RU2514987C1

RU2514987C1 - High-pressure turbine stator

Info

Publication number: RU2514987C1
Application number: RU2013109602/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Константинович Сычев; Владимир Михайлович Язев; Валерий Алексеевич Кузнецов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2013-03-04
Filing date: 2013-03-04
Publication date: 2014-05-10

Abstract

FIELD: machine building.

SUBSTANCE: turbine stator comprises distributor support and resilient flange front end face and diaphragm, all being arranged on combustion chamber inner housing. Diaphragm outer radial rib is bolted to distributor support. Diaphragm inner radial rib is bolted to inner and outer cellular flanges and to resilient flange rear end face. Diaphragm central part between outer and inner ribs is radially resilient and cylindrical in cross-section as well as bulged towards cellular flange. L-like-cross-section flange is arranged between resilient flange and distributor support to make a slotted ring chamber. Said circular chamber outlet is communicated with combustion chamber air space while, via distributor support channel, with the stator air space composed by distributor support, resilient flange and diaphragm. Ratio between spacing between diaphragm bolt joints and radius of inner cylindrical surface makes 3…4.

EFFECT: higher reliability.

1 dwg

Description

Изобретение относится к статорам турбин высокого давления газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.The invention relates to stators of high pressure turbines of gas turbine engines for aviation and ground applications.

Известен статор турбины высокого давления, в котором внешний и внутренний сотовые фланцы лабиринтных уплотнений системы подвода охлаждающего воздуха на первую рабочую лопатку турбины закреплены болтовым соединением на внутреннем корпусе камеры сгорания (патент RU №2443882, F02C 7/12, 2010 г.).A known stator of a high-pressure turbine, in which the external and internal honeycomb flanges of the labyrinth seals of the cooling air supply system to the first turbine blade, are bolted to the internal housing of the combustion chamber (patent RU No. 2443882, F02C 7/12, 2010).

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность, так как внутренний корпус камеры сгорания, имеющий значительные радиальные перемещения вследствие повышенной температуры, вызывает пластическую деформацию более холодных сотовых фланцев статора турбины.A disadvantage of the known design is its low reliability, since the internal housing of the combustion chamber, which has significant radial displacements due to elevated temperature, causes plastic deformation of the colder honeycomb flanges of the turbine stator.

Наиболее близким к заявляемому является статор турбины высокого давления, в котором внешний и внутренний сотовые фланцы лабиринтных уплотнений системы подвода охлаждающего воздуха на первую рабочую лопатку турбины закреплены болтовым соединением на корпусе подшипниковой опоры, а диафрагма между внешним сотовым фланцем и опорой первого соплового аппарата выполнена конической (патент RU №2261350, F02C 7/06, 7/12, 2003 г.).Closest to the claimed one is a high-pressure turbine stator, in which the outer and inner honeycomb flanges of the labyrinth seals of the cooling air supply system to the first turbine blade are bolted to the bearing housing, and the diaphragm between the outer honeycomb flange and the support of the first nozzle apparatus is conical ( RU patent No. 2261350, F02C 7/06, 7/12, 2003).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за разницы температур внешнего и внутреннего сотовых фланцев, конусной диафрагмы и подшипниковой опоры. Из-за значительных термических деформаций конической диафрагмы дополнительную нагрузку испытывают как болты крепления сотовых фланцев, так и болты крепления диафрагмы к опоре первого соплового аппарата, что приводит к их поломке. Недостатком конструкции являются также повышенные гидравлические потери подводимого по трубам в воздушную полость статора охлаждающего воздуха.A disadvantage of the known design adopted as a prototype is its low reliability due to the temperature difference between the external and internal honeycomb flanges, the conical diaphragm and the bearing support. Due to significant thermal deformations of the conical diaphragm, both the mounting bolts of the honeycomb flanges and the mounting bolts of the diaphragm to the support of the first nozzle apparatus experience an additional load, which leads to their breakdown. The design drawback is also the increased hydraulic losses of the cooling air supplied through the pipes into the air cavity of the stator.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности статора турбины высокого давления путем уменьшения нагрузки на болтовые соединения крепления диафрагмы к опоре соплового аппарата и к внешнему сотовому фланцу и путем уменьшения деформации внешнего и внутреннего сотовых фланцев, а также в снижении гидравлических потерь подводимого в воздушную полость охлаждающего воздуха.The technical result of the claimed invention is to increase the reliability of the stator of a high-pressure turbine by reducing the bolt load on the diaphragm mounts to the nozzle support and the external honeycomb flange and by reducing the deformation of the external and internal honeycomb flanges, as well as reducing the hydraulic losses of the cooling air.

