная со стороны передней кромки, расположена перед полостью 27b между узлами, расположенной со стороны задней кромки, вдоль направления D потока горячего газа.
Как показано на фиг.3, статорное кольцо 24 (только часть которого видна на фиг.3) проходит вокруг продольной оси А и содержит внутреннюю краевую часть 28 и наружную краевую часть 29, которая выполнена с кольцевым пазом 30.
Множество лопаток 25 статора присоединены рядом друг с другом к наружной краевой части 29 статорного кольца 24 так, чтобы закрыть кольцевой паз 30 и образовать кольцевой охлаждающий канал 32.
В кольцевой охлаждающий канал 32 подается воздух, предпочтительно поступающий из компрессора 3.
Кольцевой паз 30 определяет границы стенки 34, расположенной со стороны передней кромки, и стенки 35, расположенной со стороны задней кромки. Стенка 34, расположенная со стороны передней кромки, находится перед стенкой 35, расположенной со стороны задней кромки, вдоль направления D потока горячего газа.
Стенка 34, расположенная со стороны передней кромки, предпочтительно выполнена с множеством отверстий 36 для охлаждения, сообщающихся по текучей среде с кольцевым охлаждающим каналом 32.
Отверстия 36 для охлаждения предпочтительно расположены вблизи внутренней краевой части 28.
В неограничивающем примере, раскрытом и проиллюстрированном в данном документе, отверстия 36 для охлаждения выровнены в направлении вдоль окружности и распределены равномерно.
Согласно непроиллюстрированному варианту стенка, расположенная со стороны задней кромки, также выполнена с отверстиями для охлаждения, сообщающимися по текучей среде с кольцевым охлаждающим каналом.
Каждая лопатка 25 статора содержит перо 38, наружный бандажный элемент 39 и внутренний бандажный элемент 40, присоединенный к статорному кольцу 24.
Перо 38 выполнено с каналом 41а для охлаждающего воздуха, подаваемого посредством специально выполненного отверстия 41b в наружном бандажном элементе 39.
Наружный бандажный элемент 39 присоединен к соответствующему кожуху 9 статора.
Внутренний бандажный элемент 40 содержит платформу 42 и выступ 43, расположенный со стороны передней кромки, и выступ 44, расположенный со стороны задней кромки, проходящие в радиальном направлении внутрь от платформы 42. Выступ 43, расположенный со стороны передней кромки, расположен перед выступом 44, расположенным со стороны задней кромки, вдоль направления D потока горячего газа.
Выступ 43, расположенный со стороны передней кромки, соединен со стенкой 34, расположенной со стороны передней кромки, в то время как выступ 44, расположенный со стороны задней кромки, соединен со стенкой 35, расположенной со стороны задней кромки. В неограничивающем примере, раскрытом и проиллюстрированном в данном документе, выступ 43, расположенный со стороны передней кромки, входит в соответствующее кольцеобразное гнездо 46 стенки 34, расположенной со стороны передней кромки, в то время как выступ 44, расположенный со стороны задней кромки, входит в соответствующее кольцеобразное гнездо 47 стенки 35, расположенной со стороны задней кромки.
В частности, выступ 43, расположенный со стороны передней кромки, соединен со стенкой 34, расположенной со стороны передней кромки, так, чтобы оставить основной радиальный зазор 48 между стенкой 34, расположенной со стороны передней кромки, и платформой 42 и образовать расположенную со стороны передней кромки поверхность 50 выступа 43, расположенного со стороны передней кромки, при этом поверхность 50 обращена к указанному основному радиальному зазору 48.
Выступ 44, расположенный со стороны задней кромки, также предпочтительно соединен со стенкой 35, расположенной со стороны задней кромки, так, чтобы оставить вспомогательный радиальный зазор 52 между стенкой 35, расположенной со стороны задней кромки, и платформой 42 и образовать расположенную со стороны задней кромки поверхность 53 выступа 44, расположенного со стороны задней кромки, при этом поверхность 53 обращена к указанному вспомогательному радиальному зазор 52.
На той поверхности 50 выступа 43, расположенного со стороны передней кромки, которая расположена со стороны передней кромки, выполнено, по меньшей мере, одно основное отверстие 55 для охлаждения, сообщающееся по текучей среде с кольцевым охлаждающим каналом 32.
На той поверхности 50 выступа 43, расположенного со стороны передней кромки, которая расположена со стороны передней кромки, предпочтительно выполнено множество основных отверстий 55 для охлаждения, выровненных в направлении вдоль окружности.
В неограничивающем примере, раскрытом и проиллюстрированном в данном документе, основные отверстия 55 для охлаждения распределены равномерно.
Как показано на фиг.4, каждое основное отверстие 55 для охлаждения проходит вдоль оси О, которая соответствует основной протяженности.
В продольной аксиальной плоскости, которая задана продольной осью и радиальным направлением, ортогональным к продольной оси и пересекающим ось, соответствующую основной протяженности, угол α образован проекцией оси Ор, которая соответствует основной протяженности, на продольной аксиальной плоскости A-R и радиальным направлением R. Угол α наклона основных отверстий 55 для охлаждения предпочтительно находится в диапазоне от 80° до 135°.
Как показано на фиг.5, в плоскости, в которой лежит окружность и которая задана продольной осью А и направлением С вдоль окружности, которое ортогонально к продольной оси А и ортогонально к радиальному направлению R (ортогональному, в свою очередь, к продольной оси А), угол образован проекцией оси ОР, которая соответствует основной протяженности, на плоскости А-С, в которой лежит окружность, и аксиальным направлением А. Угол θ предпочтительно находится в диапазоне от 100° до 200°.
Основные отверстия 55 для охлаждения предпочтительно имеют разные углы α и/или разные углы θ.
Согласно варианту основные отверстия для охлаждения могут быть по существу идентичными друг другу.
Как показано на фиг.3 и 4, стенка 34, расположенная со стороны передней кромки, выполнена с кольцевой радиальной поверхностью 56, расположенной со стороны передней кромки, и с кольцевой аксиальной поверхностью 57, расположенной со стороны передней кромки.
Стенка 34, расположенная со стороны передней кромки, содержит основной направляющий выступ 59, выступающий в радиальном направлении от кольцевой аксиальной поверхности 57, расположенной со стороны передней кромки, и расположенный в аксиальном направлении напротив данного, по меньшей мере, одного основного отверстия 55 для охлаждения.
Высота w основного направляющего выступа 59 в радиальном направлении находится в диапазоне от 1% до 60% от базового расстояния RF по радиусу, определяемого расстоянием по радиусу между наружной аксиальной поверхностью 58 платформы 42 и кольцевой аксиальной поверхностью 57, расположенной со стороны передней кромки.
В неограничивающем примере, раскрытом и проиллюстрированном в данном документе, основной направляющий выступ 59 имеет внутреннюю поверхность 60, обращенную к данному, по меньшей мере, одному основному отверстию 55 для охлаждения, и наружную поверхность 61, противоположную внутренней поверхности 60.
Основной направляющий выступ 59 предпочтительно выступает в радиальном направлении от кольцевой аксиальной поверхности 57, расположенной со стороны передней кромки, так, что наружная поверхность 61 является продолжением кольцевой радиальной поверхности 56, расположенной со стороны передней кромки.
В неограничивающем примере, проиллюстрированном в данном документе, основной направляющий выступ 59 имеет, по меньшей мере, одно соединение 63, предпочтительно скругленное, соединяющее основной направляющий выступ 59 с кольцевой аксиальной поверхностью 57, расположенной со стороны передней кромки. Скругленное соединение 63 предпочтительно является вогнутым.
Согласно непроиллюстрированному варианту соединение не является скругленным и имеет треугольное сечение вдоль продольной аксиальной плоскости.
В неограничивающем примере, раскрытом и проиллюстрированном в данном документе, основной направляющий выступ 59 образован как одно целое со статорным кольцом 24.
Согласно непроиллюстрированному варианту основной направляющий выступ и статорное кольцо представляют собой отдельные элементы, соединенные вместе. Таким образом, каждый элемент может быть заменен в случае необходимости. Кроме того, основной направляющий выступ может быть выполнен из материала, отличающегося от материала статорного кольца. Основной направляющий выступ может быть выполнен, например, из материала, имеющего более высокие термомеханические характеристики по отношению к материалу статорного кольца. В альтернативном варианте основной направляющий выступ и статорное кольцо могут представлять собой отдельные элементы, изготовленные из одного и того же материала.
Согласно дополнительному непроиллюстрированному варианту статорное кольцо может быть покрыто особым материалом для улучшения его термомеханической стойкости.
Как показано на фиг.4, расстояние S по радиусу между осью О, которая соответствует протяженности каждого основного отверстия 55 для охлаждения, и кольцевой аксиальной поверхностью 57, расположенной со стороны передней кромки, находится в диапазоне от 1% до 40% от базового расстояния RF по радиусу, определяемого расстоянием по радиусу между наружной аксиальной поверхностью 58 платформы 42 и кольцевой аксиальной поверхностью 57, расположенной со стороны передней кромки. Тем не менее, следует учитывать, что расстояние S по радиусу, очевидно, должно иметь величину, которая позволяет выполнить перфорационные отверстия на поверхности 50, расположенной со стороны передней кромки.
Расстояние h по радиусу между нижней точкой выходной части каждого основного отверстия 55 для охлаждения и кольцевой аксиальной поверхностью 57, расположенной со стороны передней кромки, находится в диапазоне от 0% до 20% от базового расстояния RF по радиусу, определяемого расстоянием по радиусу между наружной аксиальной поверхностью 58 платформы 42 и кольцевой аксиальной поверхностью 57, расположенной со стороны передней кромки.
Под выражением «нижняя точка выходной части каждого основного отверстия для охлаждения» подразумевается точка, находящаяся на минимальном расстоянии по радиусу от продольной оси, в выходной части основного отверстия 55 для охлаждения, при этом выходная часть представляет собой конец основного отверстия 55 для охлаждения, обращенный к основному направляющему выступу 59.
На фиг.6 проиллюстрирован вариант настоящего изобретения, в котором основной направляющий выступ 59 содержит, по меньшей мере, одно ребро 65, выступающее в аксиальном направлении от наружной поверхности 61.
На фиг.7 проиллюстрирован другой вариант настоящего изобретения, в котором основной направляющий выступ 59 содержит, по меньшей мере, одно ребро 65, выступающее от наружной поверхности 61 в направлении, которое образует в радиальной плоскости A-R, которая задана продольной осью А и радиальным направлением R, ортогональным к продольной оси А, угол β относительно аксиального направления. Угол β предпочтительно составляет менее 90°.
На фиг.8 проиллюстрирован еще один вариант настоящего изобретения, в котором на той поверхности 53 выступа 44, расположенного со стороны задней кромки, которая расположена со стороны задней кромки, выполнено, по меньшей мере, одно вспомогательное отверстие 68 для охлаждения, сообщающееся по текучей среде с кольцевым охлаждающим каналом 32.
На той поверхности 53 выступа 44, расположенного со стороны задней кромки, которая расположена со стороны задней кромки, предпочтительно выполнено множество вспомогательных отверстий 68 для охлаждения, выровненных в направлении вдоль окружности.
В неограничивающем примере, раскрытом и проиллюстрированном в данном документе, вспомогательные отверстия 68 для охлаждения распределены равномерно.
Согласно неограничивающему варианту осуществления, раскрытому и проиллюстрированному в данном документе, вспомогательные отверстия 68 для охлаждения имеют проходное сечение, которое меньше проходного сечения основных отверстий 55 для охлаждения.
Стенка 35, расположенная со стороны задней кромки, также выполнена с кольцевой радиальной поверхностью 70, расположенной со стороны задней кромки, и с кольцевой аксиальной поверхностью 71, расположенной со стороны задней кромки.
Стенка 35, расположенная со стороны задней кромки, содержит вспомогательный направляющий выступ 73, выступающий в радиальном направлении от кольцевой аксиальной поверхности 71, расположенной со стороны задней кромки, и расположенный в аксиальном направлении напротив данного, по меньшей мере, одного вспомогательного отверстия 68 для охлаждения.
В неограничивающем примере, раскрытом и проиллюстрированном в данном документе, вспомогательный направляющий выступ 73 имеет внутреннюю поверхность 75, обращенную к данному, по меньшей мере, одному вспомогательному отверстию 68 для охлаждения, и наружную поверхность 76, противоположную внутренней поверхности 75.
Вспомогательный направляющий выступ 73 предпочтительно выступает в радиальном направлении от кольцевой аксиальной поверхности 73, расположенной со стороны задней кромки, так, что наружная поверхность 76 является продолжением кольцевой радиальной поверхности 70, расположенной со стороны задней кромки.
В неограничивающем примере, проиллюстрированном в данном документе, вспомогательный направляющий выступ 73 имеет, по меньшей мере, одно скругленное соединение 78 с кольцевой аксиальной поверхностью 71, расположенной со стороны задней кромки. Скругленное соединение 78 предпочтительно является вогнутым.
В неограничивающем примере, раскрытом и проиллюстрированном в данном документе, вспомогательный направляющий выступ 73 выполнен как одно целое со статорным кольцом 24.
Согласно непроиллюстрированному варианту вспомогательный направляющий выступ и статорное кольцо представляют собой отдельные элементы, соединенные вместе.
Согласно непроиллюстрированному варианту вспомогательный направляющий выступ содержит, по меньшей мере, одно ребро, выступающее в аксиальном направлении от наружной поверхности 76.
Согласно непроиллюстрированному варианту вспомогательный направляющий выступ содержит, по меньшей мере, одно ребро, выступающее от наружной поверхности 76 в направлении, которое образует в радиальной плоскости A-R, которая задана продольной осью А и радиальным направлением R, ортогональным к продольной оси А, угол относительно аксиального направления, который предпочтительно составляет менее 90°.
В завершение следует отметить, что очевидно, что могут быть выполнены модификации и варианты статорного узла и газовой турбины, описанных в данном документе, без отхода от объема настоящего изобретения, определяемого в приложенной формуле изобретения.
Предложен статорный узел (22) для газовой турбины, содержащий статорное кольцо (24), которое проходит вокруг продольной оси (А) и содержит наружную краевую часть (29), выполненную с кольцевым пазом (30), при этом кольцевой паз (30) определяет границы стенки (34), расположенной со стороны передней кромки, и стенки (35), расположенной со стороны задней кромки, при этом стенка (34), расположенная со стороны передней кромки, выполнена с кольцевой радиальной поверхностью (56), расположенной со стороны передней кромки, и с кольцевой аксиальной поверхностью (57), расположенной со стороны передней кромки; множество лопаток (25) статора, расположенных радиально и присоединенных рядом друг с другом к наружной краевой части (29) статорного кольца (24) так, чтобы закрыть кольцевой паз (30) и образовать кольцевой охлаждающий канал (32), при этом каждая лопатка (25) статора содержит перо (38), наружный бандажный элемент (29) и внутренний бандажный элемент (40), присоединенный к статорному кольцу (24), при этом внутренний бандажный элемент (40) содержит платформу (42) и выступ (43), расположенный со стороны передней кромки, и выступ (44), расположенный со стороны задней кромки, проходящие в радиальном направлении внутрь от платформы (42), при этом выступ (43), расположенный со стороны передней кромки, соединен со стенкой (34), расположенной со стороны передней кромки, и выступ (44), расположенный со стороны задней кромки, соединен со стенкой (35), расположенной со стороны задней кромки, при этом выступ (43), расположенный со стороны передней кромки, соединен со стенкой (34), расположенной со стороны передней кромки, так, чтобы оставить основной радиальный зазор (48) между стенкой (34), расположенной со стороны передней кромки, и платформой (42) и образовать расположенную со стороны передней кромки поверхность (50) выступа (43), расположенного со стороны передней кромки; при этом на той поверхности (50) выступа (43), расположенного со стороны передней кромки, которая расположена со стороны передней кромки, выполнено, по меньшей мере, одно основное отверстие (55) для охлаждения, сообщающееся по текучей среде с кольцевым охлаждающим каналом (32); при этом стенка (34), расположенная со стороны передней кромки, содержит основной направляющий выступ (59), выступающий в радиальном направлении от кольцевой аксиальной поверхности (57), расположенной со стороны передней кромки, и расположенный в аксиальном направлении напротив данного, по меньшей мере, одного основного отверстия (55) для охлаждения. Позволяет минимизировать количество уплотняющего воздуха и в то же время гарантировать достаточную защиту от термических повреждений. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.
1. Статорный узел (22) для газовой турбины, содержащий
статорное кольцо (24), которое проходит вокруг продольной оси (А) и содержит наружную краевую часть (29), выполненную с кольцевым пазом (30), при этом кольцевой паз (30) определяет границы стенки (34), расположенной со стороны передней кромки, и стенки (35), расположенной со стороны задней кромки, причем стенка (34), расположенная со стороны передней кромки, выполнена с кольцевой радиальной поверхностью (56), расположенной со стороны передней кромки, и с кольцевой аксиальной поверхностью (57), расположенной со стороны передней кромки;
множество лопаток (25) статора, расположенных радиально и присоединенных рядом друг с другом к наружной краевой части (29) статорного кольца (24) таким образом, чтобы закрыть кольцевой паз (30) и образовать кольцевой охлаждающий канал (32), при этом каждая лопатка (25) статора имеет перо (38), наружный бандажный элемент (39) и внутренний бандажный элемент (40), присоединенный к статорному кольцу (24), при этом внутренний бандажный элемент (40) содержит платформу (42) и выступ (43), расположенный со стороны передней кромки, и выступ (44), расположенный со стороны задней кромки, проходящие в радиальном направлении внутрь от платформы (42), причем выступ (43), расположенный со стороны передней кромки, соединен со стенкой (34), расположенной со стороны передней кромки, а выступ (44), расположенный со стороны задней кромки, соединен со стенкой (35), расположенной со стороны задней кромки, при этом выступ (43), расположенный со стороны передней кромки, соединен со стенкой (34), расположенной со стороны передней кромки, таким образом, чтобы оставить основной радиальный зазор (48) между стенкой (34), расположенной со стороны передней кромки, и платформой (42) и образовать расположенную со стороны передней кромки поверхность (50) выступа (43), расположенного со стороны передней кромки;
причем на расположенной со стороны передней кромки поверхности (50) выступа (43), расположенного со стороны передней кромки, имеется, по меньшей мере, одно основное отверстие (55) для охлаждения, сообщающееся по текучей среде с кольцевым охлаждающим каналом (32);
при этом стенка (34), расположенная со стороны передней кромки, содержит основной направляющий выступ (59), выступающий в радиальном направлении от кольцевой аксиальной поверхности (57), расположенной со стороны передней кромки, и расположенный в аксиальном направлении напротив указанного, по меньшей мере, одного основного отверстия (55) для охлаждения.
2. Статорный узел по п.1, содержащий множество основных отверстий (55) для охлаждения, выровненных в направлении вдоль окружности.
3. Статорный узел по п.2, в котором основные отверстия (55) для охлаждения распределены равномерно.
4. Статорный узел по любому из предшествующих пунктов, в котором основное отверстие (55) для охлаждения проходит вдоль оси (О), которая соответствует основной протяженности; в продольной аксиальной плоскости (A-R), которая задана продольной осью (А) и радиальным направлением (R), ортогональным к продольной оси (А) и пересекающим ось (О), соответствующую основной протяженности, первый угол (α), определяемый проекцией оси (Ор), которая соответствует основной протяженности, на продольной аксиальной плоскости (A-R) и радиальным направлением (R), находится в диапазоне от 80 до 135°.
5. Статорный узел по любому из предшествующих пунктов, в котором основное отверстие (55) для охлаждения проходит вдоль оси (О), которая соответствует основной протяженности; в плоскости, в которой лежит окружность и которая задана продольной осью (А) и направлением (С) вдоль окружности, которое ортогонально к продольной оси (А) и ортогонально к радиальному направлению (R), ортогональному, в свою очередь, к продольной оси (А), второй угол (θ), определяемый проекцией оси (ОР), которая соответствует основной протяженности, на плоскости, в которой лежит окружность, и аксиальным направлением (А), находится в диапазоне от 100 до 200°.
6. Статорный узел по любому из предшествующих пунктов, в котором основной направляющий выступ (59) имеет внутреннюю поверхность (60), обращенную к указанному, по меньшей мере, одному основному отверстию (55) для охлаждения, и наружную поверхность (61), противоположную внутренней поверхности (60), при этом основной направляющий выступ (59) выступает в радиальном направлении от кольцевой аксиальной поверхности (57), расположенной со стороны передней кромки, так, что наружная поверхность (61) является продолжением кольцевой радиальной поверхности (56), расположенной со стороны передней кромки.
7. Статорный узел по любому из предшествующих пунктов, в котором основной направляющий выступ (59) имеет, по меньшей мере, одно скругленное соединение (63) с кольцевой аксиальной поверхностью (57), расположенной со стороны передней кромки.
8. Статорный узел по п.7, в котором скругленное соединение (63) является вогнутым.
9. Статорный узел по любому из предшествующих пунктов, в котором основной направляющий выступ (59) имеет внутреннюю поверхность (60), обращенную к указанному, по меньшей мере, одному основному отверстию (55) для охлаждения, и наружную поверхность (61), противоположную внутренней поверхности (60), при этом основной направляющий выступ (59) содержит, по меньшей мере, одно ребро (65), выступающее в аксиальном направлении от наружной поверхности (61).
10. Статорный узел по любому из пп.1-8, в котором основной направляющий выступ (59) имеет внутреннюю поверхность (60), обращенную к указанному, по меньшей мере, одному основному отверстию (55) для охлаждения, и наружную поверхность (61), противоположную внутренней поверхности (60), при этом основной направляющий выступ (59) содержит, по меньшей мере, одно ребро (65), выступающее от наружной поверхности (61) в направлении, которое образует в радиальной плоскости третий угол (β) относительно аксиального направления (А), при этом угол (β) предпочтительно составляет менее 90°.
11. Статорный узел по любому из предшествующих пунктов, в котором основной направляющий выступ (59) образован как одно целое со статорным кольцом (24).
12. Статорный узел по любому из предшествующих пунктов, в котором основной направляющий выступ (59) выполнен из материала, отличающегося от материала статорного кольца (24).
13. Статорный узел по любому из предшествующих пунктов, в котором выступ (44), расположенный со стороны задней кромки, соединен со стенкой (35), расположенной со стороны задней кромки, так, чтобы оставить вспомогательный радиальный зазор (52) между стенкой (35), расположенной со стороны задней кромки, и платформой (42) и образовать расположенную со стороны задней кромки поверхность (53) выступа (44), расположенного со стороны задней кромки, при этом на той поверхности (53) выступа (44), расположенного со стороны задней кромки, которая расположена со стороны задней кромки, выполнено, по меньшей мере, одно вспомогательное отверстие (68) для охлаждения, сообщающееся по текучей среде с кольцевым охлаждающим каналом (32).
14. Статорный узел по п.13, в котором стенка (35), расположенная со стороны задней кромки, выполнена с кольцевой радиальной поверхностью (70), расположенной со стороны задней кромки, и с кольцевой аксиальной поверхностью (71), расположенной со стороны задней кромки, при этом стенка (35), расположенная со стороны задней кромки, содержит вспомогательный направляющий выступ (73), выступающий в радиальном направлении от кольцевой аксиальной поверхности (71), расположенной со стороны задней кромки, и расположенный в аксиальном направлении напротив данного, по меньшей мере, одного вспомогательного отверстия (68) для охлаждения.
15. Газовая турбина, проходящая вдоль продольной оси (А) и содержащая
множество роторных узлов (11), каждый из которых содержит диск (15) ротора и множество лопаток (16) ротора, расположенных радиально и соединенных с диском (15) ротора;
множество статорных узлов (22), при этом статорные узлы (22) и роторные узлы (11) чередуются вдоль аксиального направления (А);
при этом, по меньшей мере, один из статорных узлов (22) является узлом по любому из предшествующих пунктов.
| EP 0864728 A2, 16.09.1998 | |||
| US 2013058756 A1, 07.03.2013 | |||
| WO 2015104695 A1, 16.07.2015 | |||
| ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ | 2010 |
|
RU2439348C1 |
| US 5488825 A, 06.02.1996 | |||
| ЛОПАТКА НАПРАВЛЯЮЩЕГО УСТРОЙСТВА ТУРБИНЫ С СИСТЕМОЙ ОХЛАЖДЕНИЯ | 1998 |
|
RU2153585C1 |
