RU124312U1

RU124312U1 - GAS FLOW MINIMIZATION SYSTEM IN THE RADIAL GAP OF THE FLOWING PART OF A TURBO MACHINE

Info

Publication number: RU124312U1
Application number: RU2012106925/06U
Authority: RU
Inventors: Юрий Юрьевич Рыкачев
Original assignee: Юрий Юрьевич Рыкачев
Priority date: 2012-02-28
Filing date: 2012-02-28
Publication date: 2013-01-20

Abstract

1. Система минимизации перетекания газа в радиальном зазоре проточной части турбомашины, содержащая:- рабочую лопатку с бандажной полкой, на которой имеется гребень достаточной величины для вхождения через промежуток между половинами надроторной вставки во внутреннюю полость крышки;- надроторную вставку, состоящую из двух половин, так, что между ними имеется промежуток для возможного перемещения в осевом направлении гребня бандажной полки и имеющую каналы подвода воздуха к устройству центрирования положения гребня;- крышку, состоящую из двух половин, имеющую желоба и каналы подвода воздуха и свободно перемещающуюся по наружной поверхности надроторной вставки;- устройство центрирования положения гребня в полости крышки, включающее в себя цилиндры с поршнями, соединенными штоками, а также трубопроводы для подвода воздуха в подпоршневые полости и в каналы надроторной вставки и крышки.2. Система минимизации перетекания газа в радиальном зазоре проточной части турбомашины по п.1, отличающаяся тем, что бандажная полка лопатки имеет гребень, входящий в промежуток между половинами надроторной вставки во внутреннюю полость крышки.3. Система минимизации перетекания газа в радиальном зазоре проточной части турбомашины по п.1, отличающаяся тем, что крышка, в которую входит гребень бандажной полки перемещается по наружной поверхности надроторной вставки.4. Система минимизации перетекания газа в радиальном зазоре проточной части турбомашины по п.1, отличающаяся тем, что имеется устройство центрирования положения гребня в полости крышки.5. Система минимизации перетекания газа в радиальном зазоре проточной части ту�1. A system for minimizing gas overflow in the radial clearance of the flow part of the turbomachine, comprising: - a working blade with a retaining shelf, on which there is a crest of sufficient size to enter through the gap between the halves of the rotor insert into the inner cavity of the lid; - a rotor insert, consisting of two halves, so that between them there is a gap for possible movement in the axial direction of the ridge of the retaining shelf and having channels for supplying air to the device for centering the position of the ridge; - a cover consisting of and of two halves, having gutters and air supply channels and freely moving along the outer surface of the nadrotorny insert; - a device for centering the position of the ridge in the lid cavity, including cylinders with pistons connected by rods, as well as pipelines for supplying air to the piston cavities and channels nadrotorny inserts and covers. 2. A system for minimizing gas overflow in the radial clearance of the flow part of a turbomachine according to claim 1, characterized in that the retaining band of the blade has a ridge included in the gap between the halves of the nadrotorny insert in the inner cavity of the lid. A system for minimizing gas flow in the radial clearance of the flow part of a turbomachine according to claim 1, characterized in that the lid, which includes the crest of the retaining shelf, moves along the outer surface of the rotor insert. A system for minimizing gas flow in the radial clearance of the flow part of a turbomachine according to claim 1, characterized in that there is a device for centering the position of the ridge in the lid cavity. System for minimizing gas flow in the radial clearance of the flow part of a

Description

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, турбостроения и может найти применение в высокотемпературных газовых турбинах, а также в компрессорах и т.п.лопаточных машинах.The utility model relates to the field of transport engineering, turbine engineering and can find application in high-temperature gas turbines, as well as in compressors and the like vane machines.

Радиальный зазор (РЗ) между ротором и статором газотурбинного двигателя -необходимый элемент, обеспечивающий его нормальную работу - гарантирующий отсутствие касания вращающихся деталей ротора о неподвижные детали статора.The radial clearance (RP) between the rotor and the stator of the gas turbine engine is a necessary element that ensures its normal operation - ensuring that the rotating parts of the rotor do not touch the stationary parts of the stator.

Однако неизбежное при этом перетекание газа снижает удельные параметры двигателя и препятствует охлаждению верхних сечений лопатки (см. фиг.1). Здесь δ - РЗ, а стрелками обозначено перетекание газа.However, the inevitable overflow of gas reduces the specific parameters of the engine and prevents cooling of the upper sections of the blade (see figure 1). Here δ is RE, and the arrows indicate the flow of gas.

Для снижения перетекания газа на торцах лопаток устанавливают бандажные полки 1 с гребешками, имитирующими лабиринтные уплотнения, а для случаев возможных последствий касания гребешков о неподвижные детали статора устанавливают т.н. «сотовые уплотнения» 2 (см. фиг.2).To reduce the flow of gas at the ends of the blades, shroud shelves 1 with scallops imitating labyrinth seals are installed, and for cases of possible consequences of touching the scallops on the stationary parts of the stator, the so-called "Cellular seals" 2 (see figure 2).

Положение усложняется тем, что установленный минимальный монтажный РЗ в процессе работы двигателя меняет свою величину как в ту, так и в другую сторону, что влечет за собой задачу его регулирования с целью снижения нежелательного расхода газа через РЗ.The situation is complicated by the fact that the installed minimum mounting RE in the course of engine operation changes its value both in that and in the other direction, which entails the task of regulating it in order to reduce undesirable gas flow through the RE.

Способов регулирования РЗ достаточно много. Так, различают пассивное и активное регулирование РЗ. При пассивном регулировании РЗ обеспечивается на каком-то одном режиме. Активное регулирование РЗ осуществляется на ряде выбранных режимов путем изменения некоторых условий, влияющих на величину РЗ, т.е. создается система регулирования, работающая по заданной программе. Более высокая точность (и гарантия) обеспечения минимально допустимого РЗ на каждом режиме работы двигателя возможна только при создании системы регулирования с обратной связью, когда воздействие на РЗ управляющим элементом осуществляется по результатам изменения РЗ - либо его непосредственного измерения, либо измерения величины, зависящей от РЗ, например, устанавливают датчики по окружности корпуса турбины для измерения РЗ (патент № US 7079957 B2).There are a lot of ways to regulate RE. So, distinguish between passive and active regulation of RE. With passive regulation of the RE is provided in any one mode. Active regulation of RE is carried out on a number of selected modes by changing some conditions that affect the value of RE, i.e. creates a regulatory system that works on a given program. Higher accuracy (and guarantee) to ensure the minimum permissible RE at each engine operation mode is possible only when creating a feedback control system, when the control element is exposed to the RE by the results of changing the RE - either by its direct measurement, or by measuring a value that depends on the RE for example, sensors are installed around the circumference of the turbine housing for measuring the RE (patent No. US 7079957 B2).

Существуют различные способы регулирования РЗ между лопатками и корпусом турбины (пневматическое, механическое, тепловое). Наиболее широко применяется тепловое регулирование, при котором РЗ обеспечивается соответствующим тепловым состоянием силовой части корпуса на рассматриваемых режимах, т.е. его термическим расширением. Регулирование осуществляется по программе, в которой на каждом режиме предусматривается определенное место и необходимое количество отбора воздуха от компрессора на обдув корпуса. Исходные данные для программы получают в результате предварительного решения в роторе и корпусе термомеханической задачи и выбора интенсивности обдува корпуса с целью получения необходимой величины РЗ.There are various ways of regulating the RE between the blades and the turbine body (pneumatic, mechanical, thermal). The most widely used thermal regulation, in which the RE is provided by the corresponding thermal state of the power part of the body in the considered modes, i.e. its thermal expansion. Regulation is carried out according to the program, in which, at each mode, a specific place and the required amount of air intake from the compressor to the body blow are provided. The initial data for the program is obtained as a result of a preliminary solution of the thermomechanical problem in the rotor and the casing and a choice of the intensity of the casing blowing in order to obtain the necessary RE value.

Примером теплового регулирования РЗ с обратной связью может служить устройство, где РЗ изменяется за счет температурного расширения корпуса, а расход охлаждающего воздуха регулируется сервоприводом, сигнал на который поступает от датчика, выполненного в виде струйного элемента.An example of the thermal regulation of the RE with feedback can be a device where the RE changes due to the thermal expansion of the housing, and the cooling air flow is controlled by a servo drive, the signal to which comes from a sensor made in the form of an inkjet element.

При нарушении положения равновесия вследствие изменения радиального зазора давление в пневмомагистрали со струйным элементом изменяется так, что сервопоршень, подключенный к усторйству дозирования охлаждающего корпус воздуха, перемещает золотник и в результате изменения охлаждения корпуса турбомашины радиальный зазор возвращается до заданной величины.In case of violation of the equilibrium position due to a change in the radial clearance, the pressure in the pneumatic line with the jet element changes so that the servo piston connected to the dosing device of the cooling air casing moves the spool and, as a result of changing the cooling of the turbomachine casing, the radial clearance returns to the set value.

Основным недостатком теплового регулирования является его значительная инерционность, негативные последствия которой проявляются на переходных режимах работы двигателя.The main disadvantage of thermal regulation is its significant inertia, the negative consequences of which are manifested in transient engine operation.

Из перспективных конструкторских разработок систем регулирования РЗ следует отметить т.н. «бесконтактные пальчиковые уплотнения» (Braun M. et al. Numerical Simulation and an Experimental Investigation of a Finger Seal, NASA/CP-214383, 2006 и Braun M., Proctor M., et al. Structural and Dynamic Considerations Towards the Design of a Padded Finger Seal, AIAA-4698, 2003 - U.S. Patent №5,755,445 от 26 мая 1998, Honeywell (AlliedSignal), U.S. Patent №6,196,550 B1 от 6 марта 2001, Honeywell (AlliedSignal) и U.S. Patent №6,811,154 B2 от 2 ноября 2004, NASA). Однако сложность конструкции и связанная с этим ее недостаточная проработка не позволяют судить о ее практическом применении.Of the promising design developments of RP regulation systems, the so-called “Non-contact finger seals” (Braun M. et al. Numerical Simulation and an Experimental Investigation of a Finger Seal, NASA / CP-214383, 2006 and Braun M., Proctor M., et al. Structural and Dynamic Considerations Towards the Design of a Padded Finger Seal, AIAA-4698, 2003 - US Patent No. 5,755,445 dated May 26, 1998, Honeywell (AlliedSignal), US Patent No. 6,196,550 B1 dated March 6, 2001, Honeywell (AlliedSignal) and US Patent No. 6,811,154 B2 dated November 2, 2004, NASA). However, the complexity of the design and the associated with its insufficient study do not allow us to judge its practical application.

В этом плане более продвинутыми являются т.н. «щеточные уплотнения» - R.E.Chupp, R.C.Hendricks, S.B.Lattime, B.M.Steinetz. Sealing in Turbomachinery. NASA (Glen Research Center, Cleveland, Ohio) / TM (Timken Company, North Canton, Ohio), August 2006, но и здесь имеются проблемы, связанные с неизбежным трением, и соответственно с отводом выделяющегося тепла, потерей упругости и в конце концов к утечкам газа.In this regard, the so-called “Brush seals” - R.E.Chupp, R.C. Hendricks, S.B. Lattime, B.M. Steinetz. Sealing in Turbomachinery. NASA (Glen Research Center, Cleveland, Ohio) / TM (Timken Company, North Canton, Ohio), August 2006, but there are also problems associated with the inevitable friction, and consequently with the removal of heat generated, loss of elasticity and, ultimately, gas leaks.

На других проработках NASA системы регулирования РЗ с обратной связью предлагается каждую надроторную вставку конструктивно связывать с силовым элементом (гидравлическим цилиндром), установленном на корпусе турбины и обеспечивающим необходимое радиальное положение надроторной вставки в зависимости от показания датчика, измеряющего РЗ. Такой способ регулирования РЗ. значительно усложняет конструкцию корпуса турбины и утяжеляет ее. Так, на корпусе турбины должны быть установлены гидравлические цилиндры по количеству надроторных вставок. Есть определенные трудности с уплотнением штоков (стержней), связывающих надроторные вставки с гидравлическими цилиндрами, а также недопустимость подвода тепла к цилиндрам.In other studies of NASA, a feedback control system for REs is proposed that each nadrotor insert is structurally associated with a power element (hydraulic cylinder) mounted on the turbine casing and providing the necessary radial position of the nadrotor insert depending on the readings of the sensor measuring the RE. This method of regulation of RE. significantly complicates the design of the turbine housing and makes it heavier. So, hydraulic cylinders must be installed on the turbine housing according to the number of rotor inserts. There are certain difficulties with compaction of rods (rods) connecting nadrotorny inserts with hydraulic cylinders, as well as the inadmissibility of heat supply to the cylinders.

Также имеются разработки с пневмомеханическим регулированием, где РЗ изменяется в результате наддува и последующей деформации корпуса, выполненного в виде мембранной полости, при этом расход воздуха в полость наддува регулируется струйным датчиком. Недостаток данного конструктивного решения - относительная громоздкость и низкая чувствительность.There are also developments with pneumomechanical regulation, where the RE changes as a result of pressurization and subsequent deformation of the body, made in the form of a membrane cavity, while the air flow into the pressurization cavity is regulated by a jet sensor. The disadvantage of this design solution is the relative bulkiness and low sensitivity.

Еще одним примером регулирования РЗ с обратной связью является патент на полезную модель №87213, где изменение РЗ осуществляется за счет перемещения конической надроторной вставки. Но удовлетворительное регулирование РЗ данная конструкция обеспечивает лишь на одном расчетном режиме, в остальных случаях погрешность может оказаться значительной.Another example of the regulation of RE with feedback is the patent for utility model No. 87213, where the change in RE is carried out by moving the conical nadrotorny insert. But this design provides satisfactory regulation of RE only on one design mode, in other cases, the error can be significant.

Как видим, все перечисленные способы регулирования РЗ либо не отслеживают необходимое изменение РЗ по полетному циклу (при пассивном регулировании), либо слишком сложны конструктивно (при активном регулировании), при этом все они направлены на изменение взаимного радиального положения ротора и статора.As you can see, all of the listed methods of regulating REs either do not track the necessary change in REs in the flight cycle (with passive regulation), or are too structurally complex (with active regulation), while all of them are aimed at changing the mutual radial position of the rotor and stator.

Как показывает практика, на установившемся крейсерском режиме РЗ установить менее 0.5 мм не удается, при этом по окружности из-за неравномерной деформации корпуса эта величина еще больше, а на переходных режимах РЗ может доходить до 2.5 мм и выше.As practice shows, it is not possible to establish less than 0.5 mm at the established cruise mode of the RP, while this circumference due to uneven deformation of the hull is even larger, and in transition modes the RP can reach 2.5 mm and higher.

Основная задача заявляемого технического решения - обеспечение минимального (вплоть до нулевого значения) перетекания газа через РЗ между бандажной полкой рабочих лопаток турбины (ротором) и надроторной вставкой (статором) на любом режиме при незначительном усложнении конструкции. Полных аналогов рассматриваемой полезной модели нет, так как предлагаемое техническое решение сокращения перетекания газа через РЗ принципиально отличается от всех вышеперечисленных способов: РЗ, который значительно меняется в процессе работы двигателя, не регулируется, а устанавливается осевой зазор, величина которого, достаточно минимальная, остается постоянной.The main objective of the proposed technical solution is to ensure minimal (up to zero) gas flow through the RE between the retaining band of the turbine rotor blades (rotor) and the nadrotorny insert (stator) in any mode with a slight complication of design. There are no complete analogues of the utility model under consideration, since the proposed technical solution to reduce gas flow through the RE is fundamentally different from all of the above methods: the RE, which changes significantly during engine operation, is not regulated, but an axial clearance is established, the value of which, quite minimal, remains constant .

Конструктивная схема данного предложения представлена на фигурах 3, 4, 5, 6, 7 и 8. Гребень 6 бандажной полки 5 входит с некоторым минимальным зазором, составляющим 0.05-0.1 мм, во внутреннюю полость крышки, состоящей из двух половин 7 и 8 (для возможности сборки). Крышка может свободно перемещаться по наружной поверхности надроторной вставки, также состоящей из двух половин - 9 и 10, разделенных промежутком, чтобы гребень 6 мог перемещаться в осевом направлении в необходимых пределах.The structural scheme of this proposal is presented in figures 3, 4, 5, 6, 7 and 8. The ridge 6 of the retaining shelf 5 is included with some minimum clearance of 0.05-0.1 mm into the inner cavity of the lid, consisting of two halves 7 and 8 (for assembly capabilities). The lid can freely move along the outer surface of the nadrotorny insert, also consisting of two halves - 9 and 10, separated by a gap, so that the ridge 6 can move in the axial direction to the required extent.

Для исключения возможного касания гребня 6 о внутреннюю поверхность половин крышки 7 и 8 предусмотрено устройство, обеспечивающее центрирование гребня 6 относительно внутренней полости крышки, и состоящее из цилиндров 11, 12 и 13 с поршнями 14, 15 и 16, соединенных штоками 17 и 18, и из трубопроводов 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28.To exclude the possible contact of the ridge 6 against the inner surface of the halves of the lid 7 and 8, a device is provided for centering the ridge 6 relative to the inner cavity of the lid, and consisting of cylinders 11, 12 and 13 with pistons 14, 15 and 16 connected by rods 17 and 18, and from pipelines 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 and 28.

Трубопроводы 19, 20 служат для отбора воздуха, напр., из-за компрессора. Трубопроводы 21, 22, 23, 24 подводят воздух в подпоршневые полости 45, 46, 47 и 48 цилиндров.Pipelines 19, 20 are used for air extraction, for example, due to the compressor. Pipelines 21, 22, 23, 24 supply air to the piston cavities 45, 46, 47 and 48 of the cylinders.

Внутри половин надроторных вставок 9 и 10 предусмотрены каналы 29, 30-е левой и 31, 32 - в правой половинах (фиг.4, 6 и 7), к которым подводится воздух по трубопроводам 25, 26 и 27, 28 соответственно (фиг.3). Из каналов надроторной вставки воздух далее поступает в желоба 33, 34 и 35, 36 левой и правой половин крышки (фиг.4, 6, 7, 8 и 9), и далее по наклонным каналам 37, 38 и 39, 40 через жиклеры 41, 42 и 43, 44 во внутреннюю полость крышки, (фиг.8, 9). Таким образом, прослеживается следующая последовательность соединений гидравлики:Inside the halves of the rotor inserts 9 and 10, channels 29, 30s of the left and 31, 32 are provided in the right halves (Figs. 4, 6 and 7), to which air is supplied through pipelines 25, 26 and 27, 28, respectively (Fig. 3). From the channels of the nadrotor insert, the air then enters the grooves 33, 34 and 35, 36 of the left and right halves of the lid (Figs. 4, 6, 7, 8 and 9), and then through the inclined channels 37, 38 and 39, 40 through the nozzles 41 , 42 and 43, 44 into the inner cavity of the lid, (Fig. 8, 9). Thus, the following sequence of hydraulic connections is traced:

1. Для левых половин надроторной вставки и крышки:1. For the left halves of the rotor insert and cover:

от подпоршневой полости 45 - трубопровод 25 - канал 29 - желоб 33 - канал 37 - жиклер 41 - внутренняя полость крышки;from the piston cavity 45 - pipeline 25 - channel 29 - groove 33 - channel 37 - nozzle 41 - the inner cavity of the cover;

от подпоршневой полости 46 - трубопровод 26 - канал 30 - желоб 34 - канал 38 - жиклер 42 - внутренняя полость крышки;from the piston cavity 46 - pipeline 26 - channel 30 - groove 34 - channel 38 - nozzle 42 - inner cavity of the cover;

2. Для правых половин надроторной вставки и крышки:2. For the right halves of the rotor insert and cover:

от подпоршневой полости 47 - трубопровод 27 - канал 31 - желоб 35 - канал 39 - жиклер 43 - внутренняя полость крышки;from the sub-piston cavity 47 — pipeline 27 — channel 31 — groove 35 — channel 39 — nozzle 43 — inner lid cavity;

от подпоршневой полости 48 - трубопровод 28 - канал 32 - желоб 36- канал 40 - жиклер 44 - внутренняя полость крышки;from the under-piston cavity 48 - pipeline 28 - channel 32 - groove 36 - channel 40 - nozzle 44 - internal cavity of the lid;

Описанная картина симметрична как для обеих половин надроторных вставок, так и для обеих половин крышки.The described pattern is symmetrical for both halves of the rotor inserts, and for both halves of the cover.

Технический результат в заявляемой системе минимизации перетекания газа в радиальном зазоре проточной части турбомашины (в дальнейшем - системе) достигается тем, что при любых изменениях режимов работы двигателя и соответствующих изменениях взаимного положения статора и ротора, РЗ δ₁ между бандажной полкой 5 и надроторной вставкой 9, 10 (см. фиг.8, 9), достигающий 2.5 мм и более, перетекание газа через бандажную полку остается минимально допустимым, так как оно зависит только от осевого зазора δ между гребнем 6 и внутренней полостью крышки 7, 8. Величина осевого зазора δ зависит от технологических возможностей и составляет, как указывалось выше, 0.05÷0.1 мм, т.е. на порядок меньше радиального зазора δ₁.The technical result in the inventive system for minimizing gas overflow in the radial clearance of the flow part of the turbomachine (hereinafter referred to as the system) is achieved by the fact that with any changes in the engine operating conditions and corresponding changes in the relative position of the stator and rotor, РЗ δ ₁ between the retaining shelf 5 and the rotor insert 9 10 (see Figs. 8, 9), reaching 2.5 mm or more, the flow of gas through the retaining shelf remains minimally acceptable, since it depends only on the axial clearance δ between the ridge 6 and the inner cavity of the lid 7, 8. Be the value of the axial clearance δ depends on technological capabilities and, as indicated above, is 0.05–0.1 mm, i.e. an order of magnitude smaller than the radial clearance δ ₁ .

На фигуре 1 показана обычная конструкция части турбины двигателя в месте расположения рабочих лопаток (без бандажной полки), Здесь δ - РЗ, а стрелками указано перетекание газа через РЗ.The figure 1 shows the usual design of the engine turbine at the location of the rotor blades (without the retaining shelf), Here δ - RE, and the arrows indicate the flow of gas through the RE.

На фигуре 2 приводится конструкция лопатки с бандажной полкой и с гребешками 1 и сотовые уплотнения 2. Стрелками также указано перетекание газа.The figure 2 shows the design of the blades with a retaining shelf and with scallops 1 and honeycomb seals 2. The arrows also indicate the flow of gas.

На фигуре 3 схематично приводится общий вид предлагаемой системы. Здесь: 3 - перо лопатки с бандажной полкой 5, имеющей гребень 6; 9 и 10 - две половины надроторной вставки, разделенных промежутком, в котором перемещается гребень 6; На этой же фигуре приведено устройство, центрирующее положение гребня 6 во внутренней полости крышки. Здесь: 11, 12, 13 - цилиндры с поршнями 14, 15, 16, соединенными штоками 17 и 18, а 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 и 28 - трубопроводы. Стрелками показан подвод воздуха (напр., от компрессора) в подпоршневые полости 45, 46, 47, 48 цилиндров.The figure 3 schematically shows a General view of the proposed system. Here: 3 - feather blades with retaining shelf 5, having a comb 6; 9 and 10 - two halves of the nadrotron insert, separated by a gap in which the ridge 6 moves; The same figure shows a device centering the position of the ridge 6 in the inner cavity of the lid. Here: 11, 12, 13 - cylinders with pistons 14, 15, 16 connected by rods 17 and 18, and 19, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27 and 28 - pipelines. The arrows indicate the air supply (e.g., from the compressor) to the piston cavities 45, 46, 47, 48 of the cylinders.

На фигуре 4 приводится в увеличенном масштабе место А фигуры 3. Здесь 7 и 8 - половины крышки; 29, 32 - каналы в надроторной вставке; 33, 36 - желоба в крышке; 37, 40 - каналы в крышке; 41, 44 - жиклеры.Figure 4 shows, on an enlarged scale, the place A of figure 3. Here 7 and 8 are half of the cover; 29, 32 - channels in nadrotorny insert; 33, 36 - grooves in the cover; 37, 40 - channels in the lid; 41, 44 - jets.

На фигуре 5 показан разрез В-В по половинке крышки 7 и половинке надроторной вставки 9 (см. фиг.4). Здесь: 3 - перо лопатки; 7 - крышка.Figure 5 shows a section bb in half of the cover 7 and half of the rotor insert 9 (see figure 4). Here: 3 - feather of the scapula; 7 - a cover.

На фигуре 6 в увеличенном масштабе показано место С из фигуры 5. Здесь: 5 - бандажная полка; 7 - крышка; 9 - надроторная вставка; 29, 30 - каналы в надроторной вставке; 33, 34 - желоба в крышке.Figure 6 shows, on an enlarged scale, place C of figure 5. Here: 5 is a retaining shelf; 7 - a cover; 9 - nadrotorny insert; 29, 30 - channels in nadrotorny insert; 33, 34 - grooves in the cover.

На фигуре 7 приведен случай, когда зазор между гребнем 6 и внутренней поверхностью крышки становится минимально допустимым - при осевых перемещениях ротора. Здесь: 9 и 10 - половинки надроторной вставки; 14 и 15 поршни; 17 - шток; 25 и 26 - трубопроводы. 29, 32 - каналы в надроторной вставке; 33, 36 - желоба в крышке; 45 и 46 - подпоршневые полости. Стрелками показан подвод воздуха (напр., от компрессора) в цилиндры.Figure 7 shows the case when the gap between the ridge 6 and the inner surface of the lid becomes minimally acceptable - with axial movements of the rotor. Here: 9 and 10 - halves nadrotorny inserts; 14 and 15 pistons; 17 - a stock; 25 and 26 - pipelines. 29, 32 - channels in nadrotorny insert; 33, 36 - grooves in the cover; 45 and 46 are piston cavities. The arrows indicate the air supply (e.g. from the compressor) to the cylinders.

На фигуре 8 приведено в увеличенном масштабе место Е (фиг.7) - сечение по каналу подвода к жиклерам 41, 44. Здесь: 6 - гребень; 7, 8 - крышка; 41, 44 - жиклеры;The figure 8 shows on an enlarged scale the place E (Fig.7) - section along the channel for supplying to the nozzles 41, 44. Here: 6 - comb; 7, 8 - cover; 41, 44 - jets;

29, 32 - каналы в надроторной вставке; 33, 36 желоба в крышке; 37, 40 каналы в крышке.29, 32 - channels in nadrotorny insert; 33, 36 troughs in the lid; 37, 40 channels in the cover.

На фигуре 9 приведено в увеличенном масштабе место Е (фиг.7) - сечение по каналу подвода к жиклерам 42, 43. Здесь: 6 - гребень; 42, 43 - жиклеры; 30, 31 - каналы в надроторной вставке; 34, 35 - желоба в крышке; 38, 39 - каналы в крышке.The figure 9 shows on an enlarged scale the place E (Fig.7) is a section along the supply channel to the nozzles 42, 43. Here: 6 - comb; 42, 43 - jets; 30, 31 - channels in nadrotorny insert; 34, 35 - grooves in the cover; 38, 39 - channels in the cover.

На фигуре 10 стрелками показано возможное перетекание газа через гребень 6 бандажной полки 5. Здесь: 7, 8 - крышка; 9, 10 - надроторная вставка; δ₁ - РЗ, δ - осевой зазор между гребнем и крышкой.In figure 10, the arrows show the possible flow of gas through the ridge 6 of the retaining shelf 5. Here: 7, 8 - cover; 9, 10 - nadrotorny insert; δ ₁ - RE, δ - axial clearance between the ridge and the cover.

На фигуре 11 приведен случай работы системы на установившемся режиме. Здесь: 6 - гребень бандажной полки; 7, 8 - крышка; 9 и 10 - надроторная вставка; 29, 31 - каналы в надроторной вставке; 33, 35 - желоба в крышке; 37, 39 - каналы подвода воздуха к жиклерам 41, 43; стрелками показано течение воздуха.The figure 11 shows the case of the system at steady state. Here: 6 - the crest of the retaining shelf; 7, 8 - cover; 9 and 10 - nadrotorny insert; 29, 31 - channels in nadrotorny insert; 33, 35 - grooves in the cover; 37, 39 - channels for supplying air to the nozzles 41, 43; arrows indicate air flow.

Система работает следующим образом.The system operates as follows.

Монтажный зазор δ₁ между бандажной полкой и надроторной вставкой устанавливается заведомо таким, чтобы в процессе работы двигателя на всех расчетных режимах и соответствующих этому взаимных перемещениях ротора и статора этот зазор оставался в допустимых пределах, исключающих касание ротора и статора. Разумеется, эту величину желательно сделать минимально возможной. Но этот зазор, как указывалось выше, все равно недостаточно мал, и соответствующие перетечки газа через РЗ и связанные с этим потери велики.The mounting gap δ ₁ between the retaining shelf and the rotor insert is set in such a way that during the operation of the engine in all design modes and the corresponding mutual movements of the rotor and stator, this gap remains within acceptable limits, excluding the contact of the rotor and stator. Of course, it is desirable to make this value as small as possible. But this gap, as indicated above, is still not small enough, and the corresponding gas overflow through the RE and the associated losses are large.

Для минимизации этих перетечек газа (и в идеале, сведения их к нулю), гребень 6 бандажной полки 5 через промежуток в надроторных вставках 9 и 10 вводится во внутреннюю полость крышки 7, 8 с минимальным технологическим зазором (0.05-0.1 мм), обеспечивающим его свободное радиальное перемещение в полости крышки. Крышка, состоящая из двух половин 7 и 8 для обеспечения возможности сборки, свободно скользит (в осевом направлении) по наружной поверхности надроторной вставки. Так как осевой зазор δ, составляющий 0.05÷0.1 мм значительно меньше радиального зазора δ₁, находящегося в пределах 0.5÷2.5 мм, и в процессе работы двигателя не изменяется, возможные перетечки газа через гребень, вдвинутый в полость крышки значительно меньше (примерно, на порядок и более), чем через РЗ при существующих системах регулирования РЗ.To minimize these gas flows (and, ideally, reduce them to zero), the ridge 6 of the retaining shelf 5 through the gap in nadrotorny inserts 9 and 10 is introduced into the inner cavity of the cover 7, 8 with a minimum technological gap (0.05-0.1 mm), providing it free radial movement in the lid cavity. The cover, consisting of two halves 7 and 8, to enable assembly, slides freely (in the axial direction) along the outer surface of the rotor insert. Since axial δ gap of 0.05 ÷ 0.1 mm significantly smaller than the radial clearance δ _1, located within 0.5 ÷ 2.5 mm, and during operation of the engine is not changed, the possible Leakage of gas through the comb retracted into the cavity cover significantly less (approximately on order and more) than through RE with existing systems of regulation of RE.

В дальнейшем, при работе двигателя, РЗ может меняться, при этом гребень 6 вдвигается или выдвигается из внутренней полости крышки 7, 8, по-прежнему перекрывая перетечку газа над бандажной полкой 5.In the future, when the engine is running, the RP can change, while the ridge 6 is pushed in or out of the inner cavity of the lid 7, 8, still blocking the gas flow over the retaining shelf 5.

При осевых перемещениях ротора, гребень 6, перемещаясь совместно с ротором, будет двигаться в промежутке между половинами надроторной вставки 9 и 10, увлекая за собой крышку, свободно скользящую по наружной поверхности надроторной вставки.With axial movements of the rotor, the comb 6, moving together with the rotor, will move in the interval between the halves of the nadrotorny inserts 9 and 10, entraining a cover that slides freely on the outer surface of the nadrotorny inserts.

Для предотвращения касания гребня о внутреннюю полость крышки предусмотрено устройство центрирования гребня, которое работает следующим образом (см. фиг.7, 8, 9):To prevent the crest from touching the inner cavity of the lid, a centering device for the crest is provided, which operates as follows (see Figs. 7, 8, 9):

В случае достаточно близкого подхода плоскости гребня 6 к внутренней поверхности полости крышки 7, 8 - на фигурах 7. 8 и 9 это левая (для примера) сторона крышки - перекрывается выход воздуха из жиклера 41, при этом давление в подпоршневой полости 45, связанной с жиклером 41 через каналы 37, желоба 33, каналы 29 и трубопровод 25, повышается и поршень 15 перемещается вправо, перемещая также поршень 14, соединенный штоком 77 с поршнем 15. При этом открывается отверстие подвода воздуха в подпоршневой полости 46. Воздух по трубопроводу 26 поступает в каналы 30 вставок, оттуда в желоба 34, далее по каналу 38 к жиклеру 42 и в полость между крышкой 5 и гребнем 6. Под давлением воздуха крышка 7, 8 отодвигается от гребня 6, предотвращая возможность касания гребня поверхности внутренней полости крышки. Та же картина происходит и при движении гребня 6 в осевом направлении в противоположную сторону (при этом работают трубопроводы и каналы правой стороны), так что в конечном счете гребень 6 устанавливается в нейтральное положение относительно внутренней полости крышки 7, 8.In the case of a sufficiently close approach of the plane of the ridge 6 to the inner surface of the cavity of the lid 7, 8 - in figures 7. 8 and 9 is the left (for example) side of the lid - the air outlet from the nozzle 41 is blocked, while the pressure in the piston cavity 45 associated with the nozzle 41 through the channels 37, the chute 33, the channels 29 and the pipe 25, rises and the piston 15 moves to the right, also moving the piston 14 connected by the rod 77 to the piston 15. This opens the air supply opening in the sub-piston cavity 46. Air enters through the pipe 26 in channels 30 , Thence into trough 34, further through the channel 38 to the nozzle 42 and into the cavity between the cap 5 and groove 6. Under the pressure of the air cap 7, 8 is moved away from the comb 6, preventing the possibility of touching the crest surface of the inner cavity of the cap. The same pattern occurs when the ridge 6 moves axially in the opposite direction (the pipelines and channels of the right side work in this case), so that ultimately the ridge 6 is set to a neutral position relative to the inner cavity of the cover 7, 8.

На установившемся режиме (см. фиг.3, 4, 11) воздух из подпоршневых полостей 45, 47 по трубопроводам 25, 27 поступает в каналы 29, 31 надроторной вставки, затем в желоба 33, 35 крышки и по каналам 37, 39 в крышке через жиклеры 41, 43 во внутреннюю полость крышки 7, 8, создавая в ней повышенное давление, полностью перекрывая утечки газа через РЗ, как показано на фигуре 11.In the steady state (see Figs. 3, 4, 11), air from the piston cavities 45, 47 enters through channels 25, 27 into the channels 29, 31 of the rotor insert, then into the grooves 33, 35 of the cover and through the channels 37, 39 in the cover through the nozzles 41, 43 into the inner cavity of the cover 7, 8, creating an increased pressure in it, completely blocking the gas leakage through the RE, as shown in figure 11.

При этом воздух, вытекающий из-под полости крышки охлаждает бандажную полку и надроторную вставку, что создает благоприятные температурные условия, повышающие ресурс вышеуказанных деталей турбины.In this case, the air flowing out from under the lid cavity cools the retaining shelf and the rotor insert, which creates favorable temperature conditions that increase the life of the above turbine parts.

Таким образом, при любых взаимных перемещениях ротора и статора и соответствующей этому различной величине РЗ, перетекание газа через РЗ будет минимально возможным, так как оно определяется только осевым зазором между гребнем и внутренней поверхностью крышки, а на установившихся режимах перетекание газа через РЗ становится практически нулевым.Thus, for any mutual displacements of the rotor and stator and a corresponding different RP value, gas flow through the RE will be minimally possible, since it is determined only by the axial clearance between the ridge and the inner surface of the lid, and in steady-state conditions the gas flow through the RE becomes practically zero .

Предлагаемая полезная модель за счет значительного сокращения перетекания газа в радиальном зазоре, а на установившихся режимах - полного прекращения перетекания, позволяет увеличить КПД турбины, что скажется на повышении удельных параметров двигателя, а также улучшит охлаждение бандажной полки и верхних сечений лопатки, что увеличит их ресурс.The proposed utility model, due to a significant reduction in gas flow in the radial clearance, and in steady-state conditions, the complete cessation of gas flow, can increase the turbine efficiency, which will increase the specific engine parameters, as well as improve cooling of the retaining shelf and upper sections of the blade, which will increase their resource .

Claims

1. A system for minimizing gas overflow in the radial clearance of the flow part of a turbomachine, comprising:

- a working blade with a retaining shelf, on which there is a crest of sufficient size to enter through the gap between the halves of the nadrotorny insert into the inner cavity of the lid;

- nadrotorny insert, consisting of two halves, so that between them there is a gap for possible movement in the axial direction of the crest of the retaining shelf and having channels for supplying air to the device for centering the position of the crest;

- a cover consisting of two halves, having gutters and air supply channels and freely moving on the outer surface of the nadrotorny insert;

- a device for centering the position of the ridge in the lid cavity, which includes cylinders with pistons connected by rods, as well as pipelines for supplying air to the piston cavities and to the channels of the rotor insert and cover.

2. The system for minimizing gas overflow in the radial clearance of the flow part of the turbomachine according to claim 1, characterized in that the shroud band of the blade has a ridge included in the gap between the halves of the rotor insert in the inner cavity of the cover.

3. The system for minimizing gas flow in the radial clearance of the flow part of the turbomachine according to claim 1, characterized in that the lid, which includes the crest of the retaining shelf, moves along the outer surface of the rotor insert.

4. The system for minimizing gas flow in the radial clearance of the flow part of the turbomachine according to claim 1, characterized in that there is a device for centering the position of the ridge in the lid cavity.

5. The system for minimizing the flow of gas in the radial clearance of the flowing part of the turbomachine according to claim 1, characterized in that air is provided in the inner cavity of the cover.