Турбина низкого давления газотурбинного двигателя



Турбина низкого давления газотурбинного двигателя
Турбина низкого давления газотурбинного двигателя
Турбина низкого давления газотурбинного двигателя

 


Владельцы патента RU 2507401:

Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство промышленности и торговли Российской Федерации (МИНПРОМТОРГ РОССИИ) (RU)

Изобретение относится к турбинам низкого давления газотурбинных двигателей авиационного применения. Турбина низкого давления газотурбинного двигателя включает ротор, статор с задней опорой, лабиринтное уплотнение с внутренним и внешним фланцами на задней опоре статора. Лабиринтное уплотнение турбины выполнено двухъярусным. Внутренний ярус образован двумя уплотнительными гребешками лабиринта, направленными к оси турбины, и рабочей поверхностью внутреннего фланца лабиринтного уплотнения, направленной к проточной части турбины. Внешний ярус образован уплотнительными гребешками лабиринта, направленными к проточной части турбины, и рабочей поверхностью внешнего фланца лабиринтного уплотнения, направленной к оси турбины. Уплотнительные гребешки лабиринта внутреннего яруса лабиринтного уплотнения выполнены с параллельными внутренними стенками, между которыми установлено демпфирующее кольцо. Внешний фланец лабиринтного уплотнения выполнен с наружной замкнутой кольцевой воздушной полостью. Между проточной частью турбины и внешним фланцем лабиринтного уплотнения размещена кольцевая заградительная стенка, установленная на задней опоре статора. Рабочая поверхность внутреннего фланца лабиринтного уплотнения расположена таким образом, чтобы отношение внутреннего диаметра на выходе из проточной части турбины к диаметру рабочей поверхности внутреннего фланца лабиринтного уплотнения составляло 1,05…1,5. Изобретение позволяет повысить надежность турбины низкого давления газотурбинного двигателя. 3 ил.

 

Изобретение относится к турбинам низкого давления газотурбинных двигателей авиационного применения.

Известна турбина низкого давления газотурбинного двигателя с задней опорой, в которой лабиринтное уплотнение, отделяющее заднюю разгрузочную полость турбины от проточной части на выходе из турбины, выполнено в виде одного яруса. (С.А.Вьюнов, «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей», Москва, «Машиностроение», 1981 г., стр.209).

Недостатком известной конструкции является низкая стабильность давления в разгрузочной полости турбины из-за нестабильной величины радиальных зазоров в лабиринтном уплотнении, особенно на переменных режимах работы двигателя.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является турбина низкого давления газотурбинного двигателя, включающая ротор, статор с задней опорой, лабиринтное уплотнение с внутренним и внешним фланцами лабиринта, установленными на задней опоре статора (патент US №7905083, F02K 3/02, 15.03.2011).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является повышенная величина осевой силы ротора турбины, что снижает надежность турбины и двигателя в целом из-за низкой надежности радиально-упорного подшипника, воспринимающего повышенную осевую силу ротора турбины.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности турбины низкого давления газотурбинного двигателя за счет снижения величины осевой силы ротора турбины и обеспечения стабильности осевой силы при работе на переходных режимах.

Указанный технический результат достигается тем, что в турбине низкого давления газотурбинного двигателя, включающей ротор, статор с задней опорой, лабиринтное уплотнение, выполненное с внутренним и внешним фланцами, установленными на задней опоре статора, лабиринтное уплотнение турбины выполнено двухъярусным, при этом внутренний ярус лабиринтного уплотнения образован двумя уплотнительными гребешками лабиринта, направленными к оси турбины, и рабочей поверхностью внутреннего фланца лабиринтного уплотнения, направленной к проточной части турбины, а внешний ярус лабиринтного уплотнения образован уплотнительными гребешками лабиринта, направленными к проточной части турбины, и рабочей поверхностью внешнего фланца лабиринтного уплотнения, направленной к оси турбины, причем уплотнительные гребешки лабиринта внутреннего яруса лабиринтного уплотнения выполнены с параллельными внутренними стенками, между которыми установлено демпфирующее кольцо, а внешний фланец лабиринтного уплотнения выполнен с наружной замкнутой кольцевой воздушной полостью, при этом между проточной частью турбины и внешним фланцем лабиринтного уплотнения размещена кольцевая заградительная стенка, установленная на задней опоре статора, а рабочая поверхностью внутреннего фланца лабиринтного уплотнения расположена таким образом, чтобы соблюдалось условие:

D/d=1,05…1,5,

где D - внутренний диаметр на выходе из проточной части турбины,

d - диаметр рабочей поверхности внутреннего фланца лабиринтного уплотнения.

