Устройство для уплотнения стыков с помощью уплотняющих пластин

Изобретение относится к уплотнению, применяемому в турбомашинах между аэродинамическим каналом, по которому проходят горячие газы, и объемом, в который подается охлаждающий воздух, например, для охлаждения соплового аппарата. Турбомашина содержит сопловой аппарат, установленный аксиально между двумя корпусными элементами и состоящий из нескольких секторов, содержащих сопловые лопатки, расположенные между элементами внутренних и внешних полок. Элементы внутренних и внешних полок, по меньшей мере, в двух соседних секторах содержат уплотняющие прокладки, расположенные радиально в зазоре, отделяющем указанные элементы от корпусного элемента, для предотвращения протекания текучих сред между указанными элементами. Прокладки двух соседних секторов состыкованы между собой, а их стык закрыт стыковой накладкой, расположенной между указанными прокладками, и удерживающим устройством, удерживающим прокладки в герметизирующем положении. Удерживающее устройство состоит из лапы, расположенной в одном из секторов и проходящей в периферическом направлении по краю указанного сектора. Свободный конец лапы прижат к стыковой накладке в зоне, расположенной вне указанного сектора. Изобретение позволяет обеспечить герметичность уплотнения между корпусом и полками секторов за счет ограничения углового смещения лапы и установки ее свободного конца на соседнем секторе. 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к уплотнению, применяемому в турбомашинах между аэродинамическим каналом, по которому проходят горячие газы, и объемом, в который подается охлаждающий воздух, например, для охлаждения соплового аппарата.

Точнее, изобретение касается устройства для уплотнения стыков соплового аппарата, установленного в аксиальном направлении между двумя конструктивными элементами. При этом сопловой аппарат состоит из нескольких секторов, содержащих сопловые лопатки, расположенные между элементами внутренней и внешней полок. По меньшей мере, указанные элементы двух соседних секторов содержат уплотняющие прокладки, расположенные радиально в пространстве, отделяющем указанный элемент полки от соседнего корпусного элемента, для предотвращения протекания текучих сред между указанными элементами. Соответствующие прокладки двух смежных секторов состыкованы между собой, а их стык покрыт стыковой накладкой, расположенной между состыкованными прокладками и устройством, удерживающим прокладки в герметизирующем положении.

Уровень техники

Уплотняющие устройства с использованием прокладок в виде тонких пластинок широко применяются для предотвращения протекания текучих сред между внутренним и внешним кольцевыми каналами камеры сгорания, в которых циркулирует воздух, охлаждающий сопловой аппарат и подвижные лопатки, и каналом, по которому проходят горячие газы, поступающие из камеры сгорания.

Эти прокладки размещают в кольцевых пространствах, отделяющих элементы полки от корпусного элемента, плотно прижимая их для обеспечения герметичности к образующей поверхности указанных элементов.

Подобные прокладки подвержены действию давления, приложенного к их противоположным сторонам. В общем случае давление охлаждающего газа выше давления горячих газов, поэтому прокладки располагают таким образом, чтобы эта разность давлений способствовала улучшению искомой герметизации. Тем не менее, поскольку авиационные турбомашины эксплуатируются в существенно различных условиях, возможно возникновение многочисленных проблем, связанных, в частности, с расширением, вибрацией и небольшими вариациями давления на некоторых этапах полета.

Поэтому устройства уплотнения содержат вспомогательные средства, оказывающие постоянное давление на прокладки в целях удержания их в герметизирующем положении.

Так, в патентной публикации FR 2649463 описан уплотняющий стык с прокладками, в котором прокладки скользят по аксиально расположенным штифтам, причем на них оказывают давление пружины, содержащие часть, закрепленную при помощи шплинта.

В патентной публикации FR 2786222 описаны уголки для поддержки прокладок, имеющие один конец, прижимающийся к уплотняющей прокладке, и другой конец, загнутый в форме скобы и вставленный в паз в одном из элементов конструкции для фиксации аксиального положения. Прокладки и поддерживающие уголки содержат загнутые лапы, позволяющие уголкам дополнительно зафиксировать аксиальное положение прокладок. В этом документе предусмотрен поддерживающий уголок, опирающийся на два смежных сектора соплового аппарата и оказывающий давление на стыковую накладку.

В этих двух известных решениях эластичные элементы оказывают воздействие на прокладку, расположенную в секторе, в котором установлена пружина или поддерживающий уголок.

Раскрытие изобретения

Удерживающее устройство, используемое в сопловом аппарате турбомашины по настоящему изобретению, характеризуется тем, что состоит из лапы, расположенной в одном из секторов соплового аппарата и проходящей в периферическом направлении по краю указанного сектора, причем свободный конец указанной лапы прижат к стыковой накладке, расположенной в зоне вне указанного сектора.

Данная лапа предпочтительно прикреплена к сектору двумя соединениями, расположенными с взаимным угловым смещением. Одно из данных соединений предпочтительно выполнено с возможностью скольжения в периферическом направлении.

Такая конструкция позволяет ограничить угловые смещения лапы и контролировать положение точки ее приложения.

Соединения предпочтительно образованы аксиально ориентированными заклепками, стержни которых проведены через отверстия, выполненные в лапе. Прокладки также могут сдвигаться на стержнях заклепок.

Соединение, выполненное с возможностью скольжения, снабжено конструкцией, содержащей скобу, постоянно прижимающую указанную лапу к прокладке. Второе соединение лапы предпочтительно расположено на конце лапы, противоположном ее свободному концу, и зафиксировано в аксиальном направлении.

Краткое описание чертежей

Другие свойства и достоинства настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего описания, содержащего ссылки на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют пример осуществления изобретения.

На чертежах:

- на фиг.1 представлен вид в разрезе части турбомашины, иллюстрирующий пример конструкции, в которой может использоваться устройство для уплотнения по изобретению;

- на фиг.2 представлен радиальный вид верхней части удерживающего устройства, воздействующего на уплотняющие прокладки двух смежных секторов соплового аппарата;

- на фиг.3 представлен аксиальный вид удерживающего устройства, изображенного на фиг.2;

- фиг.4 изображает в перспективе прижимную лапу по изобретению;

- фиг.5 изображает в перспективе устройство крепления лапы, изображенной на фиг.4, при помощи заклепки и скобы;

- на фиг.6 представлен аксиальный вид стыковой накладки.

Осуществление изобретения

Турбомашина 1, изображенная на фиг.1, содержит камеру 2 сгорания и турбину 3 высокого давления, состоящую из одной или нескольких ступеней. Каждая ступень турбины содержит ряд сопловых лопаток 4 и ряд подвижных (рабочих) лопаток 5. Эти ряды, как известно, чередуются. Турбина высокого давления установлена на конструкции, содержащей, с радиально внешней стороны, внешний корпус 6 камеры сгорания, внешнее кольцо 7 турбины и корпус 8 турбины, соединенные болтами. С радиально внутренней стороны турбины 3 расположен внутренний корпус 9 турбины, соединенный с внутренним корпусом 10 камеры сгорания. Камера 2 сгорания имеет кольцевую форму и ограничена внешней стенкой 11 и внутренней стенкой 12. Как и в известных решениях, охлаждающий воздух распространяется под высоким давлением вокруг кольцевой камеры 2 сгорания во внешнем кольцевом канале 13, ограниченном внешним корпусом 6 и внешней стенкой 11 камеры 2 сгорания, а также во внутреннем кольцевом канале 14, ограниченном внутренним корпусом 10 и внутренней стенкой 12 камеры 2 сгорания. Охлаждающий воздух проходит вдоль турбины через отверстия 15, выполненные в стенке 16, соединяющей передние концы внешнего корпуса 6 и внешней стенки 11 камеры 2 сгорания, охлаждая сопловые лопатки 4. Охлаждающий воздух проходит также через отверстия 17, выполненные в стенке 18, соединяющей передние концы внутреннего корпуса 10 и внутренней стенки 12 камеры 2 сгорания, охлаждая внутренние полки 19 сопловых лопаток 4.

Ряд сопловых лопаток 4 выполнен в виде нескольких единых секторов S, каждый из которых содержит несколько сопловых лопаток 4, соединенных элементами бандажных (наружных) полок 20 и элементами замковых (внутренних) полок 19. Необходимо предотвратить любые утечки воздуха между элементами полок 19, 20 секторов S и примыкающими к ним элементами конструкции.

Соответственно, первый уплотняющий элемент установлен в зазор 21 между задним концом 22 элементов внешней полки 20 и стенкой 16, в зазор 23 между передним концом 24 элементов внешней полки 20 и внешним кольцом 7 турбины, а также в зазор 25 между задним концом 26 элементов внутренней полки 19 и стенкой 18.

Каждый из уплотняющих элементов состоит из нескольких изогнутых и стыкующихся между собой уплотняющих прокладок (пластинок) 30, каждая из которых расположена в одном секторе S соплового аппарата и прилегает к бортику 40, образованному в секторе S на заднем конце 22 и переднем конце 24 элемента внешней полки 20, а также на заднем конце 26 элементов внутренней полки 19. Эти прокладки 30 ориентированы в радиальном направлении наружу в случае прокладок, закрывающих зазоры 21 и 23, и внутрь в случае прокладок 30, закрывающих зазор 25. Прокладки имеют образующую, соприкасающуюся со смежными элементами конструкции.

Две смежные прокладки 30a, 30b одного уплотняющего элемента соединяются в плоскости Р1, разделяющей последовательно расположенные сектора S1 и S2. Как видно из фиг.2, стык между этими двумя прокладками 30a и 30b закрыт стыковой накладкой 31, расположенной между смежными краями этих прокладок и удерживающим устройством, обеспечивающим герметичность стыка.

Удерживающее устройство содержит закругленный свободный конец 32 прижимной лапы 33, прикрепленной к одному из секторов, например S1, при помощи двух заклепок 40а, 40b, закрепленных, соответственно, в выступах 41а, 41b элемента полки 19 или 20. Стержни этих заклепок проведены сквозь отверстия, выполненные в прижимной лапе 33, прокладке 30a и стыковых накладках 31а и 31b. Противоположный по отношению к свободному концу 32 конец 34 лапы 33 загнут в форме буквы U и содержит цилиндрические отверстия 50а, 50b, обеспечивающие фиксацию в периферическом направлении (по окружности); таким образом, этот конец 34 фиксируется в аксиальном направлении. Соединение между заклепкой 40b и лапой 33 обеспечено скобой 43, которая прижимает средний участок лапы 33 к прокладке 30a, причем в периферическом направлении это соединение не зафиксировано. Как показано на фиг.3, лапа 33 проходит в периферическом направлении над элементом полки сектора S1. Однако ее свободный конец 32, прилегающий к стыковой накладке 31а, находится вне сектора S1 и в примере, представленном на фиг.2 и 3, в зоне сектора S2. Из фиг.3 видно, что противоположные концы стыковой накладки 31 содержат вырезы 35, через которые проходят стержни соседних заклепок, расположенных в смежных секторах S1 и S2.

На фиг.4 представлен перспективный вид прижимной лапы 33. На ее конце 34 выполнены цилиндрические отверстия 50а и 50b, через которые проходит стержень заклепки 40а. На фиг.4 также изображено продолговатое отверстие 51, через которое проходит стержень заклепки 40b, что позволяет создать соединение, не зафиксированное в периферическом направлении.

На фиг.5 изображена заклепка 40b и скоба, надевающаяся на выступ 41b, причем участок 52 скобы 43 прижимается к средней части лапы 33, окружающей отверстие 51.

На фиг.6 изображена стыковая накладка 31, закрывающая смежные концы двух соседних прокладок 30a и 30b. Противоположные концы этой стыковой накладки 31 содержат вырезы 35, через которые проходят стержни двух соседних заклепок 40а и 40b, установленных в двух смежных секторах.

1. Турбомашина, содержащая сопловой аппарат, установленный аксиально между двумя корпусными элементами и состоящий из нескольких секторов, содержащих сопловые лопатки, расположенные между элементами внутренних и внешних полок, причем указанные элементы, по меньшей мере, в двух соседних секторах содержат уплотняющие прокладки (30), расположенные радиально в зазоре, отделяющем указанные элементы от корпусного элемента, для предотвращения протекания текучих сред между указанными элементами, причем соответствующие прокладки двух соседних секторов состыкованы между собой, а их стык закрыт стыковой накладкой (31), расположенной между указанными прокладками, и удерживающим устройством, удерживающим прокладки в герметизирующем положении, отличающаяся тем, что удерживающее устройство состоит из лапы (33), расположенной в одном из секторов (S1) и проходящей в периферическом направлении по краю указанного сектора, причем свободный конец (32) лапы (33) прижат к стыковой накладке (31) в зоне, расположенной вне указанного сектора (S1).

2. Турбомашина по п.1, отличающаяся тем, что лапа (33) прикреплена к сектору (S1) двумя соединениями, расположенными с взаимным угловым смещением.

3. Турбомашина по п.2, отличающаяся тем, что одно из соединений выполнено с возможностью скольжения в периферическом направлении.

4. Турбомашина по п.3, отличающаяся тем, что соединения образованы аксиально ориентированными заклепками (40а, 40b), проведенными через отверстия, выполненные в лапе (33).

5. Турбомашина по п.4, отличающаяся тем, что соединение, выполненное с возможностью скольжения, снабжено конструкцией, содержащей скобу (43), постоянно прижимающую лапу (33) к прокладке (30).

6. Турбомашина по п.5, отличающаяся тем, что второе соединение лапы (33) расположено на ее конце (34), противоположном ее свободному концу (32), и зафиксировано в аксиальном направлении.

7. Турбомашина по любому из пп.4-6, отличающаяся тем, что на противоположных концах стыковой накладки (31) выполнены вырезы (35), через которые проведены две соседние заклепки (40а, 40b) двух смежных секторов (S1, S2).