Система предотвращения износа концевых бандажных полок лопаток турбины



Система предотвращения износа концевых бандажных полок лопаток турбины
Система предотвращения износа концевых бандажных полок лопаток турбины
Система предотвращения износа концевых бандажных полок лопаток турбины
Система предотвращения износа концевых бандажных полок лопаток турбины
Система предотвращения износа концевых бандажных полок лопаток турбины

 


Владельцы патента RU 2456460:

ДЖЕНЕРАЛ ЭЛЕКТРИК КОМПАНИ (US)

Система предотвращения износа концевой бандажной полки лопатки турбины содержит гнездо, образованное на поверхности контакта концевой бандажной полки, и жесткую пробку, установленную в гнездо и имеющую износостойкую внешнюю поверхность. Концевая бандажная полка входит в контакт с соседней концевой бандажной полкой при работе турбины у поверхности контакта. Поверхность контакта содержит границу раздела, имеющую профиль в виде буквы "Z". Концевая бандажная полка дополнительно содержит срезающий зубец, образующий выступ, проходящий по середине верхней поверхности концевой бандажной полки. Граница раздела включает в себя среднюю поверхность контакта, соответствующую среднему участку профиля в виде буквы "Z". Средняя поверхность контакта имеет по существу прямоугольную форму, которая по существу соответствует форме поперечного сечения срезающего зубца. Изобретение позволяет повысить износостойкость концевой бандажной полки лопатки турбины, увеличить срок ее службы и упростить ремонт. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

Настоящее изобретение в основном относится к системам предотвращения износа концевых бандажных полок лопаток турбины в турбинных двигателях. В частности, но не в качестве ограничения, настоящее изобретение относится к системам интегрирования износостойкой внешней поверхности на контактные поверхности между соседними концевыми бандажными полками.

Лопатки турбины обычно включают в себя аэродинамический профиль и концевую бандажную полку, закрепленную на нем (см., например, публикацию заявки на патент США №2005/0111983). Концевая бандажная полка, которая закреплена на внешней кромке аэродинамического профиля, имеет площадь поверхности, которая проходит по существу перпендикулярно поверхности аэродинамического профиля. Поверхность концевой бандажной полки помогает удерживать выхлопные газы турбины на аэродинамическом профиле (то есть не позволяет скользить выхлопным газам поверх окончания аэродинамического профиля лопатки), в результате чего больший процент энергии выхлопных газов турбины может быть преобразован в механическую энергию турбины. Таким образом, концевые бандажные полки улучшают рабочие характеристики газотурбинных двигателей. Предпочтительная конструкция концевой бандажной полки имеет большую площадь поверхности концевой бандажной полки, которая закрывает всю внешнюю поверхность аэродинамического профиля лопатки турбины.

При работе турбины концевая бандажная полка обычно взаимодействует с концевыми бандажными полками соседних лопаток турбины. То есть из-за совмещения установленной лопатки турбины и предпочтительной конструкции концевой бандажной полки такая концевая бандажная полка обычно входит в контакт с концевой бандажной полкой, расположенной с каждой ее стороны, то есть с соседней концевой бандажной полкой на ее передней и задней кромках. Контакт, образующийся между концевыми бандажными полками соседних лопаток турбины, также помогает удерживать выхлопные газы турбины на аэродинамическом профиле (то есть предотвращает значительную утечку между концевыми бандажными полками), в результате чего улучшаются рабочие характеристики турбины. Однако, учитывая скорость вращения и вибрацию турбины во время работы, а также непостоянную природу соединения, образовавшегося между соседними концевыми бандажными полками, возникают чрезмерные физические и механические напряжения, связанные с контактом между соседними концевыми бандажными полками.

Кроме того, лопатки турбины в промышленных газовых турбинах и двигателях самолетов работают при высоких температурах. Обычно температура в турбине, при которой работают лопатки турбины, составляют от 600 до 1500°С. Кроме того, скорость и частота изменения рабочей температуры турбины усугубляют тепловые напряжения, прикладываемые к компонентам, расположенным на пути горячих газов. В результате тепловые напряжения, возникающие в лопатках турбины и на концевых бандажных полках, закрепленных на них, становятся чрезмерными.

Лопатки турбины и концевые бандажные полки, прикрепленные к ним, обычно изготавливают из жаропрочных сплавов на основе никеля, жаропрочных сплавов на основе кобальта, сплавов на основе железа или аналогичных материалов. Хотя эти материалы доказали свою экономичность и эффективность при выполнении большинства необходимых функций, учитывая чрезвычайные механические тепловые напряжения, наличие области соединения между соседними концевыми бандажными полками (то есть в местах, где концевая бандажная полка входит в контакт с каждой из соседних к ней концевых бандажных полок) приводит к преждевременному износу. Другие более твердые/более износостойкие материалы более эффективно оказывают сопротивление износу, возникающему в областях контакта между соседними концевыми бандажными полками.

Обычные способы и системы оказались неэффективными для предотвращения такого износа. Например, были проверены покрытия, наносимые способом плазменного напыления. Однако такие покрытия оказались слишком тонкими, и они не обеспечивают износостойкую защиту. Также проверяли специализированную сварку, которая, в общем, представляет собой "наращивание сварного шва" в области контакта. Однако специализированная сварка также обеспечивала незначительную защиту. Кроме того, при наращивании сварного шва вводятся дополнительные напряжения, связанные с перегревом в области контакта, в то время как напряжения, возникающие во время работы в этой области, уже являются чрезмерными.