Выполнение лабиринтного уплотнения на выходе из турбины низкого давления двухъярусным, располагая ярусы уплотнения таким образом, что внутренний ярус образован двумя направленными к оси турбины уплотнительными гребешками лабиринта и направленной к проточной части турбины рабочей поверхностью внутреннего фланца лабиринтного уплотнения, а внешний ярус образован направленными к проточной части турбины уплотнительными гребешками лабиринта и направленными к оси турбины рабочими поверхностями внешнего фланца лабиринтного уплотнения, позволяет обеспечить надежную работу лабиринтного уплотнения на переходных режимах работы турбины, что обеспечивает стабильность осевой силы, действующей на ротор турбины, и повышает ее надежность.

Выполнение уплотнительных гребешков лабиринта внутреннего яруса уплотнения с параллельными внутренними стенками, между которыми установлено демпфирующее кольцо, обеспечивает снижение вибронапряжений в лабиринте и уменьшение радиальных зазоров между гребешками лабиринта и фланцами лабиринтного уплотнения.

Выполнение внешнего фланца лабиринтного уплотнения с наружной замкнутой воздушной полостью, а также размещение между проточной частью турбины и внешним фланцем лабиринтного уплотнения кольцевой заградительной стенки, установленной на задней опоре статора, позволяет существенно снизить темп нагрева и охлаждения внешнего фланца лабиринтного уплотнения на переходных режимах, приблизив его таким образом к темпу нагрева и охлаждения внешнего яруса лабиринтного уплотнения, что обеспечивает стабильность радиальных зазоров между статором и ротором в уплотнении и повышает надежность турбины низкого давления за счет поддержания стабильного давления в разгрузочной затурбинной полости.

Выбор соотношения D/d=1,05…1,5 обусловлен тем, что при D/d<1,05 снижается надежность работы лабиринтного уплотнения из-за воздействия на уплотнение высокотемпературного газа, выходящего из турбины низкого давления.

При D/d>1,5 снижается надежность газотурбинного двигателя за счет снижения осевой разгрузочной силы, действующей на ротор турбины низкого давления.

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

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

На фиг.3 - элемент II на фиг.2 в увеличенном виде.

Турбина 1 низкого давления газотурбинного двигателя состоит из ротора 2 и статора 3 с задней опорой 4. Для уменьшения осевых усилий от газовых сил, действующих на ротор 2 на его выходе, между диском последней ступени 5 ротора 2 и задней опорой 4 выполнена разгрузочная полость 6 повышенного давления, которая надувается воздухом из-за промежуточной ступени компрессора (не показано) и отделена от проточной части 7 турбины 1 двухъярусным лабиринтным уплотнением, причем лабиринт 8 уплотнения зафиксирован резьбовым соединением 9 на диске последней ступени 5 ротора 2, а внутренний фланец 10 и внешний фланец 11 лабиринтного уплотнения закреплены на задней опоре 4 статора 3. Внутренний ярус лабиринтного уплотнения образован рабочей поверхностью 12 внутреннего фланца 10, направленной (обращенной) в сторону проточной части 7 турбины 1, и двумя уплотнительными гребешками 13, 14 лабиринта 8, направленными к оси 15 турбины 1. Внутренние стенки 16,17 соответственно гребешков 13, 14 выполнены параллельными между собой. Между внутренними стенками 16 и 17 установлено демпфирующее кольцо 18, способствующее снижению вибронапряжений в лабиринте 8 и уменьшению радиальных зазоров 19 и 20, соответственно, между лабиринтом 8 ротора 2 и фланцами 10, 11. Внешний ярус лабиринтного уплотнения образован рабочей поверхностью 21 внешнего фланца 11, направленной (обращенной) в сторону оси 15 турбины 1, и уплотнительными гребешками 22 лабиринта 8, направленными к проточной части 7 турбины 1. Внешний фланец 11 лабиринтного уплотнения выполнен с наружной замкнутой кольцевой воздушной полостью 23, ограниченной с внешней стороны стенкой 24 внешнего фланца 11. Между стенкой 24 внешнего фланца 11 лабиринтного уплотнения и проточной частью 7 турбины 1 размещена кольцевая заградительная стенка 25, установленная на задней опоре 4 статора 3 и предохраняющая внешний фланец 11 от высокотемпературного газового потока 26, протекающего в проточной части 7 турбины 1.

