Лопатка турбины с пазом для стержневого уплотнения
Лопатка турбины газотурбинного двигателя, имеющего диск турбины с осью, включает перо, имеющее переднюю и заднюю кромки и стороны нагнетания и всасывания, хвостовик лопатки и полку между пером и хвостовиком. Полка включает полку стороны нагнетания и полку стороны всасывания. Полка стороны нагнетания, включающая наклонную поверхность стороны нагнетания и паз для уплотнения на стороне нагнетания, проходящий в полку стороны нагнетания от наклонной поверхности стороны нагнетания и расположенный под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно оси диска турбины. Паз для уплотнения на стороне нагнетания включает в себя плоскую уплотнительную поверхность стороны нагнетания, проходящую вдоль наклонной поверхности стороны нагнетания и наклоненную в радиальном направлении относительно оси диска турбины. Полка стороны всасывания проходит в направлении, противоположном от полки стороны нагнетания и включает наклонную поверхность стороны всасывания и паз для уплотнения на стороне всасывания, проходящий в полку стороны всасывания от наклонной поверхности стороны всасывания и расположенный под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно оси диска турбины. Паз для уплотнения на стороне всасывания включает в себя плоскую уплотнительную поверхность стороны всасывания, проходящую вдоль наклонной поверхности стороны всасывания, наклоненную в радиальном направлении относительно оси диска турбины. Другие изобретения группы относятся к дисковым узлам турбины и газотурбинному двигателю, включающим в себя указанную выше лопатку турбины. Группа изобретений позволяет снизить концентрацию напряжений на лопатке турбины за счет обеспечения возможности использования более длинного стержневого уплотнения. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.
Область техники
В целом, изобретение относится к газотурбинным двигателям, и, более конкретно, направлено на лопатку турбины с пазом для стержневого уплотнения.
Предшествующий уровень техники
Газотурбинные двигатели включают в себя компрессор, камеру сгорания и секции турбины. Секции турбины включают в себя лопатки турбины со смежными наклонными поверхностями. Нагретый воздух или газы из камеры сгорания могут проходить через зазор между наклонными поверхностями, повышая рабочую температуру деталей турбины.
Согласно X. Киму Патент США №8137072 описывает лопатку турбины. Лопатка турбины может содержать перо, проходящее от первой поверхности полки турбины. Также лопатка турбины может содержать первый боковой карман полки турбины, выполненный с возможностью, по существу, полного размещения первого подвижного уплотнителя между передней стенкой первого бокового кармана и задней стенкой первого бокового кармана. Первый боковой карман может иметь выпуклую поверхность, проходящую между передней и задней стенками, и вогнутую поверхность. Также лопатка турбины может содержать второй боковой карман полки турбины, выполненный с возможностью получения части второго подвижного уплотнителя.
Изобретение направлено на разрешение одной или более проблем, обнаруженных авторами изобретения.
Раскрытие изобретения
В настоящем документе дается описание лопатки турбины для газотурбинного двигателя, имеющего диск турбины с осью. Лопатка турбины включает в себя перо, хвостовик лопатки и полку. Перо проходит в первом направлении. Перо включает в себя переднюю кромку, заднюю кромку, сторону нагнетания, располагаемую между передней кромкой и задней кромкой, и сторону всасывания, располагаемую между передней кромкой и задней кромкой. Хвостовик лопатки проходит во втором направлении, противоположном первому направлению. Полка располагается между пером и хвостовиком лопатки. Полка включает в себя передний конец, прилегающий к передней кромке, и задний конец, прилегающий к задней кромке. Полка также включает в себя полку стороны нагнетания, проходящую от стороны нагнетания, и полку стороны всасывания, проходящую от стороны всасывания в направлении, противоположном полке стороны нагнетания. Полка стороны нагнетания включает в себя наклонную поверхность стороны нагнетания, отдаленную от центра стороны нагнетания и паза для уплотнения на стороне нагнетания. Наклонная поверхность стороны нагнетания проходит от переднего конца до заднего конца. Паз для уплотнения проходит в полку стороны нагнетания от наклонной поверхности стороны нагнетания. Паз для уплотнения на стороне нагнетания находится под углом между тремя и десятью градусами в радиальном направлении относительно опорной оси, расположенной ниже хвостовика лопатки, напротив пера. Опорная ось совпадает с осью диска турбины, когда лопатка турбины установлена в диске турбины. Передняя часть находящегося под углом паза для уплотнения на стороне нагнетания расположена радиально ближе к опорной оси, чем задняя часть паза для уплотнения на стороне нагнетания. Полка стороны всасывания включает в себя наклонную поверхность стороны всасывания, отдаленную от центра стороны всасывания и паза для уплотнения на стороне всасывания. Наклонная поверхность стороны всасывания проходит от переднего конца до заднего конца. Паз для уплотнения на стороне всасывания проходит в полку стороны всасывания от наклонной поверхности стороны всасывания. Паз для уплотнения на стороне всасывания находится под углом между тремя и десятью градусами в радиальном направлении относительно опорной оси с передней частью паза для уплотнения на стороне всасывания, расположенной радиально ближе к опорной оси, чем задняя часть паза для уплотнения на стороне всасывания.
Краткое описание чертежей
РИС. 1 - схематичное изображение примерного газотурбинного двигателя.
РИС. 2 - вид в разрезе части дискового узла турбины.
РИС. 3 - вид в перспективе стороны нагнетания лопатки турбины, показанной на РИС. 2.
РИС. 4 - вид в перспективе стороны всасывания лопатки турбины, показанной на РИС. 3.
РИС. 5 - детальное изображение части поперечного разреза, показанного на РИС. 2 вокруг стержневого уплотнения 430.
РИС. 6 - вид сверху на стержневое уплотнение, показанное на РИС. 2 и 5.
РИС. 7 - вид в перспективе стороны всасывания лопатки турбины, а также лопатки турбины, показанной на РИС. 4, и стержневого уплотнения, показанного на РИС. 6.
Варианты осуществления изобретения
Системы и методы, описанные в настоящем документе, включают дисковый узел турбины. В вариантах осуществления дисковый узел турбины включает в себя диск турбины, лопатки турбины и паз для стержневого уплотнения. Каждая лопатка турбины включает в себя паз для уплотнения на стороне нагнетания в наклонной поверхности стороны нагнетания и паз для уплотнения на стороне всасывания в наклонной поверхности стороны всасывания. Паз для уплотнения на стороне нагнетания включает в себя уплотнительную поверхность стороны нагнетания, и паз для уплотнения на стороне всасывания включает в себя уплотнительную поверхность стороны всасывания. Паз для уплотнения на стороне нагнетания первой лопатки турбины и паз для уплотнения на стороне всасывания второй лопатки турбины, смежной с первой лопаткой турбины, объединяются для формирования паза для уплотнения. Стержневое уплотнение остается в каждом пазу для уплотнения. Во время работы газотурбинного двигателя, каждое стержневое уплотнение располагается смежно и находится в контакте с уплотнительной поверхностью стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью стороны всасывания. Воздух или газы, нагреваемые в результате реакции горения, могут проходить между смежными наклонными поверхностями стороны нагнетания и стороны всасывания. Воздух может негативно влиять и увеличивать рабочую температуру опор диска турбины. Стержневые уплотнения могут блокировать, сокращать или перенаправлять нагретый воздух, который может сокращать рабочую температуру опор диска, увеличивая долговечность диска турбины. Угол между уплотнительной поверхностью стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью стороны всасывания может быть от девяноста пяти до ста пятнадцати градусов, может сокращать возможное скрепление между стержневым уплотнением и смежными лопатками турбины, а также способствует равномерному распределению контактного нагружения между уплотнительной поверхностью стороны нагнетания и уплотнительной поверхностью стороны всасывания. Паз для уплотнения может находиться под углом в радиальном направлении относительно оси диска турбины, что способствует удлинению стержневого уплотнения, увеличению контактной площади между стержневым уплотнением и уплотнительной поверхностью стороны нагнетания, а также уплотнительной поверхностью стороны всасывания.
РИС. 1 - схематичное изображение примерного газотурбинного двигателя. Некоторые поверхности не были учтены или были увеличены (здесь и на других рисунках) для ясности и легкости объяснения. Также раскрытие может ссылаться на носовое и хвостовое направление. Как правило, все ссылки на «передний конец» и «задний конец» связаны с направлением потока первичного воздуха (т.е. воздуха, используемого в процессе горения), если не указано иное. Например, передний конец подразумевает «восходящий поток» по отношению к первичному потоку воздуха, а задний конец подразумевает «нисходящий поток» по отношению к первичному потоку воздуха.
Кроме того, раскрытие может ссылаться на осевую линию 95 вращения газотурбинного двигателя, которая может быть определена продольной осью его вала 120 (поддерживается множеством подшипниковых узлов 150). Осевая линия 95 может быть общей или разделенной другими различными соосными компонентами двигателя. Все ссылки на радиальные, осевые и окружные направления и меры относятся к осевой линии 95, если не указано иное, и такие понятия, как «внутренний» и «внешний» обычно указывают на большее или меньшее радиальное расстояние, отличающееся тем, что радиальная линия 96 может быть в любом направлении перпендикулярно и наружу от осевой линии 95.
Газотурбинный двигатель 100 включает в себя воздухозаборник 110, вал 120, газогенератор или «компрессор» 200, камеру сгорания 300, турбину 400, выхлопную трубу 500 и муфту выходной мощности 600. Газотурбинный двигатель 100 может иметь одновальную и двухвальную конфигурацию.
Компрессор 200 включает в себя роторный узел компрессора 210, неподвижные лопатки компрессора («статоры») 250 и входные направляющие лопатки 255. Роторный узел компрессора 210 механически соединен с валом 120. Как показано на рисунке, роторный узел компрессора 210 представляет собой роторный блок с осевым потоком. Роторный узел компрессора 210 включает в себя один и более дисковых узлов компрессора 220. Каждый дисковый узел компрессора 220 включает в себя диск ротора компрессора, который по окружности заполнен лопатками ротора компрессора. Статоры 250 по оси сопровождают каждый дисковый узел компрессора 220. Каждый дисковый узел компрессора 220, попарно соединенный со смежными статорами 250, которые сопровождают дисковый узел компрессора 220, считается ступенью компрессора. Компрессор 200 включает в себя несколько ступеней компрессора. Входные направляющие лопатки 255 по оси предшествуют первой ступени компрессора.
Камера сгорания 300 включает в себя один и более инжекторов 350 и одну или более камеру горения 390.
Турбина 400 включает в себя роторный узел турбины 410 и сопла турбины 450. Роторный узел турбины 410 механически соединен с валом 120. Как показано на рисунке, роторный узел турбины 410 представляет собой роторный блок с осевым потоком. Роторный узел турбины 410 включает в себя один и более дисковых узлов турбины 420. Каждый дисковый узел турбины 420 включает в себя диск турбины 422 (см. РИС. 2), который по окружности заполнен лопатками ротора турбины 460 (см. РИС. 2-5). Сопла турбины 450 по оси предшествуют каждому дисковому узлу турбины 420. Каждый дисковый узел турбины 420, попарно соединенный со смежными соплами турбины 450, которые предшествуют дисковому узлу турбины 420, считается ступенью турбины. Турбина 400 включает в себя несколько ступеней турбины.
Выхлопная труба 500 включает в себя выходной диффузор 520 и выхлопной коллектор 550.
РИС. 2 - вид в разрезе части дискового узла турбины 420 газотурбинного двигателя, показанного на РИС. 1. Дисковый узел турбины 420 включает в себя диск турбины 422, лопатки турбины 460 (две показаны на РИС. 2), демпферы 425 (один показан на РИС. 2) и стержневые уплотнения 430 (один показан на РИС. 2). Диск турбины 422 имеет цилиндрическую форму и включает в себя опоры диска 424, проходящие по внешнему радиусу. Смежные опоры диска 424 формируют паз диска турбины 423. Каждый паз диска турбины 423 может иметь форму ели или ласточкиного хвоста и выполнен с возможностью принимать лопатка турбины 460.
Каждая лопатка турбины 460 включает в себя полку 463, перо 461 и хвостовик лопатки 462. Перо 461 проходит снаружи, в первом направлении, от полки 463, формирующей переднюю кромку 458 (см. РИС. 3), заднюю кромку 459 (см. РИС. 3), сторону нагнетания 471 и сторону всасывания 481. Когда лопатка турбины 460 установлена в диске турбины 422, перо 461 проходит снаружи от полки 463. Сторона нагнетания 471 располагается между передней кромкой 458 и задней кромкой 459 вогнутой формы. Сторона всасывания 481 является стороной, противоположной стороне нагнетания 471, и располагается между передней кромкой 458 и задней кромкой 459 выпуклой формы.
Хвостовик лопатки 462 проходит внутрь от полки 463, во втором направлении, в направлении, противоположном перу 461 или противоположном первому направлению. Когда лопатка турбины 460 установлена в диске турбины 422, хвостовик лопатки 462 проходит по внутреннему радиусу от полки 463. Хвостовик лопатки 462 является основным компонентом соединения и выполнен с возможностью вставки в паз диска турбины 423. Хвостовик лопатки 462 может иметь форму елки или ласточкиного хвоста.
Полка 463 включает в себя полку стороны нагнетания 473, проходящую от стороны нагнетания 471, и полку стороны всасывания 483, проходящую от стороны всасывания 481 в направлении, противоположном полке стороны нагнетания 473. Когда лопатка турбины 460 установлена в диске турбины 422, полка стороны нагнетания 473 проходит в первом окружном направлении относительно оси диска турбины 422, и полка стороны всасывания 483 проходит во втором окружном направлении, противоположном первому окружному направлению, относительно диска турбины 422.
Полка стороны нагнетания 473 включает в себя наклонную поверхность стороны нагнетания 472. Наклонная поверхность стороны нагнетания 472 является поверхностью в конце полки стороны нагнетания 473 и отдалена от центра пера 461. Наклонная поверхность стороны нагнетания 472 может находиться под углом относительно направления полки стороны нагнетания 473. В одном из вариантов осуществления, наклонная поверхность стороны нагнетания 472 является перпендикулярной направлению полки стороны нагнетания 473. В другом варианте осуществления, наклонная поверхность стороны нагнетания 472 находится под углом от нуля до сорока пяти градусов в направлении, перпендикулярном направлению полки стороны нагнетания 473.
Полка стороны всасывания 483 включает в себя наклонную поверхность стороны всасывания 482. Наклонная поверхность стороны всасывания 482 является поверхностью в конце полки стороны всасывания 483 и отдалена от центра пера 461. Наклонная поверхность стороны всасывания 482 может находиться под углом относительно направления полки стороны всасывания 483. В одном из вариантов осуществления, наклонная поверхность стороны всасывания 482 является перпендикулярной направлению полки стороны всасывания 483. В другом варианте осуществления, наклонная поверхность стороны всасывания 482 находится под углом от нуля до сорока пяти градусов в направлении, перпендикулярном направлению полки стороны всасывания 483.
Когда смежные лопатки турбины 460 установлены в диск турбины 422, наклонная поверхность стороны нагнетания 472 первой лопатки турбины является смежной наклонной поверхности стороны всасывания 482 второй лопатки турбины. Наклонная поверхность стороны нагнетания 472 может быть параллельной наклонной поверхности стороны всасывания 482. Наклонная поверхность стороны нагнетания 472 первой лопатки турбины и наклонная поверхность стороны всасывания 482 второй лопатки турбины выполнены с возможностью формирования промежутка между наклонными поверхностями 497.
РИС. 3 - вид в перспективе стороны нагнетания 471 лопатки турбины 460, показанной на РИС. 2. Согласно РИС. 3, полка 463, включающая полку стороны нагнетания 473, располагается между передним концом 466 и задним концом 467. Передняя кромка 458 проходит от полки 463, смежной с передним концом 466, а задняя кромка 459 проходит от полки 463, смежной с задним концом 467.
Согласно РИС. 2 и 3, лопатка турбины 460 включает в себя переднюю опору демпфера стороны нагнетания 476 и заднюю опору демпфера стороны нагнетания 477. Передняя опора демпфера стороны нагнетания 476 проходит от полки стороны нагнетания 473, смежной с передним концом 466, и проходит вниз, смежно хвостовику лопатки 462. Задняя опора демпфера стороны нагнетания 477 проходит от полки стороны нагнетания 473, смежной с задним концом 467, и проходит вниз, смежно хвостовику лопатки 462.
Полка стороны нагнетания 473, передняя опора демпфера стороны нагнетания 476 и задняя опора демпфера стороны нагнетания 477 могут быть выполнены с возможностью формирования подполочного кармана 475. Полка стороны нагнетания 473 может включать в себя подполочную поверхность стороны нагнетания 498, смежную с подполочным карманом стороны нагнетания 475, передняя опора демпфера стороны нагнетания 476 может включать в себя переднюю поверхность демпфера стороны нагнетания 491, смежную с подполочным карманом стороны нагнетания 475, а задняя опора демпфера стороны нагнетания 477 может включать в себя заднюю поверхность демпфера стороны нагнетания 492, смежную с подполочным карманом стороны нагнетания 475. Задняя поверхность демпфера стороны нагнетания 492 может быть параллельной передней поверхности демпфера стороны нагнетания 491 и перпендикулярной подполочной поверхности стороны нагнетания 498. Задняя поверхность демпфера стороны нагнетания 492 обращена к передней поверхности демпфера стороны нагнетания 491, а передняя поверхность демпфера стороны нагнетания 491 обращена к задней поверхности демпфера стороны нагнетания 492.
РИС. 4 - вид в перспективе стороны всасывания 481 лопатки турбины, показанной на РИС. 3. Согласно РИС. 4, полка турбины 463, включающая в себя полку стороны всасывания 483, располагается между передним концом 466 и задним концом 467. Согласно РИС. 2 и 4, лопатка турбины 460 также включает в себя переднюю опору демпфера стороны всасывания 486 и заднюю опору демпфера стороны всасывания 487. Передняя опора демпфера стороны всасывания 486 проходит от полки стороны всасывания 483, смежной с передним концом 466, и проходит вниз, смежно с хвостовиком лопатки 462. Задняя опора демпфера стороны всасывания 487 проходит от полки стороны всасывания 483, смежной с задним концом 467, и проходит вниз, смежно с хвостовиком лопатки 462.
Полка стороны всасывания 483, передняя опора демпфера стороны всасывания 486 и задняя опора демпфера стороны всасывания 487 могут быть выполнены с возможностью формирования подполочного кармана стороны всасывания 485. Полка стороны всасывания 483 может включать в себя подполочную поверхность стороны всасывания 499, смежную с подполочным карманом стороны всасывания 485, передняя опора демпфера стороны всасывания 486 может включать в себя переднюю поверхность демпфера стороны всасывания 493, смежную с подполочным карманом стороны всасывания 485, и задняя опора демпфера стороны всасывания 487 может включать в себя заднюю поверхность демпфера стороны всасывания 494, смежную с подполочным карманом стороны всасывания 485. Задняя поверхность демпфера стороны всасывания 494 может быть параллельной передней поверхности демпфера стороны всасывания 493 и перпендикулярной подполочной поверхности стороны всасывания 499. Задняя поверхность демпфера стороны всасывания 494 обращена к передней поверхности демпфера стороны всасывания 493, а передняя поверхность демпфера стороны всасывания 493 обращена к задней поверхности демпфера стороны всасывания 494.
Согласно РИС. 2, опоры демпферов, включающие в себя заднюю опору демпфера стороны нагнетания 477 и заднюю опору демпфера стороны всасывания 487, выполнены с возможностью удержания демпфера 425. Каждый демпфер 425 установлен по внешнему радиусу и смежен с каждой опорой диска 424 между двумя лопатками турбины 460 и по внутреннему радиусу от смежной полки стороны нагнетания 473 и полки стороны всасывания 483 двух лопаток турбины 460. Подполочный карман стороны нагнетания 475 и подполочный карман стороны всасывания 485 смежных лопаток турбины 460 выполнены с возможностью формирования подполочного кармана 465.
Каждая лопатка турбины 460 включает в себя паз для уплотнения на стороне нагнетания 474 и паз для уплотнения на стороне всасывания 484. Смежные лопатки турбины 460 также выполнены с возможностью формирования паза для уплотнения 464 с пазом для уплотнения на стороне нагнетания 474 первой лопатки турбины и смежным пазом для уплотнения на стороне всасывания 484 второй лопатки турбины. Согласно РИС. 3, паз для уплотнения на стороне нагнетания 474 включает в себя передний паз стороны нагнетания 478, задний паз стороны нагнетания 479 и уплотнительную поверхность стороны нагнетания 495. Передний паз стороны нагнетания 478 проходит в полку стороны нагнетания 473 от наклонной поверхности стороны нагнетания 472 ниже передней кромки 458, смежно с передней опорой демпфера стороны нагнетания 476 и выше передней опоры демпфера стороны нагнетания 476. Передний паз стороны нагнетания 478 включает в себя переднюю поверхность стороны нагнетания 441. Передняя поверхность стороны нагнетания 441 может иметь плоскую или округлую поверхность и быть вогнутой формы переднего паза стороны нагнетания 478. Передняя поверхность стороны нагнетания 441 расположена впереди передней кромки 458, противоположно направлению задней кромки 459, и в осевом направлении впереди передней кромки 458, когда лопатка турбины 460 установлена в диске турбины 422. Передний паз стороны нагнетания 478 может иметь вогнутую форму и располагаться от подполочного кармана стороны нагнетания 475 до передней поверхности стороны нагнетания 441, за передней кромкой 458.
Задний паз стороны нагнетания 479 проходит в полку стороны нагнетания 473 от наклонной поверхности стороны нагнетания 472 ниже задней кромки 459, смежно с задней опорой демпфера стороны нагнетания 477 и выше задней опоры демпфера стороны нагнетания 477. Задний паз стороны нагнетания 479 включает в себя заднюю поверхность стороны нагнетания 442. Задняя поверхность стороны нагнетания 442 отдалена от центра передней кромки 458 и является конечной поверхностью паза для уплотнения на стороне нагнетания 474, наиболее отдаленно от передней кромки 458. Задняя поверхность стороны нагнетания 442 может иметь плоскую или округлую поверхность и быть вогнутой формы заднего паза стороны нагнетания 479. Задний паз стороны нагнетания 479 может иметь вогнутую форму и располагаться от подполочного кармана стороны нагнетания 475 до задней поверхности стороны нагнетания 442.
Уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 располагается между передней поверхностью стороны нагнетания 441 до задней поверхности стороны нагнетания 442, длиной паза для уплотнения на стороне нагнетания 474. Уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 может быть плоской поверхностью, располагаясь под углом в полке стороны нагнетания 473 от наклонной поверхности стороны нагнетания 472. Передний паз стороны нагнетания 478 может включать в себя передний конец уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495. Задний паз стороны нагнетания 479 может включать в себя задний конец уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495. Часть уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495 между передним пазом стороны нагнетания 478 и задним пазом стороны нагнетания 479 может быть под углом в полке стороны нагнетания 473 до подполочного кармана стороны нагнетания 475.
Паз для уплотнения на стороне нагнетания 474 может располагаться вдоль наклонной поверхности стороны нагнетания 472 с передним пазом стороны нагнетания 478, находящимся под углом по отношению к переднему концу 466 и в том направлении, когда хвостовик лопатки 462 проходит от полки 463, и с задним пазом стороны нагнетания 479, находящимся под углом по отношению к заднему концу 467 и в том направлении, когда перо 461 проходит от полки 463. Паз для уплотнения на стороне нагнетания 474 может быть под углом относительно опорной оси. Опорная ось совпадает с осью диска турбины 422, когда лопатка турбины 460 установлена в диске турбины 422 и является соосной осевой линии 95 (см. РИС. 1), средняя линия газотурбинного двигателя 100, когда лопатка турбины 460 установлена в пределах газотурбинного двигателя 100. Описание в отношении опорной оси применяется к оси диска турбины 422, когда лопатка турбины 460 установлена в диске турбины 422, и осевой линии 95, когда лопатка турбины 460 установлена в пределах газотурбинного двигателя 100. Опорная ось включает в себя носовое направление, проходящее по направлению к компрессору 200, когда лопатка турбины 460 установлена в пределах газотурбинного двигателя 100, и хвостовое направление, проходящее вдали от компрессора 200, когда лопатка турбины 460 установлена в пределах газотурбинного двигателя 100.
Паз для уплотнения на стороне нагнетания 474 может быть под углом в радиальном направлении относительно опорной оси с передним пазом стороны нагнетания 478, расположенным ближе к опорной оси, чем задний паз стороны нагнетания 479. Угол 87 является углом паза для уплотнения на стороне нагнетания 474 относительно опорной оси. Опорная линия 85 показана для демонстрации угла 87. Опорная линия 85 является параллельной опорной оси и переносится по внешнему радиусу от опорной оси. В одном из вариантов осуществления, паз для уплотнения на стороне нагнетания 474 находится под углом относительно опорной оси в радиальном направлении от трех до четырех градусов. В другом варианте осуществления, паз для уплотнения на стороне нагнетания 474 находится под углом относительно опорной оси в радиальном направлении от четырех до шести градусов. Еще в одном варианте осуществления, паз для уплотнения на стороне нагнетания 474 находится под углом относительно опорной оси в радиальном направлении в пять градусов, приблизительно пять градусов или в пределах заданного допустимого отклонения в пять градусов.
Уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 располагается вдоль наклонной поверхности стороны нагнетания 472 с передней частью уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495, находящейся под углом по направлению к переднему концу 466 и в том направлении, когда хвостовик лопатки 462 проходит от полки 463, и с задней частью уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495, находящейся под углом по направлению к заднему концу 467 и в том направлении, когда перо 461 проходит от полки 463.
Уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 может быть под углом относительно опорной оси. Угол 87 также демонстрирует угол уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495 относительно опорной оси. Уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 может быть под углом в радиальном направлении относительно опорной оси с передней частью уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495, расположенной ближе к опорной оси, чем задняя часть уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495. В одном из вариантов осуществления, уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 находится под углом относительно опорной оси в радиальном направлении от трех до четырех градусов. В другом варианте осуществления, уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 находится под углом относительно опорной оси в радиальном направлении от четырех до шести градусов. Еще в одном варианте осуществления, уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 находится под углом относительно опорной оси в радиальном направлении в пять градусов, приблизительно пять градусов или в пределах заданного допустимого отклонения в пять градусов.
В показанном варианте осуществления, уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 является радиально внешней частью паза для уплотнения на стороне нагнетания 474 относительно опорной оси.
Согласно РИС. 4, паз для уплотнения на стороне всасывания 484 включает в себя передний паз стороны всасывания 488, задний паз стороны всасывания 489 и уплотнительную поверхность стороны всасывания 496. Передний паз стороны всасывания 488 проходит в полку стороны всасывания 483 от наклонной поверхности стороны всасывания 482 ниже передней кромки 458, смежно с передней опорой демпфера стороны всасывания 486 и выше передней опоры демпфера стороны всасывания 486. Передний паз стороны всасывания 488 включает в себя переднюю поверхность стороны всасывания 443. Передняя поверхность стороны всасывания 443 может иметь плоскую или округлую поверхность и быть вогнутой формы переднего паза стороны всасывания 488. Передняя поверхность стороны всасывания 443 расположена впереди передней кромки 458, противоположно направлению задней кромки 459, и в осевом направлении впереди передней кромки 458, когда лопатка турбины 460 установлена в диске турбины 422. Передний паз стороны всасывания 488 может иметь вогнутую форму и располагаться от подполочного кармана стороны всасывания 485 до передней поверхности стороны всасывания 443, за передней кромкой 458.
Задний паз стороны всасывания 489 проходит в полку стороны всасывания 483 от наклонной поверхности стороны всасывания 482 ниже задней кромки 459, смежно с задней опорой демпфера стороны всасывания 487 и выше задней опоры демпфера стороны всасывания 487. Задний паз стороны всасывания 489 включает в себя заднюю поверхность стороны всасывания 444. Задняя поверхность стороны всасывания 444 отдалена от центра передней кромки 458 и является конечной поверхностью паза для уплотнения на стороне всасывания 484, наиболее отдаленной от передней кромки 458. Задняя поверхность стороны всасывания 444 может иметь плоскую или округлую поверхность и быть вогнутой формы заднего паза стороны всасывания 489. Задний паз стороны всасывания 489 может иметь вогнутую форму и располагаться от подполочного кармана стороны всасывания 485 до задней поверхности стороны всасывания 444.
Уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 располагается между передней поверхностью стороны всасывания 443 до задней поверхности стороны всасывания 444, длиной паза для уплотнения на стороне всасывания 484. Уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 может быть плоской поверхностью, располагаясь под углом в полке стороны всасывания 483 от наклонной поверхности стороны всасывания 482. Передний паз стороны всасывания 488 может включать в себя переднюю часть уплотнительной поверхности стороны всасывания 496. Задний паз стороны всасывания 489 может включать в себя заднюю часть уплотнительной поверхности стороны всасывания 496. Часть уплотнительной поверхности стороны всасывания 496 между передним пазом стороны всасывания 488 и задним пазом стороны всасывания 489 может быть под углом в полке стороны всасывания 483 до подполочного кармана стороны всасывания 485.
Паз для уплотнения на стороне всасывания 484 может располагаться вдоль наклонной поверхности стороны всасывания 482 под углом с передним пазом стороны всасывания 488, находящимся под углом по отношению к переднему концу 466 и в том направлении, когда хвостовик лопатки 462 проходит от полки 463, и с задним пазом стороны всасывания 489, находящимся под углом по отношению к заднему концу 467 и в том направлении, когда перо 461 проходит от полки 463. Паз для уплотнения на стороне всасывания 484 может быть под углом относительно опорной оси.
Паз для уплотнения на стороне всасывания 484 может быть под углом в радиальном направлении относительно опорной оси с передним пазом стороны всасывания 488, расположенным ближе к опорной оси, чем задний паз стороны всасывания 489. Угол 88 является углом паза для уплотнения на стороне всасывания 484 относительно опорной оси. Опорная линия 85 показана для демонстрации угла 88. В одном из вариантов осуществления, паз для уплотнения на стороне всасывания 484 находится под углом относительно опорной оси в радиальном направлении от трех до десяти градусов. В другом варианте осуществления, паз для уплотнения на стороне всасывания 484 находится под углом относительно опорной оси в радиальном направлении от четырех до шести градусов. Еще в одном варианте осуществления, паз для уплотнения на стороне всасывания 484 находится под углом относительно опорной оси в радиальном направлении в пять градусов, приблизительно пять градусов или в пределах заданного допустимого отклонения в пять градусов. Углы паза для уплотнения на стороне всасывания 484 и паза для уплотнения на стороне нагнетания 474 в радиальном направлении относительно опорной оси диска турбины 422 являются равными или находятся в пределах заданного допустимого отклонения.
Уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 располагается вдоль наклонной поверхности стороны всасывания 482 под углом с передней частью уплотнительной поверхности стороны всасывания 496, находящейся под углом по направлению к переднему концу 466 и в том направлении, когда хвостовик лопатки 462 проходит от полки 463, и с задней частью уплотнительной поверхности стороны всасывания 496, находящейся под углом по направлению к заднему концу 467 и в том направлении, когда перо 461 проходит от полки 463. Уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 может быть под углом относительно опорной оси.
Уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 может быть под углом в радиальном направлении относительно опорной оси с передней частью уплотнительной поверхности стороны всасывания 496, расположенной ближе к опорной оси, чем задняя часть уплотнительной поверхности стороны всасывания 496. Угол 88 также демонстрирует угол уплотнительной поверхности стороны всасывания 496 относительно опорной оси. В одном из вариантов осуществления, уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 находится под углом относительно опорной оси в радиальном направлении от трех до десяти градусов. В другом варианте осуществления, уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 находится под углом относительно опорной оси в радиальном направлении от четырех до шести градусов. Еще в одном варианте осуществления, уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 находится под углом относительно опорной оси в радиальном направлении в пять градусов, приблизительно пять градусов или в пределах заданного допустимого отклонения в пять градусов. Углы уплотнительной поверхности стороны всасывания 496 и уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495 в радиальном направлении относительно опорной оси являются равными или находятся в пределах заданного допустимого отклонения.
В показанном варианте осуществления, уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 является радиально внешней частью паза для уплотнения на стороне всасывания 484 относительно опорной оси.
РИС. 5 - детальное изображение части поперечного разреза, показанного на РИС. 2 вокруг стержневого уплотнения 430. Согласно РИС. 2 и 5, уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 может проходить от наклонной поверхности стороны нагнетания 472 до подполочной поверхности стороны нагнетания 498.
Уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 может быть плоской поверхностью, располагаясь под углом в полке стороны нагнетания 473 от наклонной поверхности стороны нагнетания 472. Уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 может быть под углом от наклонной поверхности стороны нагнетания 472 по направлению к хвостовику лопатки 462 в направлении, противоположном направлению, в котором проходит полка стороны нагнетания 473, и в том же направлении, в котором проходит хвостовик лопатки 462. Уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 может быть плоской поверхностью, располагаясь под углом в полке стороны всасывания 483 от наклонной поверхности стороны всасывания 482. Уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 может быть под углом от наклонной поверхности стороны всасывания 482 по направлению к хвостовику лопатки 462 в направлении, противоположном направлению, в котором проходит полка стороны всасывания 483, и в том же направлении, в котором проходит хвостовик лопатки 462.
Уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 и уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 формируют свод верхней части паза 464 для уплотнения. Угол 83 является углом между уплотнительной поверхностью стороны нагнетания 495 и уплотнительной поверхностью стороны всасывания 496. В одном из вариантов осуществления, угол 83 между уплотнительной поверхностью стороны нагнетания 495 и уплотнительной поверхностью стороны всасывания 496 составляет от девяноста пяти до ста пятнадцати градусов. В другом варианте осуществления, угол 83 между уплотнительной поверхностью стороны нагнетания 495 и уплотнительной поверхностью стороны всасывания 496 составляет от ста до ста десяти градусов. Еще в одном варианте осуществления, угол 83 между уплотнительной поверхностью стороны нагнетания 495 и уплотнительной поверхностью стороны всасывания 496 составляет сто пять градусов или приблизительно сто пять градусов.
Уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 и уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 могут быть под углом относительно расчетного сечения 86. Расчетное сечение 86 представляет собой диаметральную плоскость и может быть плоскостью симметрии, проходящей через хвостовик лопатки 462. Расчетное сечение 86 может также проходить от и включать в себя наложенную ось лопатки турбины 460. Расчетное сечение 86 проходит через хвостовик лопатки 462 от переднего конца 466 до заднего конца 467. Когда лопатка турбины 460 установлена в диск турбины 422, расчетное сечение 86 является радиальной плоскостью, которая включает в себя ось турбины диска 422 и проходит от оси через хвостовик лопатки 462.
Угол 81 представляет собой угол, под которым находится уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 относительно расчетного сечения 86. В одном из вариантов осуществления, уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 находится под углом относительно расчетного сечения 86 от шестидесяти до семидесяти градусов. В другом варианте осуществления, уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 находится под углом относительно расчетного сечения 86 от шестидесяти четырех до шестидесяти шести градусов. Еще в одном варианте осуществления, уплотнительная поверхность стороны нагнетания 495 находится под углом относительно расчетного сечения 86 в шестьдесят пять градусов, приблизительно шестьдесят пять градусов или в пределах заданного допустимого отклонения, равного шестидесяти пяти градусам.
Уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 может быть под углом относительно расчетного сечения 86 в противоположном направлении уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495. Угол 82 представляет собой угол, под которым находится уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 относительно расчетного сечения 86. В другом варианте осуществления, уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 находится под углом относительно расчетного сечения 86 от сорока до пятидесяти градусов. В другом варианте осуществления, уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 находится под углом относительно расчетного сечения 86 от сорока четырех до сорока шести градусов. Еще в одном варианте осуществления, уплотнительная поверхность стороны всасывания 496 находится под углом относительно расчетного сечения 86 в сорок пять градусов, приблизительно сорок пять градусов или в пределах заданного допустимого отклонения, равного сорока пяти градусам.
Во время работы газотурбинного двигателя 100, стержневое уплотнение 430 расположено смежно и выполнено с возможностью взаимодействия с уплотнительной поверхностью стороны нагнетания 495 и уплотнительной поверхностью стороны всасывания 496, как показано на РИС. 2 и 5. В некоторых вариантах осуществления, стержневое уплотнение 430 находится под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно осевой линии 95 во время работы газотурбинного двигателя 100. В других вариантах осуществления, стержневое уплотнение 430 находится под углом от четырех до шести градусов в радиальном направлении относительно осевой линии 95 во время работы газотурбинного двигателя 100.
Когда газотурбинный двигатель 100 не работает, паз для уплотнения 464 удерживает стержневое уплотнение 430. Вогнутые поверхности переднего паза стороны всасывания 488 (не показано на РИС. 2 и 5) и заднего паза стороны всасывания 489 выполнены с возможностью включения полости хранения 490, чтобы удерживать стержневое уплотнение 430. В некоторых вариантах осуществления, стержневое уплотнение 430 не проходит за наклонной поверхностью стороны всасывания 482, когда стержневое уплотнение 430 остается в полости хранения 490.
Вогнутые поверхности переднего паза стороны нагнетания 478 (не показаны на РИС, 2 и 5) и задний паз стороны нагнетания 479 выполнения с возможностью направления стержневого уплотнения 430 в свод, сформированный уплотнительной поверхностью стороны нагнетания 495 и уплотнительной поверхностью стороны всасывания 496, так как центробежная сила преодолевает силу тяжести, а также с возможностью направления стержневого уплотнения 430 в полость хранения 490, так как сила тяжести преодолевает центробежную силу; передний паз стороны всасывания 488 и задний паз стороны всасывания 489 выполнены схожим образом.
РИС. 6 - вид сверху на стержневое уплотнение 430, показанное на РИС. 2 и 5. Согласно РИС. 6, стержневое уплотнение 430 включает в себя корпус 431, передний конец 432 и задний конец 433. Корпус 431 имеет цилиндрическую форму, проходящую от переднего конца 432 к заднему концу 433. Корпус 431, как правило, представляет собой прямой круговой цилиндр. В показанном варианте осуществления, передний конец 432 представляет собой полушарие или включает в себя полусферическую форму, и задний конец 433 представляет собой полушарие или включает в себя полусферическую форму. Передний конец 432 и задний конец 433 находятся на противоположных концах корпуса 431. В других вариантах осуществления, передний конец 432 и задний конец 433 представляют собой округлые основания на каждом конце корпуса 431; кромки между корпусом 431 и передним концом 432, а также корпусом 431 и задним концом 433 могут быть округлыми.
Согласно РИС. 5, стержневое уплотнение 430 выполнено с возможностью установки между двумя смежными лопатками турбины 460 в пределах паза для уплотнения на стороне нагнетания 474 и паза для уплотнения на стороне всасывания 484. Диаметр стержневого уплотнения 430 выполнен с возможностью быть больше, чем промежуток между наклонными поверхностями 497. В одном из вариантов осуществления, диаметр стержневого уплотнения 430 составляет от 2,362 мм (0,093 дюйма) до 2,464 мм (0,097 дюйма). В другом варианте осуществления, диаметр стержневого уплотнения 430 составляет 2,413 мм (0,095 дюйма) или находится в пределах заданного допустимого отклонения, равного 2,413 мм (0,095 дюйма).
РИС. 7 - вид в перспективе стороны всасывания 481 лопаточного узла турбины 455, а также лопатки турбины 460, показанной на РИС. 4, и стержневого уплотнения 430, показанного на РИС. 6. До установки лопаток турбин 460 в диск турбины 422 в качестве части дискового узла турбины 420, к каждой лопатки турбины 460 прикрепляется стержневое уплотнение 430. В показанном варианте осуществления, стержневое уплотнение 430 прикрепляется к лопатке турбины 460 в пределах паза для уплотнения на стороне всасывания 484 для подгонки устанавливаемой лопатки турбины 460 в осевом направлении от диска турбины хвостовой стороны 422. В других вариантах осуществления, стержневое уплотнение 430 может быть прикреплено к пазу 464 для уплотнения в пазу для уплотнения на стороне нагнетания 474 или пазу для уплотнения на стороне всасывания 484. Стержневое уплотнение 430 может быть приклеено к лопатке турбины 460 или прикреплено с помощью других методов. Склеивающие вещества, такие как лента, также могут быть использованы для прикрепления стержневого уплотнения 430 к лопатке турбины 460.
Стержневое уплотнение 430 выполнено с возможностью прохождения от переднего паза стороны всасывания 488 до заднего паза стороны всасывания 489. Когда стержневое уплотнение 430 находится во взаимодействии с передней поверхностью стороны всасывания 443, стержневое уплотнение 430 выполнено с возможностью прохождения за задней поверхностью демпфера стороны всасывания 494 в задний паз стороны всасывания 489, совпадая с задней опорой демпфера стороны всасывания 487. Когда стержневое уплотнение 430 находится во взаимодействии с задней поверхностью стороны всасывания 444, стержневое уплотнение 430 выполнено с возможностью прохождения за передней поверхностью демпфера стороны всасывания 493 в передний паз стороны всасывания 488, совпадая с передней опорой демпфера стороны всасывания 486. В некоторых вариантах осуществления, стержневое уплотнение 430 также выполнено с возможностью прохождения за передней кромкой 458 в осевом направлении опорной оси, когда стержневое уплотнение 430 находится во взаимодействии с задней поверхностью стороны всасывания 444. Осевая линия 89 демонстрирует расстояние, которое стержневое уплотнение 430 проходит за передней кромкой 458. Осевая линия 91 проходит за пределами конца стержневого уплотнения 430, перпендикулярно опорной оси. Осевая линия 92 пересекает переднюю точку передней кромки 458 и проходит параллельно осевой линии 91. Осевая линия 89 проходит между осевыми линиями 91 и 92 и перпендикулярно осевым линиям 91 и 92. В одном из вариантов осуществления, стержневое уплотнение 430 проходит за передней точкой передней кромки 458 и составляет от 0,254 мм (0,010 дюймов) до 0,762 мм (0,030 дюймов). В другом варианте осуществления, стержневое уплотнение 430 проходит за передней кромкой 458 на расстоянии минимум 0,508 мм (0,020 дюймов), когда стержневое уплотнение 430 находится во взаимодействии с задней поверхностью стороны всасывания 444.
В одном из вариантов осуществления, длина стержневого уплотнения 430 составляет от 42,037 мм (1,655 дюймов) до 42,291 мм (1,665 дюймов). В другом варианте осуществления, длина стержневого уплотнения 430 составляет 42,164 мм (1,660 дюймов) или находится в пределах заданного допустимого отклонения, равного 42,164 мм (1,660 дюймов).
Стержневое уплотнение 430 может взаимодействовать с пазом для уплотнения на стороне нагнетания 474, передним пазом стороны нагнетания 478, задним пазом стороны нагнетания 479, передней опорой демпфера стороны нагнетания 476, задней опорой демпфера стороны нагнетания 477, передней поверхностью стороны нагнетания 441, задней поверхностью стороны нагнетания 442, передней поверхностью демпфера стороны нагнетания 491 и задней поверхностью демпфера стороны нагнетания 492 в одинаковой или схожей манере, так как стержневое уплотнение 430 взаимодействует с пазом для уплотнения на стороне всасывания 484, передним пазом стороны всасывания 488, задним пазом стороны всасывания 489, передней опорой демпфера стороны всасывания 486, задней опорой демпфера стороны всасывания 487, передней поверхностью стороны всасывания 443, задней поверхностью стороны всасывания 444, передней поверхностью демпфера стороны всасывания 493 и задней поверхностью демпфера стороны всасывания 494, как описано выше.
Один или более из вышеуказанных компонентов (или их подкомпонентов) может быть изготовлен из нержавеющей стали и/или прочных высокотемпературных материалов, известных как «сверхпрочные сплавы». Сверхпрочный сплав, или высокоэффективный сплав, представляет собой сплав, характеризующийся высокой механической прочностью и сопротивлением ползучести при высоких температурах, хорошей стабильностью поверхности, а также стойкостью к коррозии и окислению. Сверхпрочные сплавы могут включать такие материалы, как СПЛАВ ХАСТЕЛОЙ, ИНКОНЕЛЬ, ВАСПАЛЛОЙ, сплавы РЕНЕ, сплавы ХАЙНС, ИНКОЛОЙ, МР98Т, сплавы TMS и монокристалльные сплавы CMSX. В некоторых вариантах осуществления, стержневое уплотнение 430 изготовлено из ХАЙНС 25, и диск турбины 422 изготовлен из ВАСПАЛЛОЯ.
Промышленная применимость
Газотурбинные двигатели могут быть пригодны для любых промышленных применений, таких как различные аспекты нефтяной и газовой промышленности (в том числе передача, сбор, хранение, изъятие и подъем нефти и природного газа), отрасль электроснабжения, комбинированное производство тепловой и электрической энергии, воздушное и космическое пространство и другие транспортные отрасли.
Согласно РИС. 1, газ (как правило, воздух 10) поступает в воздухозаборник 110 в качестве «рабочего вещества» и сжимается компрессором 200. В компрессоре 200 рабочее вещество сжимается в кольцевой поток 115 серией дисковых узлов компрессора 220. В частности, воздух 10 сжимается в пронумерованных «ступенях», которые ассоциируются с каждым дисковым узлом компрессора 220. Например, «воздух 4й ступени» может ассоциироваться с 4 м дисковым узлом компрессора 220 в нисходящем направлении или «хвостовом» направлении, идущем от воздухозаборника 110 по направлению к выхлопной трубе 500). Аналогичным образом, каждый дисковый узел турбины 420 может ассоциироваться с пронумерованными ступенями.
Когда сжатый воздух 10 покидает компрессор 200, он поступает в камеру сгорания 300, где он распространяется и к нему добавляется топливо. Воздух 10 и топливо впрыскиваются в камеру горения 390 посредством инжектора 350 и сгорают. Энергия извлекается из реакции горения через турбину 400 на каждой ступени серии дисковых узлов турбины 420. Выхлопной газ 90 может быть рассеян в выходной диффузор 520, собран и перенаправлен. Выхлопной газ 90 выходит из системы через выхлопной коллектор 550 и может быть дополнительно обработан (например, чтобы уменьшить вредные выбросы, и/или для восстановления тепла из выхлопного газа 90).
Согласно РИС. 1 и 2, воздух 10 нагревается в результате реакции горения и направляется через турбину 400. Некоторое количество нагретого воздуха может проходить через промежутки между наклонными поверхностями 497 между лопатками турбины 460. Воздух 10, проходящий через промежутки между наклонными поверхностями 497 может негативно влиять на опоры диска 424 и демпферы 425. Нагретый воздух 10 также может увеличить температуру частей лопаток турбины 460, смежных с подполочными карманами 465, частей опор диска 424 и частей демпферов 425.
Уменьшая температуру данных компонентов, можно увеличить долговечность и срок службы данных компонентов. Согласно РИС. 2 и 5, паз для уплотнения 464 со стержневым уплотнением 430 может располагаться в каждом промежутке между наклонными поверхностями 497. Во время работы газотурбинного двигателя 100, центробежная сила может расположить стержневое уплотнение 430 напротив уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495 и уплотнительной поверхности стороны всасывания 496 смежных лопаток турбины 460. Каждое стержневое уплотнение 430 может помешать нагретому воздуху пройти через промежуток между наклонными поверхностями 497, сократить количество нагретого воздуха, проходящего через промежуток между наклонными поверхностями 497 или воспрепятствовать потоку нагретого воздуха, проходящего через промежуток между наклонными поверхностями 497. Стержневые уплотнения 430 могут также перенаправлять нагретый воздух, проходящий через промежутки между наклонными поверхностями 497, что предотвращает негативное влияние нагретого воздуха на опоры диска 424 или демпферы 425. Предотвращение или сокращение нагретого воздуха, проходящего через промежутки между наклонными поверхностями 497, а также предотвращение непосредственного воздействия на опоры диска 424 и демпферы 425, могут уменьшить рабочие температуры частей лопаток турбины 460, опор диска 424 и демпферов 425.
Стержневое уплотнение 430 может быть выполнено с возможностью прохождения по направлению к передней кромке 458 в осевом направлении опорной оси. Прохождение переднего конца 432 или заднего конца 433 по направлению к передней кромке 458 может заблокировать поток нагретого воздуха, когда он поступает в контур пера 461.
Во время работы газотурбинного двигателя 100, соответствующие положения смежных лопаток турбины 460 и стержневого уплотнения 430 могут перемещаться. Между стержневым уплотнением 430 и смежными лопатками турбины 460 может возникнуть скрепление, и стержневое уплотнение 430 может закрепиться клином между смежными лопатками турбины 460. Увеличение углов уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495 и уплотнительной поверхности стороны всасывания 496 относительно основной плоскости 86 и относительно друг друга, может предотвратить или сократить возможность скрепления. Увеличение углов уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495 и уплотнительной поверхности стороны всасывания 496 может также способствовать равномерной поверхности взаимодействия между стержневым уплотнением 430 и уплотнительной поверхностью стороны нагнетания 495 и уплотнительной поверхностью стороны всасывания 496. Увеличение углов уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495 и уплотнительной поверхности стороны всасывания 496 может помочь совмещению вектора нагрузки взаимодействия с вектором нагрузки центробежной силы.
Наклон уплотнительной поверхности стороны нагнетания 495, уплотнительной поверхности стороны всасывания 496, паза для уплотнения на стороне нагнетания 474 и паза для уплотнения на стороне всасывания 484 в радиальном направлении относительно опорной оси может способствовать использованию более длинного стержневого уплотнения 430. Более длинное стержневое уплотнение 430 может увеличить область взаимодействия между стержневым уплотнением 430 и уплотнительной поверхностью стороны нагнетания 495 и уплотнительной поверхностью стороны всасывания 496, что увеличивает уплотнение. Более длинное стержневое уплотнение 430 может также уменьшить контактную нагрузку центробежной силы и концентрации напряжения на лопатках турбины 460.
Стержневое уплотнение 430 не остается прикрепленным к лопатке турбины 460 во время работы газотурбинного двигателя 100. Когда начинает работать газотурбинный двигатель 100, нагрузка центробежной силы на стержневое уплотнение 430 и увеличение температуры могут привести к поломке или расплаву клеящего вещества или клея, что позволит стержневому уплотнению 430 двигаться в правильном направлении, смежном и взаимодействующим с уплотнительной поверхностью стороны нагнетания 495 и уплотнительной поверхностью стороны всасывания 496.
Свойства лопатки турбины 460, такие как паз для уплотнения на стороне нагнетания 474 и паз для уплотнения на стороне всасывания 484, могут быть сформированы посредством процесса литья по выплавляемым моделям, который использует два и более направления вытягивания литой заготовки, такое как составной вытягивание. Свойства также могут быть сформированы посредством механической обработки, такой как электроискровая обработка, механическое измельчение или дробление.
Предшествующее детальное описание несет лишь иллюстративный характер и не предназначено для ограничения изобретения или применения и использования изобретения. Описанные варианты осуществления не ограничены в использовании в сочетании с определенным типом газотурбинного двигателя. Следовательно, хотя изобретение, для удобства объяснения, изображает и описывает особенности лопаток турбин и стержневых уплотнений, следует понимать, что лопатки турбины и стержневые уплотнения в соответствии с этим изобретением могут быть реализованы в различных других конфигурациях, могут быть использованы с различными другими типами газотурбинных двигателей и могут быть использованы в других типах машин. Кроме того, нет никакого намерения быть связанными какой-либо теорией, представленной в предыдущих данных или подробном описании. Следует также понимать, что иллюстрации могут включать увеличенные размеры, чтобы лучше демонстрировать соответствующие детали, и не рассматривают вопрос об ограничении, если иное не указано в качестве такового.
1. Лопатка турбины (460) для газотурбинного двигателя (100), имеющего диск турбины (422) с осью, включающая в себя:
перо (461), проходящее в первом направлении и имеющее переднюю кромку (458), заднюю кромку (459), сторону нагнетания (471), расположенную между передней кромкой (458) и задней кромкой (459), и сторону всасывания (481), расположенную между передней кромкой (458) и задней кромкой (459);
хвостовик лопатки (462), проходящий во втором направлении, противоположном первому направлению; и
полку (463), расположенную между пером (461) и хвостовиком лопатки (462) и имеющую
передний конец (466), прилегающий к передней кромке (458),
задний конец (467), прилегающий к задней кромке (459),
полку стороны нагнетания (473), проходящую от стороны нагнетания (471) и включающую в себя наклонную поверхность стороны нагнетания (472), отдаленную от центра стороны нагнетания (471) и проходящую от переднего конца (466) до заднего конца (467), и паз для уплотнения на стороне нагнетания (474), проходящий в полку стороны нагнетания (473) от наклонной поверхности стороны нагнетания (472) и расположенный под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно опорной оси, представляющей собой ось, совпадающую с осью диска турбины (422), когда лопатка турбины (460) установлена на диске турбины (422); причем передняя часть паза для уплотнения на стороне нагнетания (474) расположена радиально ближе к опорной оси, чем задняя часть паза для уплотнения на стороне нагнетания (474), причем паз для уплотнения на стороне нагнетания (474) включает в себя плоскую уплотнительную поверхность стороны нагнетания (495), проходящую вдоль наклонной поверхности стороны нагнетания (472) и наклоненную в радиальном направлении относительно опорной оси, при этом передняя часть уплотнительной поверхности стороны нагнетания (495) расположена радиально ближе к опорной оси, чем задняя часть уплотнительной поверхности стороны нагнетания (495); и
полку стороны всасывания (483), проходящую от стороны всасывания (481) в направлении, противоположном от полки стороны нагнетания (473), и включающую в себя наклонную поверхность стороны всасывания (482), отдаленную от центра стороны всасывания (481) и проходящую от переднего конца (466) к заднему концу (467), и паз для уплотнения на стороне всасывания (484), проходящий в полку стороны всасывания (483) от наклонной поверхности стороны всасывания (482) и расположенный под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно опорной оси, при этом передняя часть паза для уплотнения на стороне всасывания (484) радиально находится ближе к опорной оси, чем задняя часть паза для уплотнения на стороне всасывания (484), причем паз для уплотнения на стороне всасывания (484) включает в себя плоскую уплотнительную поверхность стороны всасывания (496), проходящую вдоль наклонной поверхности стороны всасывания (482), наклоненную в радиальном направлении относительно опорной оси, при этом передняя часть уплотнительной поверхности стороны всасывания (496) расположена радиально ближе к опорной оси, чем задняя часть уплотнительной поверхности стороны всасывания (496).
2. Лопатка турбины (460) по п. 1, в которой паз для уплотнения на стороне нагнетания (474) и паз для уплотнения на стороне всасывания (484) расположены под углом от четырех до шести градусов в радиальном направлении к опорной оси.
3. Лопатка турбины по п. 1, в которой паз для уплотнения на стороне нагнетания (474) и паз для уплотнения на стороне всасывания (484) расположены под углом в пределах заранее заданного допустимого отклонения, составляющего пять градусов, в радиальном направлении относительно опорной оси.
4. Лопатка турбины (460) по любому из пп. 1-3, в которой уплотнительная поверхность стороны нагнетания (495) расположена под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно опорной оси, уплотнительная поверхность стороны всасывания (496) расположена под углом от трех до десяти градусов в радиальном направлении относительно опорной оси.
5. Лопатка турбины (460) по п. 4, в которой уплотнительная поверхность стороны нагнетания (495) и уплотнительная поверхность стороны всасывания (496) расположены под углом от четырех до шести градусов в радиальном направлении к опорной оси.
6. Лопатка турбины (460) по п. 4, в которой уплотнительная поверхность стороны нагнетания (495) и уплотнительная поверхность стороны всасывания (496) расположены под углом в пределах заранее заданного допустимого отклонения, составляющего пять градусов, в радиальном направлении относительно опорной оси.
7. Лопатка турбины (460) по п. 4, в которой уплотнительная поверхность стороны нагнетания (495) проходит от наклонной поверхности стороны нагнетания (472) в направлении хвостовика лопатки (462) под углом от шестидесяти до семидесяти градусов относительно опорной плоскости (86), проходящей через хвостовик лопатки (462); причем опорная плоскость (86) является центральной плоскостью хвостовика лопатки (462), и уплотнительная поверхность стороны всасывания (496) проходит от наклонной поверхности стороны всасывания (482) в направлении хвостовика лопатки (462) под углом от сорока до пятидесяти градусов относительно опорной плоскости (86).
8. Дисковый узел турбины (420), включающий в себя две лопатки турбины (460) по п. 4, причем наклонная поверхность стороны нагнетания (472) первой лопатки турбины (460) является параллельной и смежной к наклонной поверхности стороны всасывания (482) второй лопатки турбины (460), а уплотнительная поверхность стороны нагнетания (495) первой лопатки турбины (460) и уплотнительная поверхность стороны всасывания (496) второй лопатки турбины (460) образуют угол от девяносто пяти до ста пятнадцати градусов.
9. Дисковый узел турбины (420), включающий в себя лопатку турбины (460) по п. 1, причем дисковый узел турбины (420) включает в себя диск турбины (422), имеющий форму цилиндра, от которого радиально наружу отходят опоры диска (424), при этом смежные опоры диска (424) образуют паз диска турбины (423).
10. Газотурбинный двигатель (100), включающий в себя лопатку турбины (460) по п. 1.
