RU2722241C2 - Роторная лопатка с активным регулированием зазора, роторный узел и способ его работы - Google Patents

Роторная лопатка с активным регулированием зазора, роторный узел и способ его работы Download PDF

Info

Publication number
RU2722241C2
RU2722241C2 RU2017112724A RU2017112724A RU2722241C2 RU 2722241 C2 RU2722241 C2 RU 2722241C2 RU 2017112724 A RU2017112724 A RU 2017112724A RU 2017112724 A RU2017112724 A RU 2017112724A RU 2722241 C2 RU2722241 C2 RU 2722241C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
sealing element
rotor
blades
axis
Prior art date
Application number
RU2017112724A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2017112724A3 (ru
RU2017112724A (ru
Inventor
Дидье Ноэль ДЮРАН
Оливье Жан Даниель БОМА
Николя Даниель ДЕЛАПОРТ
Original Assignee
Сафран Эйркрафт Энджинз
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Сафран Эйркрафт Энджинз filed Critical Сафран Эйркрафт Энджинз
Publication of RU2017112724A publication Critical patent/RU2017112724A/ru
Publication of RU2017112724A3 publication Critical patent/RU2017112724A3/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2722241C2 publication Critical patent/RU2722241C2/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/14Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing
    • F01D11/16Adjusting or regulating tip-clearance, i.e. distance between rotor-blade tips and stator casing by self-adjusting means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • F01D11/12Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part
    • F01D11/122Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator using a rubstrip, e.g. erodible. deformable or resiliently-biased part with erodable or abradable material
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/20Specially-shaped blade tips to seal space between tips and stator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/22Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/32Application in turbines in gas turbines
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Abstract

Роторная лопатка для газотурбинного двигателя выполнена с возможностью вращения вокруг оси. Лопатка содержит тело (170), частично образующее перо, имеющее на радиально внешнем конце верхнюю часть (33, 330), и по меньшей мере один уплотнительный элемент (39). Уплотнительный элемент (39) шарнирно соединён с областью указанной верхней части (33, 330) лопатки посредством механического соединительного звена (37) так, что указанный по меньшей мере один уплотнительный элемент выполнен с возможностью поворота между положением покоя и активным положением. Причем указанный по меньшей мере один уплотнительный элемент (39) выступает в радиальном направлении из верхней части (33, 330) лопатки.Указанный поворот указанного по меньшей мере одного уплотнительного элемента выполняется вокруг оси, поперечной относительно оси вращения роторной лопатки, и ограничен в указанном активном положении расположенным ниже по течению ограничителем, который так расположен, что указанный по меньшей мере один уплотнительный элемент не может повернуться вниз по течению за пределы радиального направления к оси вращения роторной лопатки. Таким образом, уплотнительный элемент сможет уцелеть в случае избыточной радиальной силы, избегая, таким образом, ненадлежащего износа материала, с которым он контактирует, и/или повреждения самого уплотнительного элемента. 5 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Description