Рабочая поверхность 12 внутреннего фланца 10 лабиринтного уплотнения расположена таким образом, чтобы соблюдалось условие:

D/d=1,05…1,5,

где D - внутренний диаметр проточной части 7 турбины 1 (на выходе из проточной части 7);

d - диаметр рабочей поверхности 12 внутреннего фланца 10 лабиринтного уплотнения.

Работает устройство следующим образом.

При работе турбины 1 низкого давления на температурное состояние внешнего фланца 11 лабиринтного уплотнения может оказывать влияние изменение температуры газового потока 26 в проточной части 7 турбины 1, что могло бы существенно изменить радиальный зазор 19 и действующую на ротор 2 осевую силу вследствие изменения давления воздуха в разгрузочной полости 6. Однако этого не происходит, так как внутренний фланец 10 внутреннего яруса лабиринтного уплотнения недоступен воздействию газового потока 26, что способствует стабильности радиального зазора 20 между внутренним фланцем 10 и лабиринтными гребешками 13, 14, а также стабильности давления в полости 6 и стабильности осевой силы, действующей на ротор 2 турбины 1.

Турбина низкого давления газотурбинного двигателя, включающая ротор, статор с задней опорой, лабиринтное уплотнение с внутренним и внешним фланцами, установленными на задней опоре статора, отличающаяся тем, что лабиринтное уплотнение турбины выполнено двухъярусным, при этом внутренний ярус лабиринтного уплотнения образован двумя уплотнительными гребешками лабиринта, направленными к оси турбины, и рабочей поверхностью внутреннего фланца лабиринтного уплотнения, направленной к проточной части турбины, а внешний ярус лабиринтного уплотнения образован уплотнительными гребешками лабиринта, направленными к проточной части турбины, и рабочей поверхностью внешнего фланца лабиринтного уплотнения, направленной к оси турбины, причем уплотнительные гребешки лабиринта внутреннего яруса лабиринтного уплотнения выполнены с параллельными внутренними стенками, между которыми установлено демпфирующее кольцо, а внешний фланец лабиринтного уплотнения выполнен с наружной замкнутой кольцевой воздушной полостью, при этом между проточной частью турбины и внешним фланцем лабиринтного уплотнения размещена кольцевая заградительная стенка, установленная на задней опоре статора, а рабочая поверхность внутреннего фланца лабиринтного уплотнения расположена таким образом, чтобы соблюдалось условие:
D/d=1,05…1,5, где
D - внутренний диаметр на выходе из проточной части турбины,
d - диаметр рабочей поверхности внутреннего фланца лабиринтного уплотнения.



 

Похожие патенты:

Направляющий сопловый аппарат турбины газотурбинного двигателя содержит внутреннюю и внешнюю кольцевые платформы, соединенные радиальными лопатками. Внутренняя платформа содержит кольцевые элементы из истираемого материала, размещенные на образующих кольцо листовых секторах с сечением L, S или С-образной формы, установленных внутри внутренней платформы.

Изобретение относится к газотурбостроению и авиадвигателестроению. Способ фиксации сотового уплотнения во внутреннем корпусе статора турбины газотурбинного двигателя, состоящего из сотоблока и корпуса, установленного во внутреннем корпусе статора турбины.

Изобретение относится к турбинам высокого давления газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. .

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнениям зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций.

Изобретение относится к машиностроению, в частности к уплотнениям зазоров проточной части турбомашин, длительно работающих в условиях повышенных температур и высокочастотных вибраций.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям авиационного и наземного применения. .

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям турбомашин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Лабиринтное уплотнение содержит установленный на статоре сотовый фланец и лабиринтом с демпфирующим кольцом в кольцевой канавке на краю обода. Край обода направлен к диску турбины. Сотовый фланец установлен с возможностью регулировки осевого положения с помощью размещенного между фланцем и статором регулировочного кольца. Между лабиринтом и диском размещена ступица дефлектора диска с образованием щелевой полости между боковой поверхностью ступицы дефлектора диска и ближним к диску кольцевым радиальным ребром, ограничивающим кольцевую канавку. Отношение диаметра демпфирующего кольца в поперечном сечении к высоте щелевой полости составляет 6…12. изобретение позволяет повысить надежность лабиринтного уплотнения. 2 ил.

