Держатель уплотнения и сопловая лопатка для газовой турбины (варианты)

В настоящей заявке описан держатель уплотнения, используемый вокруг ряда отверстий в платформе сопловой лопатки турбины, предназначенных для прохождения воздуха. Держатель уплотнения может иметь внутреннюю поверхность, обращенную к платформе и имеющую выполненные на ней пазы, совмещенные с проточными отверстиями платформы, и противоположную внешнюю поверхность, вокруг которой расположено уплотнение. Пазы представляют собой рельефные вырезы и выходят на стыковочной поверхности платформы. Предложенный держатель уплотнения обеспечивает улучшенное охлаждение при простоте сборки. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0101] Настоящая заявка и полученный в результате патент относятся в целом к газотурбинным двигателям и, в частности, к держателю уплотнения турбинной лопатки и подобному устройству с пазами, сформированными на одной его стороне, для усовершенствованного охлаждения и простоты сборки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

[0102] Различные типы систем охлаждения используются с турбомашинах для охлаждения внутренних элементов различных типов, таких как корпуса, лопатки, сопла и тому подобное. Такие системы охлаждения поддерживают адекватные зазоры между элементами и обеспечивают адекватный срок службы этих элементов. Одним из таких элементов является держатель уплотнения турбинной лопатки. Держатель уплотнения может быть прикреплен к платформе консольной сопловой лопатки турбины и подобному устройству. Такой элемент в целом может охлаждаться через отверстия для подачи воздуха, выполненные в платформе или в других местах, которые могут сообщаться с охлаждающей камерой либо другим источником. Однако такие отверстия для подачи воздуха сложны в изготовлении, в то время как сборка всего держателя уплотнения самого по себе может занимать много времени. Могут быть известны другие типы систем охлаждения.

Так, в патенте США №5749701 описан держатель уплотнения, используемый вокруг отверстий платформы сопловой лопатки турбины, предназначенных для прохождения воздуха, и имеющий внутреннюю поверхность, обращенную к платформе. В указанной поверхности выполнены сквозные отверстия, причем выпускные отверстия несущей части держателя проточно сообщаются с указанными сквозными отверстиями, выполненными в его промежуточной части, и текучая среда, таким образом, вводится непосредственно из охлаждающей полости в промежуточный элемент через сквозное отверстие, при этом выпускное отверстие выходит в заднюю полость за пределами уплотнения. Наличие в держателе, описанном в патенте США №5749701, сквозных отверстий обуславливает недостатки, описанные выше.

[0103] Существует, таким образом, необходимость в усовершенствованном держателе уплотнения турбинной лопатки. Держатель уплотнения турбинной лопатки может обеспечить упрощенную схему охлаждения в сочетании с упрощенной схемой сборки.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0104] Настоящая заявка и полученный в результате патент, таким образом, предлагают держатель уплотнения, используемый вокруг ряда отверстий в платформе сопловой лопатки турбины, предназначенных для прохождения воздуха. Держатель уплотнения может иметь внутреннюю поверхность, обращенную к платформе и имеющую выполненные на ней пазы, совмещенные с указанными отверстиями платформы, и противоположную внешнюю поверхность, вокруг которой расположено уплотнение. При этом указанные пазы представляют собой рельефные вырезы и выходят на стыковочной поверхности платформы.

[0105] Настоящая заявка и полученный в результате патент также предлагают сопловую лопатку для газовой турбины. Сопловая лопатка может содержать платформу с воздушной камерой, отверстия, предназначенные для прохождения воздуха и сообщающиеся с воздушной камерой, и держатель уплотнения. Держатель уплотнения может иметь пазы, совмещенные с указанными отверстиями, представляющие собой рельефные вырезы и выходящие на стыковочной поверхности платформы.

[0106] Настоящая заявка и полученный в результате патент также предлагают сопловую лопатку для газовой турбины. Сопловая лопатка может содержать платформу с воздушной камерой, отверстия, предназначенные для прохождения воздуха и сообщающиеся с воздушной камерой, и держатель уплотнения. Держатель уплотнения может иметь пазы, совмещенные с указанными отверстиями и расположенные на его внутренней поверхности, и уплотнение, расположенное на его внешней поверхности. При этом указанные пазы представляют собой рельефные вырезы и выходят на стыковочной поверхности платформы.

Выполнение пазов в виде рельефных вырезов вместо сквозных отверстий для подачи охлаждающего воздуха упрощает изготовление и сборку держателя в целом с одновременным обеспечением уменьшения трения во время общей сборки и более плотной радиальной упаковки. Таким образом, предложенный держатель уплотнения обеспечивает улучшенное охлаждение при простоте сборки.

[0107] Эти и другие особенности и преимущества настоящего изобретения станут очевидными для специалиста при рассмотрении следующего подробного описания в сочетании с чертежами и прилагаемой формулой изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0108] Фиг. 1 изображает схему газотурбинного двигателя, содержащего компрессор, камеру сгорания и турбину.

[0109] Фиг. 2 изображает обобщенный частичный вид сбоку сопловой лопатки с держателем уплотнения.

[0110] Фиг. 3 изображает часть поперечного сечения сопловой лопатки с держателем уплотнения, который может быть описан в настоящем описании.

[0111] Фиг. 4 изображает еще одно поперечное сечение сопловой лопатки с держателем уплотнения, показанным на фиг. 3.

[0112] Фиг. 5 изображает вид снизу держателя уплотнения, показанного на фиг. 3.

[0113] Фиг. 6 изображает вид сбоку в аксонометрии держателя уплотнения, показанного на фиг. 3.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

[0114] Обратимся теперь к чертежам, на которых одинаковые номера позиций на различных видах относятся к подобным элементам. На фиг. 1 показан схематический вид газотурбинного двигателя 10, который может быть использован в настоящем изобретении. Газотурбинный двигатель 10 может содержать компрессор 15. Компрессор 15 сжимает входящий поток воздуха 20 и подает сжатый поток воздуха 20 в камеру 25 сгорания. Камера 25 сгорания смешивает сжатый поток воздуха 20 с находящимся под давлением потоком топлива 30 и воспламеняет полученную смесь для создания потока 35 продуктов сгорания. Хотя показана только одна камера 25 сгорания, газотурбинный двигатель 10 может содержать любое количество камер 25 сгорания. Поток газов 35 сгорания подается, в свою очередь, в турбину 40. Поток газов 35 приводит в движение турбину 40 с получением механической работы. Механическая работа, производимая в турбине 40, приводит в действие компрессор 15 через вал 45 и внешнюю нагрузку 50, такую как электрический генератор или подобное оборудование.

[0115] Газотурбинный двигатель 10 может использовать природный газ, различные виды синтетического газа и/или другие виды топлива.

Газотурбинный двигатель 10 может быть любым из целого ряда различных газотурбинных двигателей, предлагаемых компанией General Electric, г. Скенектади, Нью-Йорк, в том числе, но без ограничения этим, например, тяжелым газотурбинным двигателем 7 или 9 серии и подобным двигателем. Газотурбинный двигатель 10 может иметь различные конфигурации и может использовать другие типы элементов. Другие типы газотурбинных двигателей также могут быть использованы в настоящем изобретении. Несколько газотурбинных двигателей, другие типы турбин и другие виды энергетического оборудования также могут использоваться вместе в настоящем изобретении.

[0116] Фиг. 2 изображает примерную сопловую лопатку 55, которая может использоваться с турбиной 40, описанной выше. В целом, сопловая лопатка 55 может иметь аэродинамическую часть 60, которая проходит между внутренней платформой 65 и внешней платформой 70. Некоторое количество сопловых лопаток 55 может быть объединено в окружной ряд с образованием ступени вместе с роторными лопатками (не показаны). Сопловая лопатка 55 также может иметь расположенную в ней охлаждающую камеру 80. Охлаждающая камера 80 может сообщаться с потоком воздуха 20, поступающего из компрессора 15 или из другого источника, через охлаждающий канал. Вокруг сопловой лопатки 55 также может использоваться уплотнение 90. Уплотнение 90 может быть расположено вокруг держателя 95 уплотнения. В настоящем изобретении могут быть использованы другие элементы и другие конфигурации.

[0117] Фиг. 3 и 4 показывают части примерной сопловой лопатки 100, как может быть описано здесь. Как указано выше, сопловая лопатка 100 имеет аэродинамическую часть 110 и внутреннюю платформу 120. Внутренняя платформа 120 может содержать расположенную в ней воздушную камеру 140. Воздушная камера 140 может сообщаться с потоком воздуха 20, поступающим из компрессора 15 или другого источника, через охлаждающий канал. В настоящем изобретении может использоваться ударная система охлаждения и подобная конструкция. Также могут использоваться другие типы систем охлаждения. С воздушной камерой могут сообщаться отверстия 150 для прохождения воздуха.

[0118] Держатель 160 уплотнения, который может быть описан в настоящем документе, может быть установлен в пределах внутренней платформы 120. Уплотнение 170 может быть установлено в держателе 160 вокруг его внутренней поверхности. Уплотнение 170 может быть сотовым уплотнением, лабиринтным уплотнением, истираемым уплотнением или уплотнением другого типа. Как показано на фиг. 5 и 6, на внешней поверхности 200 держателя 160 уплотнения могут быть расположены пазы 190. Пазы 190 могут проходить по всей ширине держателя 160 или по ее части и могут действовать в качестве охлаждающих каналов. Пазы 190 могут совпадать с отверстиями 150 с обеспечением направления находящегося под давлением потока воздуха 20 к стыковочной поверхности 195 сопловой лопатки (то есть разделительной линии) или в другое место. Пазы 190 могут быть выполнены в виде рельефных вырезов 210. В настоящем изобретении могут быть использованы другие виды технологии производства. Пазы 190 могут иметь любой размер, форму или конфигурацию.

[0119] В дополнение к созданию потока охлаждающего воздуха 20 пазы 190 также способствуют уменьшению трения во время общей сборки. Держатель 160 уплотнения в целом может быть собран в окружном направлении так, что пазы 190 уменьшают площадь контакта между сопловой лопаткой 100 и держателем 160. Это уменьшение площади контакта снижает общую силу трения, которая должна быть преодолена в процессе сборки. Держатель 160 уплотнения также обеспечивает возможность более плотной радиальной упаковки, чтобы облегчить позиционирование уплотнений пространства между рабочими колесами на больших радиусах. Кроме того, потребность в подающих отверстиях на стыковочной поверхности может быть устранена, так как для этой же цели служат пазы 190. В частности, держатель 160 уплотнения позволяет создать большее радиальное пространство для размещения пазов уплотнения и охлаждающих отверстий. Держатель 160 уплотнения, таким образом, обеспечивает улучшенное охлаждение при простоте сборки.

[0120] Должно быть очевидно, что вышеизложенное относится только к определенным вариантам выполнения настоящего изобретения. Многочисленные изменения и модификации могут быть сделаны здесь специалистами без отступления от общего объема и сущности изобретения, определенных в формуле изобретения, и ее эквивалентов.

1. Держатель уплотнения, используемый вокруг отверстий платформы сопловой лопатки турбины, предназначенных для прохождения воздуха, содержащий:

внутреннюю поверхность, обращенную к платформе и имеющую расположенные на ней пазы, совмещенные с указанными отверстиями платформы, причем указанные пазы представляют собой рельефные вырезы и выходят на стыковочной поверхности платформы,

противоположную внешнюю поверхность и

уплотнение, расположенное вокруг внешней поверхности.

2. Держатель по п. 1, в котором уплотнение представляет собой сотовое уплотнение, лабиринтное уплотнение или истираемое уплотнение.

3. Держатель по п. 1, содержащий несколько уплотнений.

4. Держатель по п. 1, в котором указанные пазы представляют собой охлаждающие каналы.

5. Сопловая лопатка для газовой турбины, содержащая:

платформу,

воздушную камеру, расположенную в платформе,

отверстия, предназначенные для прохождения воздуха и сообщающиеся с воздушной камерой, и

держатель уплотнения,

причем держатель уплотнения имеет пазы, совмещенные с указанными отверстиями, причем указанные пазы представляют собой рельефные вырезы и выходят на стыковочной поверхности платформы.

6. Сопловая лопатка по п. 5, в которой держатель уплотнения содержит расположенное в нем уплотнение.

7. Сопловая лопатка по п. 6, в которой уплотнение представляют собой сотовое уплотнение, лабиринтное уплотнение или истираемое уплотнение.

8. Сопловая лопатка по п. 6, содержащая несколько уплотнений.

9. Сопловая лопатка по п. 5, в которой указанные пазы представляют собой охлаждающие каналы.

10. Сопловая лопатка по п. 5, в которой воздушная камера сообщается с потоком воздуха.

11. Сопловая лопатка по п. 5, в которой указанные пазы расположены вокруг внутренней поверхности держателя уплотнения.

12. Сопловая лопатка по п. 5, в которой уплотнение расположено вокруг внешней поверхности держателя уплотнения.

13. Сопловая лопатка для газовой турбины, содержащая:

платформу,

воздушную камеру, расположенную в платформе,

отверстия, предназначенные для прохождения воздуха и сообщающиеся с воздушной камерой, и

держатель уплотнения,

причем держатель уплотнения имеет пазы, совмещенные с указанными отверстиями и расположенные на его внутренней поверхности, и уплотнение, расположенное на его внешней поверхности, причем указанные пазы представляют собой рельефные вырезы и выходят на стыковочной поверхности платформы.

14. Сопловая лопатка п. 13, в которой уплотнение представляют собой сотовое уплотнение, лабиринтное уплотнение или истираемое уплотнение.

15. Сопловая лопатка по п. 13, содержащая несколько уплотнений.