Указанный технический результат достигается тем, что в статоре турбины высокого давления, состоящем из установленных на внутреннем корпусе камеры сгорания опоры соплового аппарата и переднего хвостовика упругого фланца, а также из диафрагмы, закрепленной болтовым соединением внешним радиальным ребром на опоре соплового аппарата, а внутренним радиальным ребром болтовым соединением с внешним и внутренним сотовыми фланцами и с задним хвостовиком упругого фланца, центральная часть диафрагмы между внешним и внутренним ребрами выполнена упругой в радиальном направлении и цилиндрической в поперечном сечении, при этом выпуклой в сторону внешнего сотового фланца, а между упругим фланцем и опорой соплового аппарата установлен Г-образный в поперечном сечении фланец, образующий совместно с опорой соплового аппарата щелевую кольцевую полость, на входе соединенную с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе через каналы в опоре соплового аппарата - с воздушной полостью статора, образованной опорой соплового аппарата, упругим фланцем и диафрагмой, при этом отношение L/R=3...4, где L - расстояние между болтовыми соединениями крепления диафрагмы; R - радиус цилиндрической внутренней поверхности диафрагмы.The specified technical result is achieved by the fact that in the stator of the high-pressure turbine, which consists of the nozzle support and the front end of the elastic flange mounted on the internal housing of the combustion chamber, as well as from the diaphragm, bolted to the nozzle by the outer radial rib and the inner radial rib bolted to the outer and inner honeycomb flanges and to the rear shank of the elastic flange, the central part of the diaphragm between the outer and inner ribs radially elastic and cylindrical in cross section, while convex towards the outer honeycomb flange, and between the elastic flange and the nozzle support, a L-shaped cross section is installed, which together with the nozzle support supports a slotted annular cavity at the input connected to the air cavity of the combustion chamber, and at the outlet through the channels in the nozzle support, with the stator air cavity formed by the nozzle support, an elastic flange and a diaphragm, the ratio L / R = 3 ... 4 where L is the distance between the bolt connections of the diaphragm; R is the radius of the cylindrical inner surface of the diaphragm.

Выполнение центральной части диафрагмы между внешним и внутренним ребрами упругой в радиальном направлении позволяет за счет радиальной упругости диафрагмы снизить деформацию внешнего и внутреннего сотовых фланцев, а также исключить работу на срез болтов в болтовых соединениях диафрагмы с опорой соплового аппарата и с сотовыми фланцами.The implementation of the Central part of the diaphragm between the outer and inner ribs is elastic in the radial direction, due to the radial elasticity of the diaphragm, to reduce the deformation of the outer and inner honeycomb flanges, and also to exclude work on shear bolts in the bolted joints of the diaphragm with the support of the nozzle apparatus and with the honeycomb flanges.

Выполнение центральной части диафрагмы цилиндрической в поперечном сечении, выпуклой в сторону внешнего сотового фланца снижает напряжения и осевую деформацию диафрагмы под действием избыточного давления охлаждающего воздуха в полости статора турбины, образованной опорой соплового аппарата, диафрагмой и промежуточным упругим фланцем, а также исключает работу болтов в болтовых соединениях крепления диафрагмы на изгиб.The execution of the Central part of the diaphragm cylindrical in cross section, convex towards the outer honeycomb flange reduces stress and axial deformation of the diaphragm under the influence of excessive pressure of cooling air in the turbine stator cavity formed by the nozzle support, the diaphragm and the intermediate elastic flange, and also excludes the operation of bolts in bolted bend fastener connections.

Установка между упругим фланцем и опорой соплового аппарата Г-образного в поперечном сечении фланца, образующего совместно с опорой соплового аппарата щелевую кольцевую полость, соединенную на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе через каналы в опоре соплового аппарата - с воздушной полостью статора, образованной опорой соплового аппарата, упругим фланцем и диафрагмой, позволяет снизить гидравлические потери и повысить давление охлаждающего воздуха в воздушной полости статора, а также снизить количество загрязняющих частиц, поступающих с воздухом в воздушную полость статора.The installation between the elastic flange and the support of the nozzle apparatus of the L-shaped in the cross section of the flange, forming together with the support of the nozzle apparatus a slotted annular cavity connected at the inlet to the air cavity of the combustion chamber, and at the outlet through the channels in the support of the nozzle apparatus, with the air cavity of the stator, formed by the support of the nozzle apparatus, the elastic flange and the diaphragm, allows to reduce hydraulic losses and increase the pressure of cooling air in the stator air cavity, as well as reduce the amount of pollutants x particles entering the stator air cavity with air.

При L/R<3 снижается надежность диафрагмы из-за концентрации напряжений в местах перехода от цилиндрической к радиальной части диафрагмы.At L / R <3, the reliability of the diaphragm decreases due to the concentration of stresses at the points of transition from the cylindrical to the radial part of the diaphragm.

При L/R>4 снижаются упругие свойства диафрагмы в радиальном направлении.At L / R> 4, the elastic properties of the diaphragm in the radial direction decrease.

На чертеже изображен продольный разрез статора турбины высокого давления.The drawing shows a longitudinal section of the stator of the high pressure turbine.

Статор турбины высокого давления 1 состоит из установленных на внутреннем корпусе 2 камеры сгорания 3 опоры 4 соплового аппарата, Г-образного в поперечном сечении фланца 5 и упругого промежуточного фланца 6, а также диафрагмы 7, внешним радиальным ребром 8 соединенной болтовым соединением 9 с опорой 4 соплового аппарата, а внутренним радиальным ребром 10 соединенной болтовым соединением 11 с внешним сотовым фланцем 12, с внутренним сотовым фланцем 13 и с задним хвостовиком 14 промежуточного упругого фланца 6.The stator of the high-pressure turbine 1 consists of a support 4 of the nozzle apparatus mounted on the inner case 2 of the combustion chamber 3, an L-shaped cross section of the flange 5 and an elastic intermediate flange 6, as well as a diaphragm 7, an external radial rib 8 connected by a bolt connection 9 to the support 4 nozzle apparatus, and an inner radial rib 10 connected by a bolt connection 11 with an external honeycomb flange 12, with an internal honeycomb flange 13 and with a rear shank 14 of the intermediate elastic flange 6.

Г-образный фланец 5 и опора 4 соплового аппарата совместно образуют кольцевую щелевую полость 15, соединенную на входе с воздушной полостью 16 камеры сгорания 3, а на выходе через каналы 17 в опоре 4 - с воздушной полостью 18 высокого давления статора турбины 1, ограниченной опорой 4, упругим фланцем 6 и диафрагмой 7. Поток воздуха 19 в воздушной полости 16 камеры сгорания 3 несет с собой загрязняющие частицы 20, которые на входе в щелевую полость 15 вследствие резкого поворота потока проходят мимо щелевой полости 15 и уходят в проточную часть турбины (не показано), что способствует очищению охлаждающего воздуха в полости 18.The L-shaped flange 5 and the support 4 of the nozzle apparatus together form an annular slot cavity 15 connected at the inlet to the air cavity 16 of the combustion chamber 3, and at the outlet through the channels 17 in the support 4, to the high-pressure air cavity 18 of the turbine stator 1, limited by the support 4, by an elastic flange 6 and a diaphragm 7. The air flow 19 in the air cavity 16 of the combustion chamber 3 carries with it polluting particles 20, which, as a result of a sharp turn of the flow, pass past the slot cavity 15 and enter the turbine flow section (not P It thought) that facilitates purification of the cooling air in the cavity 18.

Диафрагма 7 в центральной своей части 21 выполнена упругой в радиальном направлении и цилиндрической в поперечном сечении, выпуклой в сторону внешнего сотового фланца 12 и в сторону воздушной полости пониженного давления 22, расположенной между опорой 4 соплового аппарата и внешним сотовым фланцем 12.The diaphragm 7 in its central part 21 is made elastic in the radial direction and cylindrical in cross section, convex towards the outer honeycomb flange 12 and toward the air cavity of reduced pressure 22 located between the support 4 of the nozzle apparatus and the outer honeycomb flange 12.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

При работе статора турбины высокого давления 1 диафрагма 7, выполненная выпуклой в поперечном сечении в сторону полости пониженного давления 22, испытывает под действием перепада давления минимальную деформацию, что повышает циклическую долговечность болтов 23 в болтовом соединении 9 и болтов 24 в болтовом соединении 11.When the stator of the high-pressure turbine 1 is operating, the diaphragm 7, made convex in cross section towards the cavity of the reduced pressure 22, experiences minimal deformation under the influence of the differential pressure, which increases the cyclic durability of the bolts 23 in the bolt connection 9 and the bolts 24 in the bolt connection 11.

Claims

The stator of the high-pressure turbine, consisting of the nozzle support and the front end of the elastic flange mounted on the internal housing of the combustion chamber, as well as from the diaphragm bolted to the nozzle by the outer radial rib and the bolt to the inner and outer honeycomb by the inner radial rib and with a rear shank of the elastic flange, characterized in that the Central part of the diaphragm between the outer and inner ribs is made elastic in the radial direction and cylindrical in cross section, while convex towards the outer honeycomb flange, and between the elastic flange and the nozzle support, a L-shaped cross section is installed, which forms, together with the nozzle support, a slotted annular cavity connected at the inlet to the combustion chamber air cavity, and at the exit through the channels in the nozzle support, with the stator air cavity formed by the nozzle support, an elastic flange and a diaphragm, the ratio L / R = 3 ... 4, where L is the distance between the bolt diaphragm mount connections; R is the radius of the cylindrical inner surface of the diaphragm.