Лабиринтное уплотнение турбины содержит примыкающий к диску турбины лабиринт и ответный ему фланец с сопловым аппаратом закрутки охлаждающего воздуха. Лабиринт установлен на осевом кольцевом выступе диска и выполнен охватывающим сопловой аппарат закрутки с образованием между лабиринтом и боковой поверхностью ступицы диска щелевой полости. В полости размещено уплотнительное кольцо. На внутренней поверхности лабиринта установлено разжимное демпфирующее кольцо, охватывающее кольцевое радиальное ребро лабиринта. На цилиндрическом выступе кольца выполнены радиальные отверстия. Изобретение позволяет повысить эффективность и надежность лабиринтного уплотнения. 1 ил.

Изобретение относится к лабиринтным уплотнениям турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Лабиринтное уплотнение турбины состоит из размещенного на сопловой лопатке статорного фланца и установленного между дисками и турбиной лабиринта. На внешней поверхности лабиринта размещены уплотнительные гребешки. Каждый из гребешков состоит из обращенных к фланцу внешних прямоугольной и конической частей. На противоположной внутренней поверхности лабиринта также расположена прямоугольная в поперечном сечении внутренняя часть уплотнительного гребешка. Лабиринт состоит из переднего лабиринта, установленного на переднем по потоку газа диске турбины, и заднего лабиринта, установленного на заднем по потоку диске, со стыком лабиринтов и по внутренней поверхности прямоугольной части уплотнительного гребешка заднего лабиринта. Отношение общей высоты Н уплотнительного гребешка, включая его прямоугольную часть, расположенную на внутренней поверхности лабиринта, к радиальному зазору у между лабиринтом и фланцем находится в пределах 6....12. Отношение общей высоты Н к радиальной высоте h внутренней прямоугольной части гребешка находится в пределах 2…5. Отношение общей высоты Н к осевой толщине L прямоугольной части гребешка находится в пределах 2…6. Путем снижения температуры уплотнительных гребешков лабиринта повышается надежность лабиринтного уплотнения. 2 ил.

Паровая турбина (10) содержит корпус (26), ротор (12) и по меньшей мере один гибкий пластинчатый уплотнительный узел (24), расположенный между корпусом и ротором. Указанный уплотнительный узел содержит опорный элемент (28), неподвижный относительно корпуса, пластинчатые элементы (48), которые установлены на указанном опорном элементе с возможностью перемещения и проходят по направлению к ротору и каждый из которых наклонен относительно направления вращения ротора, а также исполнительный механизм (32), предназначенный для избирательного приложения давления с обеспечением втягивания указанных пластинчатых элементов в направлении от ротора. 2 н. и 7 з.п. ф-лы, 11 ил.

Способ уплотнения турбины от утечки рабочего флюида. Турбина имеет неподвижный элемент и вращающийся элемент, уплотнительное кольцо введено с возможностью скольжения по меньшей мере в один паз неподвижного элемента, паз имеет расположенную выше по течению боковую поверхность и расположенную ниже по течению боковую поверхность. Способ включает в себя следующие операции: используют уплотнительное кольцо, содержащее головку и корпус, имеющий элементы дросселирования, выступающие радиально из него. Используют, по меньшей мере, один комплект устройств подвески, который подвешивает уплотнительное кольцо в проектном радиальном зазоре. Устанавливают датчик между элементами дросселирования. Соединяют датчик с комплектом устройств подвески, таким образом, что комплект устройств подвески поддерживал уплотнительное кольцо в проектном радиальном зазоре без повреждения элементов дросселирования, всякий раз когда датчик контактирует с вращающимся элементом. Другой способ уплотнения турбины от утечки рабочего флюида включает в себя операции: определение центральной продольной оси, относительно которой вращается вращающийся элемент. Определение проектного радиального зазора между самым длинным элементом дросселирования плавающего уплотнительного кольца и внешней поверхностью вращающегося элемента. Установка с возможностью скольжения плавающего уплотнительного кольца, имеющего корпус, содержащий элементы дросселирования, головку и по меньшей мере один датчик, связанный по меньшей мере с одним комплектом устройств подвески, в паз неподвижного элемента, за счет чего осуществляется соосная подвеска плавающего уплотнительного кольца в проектном радиальном зазоре при помощи комплекта устройств подвески. Поддержание плавающего уплотнительного кольца в проектном радиальном зазоре. Восстановление проектного радиального зазора плавающего уплотнительного кольца без повреждения каких-либо его элементов дросселирования, всякий раз когда датчик контактирует с вращающимся элементом. Изобретение позволяет уменьшить утечки рабочего тела. 2 н.п. ф-лы, 30 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к устройству для контроля кольцевого уплотнителя, проходящего по поверхности барабана облопаченных дисков ротора. Устройство содержит каретку, имеющую по меньшей мере два направляющих колеса и несущую датчик, в рабочем положении обращенный к кромке проверяемого уплотнителя и расположенный на заданном расстоянии от нее. Технический результат изобретения - повышение надежности контроля. 8 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к роторам высокотемпературных турбомашин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. В роторе (1) высокотемпературной турбомашины между первым (7) и вторым (8) и предпоследним (9) и последним (10) по потоку газа (11) уплотнительными гребешками в ободе (6) промежуточного диска 5 выполнены радиальные каналы (13) и (14), соединяющие воздушную междисковую полость (4) с газовой полостью (12) турбины. Радиальные стенки (15) и (16) каналов (13) и (14) выполнены плоскими, а соединяющие их стенки (17) и (18) выполнены цилиндрическими. Отношение длины L канала в окружном направлении к радиусу R цилиндрической стенки канала находится в пределах 2...6. Путем исключения загрязнения внутренней поверхности промежуточного диска и снижения концентрации напряжений в ободе диска повышается надежность ротора высокотемпературной турбомашины. 2 ил.

Изобретение относится к турбинам турбореактивных двигателей повышенной степени двухконтурности. Турбина турбореактивного двигателя включает статор, роторы высокого и низкого давлений с размещенным между ними межвальным уплотнением, содержащим установленный на валу ротора высокого давления фланец и ответный ему лабиринт на валу ротора низкого давления. Фланец выполнен S-образным в поперечном сечении и расположен с внутренней стороны роторного лабиринта, установленного на хвостовике вала ротора высокого давления и фиксирующего в осевом направлении посредством резьбового хвостовика внутреннее кольцо роликоподшипника ротора высокого давления. Фланец зафиксирован в радиальном направлении цилиндрической внутренней поверхностью роторного лабиринта, а в осевом направлении - торцевой поверхностью хвостовика вала ротора высокого давления, с одной стороны, и расположенным на роторном лабиринте стопорным разжимным кольцом, с другой стороны. Передний и задний по потоку газа хвостовики фланца посредством шлицов соединены соответственно с валом ротора высокого давления и роторным лабиринтом. Ответный фланцу лабиринт на валу ротора низкого давления выполнен с цилиндрическим осевым кольцевым ребром, пластически деформированным и установленным с упором в выемки вала ротора низкого давления. Изобретение позволяет повысить надежность и ремонтопригодность турбины турбореактивного двигателя. 3 ил.

Уплотнительный узел (86), расположенный между вращающимся компонентом (82) и неподвижным компонентом (84) вращательного механизма, содержит зубцы (94) и гребешки (96). Зубцы (94) расположены в первых осевых местах (89) на расстоянии друг от друга вдоль оси вращения вращающегося компонента (82). Гребешки (96) расположены в указанных первых осевых местах (89) с обеспечением осевого согласования с зубцами (94). Каждый из гребешков имеет поверхность (106), расположенную смежно с одним из уплотнительных зубцов, и первую и вторую противолежащие боковые поверхности (112), проходящие от указанной поверхности (106) в радиальном внутреннем направлении. На первой, на второй или на обеих боковых поверхностях (112) выполнена треугольная выемка (116). Достигается минимизация протечки текучей среды через уплотнение на 5-25% за счёт создаваемых треугольными выемками завихрений. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Газотурбинный двигатель содержит ротор, радиально наружную и внутреннюю статорные части, между которыми проходит воздушный канал компрессора, кольцевой зазор между ротором и радиально внутренней статорной частью, а также выпускной трубопровод. Ротор включает роторную часть подшипника, работающего на текучей среде, а радиально внутренняя статорная часть содержит его статорную часть. Кольцевой зазор образует кольцевой воздушный канал, сообщающийся с воздушным каналом компрессора. В направлении потока воздуха в кольцевом воздушном канале площадь последнего уменьшается в первой части и затем увеличивается во второй части. Впуск выпускного трубопровода для ввода воздуха, прошедшего через вторую часть кольцевого воздушного канала, расположен аксиально между второй частью кольцевого воздушного канала и подшипником, работающим на текучей среде. При эксплуатации указанного выше газотурбинного двигателя вращают ротор относительно радиально наружной и внутренней статорных частей. Пропускают сжатый воздух через воздушный канал компрессора в кольцевой воздушный канал, образованный частью кольцевого зазора между ротором и радиально внутренней статорной частью. Группа изобретений позволяет исключить попадание жидкости из подшипниковой камеры в воздушный канал компрессора. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх