Внутренняя платформа сопловой лопатки турбины и сопловая лопатка турбины (варианты)

Изобретение относится к энергетике. Предложена внутренняя платформа сопловой лопатки турбины. Внутренняя платформа сопла может включать полость платформы, инжекционную камеру, расположенную в упомянутой полости платформы, удерживающую пластину, расположенную на первой стороне инжекционной камеры и эластичное уплотнение, расположенное на второй стороне инжекционной камеры. Удерживающая пластина выполнена с возможностью ее удержания в полости платформы. Также представлены варианты сопловой лопатки турбины. Изобретение позволяет охладить внутреннюю платформу консольного сопла турбины. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

[0101] Настоящая заявка и вытекающий из нее патент относятся, в общем, к газотурбинным двигателям, а именно к охлаждающему блоку для внутренней платформы консольной сопловой лопатки турбины или аналогичного устройства.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0102] Инжекционные системы охлаждения используются для охлаждения различных компонентов турбомашин, например корпусов, лопастей, сопловых лопаток и т.п. Инжекционные системы охлаждения обеспечивают охлаждение компонентов при помощи воздушного потока с целью поддержания соответствующих зазоров между компонентами и для увеличения срока службы компонентов. Однако некоторые типы существующих инжекционных систем охлаждения обладают недостатком, а именно они часто требуют отливки сложных деталей и/или выполнения сварных швов. Такие конструкции имеют низкую надежность и могут быть дорогостоящими в изготовлении и ремонте.

[0103] Существует потребность в технологичном блоке охлаждения для применения совместно с сопловыми лопатками турбин. Предпочтительно, такой технологичный блок охлаждения должен адекватно выдерживать высокие температуры газового тракта, одновременно с этим отвечая требованиям к сроку службы и техническому обслуживанию, а также иметь умеренную стоимость.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0104] В соответствии с этим в настоящей заявке и вытекающем из нее патенте предложена внутренняя платформа сопловой лопатки турбины. Упомянутая внутренняя платформа может включать полость платформы, инжекционную камеру, расположенную в упомянутой полости платформы, удерживающую пластину, расположенную на первой стороне упомянутой инжекционной камеры, и эластичное уплотнение, расположенное на второй стороне упомянутой инжекционной камеры, причем удерживающая пластина выполнена с возможностью ее удержания в полости платформы.

[0105] В настоящей заявке и вытекающем из нее патенте предложена также сопловая лопатка. Упомянутая сопловая лопатка может включать аэродинамическую часть, внутреннюю платформу и инжекционный блок охлаждения, расположенный в упомянутой внутренней платформе. На первой стороне упомянутого инжекционного блока охлаждения может быть расположена удерживающая пластина, при этом на второй стороне инжекционного блока охлаждения может быть расположено эластичное уплотнение, причем удерживающая пластина выполнена с возможностью ее удержания в полости платформы.

[0106] В настоящей заявке и вытекающем из нее патенте предложена также сопловая лопатка. Упомянутая сопловая лопатка может включать аэродинамическую часть, внутреннюю платформу и инжекционный блок охлаждения, расположенный в упомянутой внутренней платформе. На первой стороне упомянутого инжекционного блока охлаждения может быть расположен держатель уплотнения, при этом на второй стороне инжекционного блока охлаждения может быть расположена эластичная уплотняющая прокладка, причем держатель уплотнения выполнен с возможностью его удержания в полости платформы.

[0107] Эти и другие отличительные особенности, а также преимущества изобретения рассматриваются в дальнейшем подробном описании, в сочетании с приложенными чертежами и приложенной формулой изобретения.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

[0108] Фиг. 1 представляет собой блок-схему газотурбинного двигателя, демонстрирующую компрессор, камеру сгорания и турбину.

[0109] Фиг. 2 представляет собой частичный вид сбоку сопловой лопатки с инжекционным блоком охлаждения в ее составе.

[0110] Фиг. 3 представляет собой частичный вид сбоку одного из примеров сопловой лопатки с инжекционным блоком охлаждения в соответствии с настоящим изобретением.

[0111] Фиг. 4 представляет собой частичный вид сбоку одного из примеров удерживающей пластины, расположенной в полости платформы.

[0112] Фиг. 5 представляет собой частичный вид сбоку еще одного примера удерживающей пластины, расположенной в полости платформы.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

[0113] Обратимся к чертежам, на которых аналогичными числовыми обозначениями обозначены аналогичные элементы на всех различных видах. Фиг. 1 эскизно иллюстрирует газотурбинный двигатель 10, который может применяться в настоящем изобретении. Газотурбинный двигатель 10 может включать компрессор 15. Компрессор 15 сжимает поступающий поток воздуха 20. Компрессор 15 подает поток сжатого воздуха 20 в камеру 25 сгорания. Камера 25 сгорания смешивает поток сжатого воздуха 20 с потоком топлива 30 под давлением и поджигает смесь с целью формирования потока газообразных продуктов 35 сгорания. Несмотря на то, что показана только одна камера 25 сгорания, газотурбинный двигатель 10 может включать любое количество камер 25 сгорания. В свою очередь, поток газообразных продуктов 35 сгорания подают в турбину 40. Поток газообразных продуктов 35 сгорания обеспечивает выполнение турбиной 40 механической работы. Механическая работа, выполняемая турбиной 40, посредством вала 45 приводит в движение компрессор 15, а также внешнюю нагрузку 50, например электрический генератор и т.п.

[0114] В газотурбинном двигателе 10 может использоваться природный газ, различные типы синтетических газов и/или другие типы топлива. Газотурбинный двигатель 10 может представлять собой любой из множества различных газотурбинных двигателей, предлагаемых компанией General Electric Company (Скенектади, штат Нью-Йорк, США) включая, без ограничения перечисленным, сверхмощные газотурбинные двигатели серии 7 или 9, или аналогичные им установки. Газотурбинный двигатель 10 может иметь различные конфигурации, при этом в нем могут применяться компоненты и других типов. Для настоящего изобретения могут применяться также и другие типы газотурбинных двигателей. Также возможно совместное использование нескольких газотурбинных двигателей, турбин или оборудования, производящего электроэнергию, других типов.

[0115] Фиг. 2 представляет собой один из примеров сопловой лопатки 55, которая может применяться совместно с описанной выше турбиной 40. В общих чертах, сопловая лопатка 55 может включать аэродинамическую часть 60, расположенную между внутренней платформой 65 и внешней платформой 70. Несколько сопловых лопаток 55 могут быть скомбинированы и образовывать расположенный по окружности массив, который вместе с набором лопаток ротора (не показаны) формируют ступень турбины.

[0116] Сопловая лопатка 55 может включать инжекционный блок 85 охлаждения с инжекционной камерой 90. Инжекционная камера 90 может иметь набор выполненных в ней инжекционных отверстий 95. Инжекционная камера 90 может сообщаться с потоком воздуха 20 из компрессора 15 или другого источника через трубку или через канал охлаждения иного типа. Поток воздуха 20 проходит через аэродинамическую часть 60 в инжекционный блок 85 охлаждения и выходит из него через инжекционные отверстия 95 с целью инжекционного охлаждения части сопловой лопатки 55 или другой области. В настоящем изобретении могут использоваться также другие компоненты и конфигурации.

[0117] Фиг. 3 иллюстрирует фрагменты одного из примеров сопловой лопатки 100 в соответствии с настоящим описанием. В дополнение к остальным компонентам сопловая лопатка 100 включает аэродинамическую часть 110, выходящую из платформы 120. Платформа 120 может включать полость 140 платформы. Аэродинамическая часть 110 может включать канал 150 воздушного потока. Канал 150 воздушного потока может сообщаться с полостью 140 платформы для подачи потока воздуха 20 из компрессора 15 или из другого источника. Сопловая лопатка 100 может также включать инжекционный блок 160 охлаждения. Инжекционный блок 160 охлаждения может включать инжекционную камеру 170. Инжекционная камера 170 может включать «спули» или другой тип канала 180 охлаждения, сообщающийся с потоком воздуха 20 из канала 150 воздушного потока. В настоящем изобретении могут использоваться также другие компоненты и конфигурации.

[0118] Инжекционная камера 170 может быть помещена в полость 140 платформы и закреплена там. Инжекционная камера 170 может удерживаться внутри полости 140 платформы с одной стороны при помощи удерживающей пластины 190. Удерживающая пластина 190 может представлять собой практически плоскую пластину и т.п. Альтернативно, удерживающая пластина 190 может быть выполнена в виде держателя 200 уплотнения, как это показано на чертеже. Держатель 200 уплотнения может иметь на себе несколько уплотнений 210. Удерживающая пластина 190 и держатель 200 уплотнения могут иметь любой размер, форму или конфигурацию. Удерживающая пластина 190 может также иметь форму приваренного выступа, приваренного кольца и т.п. Могут быть использованы любые механические удерживающие свойства.

[0119] Удерживающая пластина 190, держатель 200 уплотнений или аналогичные элементы могут удерживаться в полости 140 платформы при помощи одного или более зацепов 220 платформы и/или зацепов 230 пластины. Удерживающая пластина 190 может быть расположена на первой стороне 235 инжекционной камеры 170. Зацепы 220 платформы и зацепы 230 пластины могут иметь любую конфигурацию из вставляемых и охватывающих элементов в любой ориентации. Один или более из зацепов 220, 230 может располагаться под углом с целью увеличения допусков инструментов при машинной обработке, а также для других целей. В соответствии с изображением на фиг. 4, любой из зацепов 220, 230 может включать преимущественно цилиндрический или эллиптический выступ или контур 280. При этом, в соответствии с изображением фиг. 5, как средство удержания могут также использоваться один или более штырей или аналогичных элементов. Зацепы 220, 230, цилиндрический контур 280, штыри 290 и другие структуры могут применяться, в любой комбинации, для удержания удерживающей пластины 190 в полости 140 платформы, т.е. комбинации зацепов 220, 230 и штырей 290 могут совместно применяться в любой ориентации. В настоящем изобретении могут использоваться также другие компоненты и конфигурации.

[0120] Вернемся к фиг. 3, в инжекционном блоке 160 охлаждения может использоваться также уплотняющая прокладка 240 вокруг второй стороны 245 инжекционной камеры 170 и полости 140 платформы. Эластичная уплотняющая прокладка 240 может располагаться по периметру инжекционной камеры 170. Рядом с эластичной уплотняющей прокладкой 240 может также применяться удерживающая полка 250. Инжекционная камера 170 таким образом, преимущественно плавает относительно эластичной уплотняющей прокладки 240. В этих условиях применение сварки и подобных ей методов становится необязательным. В настоящем изобретении в области второй стороны 245 инжекционной камеры 170 могут быть также использованы и другие типы уплотнения. Также в настоящем изобретении могут применяться другие средства крепления и связанные с ними признаки.

[0121] Одно или более уплотнений 260 могут быть также расположены вблизи скошенной стороны 270 платформы 120. Уплотнение 260 может иметь вид набора пазовых уплотнений или аналогичных элементов. В настоящем изобретении могут применяться и другие типы уплотнения. Набор уплотнений 260 может удерживаться удерживающей пластиной 190, держателем 200 уплотнения или другими структурами, обеспечивающими полную радиальную герметизацию. Уплотнения 260 могут образовывать напорную камеру, давление в которой увеличивается постинжекционным потоком, отводимым из полости 140 платформы. В настоящем изобретении могут использоваться также другие компоненты и конфигурации.

[0122] Таким образом, сопловая лопатка 100, описанная в настоящем документе, может удерживать вложенный в нее инжекционный блок 160 охлаждения между механическими удерживающими элементами: удерживающей пластиной 190 с одной стороны и эластичной уплотняющей прокладкой 240 с другой стороны. Инжекционный блок 160 охлаждения, таким образом, обеспечивает эффективное охлаждение области вокруг сопловой лопатки 100 без применения сварки или выполнения сложных отверстий в боковых стенках с минимальным радиальным зазором. В настоящем изобретении могут применяться неподдающиеся сварке материалы. Инжекционный блок 160 охлаждения позволяет сопловой лопатке 100 выдерживать высокие температуры газового тракта, одновременно отвечая требованиям по сроку службы и техническому обслуживанию и имея технологичную конструкцию. Удержание инжекционного блока 160 охлаждения при помощи держателя 200 уплотнения позволяет также получить минимальные радиальные размеры.

[0123] Необходимо понимать, что предшествующее описание относится лишь к некоторым вариантам осуществления изобретения. Специалистами в данной области техники может быть выполнено множество изменений и модификаций без выхода за рамки изобретения, которые заданы пунктами приведенной ниже формулы изобретения и их эквивалентами.

1. Внутренняя платформа сопловой лопатки турбины, включающая

полость платформы,

инжекционную камеру, расположенную в упомянутой полости платформы,

удерживающую пластину, расположенную на первой стороне упомянутой инжекционной камеры, и

эластичное уплотнение, расположенное на второй стороне упомянутой инжекционной камеры,

причем удерживающая пластина выполнена с возможностью ее удержания в полости платформы.

2. Внутренняя платформа по п. 1, в которой упомянутая удерживающая пластина включает держатель уплотнения.

3. Внутренняя платформа по п. 1, в которой упомянутая полость платформы включает один или более зацепов платформы, а удерживающая пластина включает один или более зацепов пластины, при этом с помощью указанных зацепов удерживающая пластина удерживается в полости платформы.

4. Внутренняя платформа по п. 1, в которой упомянутая удерживающая пластина включает цилиндрический контур, чтобы удерживать удерживающую пластину в полости платформы.

5. Внутренняя платформа по п. 1, также включающая один или более штырей, входящих в упомянутую полость платформы, чтобы удерживать удерживающую пластину в полости платформы.

6. Внутренняя платформа по п. 1, в которой упомянутое эластичное уплотнение включает эластичную уплотняющую прокладку.

7. Внутренняя платформа по п. 1, в которой упомянутая полость платформы включает удерживающую полку, расположенную около упомянутого эластичного уплотнения.

8. Внутренняя платформа по п. 1, также включающая скошенную сторону, на которой имеется уплотнение или множество уплотнений.

9. Внутренняя платформа по п. 1, в которой упомянутая инжекционная камера включает канал охлаждения, сообщающийся с потоком воздуха.

10. Внутренняя платформа по п. 1, в которой упомянутая инжекционная камера включает множество отверстий, расположенных около платформы сопловой лопатки.

11. Сопловая лопатка турбины, включающая

аэродинамическую часть,

внутреннюю платформу, содержащую полость платформы,

инжекционный блок охлаждения, расположенный в упомянутой внутренней платформе,

удерживающую пластину, расположенную на первой стороне упомянутого инжекционного блока охлаждения; и

эластичное уплотнение, расположенное на второй стороне упомянутого инжекционного блока охлаждения,

причем удерживающая пластина выполнена с возможностью ее удержания в полости платформы.

12. Сопловая лопатка по п. 11, в которой упомянутый инжекционный блок охлаждения включает инжекционную камеру и канал охлаждения.

13. Сопловая лопатка по п. 11, в которой упомянутая удерживающая пластина включает держатель уплотнения.

14. Сопловая лопатка по п. 11, в которой упомянутая внутренняя платформа включает полость платформы с расположенным в ней инжекционным блоком охлаждения.

15. Сопловая лопатка по п. 14, в которой упомянутая полость платформы включает один или более зацепов платформы, а упомянутая удерживающая пластина включает один или более зацепов пластины, при этом с помощью указанных зацепов удерживающая пластина удерживается в полости платформы.

16. Сопловая лопатка по п. 14, в которой упомянутая удерживающая пластина включает цилиндрический контур, чтобы удерживать удерживающую пластину в полости платформы.

17. Сопловая лопатка по п. 14, также включающая один или более штырей, входящих в упомянутую полость платформы, чтобы удерживать удерживающую пластину в полости платформы.

18. Сопловая лопатка турбины, включающая

аэродинамическую часть,

внутреннюю платформу, содержащую полость платформы,

инжекционный блок охлаждения, расположенный внутри упомянутой внутренней платформы,

держатель уплотнения, расположенный на первой стороне упомянутого инжекционного блока охлаждения, и

эластичную уплотняющую прокладку, расположенную на второй стороне упомянутого инжекционного блока охлаждения,

причем держатель уплотнения выполнен с возможностью его удержания в полости платформы.

19. Сопловая лопатка по п. 18, в которой упомянутая внутренняя платформа включает скошенную сторону, на которой имеется множество уплотнений.

20. Сопловая лопатка по п. 19, в которой упомянутая скошенная сторона включает напорную камеру, образованную упомянутым множеством уплотнений и питаемую из упомянутого инжекционного блока охлаждения.

21. Сопловая лопатка по п. 18, в которой упомянутая полость платформы включает один или более зацепов платформы, а упомянутый держатель уплотнения включает один или более зацепов держателя, при этом с помощью указанных зацепов держатель уплотнения удерживается в полости платформы.

22. Сопловая лопатка по п. 18, в которой упомянутый держатель уплотнения включает цилиндрический контур, чтобы удерживать держатель уплотнения в полости платформы.

23. Сопловая лопатка по п. 18, также включающая один или более штырей, входящих в упомянутую полость платформы, чтобы удерживать держатель уплотнения в полости платформы.