Узел турбинного кольца без монтажного зазора в холодном состоянии
Изобретение относится к узлу турбинного кольца, содержащему множество секторов (10) кольца из композиционного материала с керамической матрицей, образующих турбинное кольцо (1), и конструкцию (3) крепления кольца, содержащую первый и второй кольцевые фланцы (32, 36), при этом каждый сектор кольца имеет первую и вторую лапки (14, 16), удерживаемые между двумя кольцевыми фланцами (32, 36) конструкции (3) крепления кольца. Первый и второй крепежные элементы (40, 41), неподвижно соединенные с первым кольцевым фланцем (32), заходят в первое и второе отверстия (142, 143) первой лапки (14), тогда как первый и второй крепежные элементы, неподвижно соединенные с вторым кольцевым фланцем (36), заходят в первое и второе отверстия второй лапки (16). В холодном состоянии между отверстиями и частью крепежных элементов, находящейся в указанных отверстиях, присутствует радиальный зазор. Первый и второй кольцевые фланцы (32, 34) содержат на своей стороне, находящейся напротив первой и второй лапок (14, 16), множество опорных участков (34, 38), распределенных в окружном направлении на фланцах, при этом конец (141, 161) первой и второй лапок (14, 16) каждого сектора кольца находится в холодном состоянии в положении радиального упора в два опорных участка (34, 36). Позволяет оставить статический зазор в холодном состоянии между крепежными элементами, неподвижно соединенными с кольцевыми фланцами конструкции крепления кольца, и отверстиями, выполненными в лапках секторов кольца, на уровне зоны крепежных элементов, отличной от зоны, входящей в контакт с отверстиями. Это позволяет восполнить недостаточное удержание в горячем состоянии опорных участков, связанное с расширением конструкции крепления кольца, за счет расширения крепежных элементов в отверстиях лапок секторов кольца, которые уменьшают присутствующий в холодном состоянии статический зазор. 6 з.п. ф-лы, 14 ил.
Область, которой относится изобретение
Изобретение относится, в частности, к области авиационных газотурбинных двигателей. Вместе с тем, изобретение можно применять для других турбомашин, например, для промышленных турбин.
Уровень техники
Композиционные материалы с керамической матрицей или СМС известны своей способностью сохранять механические свойства при высоких температурах, что делает возможным применять их для изготовления элементов горячей конструкции.
В авиационных газотурбинных двигателях ставится задача повышения КПД и снижения некоторых загрязняющих выбросов, что заставляет искать возможности работы при все более высоких температурах. В случае полностью металлических узлов турбинных колец необходимо охлаждать все элементы узла и, в частности, турбинное кольцо, обдуваемое очень горячими потоками, температура которых, как правило, превышает температуру, которую может выдержать металлический материал. Это охлаждение существенно влияет на характеристики двигателя, так как используемый охлаждающий поток отбирают из главного потока двигателя. Кроме того, использование металла для турбинного кольца ограничивает возможность повышения температуры на уровне турбины, что позволило бы улучшить характеристики авиационных двигателей.
Кроме того, металлический узел турбинного кольца деформируется под действием тепловых потоков, что приводит к изменению зазоров на уровне проточного тракта и, следовательно, к изменению характеристик турбины.
По этой причине уже были предприняты попытки использовать материалы СМС для различных горячих частей двигателей, тем более что дополнительным преимуществом этих материалов СМС является более низкая плотность по сравнению с традиционно применяемыми жаростойкими материалами.
В частности, в документе US 2012/0027572 было описано выполнение секторов турбинного кольца в виде единой детали из материалов СМС. Сектора кольца содержат кольцевое основание, внутренняя сторона которого образует внутреннюю сторону турбинного кольца, и наружную сторону, от которой отходят две части, образующие лапки, концы которых заходят в гнезда металлической конструкции крепления кольца.
Использование секторов кольца из материалов СМС позволяет значительно уменьшить вентиляцию, необходимую для охлаждения турбинного кольца. Однако удержание в положении секторов кольца остается проблемой, в частности, учитывая дифференциальные расширения, которые могут появляться между металлической конструкцией крепления и секторами кольца из материалов СМС. По этой причине между соединенными деталями необходимо предусмотреть минимальный зазор. Однако такой зазор не позволяет надлежащим образом контролировать форму тракта и нормальное поведение секторов кольца в случае соприкосновения с вершиной лопаток турбины. Кроме того, наличие такого зазора порождает проблему вибраций.
Раскрытие сущности изобретения
Изобретение призвано устранить эти недостатки и предложить для этого узел турбинного кольца, содержащий множество секторов кольца из композиционного материала с керамической матрицей, образующих турбинное кольцо, и конструкцию крепления кольца, содержащую первый и второй кольцевые фланцы, при этом каждый сектор кольца имеет часть, образующую кольцевое основание, содержащую в радиальном направлении турбинного кольца внутреннюю сторону, образующую внутреннюю сторону турбинного кольца, и наружную сторону, от которой отходят первая и вторая лапки, при этом лапки каждого сектора кольца удерживаются между двумя кольцевыми фланцами конструкции крепления кольца. Первая лапка каждого сектора кольца содержит первое и второе отверстия, в которые заходит часть соответственно первого и второго крепежных элементов, неподвижно соединенных с первым кольцевым фланцем, при этом в холодном состоянии между первым и вторым отверстиями первой лапки и частью крепежных элементов, находящейся в указанных первом и втором отверстиях, присутствует радиальный зазор. Крепежные элементы выполнены из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения композиционного материала с керамической матрицей секторов кольца, при этом первое отверстие имеет вытянутую форму в окружном направлении турбинного кольца. Вторая лапка каждого сектора кольца содержит первое и второе отверстия, в которые заходит часть соответственно третьего и четвертого крепежных элементов, неподвижно соединенных с вторым кольцевым фланцем, при этом в холодном состоянии между первым и вторым отверстиями второй лапки и частью крепежных элементов, находящейся в указанных первом и втором отверстиях, присутствует радиальный зазор. Крепежные элементы выполнены из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения композиционного материала с керамической матрицей секторов кольца, при этом первое отверстие имеет вытянутую форму в окружном направлении турбинного кольца, при этом первое и второе отверстия первой лапки совмещены в осевом направлении с первым и вторым отверстиями второй лапки. Первый кольцевой фланец содержит на своей стороне, находящейся напротив первой лапки каждого сектора кольца, множество опорных участков, распределенных в окружном направлении на первом фланце, при этом конец первой лапки каждого сектора кольца находится в холодном состоянии в положении радиального упора в два опорных участка. Второй кольцевой фланец содержит на своей стороне, находящейся напротив второй лапки каждого сектора кольца, множество опорных участков, распределенных в окружном направлении на втором фланце, при этом конец второй лапки каждого сектора кольца находится в холодном состоянии в положении радиального упора в два опорных участка.
Благодаря множеству опорных участков, присутствующих на кольцевых фланцах конструкции крепления кольца, можно удерживать сектора кольца без зазора на уровне их монтажа в холодном состоянии на конструкции крепления кольца, при этом сектора кольца удерживаются, с одной стороны, за счет контакта между крепежными элементами, неподвижно соединенными с кольцевыми фланцами конструкции крепления кольца, и отверстиями, выполненными в лапках секторов кольца, и, с другой стороны, за счет контакта между опорными участками, присутствующими на кольцевых фланцах конструкции крепления кольца, и лапками секторов кольца. Кроме того, заявленный узел турбинного кольца отличается тем, что все же позволяет оставить статический зазор в холодном состоянии между крепежными элементами, неподвижно соединенными с кольцевыми фланцами конструкции крепления кольца, и отверстиями, выполненными в лапках секторов кольца, на уровне зоны крепежных элементов, отличной от зоны, входящей в контакт с отверстиями. Это позволяет восполнить недостаточное удержание в горячем состоянии опорных участков, связанное с расширением конструкции крепления кольца, за счет расширения крепежных элементов в отверстиях лапок секторов кольца, которые уменьшают присутствующий в холодном состоянии статический зазор.
Согласно отдельному отличительному признаку заявленного узла турбинного кольца, первый и второй крепежные элементы выполнены соответственно в виде первого и второго штифтов, неподвижно соединенных с первым кольцевым фланцем, и третий и четвертый крепежные элементы выполнены соответственно в виде третьего и четвертого штифтов, неподвижно соединенных с вторым кольцевым фланцем.
Согласно первому отдельному аспекту заявленного узла турбинного кольца, опорные участки, присутствующие на первом и втором кольцевых фланцах, отделены друг от друга полым участком, проходящим в окружном направлении. Этот полый участок облегчает монтаж секторов кольца на конструкции крепления кольца.
Согласно второму отдельному аспекту заявленного узла турбинного кольца, он содержит множество регулируемых стяжных эксцентриковых элементов, при этом каждый стяжной элемент содержит колодку, эксцентрично закрепленную на стяжном элементе, при этом каждая колодка образует опорный участок, присутствующий на первом и втором кольцевых фланцах. Благодаря использованию эксцентриковых стяжных элементов, можно регулировать опорные положения в холодном состоянии между секторами кольца и конструкцией крепления кольца.
Согласно третьему отдельному аспекту заявленного узла турбинного кольца, первая лапка каждого сектора кольца содержит две опорные поверхности, входящие в контакт соответственно с двумя опорными участками первого кольцевого фланца, при этом обе опорные поверхности расположены в одной и той же первой опорной плоскости, при этом верхний край первого отверстия вытянутой формы совмещен с первой опорной плоскостью, при этом верхняя часть второго отверстия является касательной к указанной первой опорной плоскости. Точно так же, вторая лапка каждого сектора кольца содержит две опорные поверхности, входящие в контакт соответственно с двумя опорными участками второго кольцевого фланца, при этом обе опорные поверхности расположены в одной и той же второй опорной плоскости, при этом верхний край первого отверстия вытянутой формы совмещен с второй опорной плоскостью, при этом верхняя часть второго отверстия является касательной к указанной второй опорной плоскости. Это совмещение контактных зон на опорной плоскости позволяет избегать любого относительного движения, связанного с разностями коэффициента теплового расширения, в радиальном направлении, и сохранять одинаковые контактные зоны как в холодном, так и в горячем состоянии.
Согласно четвертому отдельному аспекту заявленного узла турбинного кольца, второе отверстие первой лапки каждого сектора кольца имеет вытянутую форму, при этом верхний край второго отверстия вытянутой формы совмещен с первой опорной плоскостью, и второе отверстие второй лапки каждого сектора кольца имеет вытянутую форму, при этом верхний край второго отверстия вытянутой формы совмещен с второй опорной плоскостью, при этом конец первой лапки каждого сектора кольца содержит выемку, которая расположена между двумя опорными поверхностями и в которую заходит центровочный элемент, неподвижно соединенный с первым кольцевым фланцем, при этом конец второй лапки каждого сектора кольца содержит выемку, которая расположена между двумя опорными поверхностями и в которую заходит центровочный элемент, неподвижно соединенный с вторым кольцевым фланцем. Используя два отверстия вытянутой формы в каждой лапке секторов кольца, достигают симметричности относительного перемещения между конструкцией крепления кольца и секторами кольца. Это позволяет сохранить хорошее совмещение между срединной осью каждого сектора кольца и эквивалентным радиусом на конструкции крепления кольца. Центровочный элемент позволяет избежать нарушения центровки секторов кольца во время тепловых расширений.
Согласно пятому отдельному аспекту заявленного узла турбинного кольца, первый и второй крепежные элементы, неподвижно соединенные с первым радиальным фланцем, и третий и четвертый крепежные элементы, неподвижно соединенные с вторым радиальным фланцем, образованы, каждый, регулируемым стяжным эксцентриковым элементом. Используя стяжные эксцентриковые элементы для каждого крепежного элемента, увеличивают возможность регулирования по радиальной высоте секторов кольца относительно конструкции крепления кольца и, следовательно, регулирования зазора между секторами кольца.
Краткое описание чертежей
Изобретение будет более понятно из нижеследующего описания, представленного в качестве не ограничительного примера, со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показан первый схематичный вид в перспективе варианта осуществления заявленного узла турбинного кольца;
на фиг. 2 показан второй схематичный вид в перспективе узла турбинного кольца, показанного на фиг. 1;
на фиг. 3 показан вид в разрезе узла турбинного кольца, показанного на фиг. 1, по плоскости сечения III, указанной на фиг. 1;
на фиг. 4 показан вид в разрезе узла турбинного кольца, показанного на фиг. 2, по плоскости сечения VI, указанной на фиг. 2;
на фиг. 5 показан схематичный вид монтажа сектора кольца в конструкции крепления кольца узла кольца, показанного на фиг. 1-4;
на фиг. 6 показан первый схематичный вид в перспективе другого варианта осуществления заявленного узла турбинного кольца;
на фиг. 7 показан второй схематичный вид в перспективе узла турбинного кольца, показанного на фиг. 6;
на фиг. 8 показан вид в разрезе узла турбинного кольца, показанного на фиг. 7, по плоскости сечения VIII, указанной на фиг. 7;
на фиг. 9 показан вид в разрезе сектора кольца узла турбинного кольца, показанного на фиг. 6 и 7;
на фиг. 10 показан первый схематичный вид в перспективе еще одного варианта осуществления заявленного узла турбинного кольца;
на фиг. 11 показан второй схематичный вид в перспективе узла турбинного кольца, показанного на фиг. 10;
на фиг. 12 показан схематичный вид в перспективе сектора кольца узла турбины, показанного на фиг. 10 и 11;
на фиг. 13 показан вид в разрезе узла турбинного кольца, показанного на фиг. 11, по плоскости сечения ХIII, указанной на фиг. 11;
на фиг. 14 показан вид в разрезе сектора кольца узла турбинного кольца, показанного на фиг. 10 и 11.
Осуществление изобретения
На фиг. 1 и 2 показан узел кольца турбины высокого давления, содержащий турбинное кольцо 1 из композиционного материала с керамической матрицей (СМС) и металлическую конструкцию 3 крепления кольца. Турбинное кольцо 1 охватывает набор вращающихся лопаток (не показаны). Турбинное кольцо 1 образовано множеством секторов 10 кольца, при этом на фиг. 1 и 2 показаны виды в радиальном сечении. Стрелка DA показывает осевое направление турбинного кольца 1, тогда как стрелка DR показывает радиальное направление турбинного кольца 1.
В плоскости, образованной осевым направлением DA и радиальным направлением DR, каждый сектор 10 кольца имеет сечение по существу в виде π или в виде перевернутого π. Каждый сектор 10 кольца содержит кольцевое основание 12, имеющее в радиальном направлении DR кольца внутреннюю сторону, покрытую слоем 13 истираемого материала, образующую проточный тракт для газового потока в турбине. От наружной стороны кольцевого основания 12 в радиальном направлении DR отходят входная и выходная лапки 14, 16. В данном случае термины «входной» и «выходной» использованы относительно направления прохождения газового потока в турбине (стрелка F).
Конструкция 3 крепления кольца, неподвижно соединенная с картером 30 турбины, содержит входной кольцевой радиальный фланец 32, имеющий на своей стороне 32а напротив входной лапки 14 секторов 10 кольца множество опорных участков 34, распределенных в окружном направлении на фланце. В частности, каждый опорный участок 34 проходит в осевом направлении DA, выступая от стороны 32а входного кольцевого радиального фланца 32 напротив входной лапки 14 секторов 10 кольца. В холодном состоянии конец 141 входной лапки 14 каждого сектора 10 кольца входит в контакт с двумя опорными участками 34 входного кольцевого радиального фланца 32. В частности, верхняя поверхность конца 141 в радиальном направлении DR входит в контакт в холодном состоянии с нижней поверхностью опорных участков 34 в радиальном направлении DR, образуя таким образом радиальный упор между концом 141 и опорными участками 34.
В рамках настоящего изобретением под выражением «в холодном состоянии» следует понимать температуру, при которой находится узел кольца, когда турбина не работает, то есть при окружающей температуре, которая может, например, иметь значение около 25°С. В описанном примере конец 141 каждой лапки 14 содержит первую и вторую опорные поверхности 1410 и 1411, соответственно входящие в контакт с двумя опорными участками 34. Между двумя опорными поверхностями 1410 и 1411 оставлена полая часть 1412, чтобы облегчить монтаж секторов 10 кольца между фланцами конструкции 3 крепления кольца.
С выходной стороны конструкция крепления кольца содержит выходной кольцевой радиальный фланец 36, имеющий на своей стороне 36а напротив выходной лапки 16 секторов 10 кольца множество опорных участков 38, распределенных в окружном направлении на фланце. В частности, каждый опорный участок 38 проходит в осевом направлении DA, выступая от стороны 36а выходного кольцевого радиального фланца 36 напротив выходной лапки 16 секторов 10 кольца. В холодном состоянии конец 161 выходной лапки 16 каждого сектора 10 кольца входит в контакт с двумя опорными участками 38 выходного кольцевого радиального фланца 36. В частности, верхняя поверхность конца 161 в радиальном направлении DR входит в контакт в холодном состоянии с нижней поверхностью опорных участков 38 в радиальном направлении DR, образуя таким образом радиальный упор между концом 161 и опорными участками 38.
В описанном примере конец 161 каждой лапки 16 содержит первую и вторую опорные поверхности 1610 и 1611, соответственно входящие в контакт с двумя опорными участками 38. Между двумя опорными поверхностями 1610 и 1611 оставлена полая часть 1612, чтобы облегчить монтаж секторов 10 кольца между фланцами 32 и 36 конструкции 3 крепления кольца.
Входная лапка 14 каждого сектора 10 кольца содержит первое отверстие 142, в которое заходит часть первого крепежного элемента, в данном случае штифта 40, неподвижно соединенного с входным кольцевым радиальным фланцем 32, и второе отверстие 143, в которое заходит часть второго крепежного элемента, в данном случае штифта 41, неподвижно соединенного с входным кольцевым радиальным фланцем 32. Штифты 40 и 41 установлены соответственно в отверстиях 320 и 321, выполненных на входном кольцевом радиальном фланце 32 (фиг. 5). Штифты 40 и 41 плотно установлены в отверстиях 320 и 321 при помощи известных способов монтажа металлических элементов таких как посадки Н6-Р6 или другие способы монтажа с натягом, которые обеспечивают удержание этих элементов в холодном состоянии.
В холодном состоянии между первым и вторым отверстиями 142, 143 входной лапки 14 и частью штифтов 40, 41, заходящей в указанные первое и второе отверстия, остается радиальный зазор J1, при этом зазор J1 присутствует в нижней части отверстий 142 и 143 в радиальном направлении DR (фиг. 3). Штифты 40 и 41 входят в контакт с верхней частью соответственно отверстий 142 и 143 в радиальном направлении DR, то есть в зоне, радиально противоположной относительно зоны, в которой присутствует зазор J1. Это позволяет удерживать сектора кольца без зазора на уровне их монтажа в холодном состоянии на конструкции крепления кольца и одновременно оставлять статический зазор в холодном состоянии между крепежными элементами, неподвижно соединенными с кольцевыми фланцами конструкции крепления кольца, и отверстиями, выполненными в лапках секторов кольца, на уровне части крепежных элементов, противоположной относительно части, входящей в контакт с отверстиями, чтобы компенсировать дифференциальные расширения крепежных элементов относительно секторов кольца.
В описанном варианте осуществления первое отверстие 142 имеет вытянутую форму в окружном направлении турбинного кольца, тогда как второе отверстие 143 имеет цилиндрическую форму.
Штифты 40 и 41 выполнены из материала, коэффициент теплового расширения которого превышает коэффициент теплового расширения композиционного материала с керамической матрицей секторов кольца. Расширение штифтов 40 и 41 соответственно в первом и втором отверстиях 142 и 143 участвует в удержании секторов 10 кольца в горячем состоянии на конструкции 3 крепления кольца, при этом зазор J1 уменьшается или выбирается при расширении штифтов 40 и 41. Под выражением «в горячем состоянии» следует понимать температуры, действующие на узел кольца во время работы турбины, причем эти температуры могут составлять от 600°С до 900°С.
Выходная лапка 16 каждого сектора 10 кольца содержит первое отверстие 162, в которое заходит часть третьего крепежного элемента, в данном случае штифта 50, неподвижно соединенного с выходным кольцевым радиальным фланцем 36, и второе отверстие 163, в которое заходит часть четвертого крепежного элемента, в данном случае штифта 51, неподвижно соединенного с выходным кольцевым радиальным фланцем 36. Штифты 50 и 51 установлены соответственно в отверстиях 360 и 361, выполненных на выходном кольцевом радиальном фланце 36. Штифты 50 и 51 плотно установлены в отверстиях 360 и 361 кольцевого радиального фланца 36 при помощи известных способов монтажа металлических элементов, таких как посадки Н6-Р6 или другие способы монтажа с натягом, которые обеспечивают удержание этих элементов в холодном состоянии.
В холодном состоянии между первым и вторым отверстиями 162, 163 выходной лапки 16 и частью штифтов 50, 51, заходящей в указанные первое и второе отверстия, остается радиальный зазор J2, при этом зазор J2 присутствует в нижней части отверстий 162 и 163 в радиальном направлении DR (фиг. 4). Штифты 50 и 51 входят в контакт с верхней частью соответственно отверстий 162 и 163 в радиальном направлении DR, то есть в зоне, радиально противоположной относительно зоны, в которой присутствует зазор J2. Это позволяет удерживать сектора кольца без зазора на уровне их монтажа в холодном состоянии на конструкции крепления кольца и одновременно оставлять статический зазор в холодном состоянии между крепежными элементами, неподвижно соединенными с кольцевыми фланцами конструкции крепления кольца, и отверстиями, выполненными в лапках секторов кольца, на уровне части крепежных элементов, противоположной относительно части, входящей в контакт с отверстиями, чтобы компенсировать дифференциальные расширения крепежных элементов относительно секторов кольца.
В описанном варианте осуществления первое отверстие 162 имеет вытянутую форму в окружном направлении турбинного кольца, тогда как второе отверстие 163 имеет цилиндрическую форму.
Штифты 50 и 51 выполнены из материала, коэффициент теплового расширения которого превышает коэффициент теплового расширения композиционного материала с керамической матрицей секторов кольца. Расширение штифтов 50 и 51 соответственно в первом и втором отверстиях 162 и 163 участвует в удержании секторов 10 кольца в горячем состоянии на конструкции 3 крепления кольца, при этом зазор J2 уменьшается или выбирается при расширении штифтов 50 и 51.
Первые отверстия 142 и 162 вытянутой формы, выполненные соответственно в лапках 14 и 16, совмещены в осевом направлении относительно оси турбинного кольца 1, которая проходит параллельно осевому направлению DA. Точно так же, вторые отверстия 162 и 163 вытянутой формы, выполненные соответственно в лапках 14 и 16, совмещены в осевом направлении относительно оси турбинного кольца 1.
Кроме того, герметичность между секторами обеспечивается уплотнительными планками, установленными в обращенных друг к другу пазах в находящихся друг против друга краях двух соседних секторов кольца. Планка 22а расположена почти на всей длине кольцевого основания 12 в его срединной части. Другая планка 22b проходит вдоль лапки 14 и на части кольцевого основания 12. Еще одна планка 22с расположена вдоль лапки 16. Одним концом планка 22с входит в положение упора в планку 22а и в планку 22b. Планки 22а, 22b, 22с являются, например, металлическими и установлены с зазором в холодном состоянии в своих пазах, чтобы обеспечивать функцию уплотнения при температурах, действующих во время работы.
Как известно, вентиляционные отверстия 33, выполненные в фланце 32, позволяют доставлять охлаждающий воздух с наружной стороны турбинного кольца 10.
Далее следует описание способа осуществления узла турбинного кольца, соответствующего узлу, показанному на фиг. 1 и 2.
Каждый описанный выше сектор 10 кольца выполнен из материала с керамической матрицей (СМС) посредством изготовления первой волокнистой заготовки, имеющей форму, близкую к форме сектора кольца, и посредством уплотнения сектора кольца при помощи керамической матрицы.
Для изготовления волокнистой заготовки можно использовать нити из керамических волокон, например, нити из волокон SiC, выпускаемые японской компанией Nippon Carbon под названием “Nicalon”, или карбоновые нити.
Предпочтительно волокнистую заготовку выполняют путем трехмерного тканья или многослойного тканья с оставлением зон пропусков, позволяющих получить промежутки между частями заготовки, соответствующими лапкам 14 и 16 секторов 10.
Тканье может быть тканьем с переплетением типа интерлок, как в представленном примере. Можно также использовать другие виды переплетений при трехмерном тканье, например, такие как полотняные переплетения или сатиновые переплетения. Для информации можно обратиться к документу WO 2006/136755.
После тканья заготовке можно придать форму, чтобы получить заготовку сектора кольца, которую упрочняют и уплотняют при помощи керамической матрицы, при этом уплотнение можно осуществить, в частности, посредством химической инфильтрации из газовой фазы (CVI), которая сама по себе хорошо известна.
Детальный пример изготовления секторов кольца из материала СМС описан в документе US 2012/0027572.
Что касается конструкции 3 крепления кольца, то ее можно выполнить из металлического материала, такого как сплав Waspaloy® или Inconel 718.
Выполнение узла турбинного кольца продолжается монтажом секторов 10 кольца на конструкции 3 крепления кольца. Как показано на фиг. 5, лапки 14 и 16 каждого сектора 10 кольца располагают между входным и выходным кольцевыми радиальными фланцами 32 и 36 таким образом, чтобы две опорные поверхности 1410 и 1411, находящиеся на конце лапки 14, входили в контакт с опорными участками 34 входного кольцевого радиального фланца 32, и чтобы две опорные поверхности 1610 и 1611, находящиеся на конце лапки 16, входили в контакт с опорными участками 38 выходного кольцевого радиального фланца 36. При этом каждый сектор 10 кольца располагают таким образом, чтобы совместить, с одной стороны, отверстия 142 и 143 лапки 14 соответственно с отверстиями 320 и 321 входного кольцевого радиального фланца 32 и, с другой стороны, отверстия 162 и 163 лапки 16 соответственно с отверстиями 360 и 361 выходного кольцевого радиального фланца 36. При этом штифты 40, 41, 50, 51 вставляют соответственно в совмещенные по одной линии отверстия, при этом каждый из штифтов 40, 41, 50, 51 устанавливают путем горячей посадки в отверстия 320, 321, 360 и 361.
В холодном состоянии сектора 10 кольца удерживаются, с одной стороны, опорными участками 34 и 38 фланцев 32 и 36 конструкции 3 крепления кольца, которые входят в контакт соответственно с концами 141 и 161 лапок 14 и 16, и, с другой стороны, штифтами 40, 41, 50, 51, каждый из которых входит в контакт соответственно с верхней частью отверстий 320, 321, 360 и 361. Эти две контактные зоны (опорные участки и штифты) на секторах кольца позволяют удерживать эти сектора в холодном состоянии на конструкции крепления кольца без монтажного зазора, то есть без возможности относительного перемещения секторов кольца по отношению к конструкции крепления кольца.
В горячем состоянии расширение фланцев конструкции крепления кольца больше не позволяет обеспечивать удержание секторов кольца на уровне опорных участков 34 и 36. Удержание в горячем состоянии обеспечивается одновременно за счет расширения штифтов 40 и 41 в отверстиях 142 и 143 лапки 14, которое уменьшает зазор J1, и за счет расширения штифтов 50 и 51 в отверстиях 162 и 163 лапки 16, которое уменьшает зазор J2.
На фиг. 6-9 представлен другой вариант осуществления заявленного узла кольца турбины высокого давления, который отличается от варианта, описанного выше со ссылками на фиг. 1-5, тем, что неподвижные опорные участки на уровне фланцев конструкции крепления кольца заменены стяжными эксцентриковыми элементами, и тем, что контактные зоны между лапками секторов кольца и фланцами конструкции крепления кольца являются компланарными, причем эти два различия можно применить раздельно или в комбинации на одном узле турбинного кольца, а также в комбинации с описанными выше вариантами осуществления.
В частности, как показано на фиг. 6 и 7, входной кольцевой радиальный фланец 32’ конструкции 3’ крепления кольца содержит на своей стороне 32а’, находящейся напротив входной лапки 14’ секторов 10’ кольца, множество колодок 61 и 71, принадлежащих соответственно к стяжным эксцентриковым элементам 60 и 70 и соответствующих участкам опоры фланцев на сектора кольца. Каждый стяжной эксцентриковый элемент 60, соответственно 70, содержит резьбовой стержень 62, соответственно 72, который располагают в отверстии 322, соответственно 323, выполненном на фланце 32’. Колодка 61, соответственно 71, в данном случае в виде цилиндрического штифта, эксцентрично закреплена на резьбовом стержне 62, соответственно 72. Колодка 61, соответственно 71, находящаяся вблизи стороны 32а’ напротив входной лапки 14’, удерживается в определенном положении за счет затягивания гайки 63, соответственно 73, на резьбовом стержне 62, соответственно 72.
Опорные поверхности 1413 и 1414, присутствующие на входной лапке 14’, входят в контакт в холодном состоянии соответственно с двумя колодками 61 и 71, присутствующими на стороне 32а’ фланца 32’ напротив входной лапки 14’ каждого сектора 10’ кольца. В частности, каждая колодка 61, 71 расположена в осевом направлении DA, выступая от стороны 32а’ входного кольцевого радиального фланца 32’, находящейся напротив входной лапки 14’ секторов 10’ кольца. Опорные поверхности 1413 и 1414 входят в холодном состоянии в контакт с нижней поверхностью соответственно колодок 61 и 71 в радиальном направлении DR, образуя таким образом радиальный упор между опорными поверхностями 1413 и 1414 и колодками 61 и 71.
С выходной стороны выходной кольцевой радиальный фланец 36’ конструкции 3’ крепления кольца содержит на своей стороне 36а’, находящейся напротив выходной лапки 16’ секторов 10’ кольца, множество колодок 81 и 91, принадлежащих соответственно к стяжным эксцентриковым элементам 80 и 90 и соответствующих участкам опоры фланцев на сектора кольца. Каждый стяжной эксцентриковый элемент 80, соответственно 90, содержит резьбовой стержень 82, соответственно 92, который располагают в отверстии 362, соответственно 363, выполненном на фланце 36’. Колодка 81, соответственно 91, в данном случае в виде цилиндрического штифта эксцентрично закреплена на резьбовом стержне 82, соответственно 92. Колодка 81, соответственно 91, находящаяся вблизи стороны 36а’ напротив выходной лапки 16’, удерживается в определенном положении за счет затягивания гайки 83, соответственно 93, на резьбовом стержне 82, соответственно 92.
Опорные поверхности 1613 и 1614, присутствующие на выходной лапке 16’, входят в контакт в холодном состоянии соответственно с двумя колодками 81 и 91, присутствующими на стороне 36а’ фланца 36’ напротив выходной лапки 16’ каждого сектора 10’ кольца. В частности, каждая колодка 81, 91 расположена в осевом направлении DA, выступая от стороны 36а’ выходного кольцевого радиального фланца 36’, находящейся напротив выходной лапки 16’ секторов 10’ кольца. Опорные поверхности 1613 и 1614 входят в холодном состоянии в контакт с нижней поверхностью соответственно колодок 81 и 91 в радиальном направлении DR, образуя таким образом радиальный упор между опорными поверхностями 1613 и 1614 и колодками 81 и 91.
Благодаря использованию стяжных эксцентриковых элементов 60, 70, 80 и 90, можно регулировать положения опоры в холодном состоянии между секторами кольца и конструкцией крепления кольца. Стяжные эксцентриковые элементы могут иметь форму, отличную от описанной выше. Например, колодка этих элементов может представлять собой не цилиндрический элемент, а ползун (деталь, содержащую фаску).
Как и в случае узла кольца турбины высокого давления, описанного ранее со ссылками на фиг. 1-5, входная лапка 14’ каждого сектора 10’ кольца содержит первое отверстие 142’, в которое заходит часть первого крепежного элемента, в данном случае штифта 40’, неподвижно соединенного с входным кольцевым радиальным фланцем 32’, и второе отверстие 143’, в которое заходит часть второго крепежного элемента, в данном случае штифта 41’, неподвижно соединенного с входным кольцевым радиальным фланцем 32’. Штифты 40’ и 41’ установлены соответственно в отверстиях 320’ и 321’, выполненных на входном кольцевом радиальном фланце 32’.
В холодном состоянии между первым и вторым отверстиями 142’, 143’ входной лапки 14’ и частью штифтов 40’, 41’, заходящей в указанные первое и второе отверстия, остается радиальный зазор, при этом зазор присутствует в нижней части отверстий 142’ и 143’ в радиальном направлении DR (на фиг. 6-9 не показан). Штифты 40’ и 41’ входят в контакт с верхней частью соответственно отверстий 142’ и 143’ в радиальном направлении DR, то есть в зоне, радиально противоположной относительно зоны, в которой присутствует зазор. В описанном варианте осуществления первое отверстие 142’ имеет вытянутую форму в окружном направлении турбинного кольца, тогда как второе отверстие 143’ имеет цилиндрическую форму.
Штифты 40’ и 41’ выполнены из материала, коэффициент теплового расширения которого превышает коэффициент теплового расширения композиционного материала с керамической матрицей секторов кольца. Расширение штифтов 40’ и 41’ соответственно в первом и втором отверстиях 142’ и 143’ участвует в удержании секторов 10’ кольца в горячем состоянии на конструкции 3 ‘крепления кольца, при этом зазор уменьшается или выбирается при расширении штифтов 40’ и 41’.
Выходная лапка 16’ каждого сектора 10’ кольца содержит первое отверстие 162’, в которое заходит часть третьего крепежного элемента, в данном случае штифта 50’, неподвижно соединенного с выходным кольцевым радиальным фланцем 36’, и второе отверстие 163’, в которое заходит часть четвертого крепежного элемента, в данном случае штифта 51’, неподвижно соединенного с выходным кольцевым радиальным фланцем 36’. Штифты 50’ и 51’ установлены соответственно в отверстиях 360’ и 361’, выполненных на выходном кольцевом радиальном фланце 36’.
В холодном состоянии между первым и вторым отверстиями 162’, 163’ выходной лапки 16’ и частью штифтов 50’, 51’, заходящей в указанные первое и второе отверстия, остается радиальный зазор J2’, при этом зазор J2’ присутствует в нижней части отверстий 162’ и 163’ в радиальном направлении DR (фиг. 8). Штифты 50’ и 51’ входят в контакт с верхней частью соответственно отверстий 162’ и 163’ в радиальном направлении DR, то есть в зоне, радиально противоположной относительно зоны, в которой присутствует зазор. Это позволяет удерживать сектора кольца без зазора на уровне их монтажа в холодном состоянии на конструкции крепления кольца и одновременно сохранять статический зазор в холодном состоянии между крепежными элементами, неподвижно соединенными с кольцевыми фланцами конструкции крепления кольца, и отверстиями, выполненными в лапках секторов кольца, на уровне части крепежных элементов, противоположной относительно части, входящей в контакт с отверстиями, чтобы компенсировать дифференциальные расширения крепежных элементов относительно секторов кольца.
В описанном варианте осуществления первое отверстие 162’ имеет вытянутую форму в окружном направлении турбинного кольца, тогда как второе отверстие 163’ имеет цилиндрическую форму.
Штифты 50’ и 51’ выполнены из материала, коэффициент теплового расширения которого превышает коэффициент теплового расширения композиционного материала с керамической матрицей секторов кольца. Расширение штифтов 50’ и 51’ соответственно в первом и втором отверстиях 162’ и 163’ участвует в удержании секторов 10’ кольца в горячем состоянии на конструкции 3’ крепления кольца, при этом зазор J2’ уменьшается или выбирается при расширении штифтов 50’ и 51’.
Как показано на фиг. 9, две опорные поверхности 1613 и 1614, присутствующие на выходной лапке 16’, расположены в одной и той же первой опорной плоскости РА. Верхний край первого отверстия 162’ вытянутой формы, выполненного на выходной лапке 16’, совмещен с первой опорной плоскостью РА, тогда как верхняя часть второго отверстия 163’, выполненного на выходной лапке 16’, является касательной к первой опорной плоскости РА. Таким образом, все зоны или точки опоры выходного кольцевого радиального фланца 36’, образованные колодками 81 и 91, с одной стороны, и штифтами 50’ и 51’, с другой стороны, на выходной лапке 16’ каждого сектора 10’ кольца находятся на одной линии на одной и той же опорной плоскости РА. Это совмещение контактных зон на опорной плоскости позволяет избежать любого относительного движения, связанного с разностью коэффициента теплового расширения, в радиальном направлении и сохранять одинаковые зоны контакта как в холодном, так и в горячем состоянии (расположение в холодном состоянии и в горячем состоянии зон контакта между точками опоры выходного кольцевого радиального фланца и выходной лапкой показано соответственно сплошной линией и штриховой линией на фиг. 9).
Точно так же, две опорные поверхности 1413 и 1414, присутствующие на входной лапке 14’, расположены в одной и той же второй опорной плоскости (на фиг. 6-9 не показана). Верхний край первого отверстия 142’ вытянутой формы, выполненного на входной лапке 14’, совмещен с второй опорной плоскостью, тогда как верхняя часть второго отверстия 143’, выполненного на входной лапке 14’, является касательной к второй опорной плоскости. Таким образом, все зоны или точки опоры входного кольцевого радиального фланца 32’, образованные колодками 61 и 71, с одной стороны, и штифтами 40’ и 41’, с другой стороны, на входной лапке 14’ каждого сектора 10’ кольца находятся на одной линии на одной и той же опорной плоскости. Это совмещение контактных зон на опорной плоскости позволяет избежать любого относительного движения, связанного с разностью коэффициента теплового расширения, в радиальном направлении и сохранять одинаковые зоны контакта как в холодном, так и в горячем состоянии.
На фиг. 10-14 представлен еще один вариант осуществления заявленного узла кольца турбины высокого давления, который отличается от варианта, описанного ранее со ссылками на фиг. 6-9, тем, что, с одной стороны, все отверстия, выполненные в каждой лапке сектора кольца и предназначенные для захождения части крепежного элемента, неподвижно соединенного с кольцевыми фланцами конструкции крепления кольца, имеют вытянутую форму, при этом каждая лапка сектора кольца дополнительно содержит гнездо для центровочного элемента, тоже неподвижно соединенного с кольцевыми фланцами конструкции крепления кольца, и тем, что, с другой стороны, крепежные элементы, часть которых предназначена для установки в отверстиях, выполненных в лапках каждого сектора кольца, являются стяжными эксцентриковыми элементами. Эти два различия можно осуществлять раздельно или в комбинации в одном и том же узле турбинного кольца, причем также в комбинации с описанными выше вариантами осуществления.
В частности, входная лапка 14” каждого сектора 10” кольца содержит первое отверстие 142" вытянутой формы, в котором установлена часть первого крепежного элемента, в данном случае стяжного эксцентрикового элемента 100, неподвижно соединенного с входным кольцевым радиальным фланцем 32”, и второе отверстие 143” тоже вытянутой формы, в котором установлена часть второго крепежного элемента, в данном случае стяжного эксцентрикового элемента 110, неподвижно соединенного с входным кольцевым радиальным фланцем 32”. Каждый стяжной эксцентриковый элемент 100, соответственно 110, содержит резьбовой стержень 102, соответственно 112, который установлен в отверстии 324, соответственно 325, выполненном на фланце 32”, при этом отверстие 324, соответственно 325, содержит внутреннюю резьбу, взаимодействующую с наружной резьбой стержня 102, соответственно 112. Колодка 101, соответственно 111, в данном случае в виде цилиндрического штифта, закреплена эксцентрично на резьбовом стержне 102, соответственно 112. Колодку 101, соответственно 111, присутствующую в первом отверстии 142”, соответственно во втором отверстии 143”, располагают в определенном положении путем завинчивания резьбового стержня 102, соответственно 112 в отверстии 324, соответственно 325, и удерживают в этом положении путем затягивания контргайки 103, соответственно 113, на резьбовом стержне 102, соответственно 112.
В холодном состоянии между первым и вторым отверстиями 142”, 143” входной лапки 14” и колодками 101, 111, присутствующими в указанных первом и втором отверстиях, остается радиальный зазор (на фиг. 10-14 не показан). Колодки 101 и 111 входят в контакт с частью соответственно отверстий 142” и 143” в радиальном направлении DR, то есть в зоне, где зазор отсутствует. Это позволяет удерживать сектора кольца без зазора на уровне их монтажа в холодном состоянии на конструкции крепления кольца и одновременно сохранять статический зазор в холодном состоянии между крепежными элементами, неподвижно соединенными с кольцевыми фланцами конструкции крепления кольца, и отверстиями, выполненными в лапках секторов кольца.
В описанном варианте осуществления первое и второе отверстия 142” и 143” имеют, каждое, вытянутую форму в окружном направлении турбинного кольца.
Стяжные эксцентриковые элементы 100 и 110 выполнены из материала, коэффициент теплового расширения которого превышает коэффициент теплового расширения композиционного материала с керамической матрицей секторов кольца. Расширение колодок 101 и 111 в первом и втором отверстиях 142” и 143” участвует в удержании секторов 10” кольца в горячем состоянии на конструкции 3” крепления кольца, при этом зазор уменьшается или выбирается при расширении колодок 101 и 111.
Входная лапка 14” каждого сектора 10” кольца дополнительно содержит гнездо, в данном случае вырез 144, в который заходит центровочный элемент, в данном случае штифт 120, неподвижно соединенный с входным кольцевым радиальным фланцем 32”.
Выходная лапка 16” каждого сектора 10” кольца содержит первое отверстие 162” вытянутой формы, в которое заходит часть третьего крепежного элемента, в данном случае стяжного эксцентрикового элемента 130, неподвижно соединенного с выходным кольцевым радиальным фланцем 34”, и второе отверстие 163” тоже вытянутой формы, в которое заходит часть четвертого крепежного элемента, в данном случае стяжного эксцентрикового элемента 170, неподвижно соединенного с выходным кольцевым радиальным фланцем 34”. Каждый стяжной эксцентриковый элемент 130, соответственно 170, содержит резьбовой стержень 132, соответственно 172, который установлен в отверстии 364, соответственно 365, выполненном на фланце 36”, при этом отверстие 364, соответственно 365, содержит внутреннюю резьбу, взаимодействующую с наружной резьбой стержня 132, соответственно стержня 172. Колодка 131, соответственно 171, в данном случае в виде цилиндрического штифта, закреплена эксцентрично на резьбовом стержне 132, соответственно 172. Колодку 131, соответственно 171, присутствующую в первом отверстии 162”, соответственно во втором отверстии 163”, располагают в определенном положении путем завинчивания резьбового стержня 132, соответственно 172, в отверстие 364, соответственно 365, и удерживают в этом положении путем затягивания контргайки 133, соответственно 173, на резьбовом стержне 102, соответственно 112.
В холодном состоянии между первым и вторым отверстиями 162”, 163” выходной лапки 16” и колодками 131, 171, присутствующими в указанных первом и втором отверстиях, остается радиальный зазор J2” (фиг. 13). Колодки 131 и 171 входят в контакт с частью соответственно отверстий 162” и 163” в зоне, где зазор отсутствует. Это позволяет удерживать сектора кольца без зазора на уровне их монтажа в холодном состоянии на конструкции крепления кольца и одновременно сохранять статический зазор в холодном состоянии между крепежными элементами, неподвижно соединенными с кольцевыми фланцами конструкции крепления кольца, и отверстиями, выполненными в лапках секторов кольца.
В описанном варианте осуществления первое и второе отверстия 162” и 163” имеют, каждое, вытянутую форму в окружном направлении турбинного кольца. Стяжные эксцентриковые элементы 130 и 170 выполнены из материала, коэффициент теплового расширения которого превышает коэффициент теплового расширения композиционного материала с керамической матрицей секторов кольца. Расширение колодок 131 и 171 в первом и втором отверстиях 162” и 163” участвует в удержании секторов 10” кольца в горячем состоянии на конструкции 3” крепления кольца, при этом зазор J2” уменьшается или выбирается при расширении колодок 131 и 171.
Выходная лапка 16” каждого сектора 10” кольца дополнительно содержит гнездо, в данном случае вырез 164, в который заходит центровочный элемент, в данном случае штифт 150, неподвижно соединенный с выходным кольцевым радиальным фланцем 36”.
Используя два отверстия вытянутой формы в каждой лапке секторов кольца, обеспечивают симметрию относительного перемещения между конструкцией крепления кольца и секторами кольца. Это позволяет сохранять совпадение между срединной осью каждого сектора кольца и эквивалентным радиусом на конструкции крепления кольца. Центровочный элемент позволяет избегать нарушения центровки секторов кольца при тепловых расширениях.
Кроме того, используя стяжные эксцентриковые элементы для каждого крепежного элемента, еще больше повышают возможность регулирования по радиальной высоте секторов кольца по отношению к конструкции крепления кольца и, следовательно, возможность регулирования зазора между секторами кольца.
Так же, как и в случае узла кольца турбины высокого давления, описанного ранее со ссылками на фиг. 6-9, и как в случае узла, показанного на фиг. 10 и 11, входной кольцевой радиальный фланец 32” конструкции 3” крепления кольца содержит на своей стороне 32а” напротив входной лапки 14” секторов 10” кольца множество колодок 61” и 71”, принадлежащих соответственно к стяжным эксцентриковым элементам 60” и 70” и соответствующих участкам опоры фланцев на сектора кольца. Каждый стяжной эксцентриковый элемент 60”, соответственно 70”, содержит резьбовой стержень 62”, соответственно 72”, который установлен в отверстии 322”, соответственно 323”, выполненном на фланце 32”. На резьбовом стержне 62”, соответственно 72”, эксцентрично закреплена колодка 61”, соответственно 71”, в данном случае в виде цилиндрического штифта. Колодка 61”, соответственно 71”, находящаяся вблизи стороны 32a” напротив входной лапки 14”, удерживается в определенном положении за счет затягивания гайки 63”, соответственно 73”, на резьбовом стержне 62”, соответственно 72”.
Опорные поверхности 1413” и 1414”, присутствующие на входной лапке 14”, входят в контакт в холодном состоянии соответственно с двумя колодками 61” и 71”, присутствующими на стороне 32a” фланца 32” напротив входной лапки 14” каждого сектора 10” кольца. В частности, каждая колодка 61”, 71” расположена в осевом направлении DA, выступая от стороны 32a” входного кольцевого радиального фланца 32” напротив входной лапки 14” секторов 10” кольца. Опорные поверхности 1413” и 1414” входят в контакт в холодном состоянии с нижней поверхностью соответственно колодок 61” и 71” в радиальном направлении DR, образуя радиальный упор между опорными поверхностями 1413” и 1414” и колодками 61” и 71”.
С выходной стороны выходной кольцевой радиальный фланец 36” конструкции 3” крепления кольца содержит на своей стороне 36а” напротив выходной лапки 16” секторов 10” кольца множество колодок 81” и 91”, принадлежащих соответственно к стяжным эксцентриковым элементам 80” и 90” и соответствующих участкам опоры фланцев на сектора кольца. Каждый стяжной эксцентриковый элемент 80”, соответственно 90”, содержит резьбовой стержень 82”, соответственно 92”, который установлен в отверстии 362”, соответственно 363”, выполненном на фланце 36”. На резьбовом стержне 82”, соответственно 92”, эксцентрично закреплена колодка 81”, соответственно 91”, в данном случае в виде цилиндрического штифта. Колодка 81”, соответственно 91”, находящаяся вблизи стороны 36a” напротив выходной лапки 16”, удерживается в определенном положении за счет затягивания гайки 83”, соответственно 93”, на резьбовом стержне 82”, соответственно 92”.
Опорные поверхности 1613” и 1614”, присутствующие на выходной лапке 16”, входят в контакт в холодном состоянии соответственно с колодками 81” и 91”, присутствующими на стороне 36a” фланца 36” напротив выходной лапки 16” каждого сектора 10” кольца. В частности, каждая колодка 81”, 91” расположена в осевом направлении DA, выступая от стороны 36a” выходного кольцевого радиального фланца 36” напротив выходной лапки 16” секторов 10” кольца. Опорные поверхности 1613” и 1614” входят в контакт в холодном состоянии с нижней поверхностью соответственно колодок 81” и 91” в радиальном направлении DR, образуя радиальный упор между опорными поверхностями 1613” и 1614” и колодками 81” и 91”.
Благодаря использованию стяжных эксцентриковых элементов 60”, 70”, 80”, 90”, 100, 110, 130 и 140, можно регулировать опорные положения в холодном состоянии между секторами кольца и конструкцией крепления кольца.
Как показано на фиг. 14, обе опорные поверхности 1613” и 1614”, выполненные на выходной лапке 16”, расположены в одной и той же первой опорной плоскости PA”. Верхний край первого отверстия 162” вытянутой формы, выполненного на выходной лапке 16”, совмещен с первой опорной плоскостью PA”, тогда как верхняя часть второго отверстия 163”, выполненного на выходной лапке 16”, является касательной к первой опорной плоскости PA”. Таким образом, все зоны или точки опоры выходного кольцевого радиального фланца 36”, образованные колодками 81” и 91”, с одной стороны, и колодками 101 и 111, с другой стороны, на выходной лапке 16” каждого сектора 10” кольца, находятся на одной линии на одной и той же опорной плоскости РА. Это совмещение контактных зон на опорной плоскости позволяет избегать любого относительного движения, связанного с разностями коэффициента теплового расширения, в радиальном направлении и сохранить одинаковые контактные зоны как в холодном состоянии, так и в горячем состоянии (расположение в холодном состоянии и в горячем состоянии зон контакта между точками опоры выходного кольцевого радиального фланца и выходной лапки показано соответственно сплошной линией и штриховой линией на фиг. 9).
Точно так же, две опорные поверхности 1413” и 1414”, выполненные на входной лапке 14”, расположены в одной и той же второй опорной плоскости (на фиг. 10-14 не показана). Верхний край первого отверстия 142” вытянутой формы, выполненного на входной лапке 14”, выровнен со второй опорной плоскостью, тогда как верхняя часть второго отверстия 143”, выполненного на входной лапке 14”, является касательной к второй опорной плоскости. Таким образом, все зоны или точки опоры входного кольцевого радиального фланца 32”, образованные колодками 61” и 71”, с одной стороны, и колодками 131 и 171, с другой стороны, на входной лапке 14” каждого сектора 10” кольца, находятся на одной линии на одной и той же опорной плоскости. Это совмещение контактных зон на опорной плоскости позволяет избегать любого относительного движения, связанного с разностями коэффициента теплового расширения, в радиальном направлении и сохранить одинаковые контактные зоны как в холодном состоянии, так и в горячем состоянии.
Крепежные элементы и опорные участки для каждого сектора кольца могут быть расположены на одной линии в радиальном направлении, как в варианте осуществления, представленном на фиг. 1-4. Крепежные элементы могут быть также расположены снаружи опорных участков в окружном направлении каждого сектора кольца, как в вариантах осуществления, представленных на фиг. 6-14. Наконец, крепежные элементы могут быть также расположены внутри опорных участков в окружном направлении для каждого сектора кольца.
1. Узел турбинного кольца, содержащий множество секторов (10) кольца из композиционного материала с керамической матрицей, образующих турбинное кольцо (1), и конструкцию (3) крепления кольца, содержащую первый и второй кольцевые фланцы (32, 36), при этом каждый сектор кольца имеет часть, образующую кольцевое основание (12), содержащую в радиальном направлении (DA) турбинного кольца внутреннюю сторону, образующую внутреннюю сторону турбинного кольца, и наружную сторону, от которой отходят первая и вторая лапки (14, 16), при этом лапки каждого сектора кольца удерживаются между двумя кольцевыми фланцами (32, 36) конструкции (3) крепления кольца,
отличающийся тем, что первая лапка (14) каждого сектора (10) кольца содержит первое отверстие (142), в котором расположена часть первого крепежного элемента, неподвижно соединенного с первым кольцевым фланцем (32), и второе отверстие (143), в котором распложена часть второго крепежного элемента, неподвижно соединенного с первым кольцевым фланцем (32), при этом в холодном состоянии между первым и вторым отверстиями (142, 143) первой лапки (14) и частью первого и второго крепежных элементов, находящейся в указанных первом и втором отверстиях, присутствует радиальный зазор (J1), при этом указанные крепежные элементы выполнены из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения композиционного материала с керамической матрицей секторов кольца, при этом первое отверстие имеет вытянутую форму в окружном направлении турбинного кольца,
при этом вторая лапка (16) каждого сектора (10) кольца содержит первое отверстие (162), в котором расположена часть третьего крепежного элемента, неподвижно соединенного со вторым кольцевым фланцем (36), и второе отверстие (163), в котором расположена часть четвертого крепежного элемента, неподвижно соединенного со вторым кольцевым фланцем, при этом в холодном состоянии между первым и вторым отверстиями (162, 163) второй лапки (16) и частью третьего и четвертого крепежных элементов, находящейся в указанных первом и втором отверстиях, присутствует радиальный зазор (J2), при этом указанные крепежные элементы выполнены из материала с коэффициентом теплового расширения, превышающим коэффициент теплового расширения композиционного материала с керамической матрицей секторов кольца, при этом первое отверстие имеет вытянутую форму в окружном направлении турбинного кольца, причем первое и второе отверстия первой лапки совмещены в осевом направлении с первым и вторым отверстиями второй лапки,
при этом первый кольцевой фланец (32) содержит на своей стороне (32а), находящейся напротив первой лапки (14) каждого сектора (10) кольца, множество опорных участков (34), распределенных в окружном направлении на первом фланце, при этом конец (141) первой лапки (14) каждого сектора кольца находится в холодном состоянии в положении радиального упора в два опорных участка (34),
причем второй кольцевой фланец (36) содержит на своей стороне (36а), находящейся напротив второй лапки (16) каждого сектора (10) кольца, множество опорных участков (38), распределенных в окружном направлении на втором фланце, при этом конец (161) второй лапки (16) каждого сектора кольца находится в холодном состоянии в положении радиального упора в два опорных участка (38).
2. Узел по п. 1, в котором первый и второй крепежные элементы выполнены соответственно в виде первого и второго штифтов (40, 41), жестко соединенных с первым кольцевым фланцем (32), причем третий и четвертый крепежные элементы выполнены соответственно в виде третьего и четвертого штифтов (50, 51), жестко соединенных со вторым кольцевым фланцем (36).
3. Узел по п. 1 или 2, в котором опорные участки (34, 38), присутствующие на первом и втором кольцевых фланцах (32, 36), отделены друг от друга полым участком, проходящим в окружном направлении.
4. Узел по любому из пп. 1-3, содержащий множество регулируемых эксцентриковых стяжных элементов (60, 70, 80, 90), при этом каждый стяжной элемент содержит колодку (61; 71; 81; 91), эксцентрично закрепленную на стяжном элементе, при этом каждая колодка образует опорный участок, присутствующий на первом и втором кольцевых фланцах (32, 36).
5. Узел по любому из пп. 1-4, в котором первая лапка (14’) каждого сектора (10’) кольца содержит две опорные поверхности (1413, 1414), входящие в контакт соответственно с двумя опорными участками первого кольцевого фланца (32’), при этом обе опорные поверхности расположены в одной и той же первой опорной плоскости, при этом верхний край первого отверстия (142’) вытянутой формы совмещен с первой опорной плоскостью, при этом верхняя часть второго отверстия (143’) является касательной к указанной первой опорной плоскости, при этом вторая лапка (16’) каждого сектора кольца содержит две опорные поверхности (1613, 1614), входящие в контакт соответственно с двумя опорными участками второго кольцевого фланца (36’), при этом обе опорные поверхности расположены в одной и той же второй опорной плоскости (РА), при этом верхний край первого отверстия (162’) вытянутой формы совмещен с второй опорной плоскостью, при этом верхняя часть второго отверстия (163’) является касательной к указанной второй опорной плоскости.
6. Узел по любому из пп. 1-5, в котором второе отверстие (143”) первой лапки (14”) каждого сектора (10”) кольца имеет вытянутую форму, при этом верхний край второго отверстия вытянутой формы совмещен с первой опорной плоскостью, при этом второе отверстие (163”) второй лапки (16) каждого сектора кольца имеет вытянутую форму, причем верхний край второго отверстия (163”) вытянутой формы совмещен со второй опорной плоскостью (PA), при этом конец первой лапки (14”) каждого сектора (10”) кольца содержит выемку (144), которая расположена между двумя опорными поверхностями (1413”, 1414”) и в которой расположен центровочный элемент (120), жестко соединенный с первым кольцевым фланцем (32”), при этом конец второй лапки (16”) каждого сектора кольца содержит выемку (164), которая расположена между двумя опорными поверхностями (1613”, 1614”) и в которой расположен центровочный элемент (150), жестко соединенный со вторым кольцевым фланцем (36”).
7. Узел по любому из пп. 1, 3-6, в котором первый и второй крепежные элементы, жестко соединенные с первым радиальным фланцем, и третий и четвертый крепежные элементы, жестко соединенные со вторым радиальным фланцем, образованы, каждый, регулируемым стяжным эксцентриковым элементом (100; 110; 130; 170).