В результате продолжается преждевременный износ в точке контакта между соседними концевыми бандажными полками, что делает систему неэффективной. Например, преждевременный износ может привести к: 1) увеличенному времени простоя из-за ремонта модуля турбины; 2) замене в остальном исправных концевых бандажных полок из-за преждевременного износа в области контакта и 3) соответствующему повышению трудозатрат и расходов на детали. Таким образом, существует потребность в улучшенных системах защиты от преждевременного износа между соседними концевыми бандажными полками.

Согласно настоящему изобретению создана система предотвращения износа концевой бандажной полки лопатки турбины турбинного двигателя, содержащая гнездо, образованное на поверхности контакта концевой бандажной полки, и пробку, устанавливаемую в гнездо и имеющую износостойкую внешнюю поверхность. В некоторых вариантах выполнения износостойкая внешняя поверхность может включать в себя порошок из твердосплавного покрытия на основе кобальта.

Гнездо может быть выфрезеровано на поверхности контакта, а пробка может представлять собой пробку заданного размера, которая плотно устанавливается в гнездо. В одних вариантах осуществления изобретения износостойкая внешняя поверхность может быть по существу выровнена с поверхностью контакта после установки пробки в гнездо. В других вариантах осуществления изобретения износостойкая внешняя поверхность может оставаться слегка приподнятой над поверхностью контакта после установки пробки в гнездо.

В некоторых вариантах выполнения концевая бандажная полка входит в контакт с соседней концевой бандажной полкой при работе турбины на поверхности контакта. Поверхность контакта может содержать Z-образную границу раздела, имеющую профиль приблизительно в виде буквы "Z". Кроме того, концевая бандажная полка может включать в себя срезающий зубец, который образует выступ до середины верхней поверхности концевой бандажной полки, а Z-образная граница раздела может включать в себя среднюю поверхность контакта, которая соответствует среднему участку профиля приблизительно в виде буквы "Z", причем средняя поверхность контакта имеет по существу прямоугольную форму, которая по существу соответствует форме поперечного сечения срезающего зубца. Высота гнезда может приблизительно равняться толщине концевой бандажной полки на верхней стороне контакта или на нижней стороне контакта.

В некоторых вариантах выполнения гнездо может быть открыто через нижнюю внутреннюю поверхность. Пробка может быть впаяна в гнездо с помощью твердого припоя. В других вариантах выполнения износостойкая внешняя поверхность пробки может располагаться напротив второй износостойкой внешней поверхности второй пробки соседней концевой бандажной полки.

Согласно настоящему изобретению также создана система турбинного двигателя, предназначенная для предотвращения износа концевой бандажной полки лопасти турбины, которая может включать в себя пластину, закрепленную на поверхности контакта концевой бандажной полки. Такая пластина может включать в себя износостойкую внешнюю поверхность. В некоторых вариантах выполнения износостойкая внешняя поверхность содержит твердосплавной порошок на основе кобальта.

Концевая бандажная полка может входить в контакт с соседней концевой бандажной полкой во время работы турбины на поверхности контакта. В некоторых вариантах выполнения поверхность контакта может включать в себя Z-образную границу раздела, имеющую профиль приблизительно в виде буквы "Z". Концевая бандажная полка может дополнительно включать в себя срезающий зубец, который образует выступ, проходящий от средней части верхней поверхности концевой бандажной полки. Z-образная граница раздела может включать в себя среднюю контактную поверхность, которая соответствует среднему участку профиля приблизительного в виде буквы "Z", причем средняя контактная поверхность имеет по существу прямоугольную форму, которая приблизительно соответствует форме поперечного сечения срезающего зубца. В некоторых вариантах выполнения пластина может быть выполнена по существу прямоугольной и может закрывать приблизительно всю среднюю поверхность контакта.

Система может дополнительно включать в себя установочное отверстие в пластине и на контактной поверхности для установки штифта. Износостойкая внешняя поверхность пластины может быть расположена напротив второй износостойкой внешней поверхности второй пластины соседней концевой бандажной полки. В некоторых вариантах выполнения пластина может включать в себя буртик, который после установки пластины на контактной поверхности зацепляется за кромку контактной поверхности. Эти и другие отличительные признаки настоящего изобретения будут очевидны после прочтения нижеследующего подробного описания предпочтительных вариантов выполнения, совместно с чертежами и прилагаемой формулой изобретения.

Объектом настоящего изобретения ввиду вышеуказанных особенностей является система предотвращения износа концевой бандажной полки лопатки турбины турбинного двигателя, содержащая гнездо, образованное на поверхности контакта концевой бандажной полки, и жесткую пробку, устанавливаемую в гнездо и имеющую износостойкую внешнюю поверхность, при этом концевая бандажная полка входит в контакт с соседней концевой бандажной полкой при работе турбины у поверхности контакта, и поверхность контакта содержит Z-образную границу раздела, имеющую профиль приблизительно в виде буквы "Z", причем концевая бандажная полка дополнительно содержит срезающий зубец, который образует выступ, проходящий по середине верхней поверхности концевой бандажной полки, и Z-образная граница раздела включает в себя среднюю поверхность контакта, которая соответствует среднему участку профиля приблизительно в виде буквы "Z", при этом средняя поверхность контакта имеет по существу прямоугольную форму, которая по существу соответствует форме поперечного сечения срезающего зубца.

Предпочтительно, износостойкая внешняя поверхность содержит твердосплавной порошок на основе кобальта.

Предпочтительно, гнездо выфрезеровано на поверхности контакта, а пробка представляет собой пробку заданного размера, которая плотно устанавливается в гнездо.

Предпочтительно, гнездо открыто через нижнюю внутреннюю поверхность.

Предпочтительно, износостойкая внешняя поверхность по существу выровнена с поверхностью контакта после установки пробки в гнездо.

Предпочтительно, износостойкая внешняя поверхность остается слегка приподнятой над поверхностью контакта после установки пробки в гнездо.

Предпочтительно, высота гнезда приблизительно равна толщине концевой бандажной полки на верхней стороне контакта или на нижней стороне контакта.

Предпочтительно, пробка впаяна в гнездо с помощью твердого припоя.

Предпочтительно, износостойкая внешняя поверхность пробки расположена напротив второй износостойкой внешней поверхности второй пробки соседней концевой бандажной полки.

Техническим результатом заявленного изобретения является увеличение износостойкости элементов турбинного двигателя, увеличение срока службы турбинных компонентов и уменьшение трудозатрат и расходов на детали для ремонта турбин.

Далее настоящее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг.1 - вид сверху концевых бандажных полок лопаток турбины, установленных на ротор;

Фиг.2 - вид, иллюстрирующий пробку с износостойкой внешней поверхностью и гнездо в соответствии с предпочтительным вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг.3 - вид, иллюстрирующий пластину с износостойкой внешней поверхностью, установленную на концевой бандажной полке, в соответствии с примером варианта выполнения настоящего изобретения;

Фиг.4 - вид, иллюстрирующий установочное отверстие через пластину и концевую бандажную полку в соответствии с примером варианта выполнения настоящего изобретения; и

Фиг.5 - вид, иллюстрирующий пластину с износостойкой внешней поверхностью с буртиком, установленным на концевую бандажную полку в соответствии с примером варианта выполнения настоящего изобретения.

Рассмотрим теперь чертежи, на которых одинаковыми ссылочными позициями обозначены идентичные элементы на нескольких видах, при этом на Фиг.1 показан вид сверху лопаток 100 турбины, смонтированных на роторе турбины (не показан). Лопатка 102 турбины может располагаться рядом с лопаткой 104 турбины. Как показано на виде сверху, каждая лопатка 100 турбины может иметь концевую бандажную полку 106. Передняя кромка концевой бандажной полки 106 лопатки 104 турбины может входить в контакт или может располагаться очень близко к задней кромке концевой бандажной полки 106 лопатки 102 турбины. Такая область контакта может называться стороной контакта или Z-образной границей 108 раздела. Как показано на Фиг.1, Z-образная граница 108 раздела может образовывать приблизительного "Z"-образный профиль между двумя кромками концевых бандажных полок 106. Для специалистов в данной области техники будет понятно, что использование лопатки 100 турбины и концевой бандажной полки 106 представляет собой только пример, и в альтернативных вариантах выполнения изобретения можно использовать другие лопатки турбины и концевые бандажные полки другой конфигурации. Кроме того, использование границы раздела в форме буквы "Z" представляет собой только пример.

Лопатки 100 турбины также могут иметь срезающий зубец 110. Срезающий зубец 110 может проходить по всей длине до внешней поверхности (то есть верхней части) каждой из концевых бандажных полок 106. Срезающий зубец 110 может формировать выступ или острую выступающую часть вплоть до середины концевых бандажных полок 110. При работе срезающий зубец 110 может использоваться для формирования лабиринтного уплотнения с областью мягкого металла, закрепленного на неподвижных бандажных полках, прикрепленных к кожуху турбины.

Когда турбина находится в нерабочем "холодном" состоянии, на Z-образной границе 108 раздела может присутствовать узкое пространство между кромками соседних концевых бандажных полок 106. При работе турбины в "горячем" состоянии, в результате расширения металла лопатки турбины, зазор может сужаться, в результате чего кромки соседних концевых бандажных полок 106 входят в контакт. В других рабочих условиях, включая высокие скорости вращения турбины и соответствующую вибрацию, может происходить дополнительный контакт между соседними концевыми бандажными полками 106 даже тогда, когда зазор в Z-образной границе 108 раздела сохраняется при работе турбины. Контакт, возникающий на Z-образной границе 108 раздела между двумя концевыми бандажными полками 106, может быть наиболее сильным в среднему участку ножки буквы "Z", то есть участку, который пересекает срезающий зубец 110. Причины этого заключаются в расположении по центру этого участка и увеличенной площади ее поверхности по сравнению с другими участками буквы "Z".

На Фиг.2 показана поверхность или сторона 200 контакта в соответствии с примерным вариантом выполнения настоящего изобретения. Поскольку представленные здесь примерные варианты выполнения описаны в отношении "Z"-образной границы раздела между концевыми бандажными полками 106, поверхность 200 контакта также может называться 2-образной границей 108 раздела и, таким образом, может включать в себя три отрезка. Каждый из отрезков может соответствовать одному из участков буквы "Z". В соответствии с этим верхняя поверхность 202 контакта, которая может соответствовать верхнему участку "Z"-образной границы раздела, может иметь по существу прямоугольную форму с относительно коротким профилем. Нижняя контактная поверхность 204, которая может соответствовать нижнему участку "Z"-образной границы раздела, аналогично также может иметь по существу прямоугольную форму с относительно коротким профилем. Средняя поверхность 206 контакта может соответствовать участку Z-образной границе раздела. Средняя поверхность 206 контакта также может иметь по существу прямоугольную форму. Благодаря наличию срезающего зубца 110 средняя контактная поверхность 206 может быть выполнена относительно длинной по сравнению с верхней контактной поверхностью 202 и нижней контактной поверхностью 204. На внутренней стороне 208 средней контактной поверхности 206 средняя контактная поверхность 206 может быть изогнута в направлении нижней контактной поверхности 204, образуя радиус 210 перехода между двумя поверхностями.

На Фиг.2 дополнительно показана пробка 211. Пробка 211 может представлять собой заранее образованную пробку с заданным размером, которая плотно устанавливается в гнездо 212, выфрезерованное в середине поверхности 206 контакта. Пробка 211 может иметь износостойкую внешнюю поверхность 214, которая по существу выравнивается со средней поверхностью 206 контакта после установки пробки 211 в гнездо 212. Материал износостойкой внешней поверхности 214 может состоять из твердосплавного порошка на основе кобальта или других аналогичных материалов. В некоторых вариантах выполнения материал износостойкой внешней поверхности 214 может состоять из большой процентной доли твердосплавного порошка на основе кобальта и малой процентной доли порошка для плавки твердым припоем. Такие материалы позволяют эффективно противостоять физическим и тепловым напряжениям, ассоциированным с областью контакта между двумя соседними концевыми бандажными полками 106. Пробка 211 может полностью состоять из материала с износостойкой внешней поверхностью 214. В альтернативных вариантах выполнения может оказаться более экономичным выполнить остальную часть пробки 211 из другого материала, чем износостойкая внешняя поверхность 214.

Гнездо 212, как описано выше, может быть обработано механически до поверхности средней стороны 206 контакта. Как показано на чертеже, размер гнезда 212 может составлять приблизительно 25% от площади поверхности средней поверхности контакта, хотя такое процентное соотношение может быть значительно увеличено или уменьшено в зависимости от варианта применения. Как показано на Фиг.2, гнездо 212 может быть расположено в нижнем/внешнем квадранте средней поверхности 206 контакта. Хотя в альтернативных вариантах выполнения гнездо 212 может быть расположено в других областях средней контактной поверхности 206, расположение в нижнем/внешнем квадранте может обеспечить возможность для износостойкой внешней поверхности 214 поглощения значительного количества износа в результате контакта, который возникает между соседними концевыми бандажными полками 106. В некоторых альтернативных вариантах выполнения гнездо 212 может дополнительно проходить в направлении радиуса 210 перехода. В других альтернативных вариантах выполнения гнездо также может проходить вверх, в направлении к верхней кромке срезающего зубца 110. В некоторых вариантах, как показано на Фиг.2, высота гнезда 212 может равняться приблизительно толщине концевой бандажной полки 106 вдоль верхней поверхности 202 контакта и нижней поверхности 204 контакта.

Гнездо 212 также может открываться (то есть может быть доступно) через другую из его внутренних поверхностей. Например, как показано на чертеже, нижняя сторона гнезда 212 при механической обработке была образована сквозной и, таким образом, является открытой. Такая конструкция позволяет повысить эффективность процесса механической обработки для образования гнезда 212.

В некоторых альтернативных вариантах выполнения износостойкая внешняя поверхность 214 пробки 211 может оставаться немного приподнятой относительно средней поверхности 206 контакта после установки пробки 211 в гнездо 212. Незначительно приподнятое положение износостойкой внешней поверхности 214 может обеспечить возможность поглощения износостойкой внешней поверхностью 214 большего процента износа из-за физического контакта, который возникает между соседними концевыми бандажными полками 106, позволяя, таким образом, лучше защищать другие неулучшенные поверхности 200 контакта концевой бандажной полки.

При работе пробка 211 может быть установлена в гнездо 212 и закреплена на месте с помощью обычных способов, которые могут включать в себя процесс пайки твердым припоем. Поскольку лопатки 100 турбины обычно требуют конечной тепловой обработки перед установкой, применение процессов пайки твердым припоем для крепления может быть эффективным, поскольку процесс пайки твердым припоем может быть выполнен совместно с тепловой обработкой так, что не потребуется дополнительный этап обработки. Пробка 211 может быть установлена на каждой из соседних концевых бандажных полок 106 (то есть на передней и задней кромках каждой из концевых бандажных полок 106) таким образом, что после установки пробки 211 располагаются напротив друг друга через Z-образную границу 108 раздела. Таким образом, при работе пробки 211 на соседних концевых насадках 106 будут по сути только контактировать друг с другом. В соответствии с этим после установки износостойкие внешние поверхности 214 расположенных рядом друг с другом концевых бандажных полок 106 могут поглощать большую часть износа во время контакта, который возникает между соседними бандажными полками 102 турбины, защищая, таким образом, другие (менее износоустойчивые) поверхности контакта концевой бандажной полки 106.

В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения пробка 211 может быть извлечена и заменена новой пробкой 211 после определенного увеличенного износа во время работы. Таким образом, может быть увеличен срок использования лопатки 100 турбины и концевой бандажной полки 106. В частности, не потребуется заменять, в остальном, исправные лопатки 100 турбины или концевые бандажные полки из-за концентрированного износа на поверхностях 200 контакта концевой бандажной полки 106. Кроме того, пробка 211 может быть установлена на, в остальном, исправную лопатку 100 турбины, в которой произошел такой концентрированный износ на поверхностях 200 контакта. Таким образом, срок службы лопатки 100 турбины может быть увеличен.

Во время работы пробка 211 может эффективно удерживаться на месте благодаря конструкции гнезда 212, то есть конструкция гнезда позволяет эффективно обрабатывать физические напряжения, связанные с чрезвычайной высокой скоростью вращения турбины. Более конкретно, как показано на Фиг.2, конструкция гнезда и направление вращения ротора турбины могут обеспечивать прочное удержание пробки 211 относительно внутренней стенки гнезда 212. Таким образом, силы, возникающие при вращении, воздействующие на пробку 211 во время работы турбины, работают не на ее отрыв, но удерживают ее плотную подгонку относительно внутренней поверхности гнезда 212. Соединение, выполненное способом пайки твердым припоем, или другие способы крепления могут быть достаточными и могут эффективно использоваться для удержания пробки 211 на месте.

На Фиг.3 показан альтернативный вариант воплощения настоящего изобретения, который включает в себя пластину 300. Пластина 300 может представлять собой заранее образованную тонкую пластину с заданными размерами, которая закрепляется на средней поверхности 206 контакта концевой бандажной полки 106 и по существу закрывает ее. В альтернативных вариантах выполнения пластина 300 может иметь такие размеры, что она будет закрывать меньше, чем по существу всю среднюю поверхность 206 контакта. На другой своей поверхности (то есть на поверхности, которая после установки располагается напротив поверхности 200 контакта соседней концевой бандажной полки 106) пластина 300 может содержать износостойкую внешнюю поверхность 302. Материал износостойкой внешней поверхности 302 может содержать твердосплавной порошок на основе кобальта или другие аналогичные материалы. В некоторых вариантах выполнения материал износостойкой внешней поверхности 302 может содержать большое процентное соотношение твердосплавного порошка на основе кобальта и малое процентное соотношение порошка для твердой пайки. Такие материалы могут эффективно противостоять физическим и тепловым напряжениям, связанным с областью контакта между двумя соседними концевыми бандажными полками 106. Пластина 300 может полностью состоять из материала, из которого выполнена износостойкая внешняя поверхность 302. В альтернативных вариантах, с точки зрения затрат, может быть целесообразным выполнить остальную часть пластины 300 из материала, отличного от материала износостойкой внешней поверхности 302.

Во время работы плоская внутренняя поверхность (не показана на Фиг.3) пластины 300 может быть закреплена на плоской поверхности средней поверхности 206 контакта с помощью обычных способов, которые могут включать в себя процесс пайки твердым припоем. Как описано выше, поскольку лопатки 100 турбины обычно требуют окончательной тепловой обработки перед установкой, применение процесса пайки твердым припоем для закрепления может быть эффективным, поскольку процесс пайки твердым припоем может быть выполнен в конфигурации с тепловой обработкой таким образом, что не потребуется какой-либо дополнительный этап обработки. Пластина 300 может быть установлена на каждой из соседних концевых бандажных полок 106 (то есть на передней и задних кромках каждой из концевых бандажных полок 106) таким образом, что после установки пластины 300 располагаются друг напротив друга на Z-образной границе 108 раздела. Таким образом, во время работы пластины 300 соседних концевых бандажных полок 106 по существу будут входить в контакт только друг с другом. В соответствии с этим после установки износостойкие внешние поверхности 302 соседних концевых бандажных полок 106 поглощают большую часть износа в результате контакта, который возникает между соседними бандажными полками 106 турбины, таким образом защищая внешние (менее износостойкие) поверхности контакта концевых бандажных полок 106.

В некоторых вариантах выполнения настоящего изобретения пластина 300 с износостойкой поверхностью может быть удалена и замещена новой пластиной 300 после определенной степени износа во время работы. Таким образом, может быть продлен срок службы лопатки 100 турбины и концевой бандажной полки 106. Другими словами, не потребуется заменять, в остальном, исправные лопатки 100 турбины или концевые бандажные полки из-за концентрированного износа на поверхностях 200 контакта с концевой бандажной полкой 106. Кроме того, пластина 300 может быть установлена на, в остальном, исправную лопатку 100 турбины, в которой произошел такой концентрированный износ на ее поверхностях 200 контакта. Таким образом, может быть продлен срок службы лопатки 100 турбины.

Во время работы пластина 300 может удерживаться на месте с помощью пайки твердым припоем (или с помощью аналогичного) уплотнения между плоской внутренней поверхностью пластины 300 и средней поверхностью 206 контакта концевой бандажной полки 106. Однако в некоторых случаях полезно было бы нарастить количество твердого припоя между двумя плоскими поверхностями. В таких случаях, как показано на Фиг.4, установочные отверстия 402 могут быть образованы через (или в и необязательно насквозь) среднюю поверхность 206 контакта пластины 300, так что два таких отверстия совмещаются после закрепления пластины 300 на средней поверхности 206 контакта. Штифт (не показан) может быть затем вставлен в установочное отверстие 402 и закреплен в нем удобными способами, такими как пайка твердым припоем. Таким образом, соединение между пластиной 300 и средней поверхностью 206 контакта концевой бандажной полки 106 может быть улучшено таким образом, что оно будет лучше противостоять физическим напряжениям, связанным с чрезвычайными скоростями вращения турбины.

В других вариантах выполнения, как показано на Фиг.5, может использоваться пластина 500, которая имеет L-образную форму. Пластина 500 может быть выполнена аналогично пластине 300 и может иметь буртик 502. Буртик 502 может устанавливаться в канавку 504, которая выфрезерована на средней поверхности 206 контакта, как показано на чертеже, и может проходить вокруг нижней кромки средней поверхности 206 контакта. Таким образом, буртик 502 может соединяться с кромкой средней поверхности 206 контакта. Кроме того, в установленном положении буртик 502 может быть ориентирован так, что он будет противостоять силам, прикладываемым к пластине 500 в результате вращения турбины, так что буртик 502 может способствовать креплению пластины 500 на средней поверхности 206 контакта. То есть, например, силы вращения, воздействующие на пластину 500 при работе турбины, могут воздействовать так, что они будут удерживать буртик 502 в канавке 504, что помогает предотвратить отсоединение пластины 500. При этом соединение с помощью пайки твердым припоем, или другой аналогичный способ крепления, может быть достаточным для эффективного удержания пластины 500 на средней поверхности 206 контакта.

Следует понимать, что приведенное выше описание относится только к примерным вариантам выполнения настоящего изобретения и может быть выполнено множество изменений и модификаций без выхода за рамки идеи и объема настоящего изобретения, которые определены прилагаемой формулой изобретения. В частности, специалистам в данной области техники будет очевидно, что альтернативные варианты выполнения настоящего изобретения можно использовать с концевыми бандажными полками другой конструкции таким же образом, как описано здесь на примере концевых бандажных полок.

1. Система предотвращения износа концевой бандажной полки (106) лопатки (100) турбины турбинного двигателя, содержащая
гнездо (212), образованное на поверхности (200) контакта концевой бандажной полки (106), и
жесткую пробку (211), устанавливаемую в гнездо (212) и имеющую износостойкую внешнюю поверхность (214),
при этом концевая бандажная полка (106) входит в контакт с соседней концевой бандажной полкой (106) при работе турбины у поверхности (200) контакта, и
поверхность (200) контакта содержит Z-образную границу (108) раздела, имеющую профиль приблизительно в виде буквы "Z",
причем концевая бандажная полка (106) дополнительно содержит срезающий зубец (110), который образует выступ, проходящий по середине верхней поверхности концевой бандажной полки (106), и Z-образная граница (108) раздела включает в себя среднюю поверхность (206) контакта, которая соответствует среднему участку профиля приблизительно в виде буквы "Z", при этом средняя поверхность (206) контакта имеет, по существу, прямоугольную форму, которая, по существу, соответствует форме поперечного сечения срезающего зубца (110).

2. Система по п.1, в которой износостойкая внешняя поверхность (214) содержит твердосплавной порошок на основе кобальта.

3. Система по п.1, в которой гнездо (212) выфрезеровано на поверхности (200) контакта, а пробка (211) представляет собой пробку заданного размера, которая плотно устанавливается в гнездо (212).

4. Система по п.3, в которой гнездо (212) открыто через нижнюю внутреннюю поверхность.

5. Система по п.1, в которой износостойкая внешняя поверхность (214), по существу, выровнена с поверхностью (200) контакта после установки пробки (211) в гнездо (212).

6. Система по п.1, в которой износостойкая внешняя поверхность (214) остается слегка приподнятой над поверхностью (200) контакта после установки пробки (211) в гнездо (212).

7. Система по п.1, в которой высота гнезда (212) приблизительно равна толщине концевой бандажной полки на верхней стороне контакта или на нижней стороне контакта.

8. Система по п.1, в которой пробка (211) впаяна в гнездо (212) с помощью твердого припоя.

9. Система по п.1, в которой износостойкая внешняя поверхность (214) пробки (211) расположена напротив второй износостойкой внешней поверхности (214) второй пробки (211) соседней концевой бандажной полки (106).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей, в частности к конструкции малоразмерных осевых лопаточных колес, преимущественно, выполненных заодно целое с лопатками.

Изобретение относится к области газотурбинных двигателей, в частности к конструкции осевого лопаточного колеса, преимущественно выполненного за одно целое с лопатками.

Изобретение относится к ротору паровой или газовой турбины с признаками ограничительной части п.1 формулы изобретения. .

Изобретение относится к турбинной лопатке, с расположенным вдоль оси лопатки пером лопатки и с областью платформы, которая расположена на основании пера лопатки и содержит платформу, которая проходит поперек к оси лопатки.

Изобретение относится к многослойному бандажу лопаток для турбин. .

Рабочая лопатка (20) паровой турбины для части низкого давления паротурбинного двигателя (10). Рабочая лопатка (20) паровой турбины содержит аэродинамическую часть (42), к одному концу которой прикреплена корневая часть (44). От корневой части (44) проходит хвостовик (40) с пазовым замком, который представляет собой хвостовик (40) со скошенным осевым входом. К аэродинамической части (42) на конце, противоположном корневой части (44), присоединена концевая часть (46). Бандаж (48) выполнен за одно целое как часть концевой части (46). Бандаж (48) имеет первую плоскую часть (52), вторую плоскую часть (54) и углубление (56), расположенное в боковом направлении между первой плоской частью (52) и второй плоской частью (54). Углубление (56) расположено ниже первой плоской части (52) на первом конце, где первая плоская часть и углубление (56) примыкают друг к другу, и приподнимается вверх до второй плоской части (54) на втором конце, где вторая плоская часть и углубление примыкают друг к другу. Вторая плоская часть (54) приподнята над первой плоской частью (52). Бандаж (48) расположен под углом относительно концевой части (46), который находится в диапазоне от приблизительно 10 градусов до приблизительно 30 градусов. Позволяет увеличить рабочие скорости в последней ступени части низкого давления паровой турбины. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Рабочая лопатка (20) паровой турбины для секции низкого давления паровой турбины (10). Рабочая лопатка (20) паровой турбины содержит участок (42) аэродинамической поверхности. Секция (44) хвостовика прикреплена к одному концу участка (42) аэродинамической поверхности. Часть (40) в виде ласточкиного хвоста выступает от секции (44) хвостовика, а часть (40) в виде ласточкиного хвоста содержит скошенную часть (40) в виде ласточкиного хвоста с осевой заводкой, имеющую угол скоса, составляющий 19°. Секция (46) венца прикреплена к участку (42) аэродинамической поверхности на конце, противоположном секции (44) хвостовика. Бандажная полка (48) выполнена за одно целое в виде части секции (46) венца. Полка (50) прикреплена к промежуточной секции участка (42) аэродинамической поверхности между его концами. Рабочая лопатка (20) имеет площадь выходного кольцевого сечения, составляющую около 4,43 м2 или больше. Участок (42) аэродинамической поверхности имеет длину, составляющую около 68,1 см или больше. Достигаются оптимальные аэродинамические и механические характеристики секции низкого давления паровой турбины. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Турбинная лопатка содержит перо, продолжающееся от первой поверхности турбинной полки, а также карманы, выполненные на двух сторонах турбинной полки. Карман с первой стороны турбинной полки предназначен для полного размещения первого подвижного уплотнения между передней и задней стенками кармана с первой стороны турбинной полки. Карман с первой стороны турбинной полки включает в себя выпуклую поверхность, расположенную между передней стенкой и задней стенками, и вогнутую поверхность. Карман со второй стороны предназначен для размещения части второго подвижного уплотнения. При сборке ротора турбины, включающего указанную выше лопатку, устанавливают первую турбинную лопатку в ротор и размещают подвижное уплотнение полностью в боковом кармане первой турбинной лопатки. Затем устанавливают со скольжением вторую турбинную лопатку в ротор турбины параллельно оси вращения ротора турбины и устанавливают демпфер рядом с первой турбинной лопаткой. Группа изобретений позволяет обеспечить конструкционную целостность полки турбинной лопатки без увеличения ее толщины. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

Статор турбины, в частности газовой турбины, содержит несколько направляющих лопаток. По меньшей мере каждая из двух смежных в направлении вдоль окружности направляющих лопаток имеет аэродинамический профиль, бандажную полку, расположенную у внутреннего торца аэродинамического профиля, а также систему каналов для охлаждения соответствующей направляющей лопатки с помощью охлаждающего газа. Бандажная полка содержит по меньшей мере одну расположенную в направлении вдоль окружности боковую стенку, формирующую полость, которая соединена с системой каналов, обеспечивающей подачу охлаждающего газа в бандажную полку. Между обращенными в сторону друг друга боковыми стенками двух смежных в направлении вдоль окружности направляющих лопаток, образующих промежуточную полость, расположена по меньшей мере одна уплотнительная плита. Соответствующие полости бандажных полок и промежуточная полость не сообщены друг с другом. Турбина содержит подобный статор, а также подобную направляющую лопатку подобного статора. Изобретение направлено на усовершенствование статора турбины. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 3 ил.

Турбинная лопатка содержит вершинный участок с бандажом и, по меньшей мере, одно ребро, направленное радиально от бандажа. Ребро имеет первую и вторую боковые стенки, разнесенные друг от друга и соединенные с бандажом, а также режущую кромку, соединенную с первой и второй боковыми стенками, образуя полость между боковыми стенками, бандажом и режущей кромкой. Режущая кромка расположена относительно первой и второй боковых стенок в радиальном направлении. Толщина первой боковой стенки и второй боковой стенки является постоянной в радиальном направлении, по меньшей мере, до 50% высоты указанных боковых стенок. При изготовлении указанной турбинной лопатки целиком отливают лопатку с полым ребром, имеющим первую и вторую боковые стенки и режущую кромку, или штампуют указанную лопатку и обрабатывают ребро механической обработкой для образования первой и второй боковых стенок, режущей кромки и полости между ними. Изобретение позволяет снизить массу турбинной лопатки без снижения ее прочности и надежности. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

Лопатка газовой турбины содержит перо с расположенным на его верхнем конце сегментом бандажной ленты, который вместе с сегментами бандажной ленты других лопаток одного ряда образует кольцеобразную, ограничивающую канал газовой турбины для горячих газов бандажную ленту. Сегмент бандажной ленты снабжен для улучшения герметизации от канала для горячих газов проходящими вдоль боковой кромки, отстоящими вверх бортиками, расположенными на сторонах, на которых сегмент бандажной ленты граничит с соседними сегментами. Для максимизации охлаждения в зоне бортиков в них выполнены параллельные им открытые вверх пазы, через которые подводимый посредством сегмента бандажной ленты охлаждающий воздух выходит изнутри пера лопатки в пространство над сегментом бандажной ленты. Изобретение позволяет обеспечить охлаждение как сегмента бандажной ленты, так и его бортика, а также снизить термические напряжения между ними. 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Турбинная лопатка включает удлиненную лопасть, основание и бандажный элемент. Основание расположено на ближнем к месту крепления конце удлиненной лопасти и содержит плоский элемент, выступ и элемент для пазового соединения. Плоский элемент проходит перпендикулярно продольной оси удлиненной лопасти. Выступ расположен на задней поверхности плоского элемента и поддерживает часть удлиненной лопасти, проходящую за пределы плоского элемента вследствие закрученной конфигурации лопасти. Элемент для пазового соединения расположен на поверхности плоского элемента, противоположной удлиненной лопасти, ближе к его передней поверхности. Бандажный элемент расположен на периферическом конце удлиненной лопасти перпендикулярно ее продольной оси и имеет переднюю и заднюю поверхности, формы которых являются взаимодополняющими. В другом варианте выполнения турбинной лопатки основание включает фасонную часть, расположенную на передней поверхности плоского элемента, форма которой является взаимодополняющей для формы выступа. Другое изобретение группы относится к ротору, содержащему роторное колесо, имеющее осевые выемки для пазового соединения, и указанные выше турбинные лопатки. Группа изобретений позволяет повысить жесткость и демпфирующие свойства турбинных лопаток. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.

Осевая газовая турбина содержит ротор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых рабочих лопаток и воздухоохлаждаемых теплозащитных экранов ротора и статор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых направляющих лопаток и воздухоохлаждаемых теплозащитных экранов статора, установленных в держателе направляющих лопаток. Статор коаксиально охватывает ротор снаружи с образованием между ними тракта течения горячих газов так, что ряды рабочих лопаток и теплозащитных экранов статора и ряды направляющих лопаток и теплозащитных экранов ротора расположены относительно друг определенным образом соответственно. Ряды направляющих лопаток и следующий ряд рабочих лопаток в направлении вниз по ходу течения потока образуют ступень турбины. Ступень турбины обеспечена средствами для повторного использования охлаждающего воздуха, который уже был использован для охлаждения, в частности, профильных частей направляющих лопаток ступени турбины, с целью охлаждения теплозащитных экранов статора указанной ступени турбины, находящихся ниже по потоку от указанных направляющих лопаток. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения и снижение потребления охлаждающего воздуха. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Осевая газовая турбина содержит ротор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых рабочих лопаток и теплозащитных экранов ротора, и статор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых направляющих лопаток и теплозащитных экранов статора, установленных в держателе направляющих лопаток. Статор коаксиально охватывает ротор снаружи с образованием между ними тракта течения горячих газов так, что ряды рабочих лопаток и теплозащитных экранов статора и ряды направляющих лопаток и теплозащитных экранов ротора расположены напротив друг друга соответственно. Ряд направляющих лопаток и следующий ряд рабочих лопаток в направлении вниз по ходу течения потока образуют ступень турбины. Рабочие лопатки ступени турбины выполнены с внешними платформами на их концах. Ступень турбины содержит средства, направляющие охлаждающий воздух, который уже был использован для охлаждения профильной части направляющих лопаток ступени турбины, в первую полость, находящуюся между внешними платформами рабочих лопаток и расположенными напротив теплозащитными экранами статора, для защиты теплозащитных экранов статора от горячих газов и для охлаждения внешних платформ рабочих лопаток. Каждая из направляющих лопаток содержит внешнюю платформу. Средства для направления охлаждающего воздуха включают в себя вторую полость для поступления охлаждающего воздуха, который выходит из профильной части направляющей лопатки. Кроме того, средства направления охлаждающего воздуха включают в себя средства подачи поступившего охлаждающего воздуха в радиальном направлении в указанную первую полость. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения и на снижение расхода охлаждающего воздуха. 6 з.п.ф-лы, 6 ил.

Колесо ступени турбомашины содержит средства межлопаточной герметизации, включающие вкладыши, введенные в продольные полости боковых кромок платформ лопаток и упирающиеся в рабочем режиме в боковые кромки платформ соседних лопаток. Каждый вкладыш имеет удлиненную цилиндрическую форму и содержит на своей наружной цилиндрической поверхности кольцевую проточку для прохода охлаждающего платформы лопаток воздуха, а также кольцевую выемку, образующую указатель износа. Глубина кольцевой выемки меньше глубины кольцевой проточки для прохода охлаждающего воздуха. Изобретение позволяет обеспечить возможность прохождения охлаждающего воздуха через вкладыши и оценки их износа. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх