УЛУЧШЕННАЯ ТУРБИНА И ЛОПАТКА ДЛЯ ЗАЩИТЫ КОРНЯ ЛОПАТКИ ОТ ГОРЯЧИХ ГАЗОВ ИЗ КАНАЛА ПРОХОЖДЕНИЯ ПОТОКА Российский патент 2024 года по МПК F01D11/00 

ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0001] Настоящее описание относится к газовой турбине, выполненной с возможностью защиты обода на колесах роторных узлов от проникновения горячих газов во внутренние пространства колес во время эксплуатации.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0002] Как хорошо известно, газовая турбина представляет собой установку для преобразования энергии, которая обычно содержит, помимо прочего, компрессор, который всасывает и компримирует газ, камеру сгорания (или горелку), в которую добавляют топливо для нагрева сжатого воздуха, турбину высокого давления, содержащую множество роторных узлов, которая извлекает энергию из потока горячего газа и приводит в действие компрессор и турбину низкого давления, также содержащую множество роторных узлов, механически соединенных с нагрузкой.

[0003] В частности, в конструкции турбин низкого давления обычно принимаются меры предосторожности для уменьшения проникновения газа из потока горячего газа, что может оказывать неблагоприятное воздействие на компоненты, не рассчитанные на контакт с горячим газом, такие как колеса и разделители. Когда двигатель работает при неполной нагрузке, возможно явление проникновения газа из потока горячего газа.

[0004] Более конкретно, типичная турбина низкого давления содержит, как указано выше, множество элементов ротора, причем каждый из них имеет колесо ротора с ободом, к которому присоединено множество лопаток.

[0005] Каждая лопатка содержит охватываемую часть соединения типа «ласточкин хвост» или корень лопатки, выполненный с возможностью посадки в одну соответствующую канавку, предусмотренную на ободе колеса ротора. Колеса обычно изготавливают из менее благородного материала, чем лопатки.

[0006] Между двумя смежными, обращенными друг к другу колесами ротора внутреннее пространство колеса определяется как пространство между двумя колесами ротора двух элементов ротора.

[0007] Как правило, явление проникновения газа из потока горячего газа возникает, когда часть горячего газа протекает во внутреннее пространство колеса, в результате чего колесные ободы начинают работать при температурах, близких к предельным температурам материала или превышающих их, и, поскольку они изготовлены из неблагородного материала, при таких условиях возможно повреждение и сокращение срока службы колес. Это означает, что это явление может стать причиной поломки соединения типа «ласточкин хвост» на колесе (например, сильной деформации) и последующего высвобождения лопаток.

[0008] В дополнение к указанному выше внутренние пространства колес обычно продуваются. Для этого газовые турбины оснащают трубопроводной системой для обеспечения продувочным воздухом, поступающим из компрессора в турбину низкого давления. В частности, продувочный воздух вводят во внутренние пространства колес турбин низкого давления. Это частично снижает общую температуру внутренних пространств колес.

[0009] Проникновение горячего газа обычно предотвращается, когда количество продувочного воздуха совпадает с количеством воздуха, закачиваемого колесами, или превышает его. При меньшем количестве помповый эффект будет компенсировать то, что не обеспечивает продувочная система: горячая газовоздушная смесь будет забираться на значительном расстоянии от колеса и выдаваться около колеса (в режиме рециркуляции). Рециркуляция может происходить во время работы двигателя с низкой мощностью, а впоследствии компрессор подает меньшее количество продувочного воздуха в турбину низкого давления, и при этом турбина низкого давления может продолжать работать на высоких оборотах.

[0010] Чтобы снизить риск проникновения газа из потока горячего газа, проходящего через газовую турбину низкого давления во внутренние пространства колес, в данной области техники имеется ряд решений.

[0011] В частности, между колесами могут быть добавлены разделители, причем разделители могут иметь ободы, которые в осевом направлении закрывают пространство, не закрываемое колесами, при этом эти ободы разделителей могут также проходить в радиальном направлении до того же наружного диаметра колес так, чтобы свести к минимуму часть колесного обода, расположенную над полостью внутреннего пространства колеса. Несмотря на то что разделители образуют физический барьер от проникновения горячего газа, они обычно не контактируют с ободами смежных колес, и, следовательно, горячий газ может протекать через зазоры и достигать внутренних пространств колес. Разделители могут защищать смежные колеса, даже когда колеса имеют другой наружный диаметр, если обод разделителя имеет коническую форму.

