Статор турбины низкого давления газотурбинного двигателя

Авторы патента:

F01D9/02 - сопла; впускные патрубки; направляющие лопатки; направляющие каналы

Владельцы патента RU 2792703:

Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") (RU)

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Изобретение относится к области турбостроения, точнее к способам изготовления направляющего лопаточного аппарата компрессора для газотурбинного двигателя, преимущественно авиационного. Направляющий лопаточный аппарат компрессора из композиционного материала, изготовление которого включает раскрой слоев для лопаток, окончательное их оформление производится в пресс-форме.

Сопло газовой турбины с соплами, сформированными как единое целое // 2779785

Изобретение относится к соплу газовой турбины. Сопло газовой турбины включает в себя сопла, сформированные как единое целое из торцевой стенки по внутреннему периметру и торцевой стенки по внешнему периметру.

Камера сгорания газовой турбины // 2776139

Изобретение относится к конструкции камеры сгорания газовой турбины и, в частности, относится к технологии, которая эффективно применяется в конструкции торцевой рамы переходного отсека, и более детально - к охлаждающим отверстиям переходного отсека. Камера сгорания газовой турбины содержит переходный отсек, который направляет газ сгорания из камеры сгорания в турбину, торцевую раму переходного отсека, которая установлена на участке выпускного отверстия переходного отсека со стороны турбины и размещена напротив торцевой стенки лопатки статора первой ступени турбины с заданным зазором, и уплотнительный элемент, надетый на торцевую раму переходного отсека и вставленный в торцевую стенку лопатки статора первой ступени для уплотнения от утечки охлаждающего воздуха, подаваемого в зазор, причем охлаждающие отверстия размещены в торцевой раме переходного отсека так, что подают охлаждающий воздух непосредственно к торцевой стенке лопатки статора первой ступени.

Деталь турбины из сплава с содержанием мах-фазы // 2773969

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к изготовлению детали турбины. Может использоваться для изготовления рабочей лопатки турбины или лопатки соплового аппарата.

Способ изготовления направляющего лопаточного аппарата компрессора авиационного двигателя // 2766040

Изобретение относится к области турбостроения, точнее к способам изготовления направляющих лопаток компрессора из композиционного материала для газотурбинного двигателя, преимущественно авиационного. Направляющий лопаточный аппарат компрессора из композиционного материала, у которого лопатки монолитно выполнены с опорным кольцом и ободом, изготовление которого включает раскрой слоев для лопаток, при этом материал выходит за пределы контура лопатки со стороны корневого сечения на длину, большую длины дуги опорного кольца между соседними лопатками, а со стороны периферийного сечения - на длину, большую длины дуги обода между соседними лопатками.

Способ выполнения лопатки авиационного газотурбинного двигателя посредством аддитивного изготовления // 2765420

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к способу аддитивного изготовления лопатки авиационного газотурбинного двигателя. Изготавливают лопатку, содержащую верхнюю и нижнюю окружные стенки, между которыми расположено по меньшей мере одно перо, содержащее переднюю кромку и заднюю кромку, расположенные между упомянутыми стенками по меньшей мере частично с отступом по отношению соответственно к первым и вторым окружным краям упомянутых стенок.

Трубчатая камера сгорания для газовой турбины и газовая турбина, содержащая такую трубчатую камеру сгорания // 2761262

Трубчатая камера сгорания для газовой турбины, при этом трубчатая камера сгорания содержит по меньшей мере одну горелку, по меньшей мере одну жаровую трубу, ограничивающую пространство горения, имеющее ось камеры сгорания, при этом жаровая труба содержит: внутренний трубчатый элемент, наружный трубчатый элемент, перекрывающий, по меньшей мере частично, внутренний трубчатый элемент и расположенный на расстоянии от внутреннего трубчатого элемента для образования зазора для охлаждающего воздуха, при этом наружный трубчатый элемент содержит расположенный выше по потоку конец, соединенный с промежуточной частью внутреннего трубчатого элемента.

Сопловой аппарат турбины высокого давления газотурбинного двигателя // 2757245

Сопловой аппарат (СА) турбины высокого давления (ТВД) авиационного газотурбинного двигателя (ГТД) содержит наружное и внутреннее кольца соплового аппарата, соединенные с наружным и внутренним корпусом камеры сгорания соответственно, венец сопловых лопаток с наружными и внутренними полками, соединенными с наружным и внутренним кольцами соплового аппарата соответственно, причем в пере каждой из сопловых лопаток выполнен продольный охлаждающий канал, сообщенный с полостью, образованной наружным кольцом соплового аппарата и наружным корпусом камеры сгорания с клапанами перепуска воздуха, а также с полостью подвода воздуха к аппарату закрутки, выполненной во внутреннем кольце соплового аппарата, при этом, согласно настоящему изобретению, с полостью, образованной наружным кольцом соплового аппарата и наружным корпусом камеры сгорания с клапанами перепуска воздуха, охлаждающий канал каждой из лопаток сообщен посредством двух втулок, соединенных между собой телескопически, с возможностью радиального смещения друг относительно друга, одна из которых установлена в отверстии наружного кольца соплового аппарата и зафиксирована относительно наружного кольца соплового аппарата посредством выполненных на ее наружной поверхности двух диаметрально расположенных выступов, заведенных в кольцевые пазы наружного кольца соплового аппарата, выполненные со стороны наружного диаметра последнего, а также контровочной шайбы, а другая втулка выполнена со стороны наружной поверхности наружной полки сопловой лопатки, за одно целое с ней, при этом с полостью подвода воздуха к аппарату закрутки, выполненной во внутреннем кольце соплового аппарата, охлаждающий канал каждой из сопловых лопаток сообщен посредством трубчатого элемента, закрепленного в отверстии внутреннего кольца соплового аппарата посредством шарнирного соединения и втулки, выполненной со стороны внутренней поверхности внутренней полки сопловой лопатки, за одно целое с ней, и соединенной с трубчатым элементом посредством шарнирного соединения, кроме того, наружные полки венца сопловых лопаток зафиксированы в наружном кольце соплового аппарата в радиальном направлении посредством выполненного на наружной поверхности каждой из наружных полок лопаток, со стороны выходной кромки пера, Г-образного выступа, вставленного концевым участком в кольцевой паз наружного кольца, выполненный со стороны внутреннего диаметра последнего, а также выполненных на наружной поверхности каждой из наружных полок лопаток, со стороны входной кромки пера, двух П-образных выступов, разнесенных друг относительно друга в окружном направлении, в пазы которых заведена торцовая часть наружного кольца, при этом на наружном диаметре внутреннего кольца соплового аппарата выполнен кольцевой паз, а со стороны внутренней поверхности каждой из внутренних полок венца сопловых лопаток выполнено по ответному пазу, в которых установлен кольцевой упругий элемент, перекрывающий поток воздуха из компрессора высокого давления в проточную часть турбины высокого давления.

Узел соединения соплового аппарата турбины высокого давления с концевой частью жаровой трубы камеры сгорания газотурбинного двигателя // 2755453

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к газотурбинным двигателям (ГТД), преимущественно к элементам соединения сопловых аппаратов турбины с камерами сгорания. В узле соединения соплового аппарата турбины высокого давления с концевой частью жаровой трубы камеры сгорания газотурбинного двигателя, содержащего наружный и внутренний кольцевые промежуточные элементы, со стороны торцов которых, обращенных к концевой части жаровой трубы, выполнено по кольцевой канавке, в которые заведены концевые участки наружного и внутреннего кольца жаровой трубы, согласно настоящему изобретению, каждый из кольцевых промежуточных элементов выполнен в виде набранных в окружном направлении идентичных деталей, причем каждая из идентичных деталей наружного кольцевого промежуточного элемента соединена с соответствующей ей наружной полкой сопловой лопатки, а каждая из идентичных деталей внутреннего кольцевого промежуточного элемента соединена с соответствующей ей внутренней полкой сопловой лопатки, при этом со стороны торца наружного кольцевого промежуточного элемента, обращенного к наружной полке сопловой лопатки, выполнена кольцевая канавка, в которую заведены с осевым зазором выступы, каждый из которых выполнен на торце наружной полки сопловой лопатки, до контакта торцов наружного и внутреннего выступов наружного кольцевого промежуточного элемента, образующих кольцевую канавку, с торцами наружных полок сопловых лопаток, при этом в наружном выступе каждой из идентичных деталей и в выступе наружной полки сопловой лопатки выполнено по соосному отверстию под штифт, над которыми в наружном кольце соплового аппарата со стороны его торца, обращенного к жаровой трубе, выполнено по продольному пазу, в каждом из которых установлена с осевым зазором верхняя часть штифта, причем между торцом нижней части штифта и наружной поверхностью внутреннего выступа наружного кольцевого промежуточного элемента образован зазор, причем на каждом из штифтов, между внутренней поверхностью продольного паза и наружной поверхностью наружного выступа наружного кольцевого промежуточного элемента выполнены два бурта, диаметр наружного из которых больше чем ширина продольного паза, а внутреннего - чем диаметр отверстия под штифт, при этом внутренняя поверхность внутреннего бурта и наружная поверхность наружного выступа наружного кольцевого промежуточного элемента сопряжены, а между наружным буртом и наружным кольцом соплового аппарата выполнен радиальный зазор, кроме того со стороны внутренней поверхности каждой из идентичных деталей внутреннего кольцевого промежуточного элемента и соответствующей ей внутренней полки сопловой лопатки выполнены радиальные выступы, контактирующие по близлежащим поверхностям и зафиксированные относительно друг друга посредством резьбового соединения, при этом на упомянутых близлежащих поверхностях радиальных выступов идентичных деталей внутреннего кольцевого промежуточного элемента выполнены осевые выступы в виде кольцевых сегментов, заведенные с осевым зазором в соответствующие им пазы, выполненные в радиальных выступах внутренних полок сопловых лопаток.