[0012] Соответственно, в данной технологии есть потребность в улучшенной турбине и лопатке, выполненных с возможностью снижения любого возможного проникновения газа из потока горячего газа.

ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0013] Совершенствование упомянутых выше разделителей заключается в предусмотренном уплотнении вблизи канала для потока газа (NFPS), выполненном с возможностью обеспечения герметизации внутреннего пространства колеса вблизи канала для горячего газа. NFPS заменили более традиционные разделители для обеспечения лучшей защиты колесных ободов от проникновения горячего газа, которое может быть направлено не только внутрь полостей колеса, но и через лабиринтное уплотнение. С конструкционной точки зрения уплотнения NFPS представляет собой сегмент (т.е. элементы рычага), а не кольцо (как разделители), и, следовательно, они допускают утечки между смежными элементами ротора. Кроме того, требуется система с множеством соединений, из-за которой неизбежно возрастает сложность решения, поскольку потребуется обеспечить зацепление с внутренними опорными колесами ротора. Компоненты NFPS действительно меньше по сравнению с традиционными разделителями и, следовательно, могут быть изготовлены из более благородного материала.

[0014] Однако в последнее время, чтобы повысить мощность и эффективность газовых турбин, повышают температуру потока горячего газа. Для этого также уменьшают поток продувочного воздуха из компрессора, в результате чего возрастает риск проникновения газа из потока горячего газа.

[0015] Кроме того, когда колеса турбин низкого давления вращаются с более низкой частотой вращения, давление в канале для горячего газа изменяется пропорционально изменению пониженного давления, поскольку поток горячего газа расширяется с меньшим коэффициентом при движении с более низкой скоростью по пути от одной ступени к другой или от одного роторного узла к другому. В то же время, как указано выше, когда колесо турбины низкого давления вращается с более низкой частотой вращения, помповый эффект снижается.

[0016] Наконец, температуры внутренних пространств колес обычно контролируют с помощью соответствующих термопар. Однако из-за более компактной схемы расположения турбин установка термопар усложняется, в результате чего снижается надежность термопар. Более того, установка термопары дополнительно усложняется, когда между двумя роторными узлами расположены разделители или любой другой механический барьер. В результате количество установленных термопар, как правило, уменьшается, из-за чего меньше контролируется риск повышения температуры колесных ободов и их возможное повреждение.

[0017] Соответственно, в одном аспекте описанный в настоящем документе объект изобретения относится к турбине, которая содержит множество элементов ротора, вращающихся под действием расширения горячего газа сгорания, протекающего в канал для прохождения потока горячего газа. Каждый элемент ротора содержит колесо ротора. Внутреннее пространство колеса определяется как пространство между двумя смежными колесами ротора. Кроме того, каждый элемент ротора имеет защитный разделитель, расположенный между двумя обращенными друг к другу элементами ротора, выполненными с возможностью предотвращения проникновения во внутреннее пространство колеса проникшего внутрь потока газа из канала для прохождения потока горячего газа. Кроме того, турбина имеет разделители статора. Каждый разделитель статора и соответствующий защитный разделитель образуют между собой канал. Элементы ротора также содержат дефлектор, выполненный с возможностью отклонения продувочного воздуха, нагнетенного от внутренних пространств колес элементами ротора, в канал, в котором давление ниже, чем давление газа, отклоненного дефлектором.

[0018] В другом аспекте описанного в настоящем документе объекта изобретения дефлектор расположен на хвостовике каждой лопатки.

[0019] В другом аспекте описанного в настоящем документе объекта изобретения дефлектор расположен на ободе колеса ротора лопатки, и он может закрывать зазор между разделителем и колесом.

[0020] В другом аспекте, описанном в настоящем документе, дефлектор имеет верхнюю поверхность, выполненную с возможностью отклонения возможного проникшего газа из канала для прохождения потока горячего газа к верхней поверхности разделителя.

[0021] В другом аспекте, описанном в настоящем документе, дефлектор выполнен с возможностью отведения проникшего внутрь потока газа над верхней поверхностью хвостовика, при этом, когда турбина работает в базовом состоянии, дефлектор позволяет потоку продувочной газовоздушной смеси проходить в радиальном направлении и попадать в канал для прохождения потока горячего газа так, чтобы предотвратить проникновение горячего газа.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ

[0022] Описанные варианты осуществления изобретения и многие сопутствующие ему преимущества можно более полно оценить и понять в ходе изучения следующего подробного описания, рассматриваемого в связи с прилагаемыми чертежами, причем:

на Фиг. 1 представлена схема газовой турбины;

на Фиг. 2 представлен вид лопатки в разобранном виде;

на Фиг. 3 представлено частичное сечение турбины малой мощности в соответствии с первым вариантом осуществления;

на Фиг. 4 представлено сечение секции турбины малой мощности в соответствии с первым вариантом осуществления, причем также показан поток продувочного воздуха в обычных условиях эксплуатации;

на Фиг. 5 представлено сечение турбины малой мощности, представленной на Фиг. 4, которая характеризуется низким проникновением газа;

на Фиг. 6 представлено сечение турбины малой мощности, представленной на Фиг. 4, причем продувочный поток находится в так называемом базовом состоянии; и

на Фиг. 7 представлено частичное сечение турбины малой мощности в соответствии со вторым вариантом осуществления.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

[0023] Были выявлены усовершенствования конструкции газовых турбин. Газовые турбины имеют множество компонентов, в том числе турбины низкого давления. Такие турбины низкого давления образованы из множества лопаток, исходящих от центральной ступицы, и наклонены под углом, обеспечивающим перемещение воздуха через двигатель. Некоторые участки газовой турбины очень горячие. Другие холоднее. Известная проблема заключается в том, что часть горячего газа, перемещаемого лопатками, может в определенных условиях протекать по направлению к центральной ступице, что приводит к поломкам и сокращению срока службы турбин.

[0024] Авторы изобретения обнаружили, что эту проблему можно облегчить и/или решить посредством установки нового элемента дефлектора так, чтобы он повторял форму хвостовика каждой лопатки и располагался между самой лопаткой и разделителем, расположенным между двумя соседними колесами. Дефлектор имеет такую форму, чтобы отклонять продувочный воздух к каналу 74 низкого давления между двумя смежными элементами ротора, и в частности к верхней поверхности разделителя, и, соответственно, предотвращать возможные проникновения горячего газа. Таким образом, дефлектор защищает внутренние части турбины за счет предотвращения среднего увеличения температуры внутри нее.

[0025] На Фиг. 1 схематически показана газовая турбина, которая в целом обозначена ссылочным номером 1. Газовая турбина 1 включает в себя, помимо прочего: компрессор 11, который всасывает и компримирует газ, подаваемый в камеру сгорания или на горелку (не показаны на рисунке), в которую добавляют топливо для нагрева сжатого воздуха, турбину 12 высокого давления, содержащую множество роторных узлов, которая извлекает энергию из потока горячего газа и приводит в действие компрессор 11, вал 13, соединяющий компрессор 11 и турбину 12 высокого давления, и турбину 14 низкого давления, также содержащую множество роторных узлов, которая посредством дополнительного вала 15 приводит в действие, например, шестеренчатый редуктор, центробежный компрессор или любую другую нагрузку.

[0026] Кроме того, газовая турбина 1 включает в себя продувочную систему 16, которая обеспечивает подачу продувочного воздуха на турбину 14 низкого давления. Продувочная система по существу содержит воздухозаборник 161, соединенный соединительной трубкой 162 с охладителем 163, который в свою очередь соединен посредством продувочной трубы 164 с турбиной 14 низкого давления для продувки внутренних пространств колес (см. ниже) между роторными узлами. Это обеспечивает эффект и функцию частичного снижения общей температуры внутренних пространств колес.

[0027] Как также показано на Фиг. 2 и 3, турбина 14 низкого давления обычно содержит множество элементов ротора, в настоящем документе обозначенных ссылочным номером 2, вращающихся вокруг оси вращения R и соединенных с валом 15.

[0028] Более конкретно, каждый элемент 2 ротора содержит колесо 3 ротора, соединенное с валом 15 и имеющее обод 31, и множество охватывающих частей соединения «ласточкин хвост» или канавок 32, расположенных по окружности вокруг обода 31. В настоящем варианте осуществления каждая канавка 32 имеет форму елочного паза. Однако в некоторых вариантах осуществления канавки могут иметь другую форму.

[0029] Каждый элемент 2 ротора также содержит множество лопаток 4, причем каждая из них содержит, в свою очередь, охватываемую часть соединения «ласточкин хвост» или корень 41 лопатки выполненный с возможностью посадки в одну соответствующую канавку 32 колеса 31 ротора вдоль направления вставки. Таким образом, каждый корень 41 лопатки имеет почти одинаковую форму соответствующей канавки 32.

[0030] Корни 41 лопатки 4 имеют только механическую функцию для прочного соединения лопатки 4 с колесом 3 ротора, и в частности с канавками 32 колеса 31 ротора.

[0031] Каждая лопатка 4 также содержит платформу или хвостовик 42, к которой присоединен корень 41 лопатки, и перо 43, соединенное с хвостовиком 42. Перо 43 выполнено из благородного материала, поскольку перо 43 подвергается значительному тепловому и механическому воздействию. В верхней части пера 43 также имеется бандажная полка 44 для пера для соединения каждой лопатки 4 с соседними лопатками.

[0032] Как указано, между двумя смежными и обращенными друг к другу колесами ротора внутреннее пространство 5 колеса определяется как пространство между двумя колесами 3 ротора двух элементов 2 ротора.

[0033] На Фиг. 3 также показан разделитель 6 статора для статора турбины 14 (не показан на рисунках), расположенный между двумя элементами 2 ротора и штуцером 6'.

[0034] Поток горячего газа проходит по каналу для прохождения потока горячего газа, обозначенному стрелкой F, который проходит через перья 43 лопаток 4.

[0035] Между двумя смежными колесами 3 ротора расположен защитный разделитель 7, который выполняет функцию барьера для предотвращения проникновения газа из канала F для прохождения потока горячего газа во внутреннее пространство 5 колеса, что может привести к повышению температуры на верхней стороне внутренних пространств 5 колес и, следовательно, температуры корней 41 лопаток 4. Как указано выше, чрезмерное термическое напряжение на корнях 41 лопаток оказывает негативное воздействие на их работу. В данном варианте осуществления защитный разделитель 7 имеет коническую форму. Однако в некоторых вариантах осуществления защитный разделитель 7 может быть цилиндрическим или другой формы, но он всегда обладает функцией установления границ и создания защиты для внутренних пространств 5 колес. Кроме того, на верхней поверхности 71 каждого разделителя 7, которая обращена к разделителю 6 статора, имеется лабиринтное уплотнение 72 для сведения к минимуму расхода продувочного газа P, необходимого для предотвращения проникновения горячего воздуха через зазор между разделителем 7 и разделителем 6 статора (как правило, называемому диафрагмой).

[0036] На Фиг. 3 стрелкой P обозначен тракт продувочного воздуха, который поступает из продувочной системы 16. Продувочный воздух способствует снижению температуры во внутренних пространствах 5 колес, а также созданию за счет собственного давления барьера давления, защищающего от нагнетания газа из канала F для прохождения потока горячего газа. Хвостовик 42 каждой лопатки 4 имеет дефлектор 8, образованный на хвостовике 42 каждой лопатки 4 и расположенный в соответствии с защитным разделителем 7, и в частности его краем, таким образом, чтобы он перекрывал зазор 73 между каждым защитным разделителем 7 и элементом 2 ротора, и в частности, со ссылкой на вариант осуществления, показанный на Фиг. 3, между защитным разделителем 7 и ободом 31 колеса 3 ротора.

[0037] Давление в канале 74 ниже, чем давление газа, отклоненного дефлектором 8. Более конкретно, давление вдоль канала 74 уменьшается по направлению канала F для прохождения потока горячего газа. Действительно, если рассматривать пару смежных элементов роторов, элемент 2 ротора, расположенный перед каналом F для прохождения потока горячего газа, называется передним элементом ротора, а продувочный воздух или газ, окружающий такой передний элемент 2 ротора, имеет более высокое давление, чем следующий элемент, который называют задним элементом ротора. Дефлектор расположен на переднем элементе 2 ротора, в котором неизбежно более высокое давление, чем давление в канале 74.

[0038] Другими словами, в некоторых вариантах осуществления дефлектор 8, который фактически имеет кольцевую форму, имеет выступающий край, расположенный перед краем защитного разделителя 7 и повторяющий его форму так, чтобы перекрывать зазор между защитным разделителем 7 и колесом 3 ротора. Фактически защитный разделитель 7 также имеет кольцевую форму с краем, обращенным к колесу 3 ротора. Поверхность дефлектора 8 такова, что он может отклонять горячие газы, как более подробно описано ниже.

[0039] В варианте осуществления, показанном на Фиг. 3, и в частности со ссылкой на увеличенный фрагмент, показанный на том же рисунке, дефлектор 8 имеет верхнюю поверхность 81, предназначенную для отклонения возможного проникновения газа из канала F для прохождения потока горячего газа обратно в основной канал для потока газа, как показано на Фиг. 5, и нижнюю поверхность 82, которая предназначена для подачи продувочного воздуха или газа из внутреннего пространства 5 колеса, проходящего через зазор 73 между каждым защитным разделителем 7 и элементом 2 ротора.

[0040] В некоторых вариантах осуществления дефлектор 8 может быть расположен в разных положениях, и в частности он может быть размещен на колесе 3 ротора почти в соответствии с ободом 31 (см. Фиг. 7, описанную ниже).

[0041] В общем случае необходимо, чтобы дефлектор 8 мог отклонять любое возможное количество проникшего газа из канала F для прохождения потока горячего газа, которое может преодолеть механический барьер защитного разделителя 7 всякий раз, когда, например, давления P продувочного воздуха из внутренних пространств 5 колеса недостаточно для предотвращения в целом проникновения горячего газа во внутренние пространства 5 колес.

[0042] Турбина 14 низкого давления и дефлектор 8 работают следующим образом.

[0043] Когда турбина 14 низкого давления работает и элементы 2 ротора вращаются, продувочный воздух P, поступающий из компрессора 163 и транспортируемый по продувочной трубе 164, охлаждает внутренние пространства 5 колес. В то же время комбинированное действие помпового эффекта, определяемого частотой вращения рабочего колеса турбины 14 низкого давления, а именно, элементов 2 ротора, вместе с барьером, образованным защитным разделителем 7, предотвращает проникновение газа из канала F для прохождения потока горячего газа во внутренние пространства 5 колес. Кроме того, любое возможное проникновение газа, даже локальное, дополнительно предотвращается действием дефлектора 8, который, с одной стороны, благодаря своему расположению в соответствии с защитным разделителем 7, отклоняет возможные проникновения локального газа из канала F для прохождения потока горячего газа первой поверхностью 81, и, с другой стороны, также позволяет продувочному воздуху P проходить через зазор 73. Локальное проникновение газа может происходить в связи с тем, что поле давлений, образованное потоком горячего газа в канале F для прохождения потока горячего газа, не всегда однородно. Возвращаясь к дефлектору 8, отметим, что расположение в соответствии с защитным разделителем 7 в некоторых вариантах осуществления означает, что он выполнен с возможностью отклонения горячих газов назад к хвостовику 42 лопатки 4.

[0044] Работа дефлектора оказывает конкретное воздействие в случае уменьшения частоты вращения рабочего колеса газовой турбины 14 низкого давления, например когда газовая турбина 14 низкого давления работает на 50% от ее номинальной частоты вращения рабочего колеса. В этом случае защитное действие помпового эффекта уменьшается пропорционально снижению частоты вращения.

[0045] В частности, чтобы лучше описать работу дефлектора 8, на Фиг. 4, 5 и 6 представлены некоторые условия эксплуатации турбины 14 низкого давления. На Фиг. 4 показан типичный тракт продувочного воздуха P в условиях, когда не предполагается проникновение газа. В этом случае продувочный воздух P, поступающий от компрессора 11, проходит через внутренние пространства 5 колес и достигает канала F для прохождения потока горячего газа, защищая внутренние пространства 5 колес от высокой температуры горячих газов. В этом рабочем состоянии элемент 8 не работает как дефлектор, поскольку он не перекрывает защитный разделитель 7. В большей степени он выполняет функцию элемента, который уменьшает зазор 73.

[0046] На Фиг. 5 показан механизм предотвращения явления проникновения газа в случае работы газовой турбины на низкой мощности. В этом случае часть (см. стрелку F') горячего газа из канала F для прохождения потока горячего газа не достигает защитного разделителя 7, и в частности канала 74, верхней поверхности 71 и лабиринтного уплотнения 72. Фактически дефлектор 8 отклоняет продувочный воздух P, закачиваемый из внутренних пространств 5 колес элементами 2 ротора. Продувочный воздух P отклоняется дефлектором 8 к каналу 74 и всасывается самим каналом 74, поскольку в нем поддерживается более низкое давление, чем давление продувочного воздуха P.

[0047] Кроме того, проникший поток F' газа, благодаря форме верхней поверхности 81 дефлектора 8, отводится в сторону в радиальном направлении. Другими словами, дефлектор 8 меняет направление проникшего внутрь потока F' газа. В частности, проникший внутрь поток F’ газа отводится над верхней поверхностью хвостовика 42. В этом случае проникновение газа во внутренние пространства 5 колес предотвращается дефлектором 8, а также в частности продувочным воздухом P, поступающим из компрессора 163. Дефлектор 8 предотвращает возможное натекание попавшего внутрь потока F’ горячего газа, поступающего из потока горячего газа из канала F для прохождения потока горячего газа во внутренние пространства 5 колес, и, соответственно, нагрев обода 31.

[0048] На Фиг. 6 показан принцип работы дефлектора 8, когда газовая турбина 1 работает в базовом состоянии, а именно, когда элемент 2 ротора вращается с номинальной частотой вращения. Как показано на Фиг. 6, продувочный воздух P, поступающий из внутренних пространств 5 колес, разделяется на два потока, P' и P'', один из которых (P') приводится в движение в результате изменения давления в канале 74 (давление вдоль канала 74 ниже, чем давление продувочного газа P), дефлектором 8, и в частности нижней поверхностью 82; в то время как другой поток P'', на который разделяется продувочный воздух P, отводится посредством помпового эффекта в направлении пера 43. Как можно видеть, в этом случае дефлектор 8 не влияет на помповый эффект со стороны элементов 2 ротора, благодаря чему потоку продувочного воздуха P удается достигать канала F прохождения потока и при этом не проникать внутрь.

[0049] На Фиг. 7a представлен второй вариант осуществления улучшенной турбины 14 низкого давления. На вышеупомянутом рисунке одинаковые номера позиций обозначают те же самые или соответствующие части, элементы или компоненты, уже показанные на Фиг. 3 и описанные выше, и не будут описаны снова. Однако в этом случае защитный разделитель 7 имеет не коническую, а цилиндрическую форму. Кроме того, в этом случае дефлектор 8 расположен на хвостовике 7 или на ободе 31 колеса 3 ротора, повторяя форму разделителя 7.

[0050] На Фиг. 7 также представлено несколько трактов продувочного воздуха P, поступающего от компрессора 11 через продувочную трубу 164.

[0051] В этом случае работа турбины 14 малой мощности аналогична описанной на предыдущих рисунках.

[0052] Хотя изобретение описано с точки зрения различных конкретных вариантов осуществления, специалистам в данной области будет очевидно, что возможны многие модификации, изменения и исключения без отступления от сущности и объема формулы изобретения. Кроме того, если не указано иное, порядок или последовательность любых этапов процесса или способа можно варьировать или переупорядочивать в соответствии с альтернативными вариантами осуществления.

[0053] Ниже будет дана подробная ссылка на варианты осуществления описания, причем один или более примеров проиллюстрированы на чертежах. Каждый из примеров приводится для пояснения описания, а не ограничения описания. В сущности, специалистам в данной области должно быть очевидно, что в рамках настоящего описания можно создавать различные модификации и вариации без отступления от объема или сущности описания. Ссылка в данном описании на «один вариант осуществления», или «вариант осуществления», или «некоторые варианты осуществления» означает, что конкретный признак, структура или характеристика, описанные в связи с вариантом осуществления, включены по меньшей мере в один вариант осуществления описанного объекта изобретения. Таким образом, появление фразы «в одном варианте осуществления», «в варианте осуществления» или «в некоторых вариантах осуществления» в различных местах во всем данном описании не обязательно относится к одному (-им) и тому (тем) же варианту (-ам) осуществления изобретения. Конкретные признаки, структуры или характеристики можно дополнительно комбинировать любым приемлемым способом в одном или более вариантах осуществления.

[0054] При представлении элементов различных вариантов осуществления формы единственного числа и слово «указанный» обозначают наличие одного или более элементов. Термины «содержащий», «включающий» и «имеющий» предназначены для указания включения и означают, что помимо перечисленных элементов могут существовать дополнительные элементы.

Описана турбина, и в частности турбина низкого давления, содержащая множество элементов ротора и разделителей, выполненных с возможностью размещения между элементами ротора и предотвращения проникновения во внутреннее пространство колеса проникшего внутрь потока газа из канала для прохождения потока горячего газа. Каждый элемент ротора включает в себя дефлектор. Дефлектор помещают в соответствии с каждым разделителем, и он отклоняет продувочный воздух, нагнетенный от внутренних пространств колес элементами ротора, для предотвращения нагрева корней лопаток проникшим внутрь потоком газа. 2 н. и 15 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Турбина (14), содержащая:

множество элементов (2) ротора, выполненных с возможностью вращения в результате расширения горячего газа сгорания, протекающего в канал (F) для прохождения потока горячего газа, причем каждый элемент (2) ротора содержит колесо (3) ротора, при этом внутреннее пространство (5) колеса определяется как пространство между двумя колесами (3) ротора двух смежных элементов (2) ротора - переднего и заднего элементов (2) ротора по направлению прохождения потока горячего газа;

защитный разделитель (7), расположенный между двумя обращенными друг к другу элементами (2) ротора и выполненный с возможностью предотвращения проникновения во внутреннее пространство (5) колеса проникшего внутрь потока (F') газа из канала (F) для прохождения потока горячего газа; и

множество разделителей (6) статора, причем каждый из них расположен между двумя смежными элементами (2) ротора;

при этом пространством между каждым защитным разделителем (7) и соответствующим разделителем (6) статора образован канал (74);

отличающаяся тем, что по меньшей мере один передний элемент (2) ротора содержит дефлектор (8), имеющий верхнюю поверхность (81), выполненную с возможностью отклонения проникшего внутрь потока (F') горячего газа, и нижнюю поверхность (82), выполненную с возможностью отклонения продувочного воздуха (Р), закачиваемого из внутренних пространств (5) колес элементами (2) ротора, в указанный канал (74), в котором давление ниже, чем давление газа, отклоненного дефлектором (8).

2. Турбина (14) по п. 1, в которой дефлектор расположен в соответствии с защитным разделителем (7) так, что, с одной стороны, обеспечивается отклонение защитным разделителем (7) возможного проникновения горячего газа из канала (F) для прохождения потока горячего газа верхней поверхностью (81), и, с другой стороны, обеспечивается возможность прохождения продувочного воздуха (Р) через зазор (73) между элементом (2) ротора и разделителем (7).

3. Турбина (14) по любому из предшествующих пунктов, в которой каждое колесо (3) ротора имеет наружный обод (31), и при этом дефлектор (8) расположен на наружном ободе (31) колеса (3) ротора.

4. Турбина (14) по любому из предшествующих пунктов, в которой дефлектор (8) закрывает часть зазора (73) между защитным разделителем (7) и колесом (3) ротора.

5. Турбина (14) по любому из пп. 1 или 2, в которой каждый элемент (2) ротора содержит:

колесо (3) ротора, выполненное с возможностью вращения вокруг оси вращения и имеющее наружный обод (31) и множество расположенных по окружности канавок (32) вокруг его наружного обода (31); и

множество лопаток (4), причем каждая лопатка (4) содержит хвостовик (42), корень (41) лопатки, соединенный с хвостовиком (42) и выполненный с возможностью посадки в одну соответствующую канавку (42) колеса (3) ротора, перо (43) для вращения элемента (2) ротора путем перекрытия потока (F) горячего газа;

причем дефлектор (8) располагается на хвостовике (42); и

при этом дефлектор (8) закрывает часть зазора (73) между защитным разделителем (7) и колесом (3) ротора.

6. Турбина (14) по любому из предшествующих пунктов, в которой дефлектор (8) выполнен с возможностью изменения направления проникшего внутрь потока (F') газа на обратное.

7. Турбина (14) по п. 5, в которой дефлектор (8) выполнен с возможностью изменения направления проникшего внутрь потока (F') газа на обратное и его отведения над верхней поверхностью хвостовика (42).

8. Турбина (14) по п. 6 или 7, в которой верхняя поверхность (81) дефлектора (8) выполнена с возможностью отклонения проникшего внутрь потока (F') газа обратно в основной канал для потока газа.

9. Турбина (14) по любому из предшествующих пунктов, в которой, когда турбина (14) работает, дефлектор (8) позволяет потоку продувочного воздуха (Р) проходить в радиальном направлении так, чтобы он попадал в канал (F) для прохождения потока горячего газа для предотвращения проникновения горячего газа во внутреннее пространство (5) колеса.

10. Турбина (14) по любому из предшествующих пунктов,

в которой внутреннее пространство (5) колеса определяется как пространство между двумя смежными колесами (3) ротора,

причем продувочный воздух (Р) вводят в турбину (14), при этом продувочный воздух (Р) проходит через внутренние пространства (5) колес и попадает в канал для прохождения потока горячего газа (F), и

при этом нижняя поверхность (82) дефлектора (8) выполнена с возможностью отведения части (Ρ') продувочного воздуха (Р), поступающего из внутреннего пространства (5) колеса, в канал (74), и отведения другой части (Р'') продувочного воздуха (Р) в канал (F) для прохождения потока горячего газа, по которому протекает горячий газ сгорания.

11. Турбина (14) по любому из предшествующих пунктов, в которой между разделителем (6) статора и защитным разделителем (7) помещено лабиринтное уплотнение (72).

12. Турбина (14) по любому из пп. 5-11, в которой дефлектор (8) выполнен за одно целое с хвостовиком (42).

13. Турбина по любому из предшествующих пунктов, представляющая собой турбину (14) низкого давления.

14. Лопатка (4) для турбины по п. 1, содержащая: хвостовик (42); корень (41) лопатки, соединенный с хвостовиком (42); перо (43), выполненное с возможностью перекрытия потока горячего газа,

отличающаяся тем, что она содержит дефлектор (8), имеющий верхнюю поверхность (81), выполненную с возможностью отклонения проникшего внутрь потока (F') горячего газа, и нижнюю поверхность (82), выполненную с возможностью отклонения продувочного воздуха (Р), закачиваемого из внутренних пространств (5) колес элементами (2) ротора, в канал (74) между защитным разделителем (7) и соответствующим разделителем (6) статора.

15. Лопатка (4) по п. 14, содержащая хвостовик (42), корень (41) лопатки, соединенный с хвостовиком (42) и выполненный с возможностью посадки в одну соответствующую канавку (42) колеса (3) ротора, перо (43) для вращения элемента (2) ротора путем перекрытия горячего газа,

причем дефлектор (8) выполнен с возможностью закрытия части зазора между защитным разделителем (7) и колесом (3) ротора.

16. Лопатка (4) по любому из пп. 14 или 15, в которой дефлектор (8) имеет верхнюю поверхность (81), выполненную с возможностью отклонения в обратном направлении возможного проникновения газа из потока (F) горячего газа.

17. Лопатка (4) по любому из пп. 14-16, в которой нижняя поверхность (82) дефлектора выполнена с возможностью направления части (Ρ') продувочного воздуха (Р), поступающего из внутреннего пространства (5) колеса, в канал (74), и направления другой части (Р'') продувочного воздуха (Р) в канал (F) для прохождения потока горячего газа, по которому протекает горячий газ сгорания.