Изобретение относится к роторной лопатке для авиационного газотурбинного двигателя, к роторному узлу для газотурбинного двигателя, содержащему множество таких лопаток, к способу работы такого роторного узла и к способу изготовления лопатки.
Предпочтительным газотурбинным двигателем является авиационный турбовентиляторный двигатель.
Европейский патентный документ ЕР 0708227 описывает состояние техники и исследует различные возможные проблемы, касающиеся уплотнения роторных лопаток газотурбинного двигателя.
Таким образом, чтобы обеспечить максимальные эксплуатационные характеристики авиационных газотурбинных двигателей, требуется существенно минимизировать протечку газа между неподвижными и вращающимися частями таких газотурбинных двигателей.
В Европейском патентном документе ЕР 2182174 описан регулятор зазора, где на одном конце лопатки расположено неподвижное уплотнение. Универсальный шарнир, присоединенный к внешнему корпусу, окружающему лопатки, может входить в контакт с указанным неподвижным уплотнением с помощью подвижного механического соединения, содержащего механическое сочленение.
Немецкий патентный документ DE 102004050739 описывает роторную лопатку газотурбинного двигателя, на одном конце которой имеется уплотнение, связанное с областью верхней части лопатки посредством механического соединительного звена, способного радиально перемещаться.
В настоящем документе, относящемся к рассматриваемой технической области, термины «вверх по течению (АМ)» и «вниз по течению (AV)» определяются соответственно как расположение по оси на стороне, откуда основной поток входит в газотурбинный двигатель, и как расположение по оси на стороне, куда направлен этот же поток. Термины "внутренний" и "внешний" определяются радиально относительно оси, вокруг которой указанные роторные элементы вращаются (ось 7 внизу), а термины "осевой" и "радиальный" определяются относительно той же оси 7.
Схематически, вдоль указанной оси в направлении вниз по течению авиационный газотурбинный двигатель, как правило, содержит вентилятор, компрессор низкого давления, компрессор высокого давления, камеру сгорания и последовательно турбины высокого давления и низкого давления.
В частности, каждая турбина содержит неподвижную часть, или статор, и часть, вращающуюся вокруг продольной центральной оси и образующую ротор, также снабженный лопатками.
Таким образом, как известно, турбина 1 низкого давления турбореактивного самолета или турбовинтового двигателя, показанная на фиг. 1, содержит несколько турбинных колес 3, которые расположены последовательно внутри внешнего корпуса 5 и вращаются вокруг центральной оси 7 газотурбинного двигателя, вниз по течению от неподвижного соплового кольца 9, снабженного рядом неподвижных лопаток. Каждое колесо 3 содержит диск 11, на внешней периферии которого расположены подвижные лопатки 13.
Как хорошо видно на фиг. 2, которая также иллюстрирует уровень техники, каждый диск 11 на своей внешней периферии содержит зубцы 23, чередующиеся с канавками или выемками 25, в которые в осевом направлении вставлены хвостовые части 26 лопаток и удерживаются в радиальном направлении, при этом лопатки проходят радиально из выемок 25 в струе 27 кольцевого потока горячего газа, подаваемого из камеры 15 сгорания.
Более конкретно, тело 17 каждой лопатки содержит, в радиальном направлении снаружи к оси, перо 19, платформу 29, проходящую по существу перпендикулярно к оси протяженности лопатки, и стойку 31, соединяющую платформу с хвостовой частью 26 лопатки. Хвостовые части удерживаются в радиальном направлении в выемках 25. Платформы 29 расположены по окружности торец к торцу, образуя вместе внутреннюю базовую границу течения потока горячих газов, циркулирующих в турбине.
Как указывается в упомянутом выше документе ЕР 0708227, каждая лопатка 13 может быть выполнена из волокнистого материала, часть которого вне лопатки образует щетку (или щеточное уплотнение) 21.
Когда лопатка 6 вращается, щетка 21 трется о канал корпуса 5, образующего вокруг лопаток неподвижную круговую оболочку, выполненную из одной или нескольких частей.
Чтобы создать уплотнение, как схематично показано на фиг. 3, ряд блоков 22, выполненных из истираемого материала, прикрепленных изнутри к корпусу 5, могут быть обращены в радиальном направлении к щеточному уплотнению за пределами его внешней периферии.
Изобретение, представленное здесь, является альтернативой такому известному решению, в котором используются щетки и которое может быть трудно осуществимым в промышленности, тем более, что в турбинах низкого давления термические напряжения могут быть дополнительной проблемой. В сущности, следует рассматривать проблему термостойкости щеток, для которых выбор материала является трудным.
Проблему прогнозирования износа между двумя контактирующими частями и планирования технического обслуживания также нужно принять во внимание.
Что касается указанных выше патентных документов ЕР 2182174 и DE 102004050739, нужно также принять во внимание простоту монтажа лопаток и использование решения, которое является практичным с точки зрения осуществления и/или технического обслуживания.
Вот почему настоящее изобретение предлагает лопатку для двигателя, содержащую тело, частично образующее перо, имеющее на радиально внешнем конце верхнюю часть и, по меньшей мере, один уплотнительный элемент, соединенный с областью верхней части лопатки посредством механического соединительного звена, выполненного с возможностью перемещения между положением покоя и активным положением, причем уплотнительный элемент выступает в радиальном направлении из верхней части лопатки, а подвижное механическое соединительное звено содержит механическое сочленение.
Таким образом, уплотнительный элемент сможет уцелеть в случае избыточной радиальной силы, избегая, таким образом, ненадлежащего износа материала, с которым он контактирует, и/или повреждения самого уплотнительного элемента.
Подвижное механическое соединительное звено, содержащее предпочтительно свободное поворотное соединительное звено, обеспечит "саморегулирование", в зависимости от того, вращается лопатка вокруг оси 7 или находится в покое.
Для обеспечения изготовления такой лопатки и его облегчения, предпочтительно, верхняя часть лопатки образует ребро, которое выполнено за одно целое с изготовленной лопаткой или присоединено и прикреплено к ней. В известной степени, ребро является разновидностью малой платформы, которая образует обод вокруг внешнего конца лопатки. Ребра вместе образуют внешнюю границу для течения потока газа, который проходит между лопатками, так как они обычно расположены бок о бок по окружности вокруг набора лопаток, хвостовые части которых прикреплены к центральному диску, приводящему в движение такие лопатки.
Кроме того, чтобы способствовать регулированию износа между контактирующими частями и, следовательно, техническому обслуживанию, также предлагается, что подвижный уплотнительный элемент должен быть изготовлен из композитного материала.
Конструктивно, также предпочтительно, что для указанного подвижного механического соединительного звена:
- уплотнительный элемент может иметь основание, а верхняя часть лопатки может иметь выступ, и
- основание или выступ может образовывать вогнутое гнездо, в которое может быть вставлен выпуклый снаружи фигурный элемент другого из указанных элементов, выступа или основания.
Таким образом обеспечиваются удержание как от перемещения, так и от поворота.
Чтобы облегчить изготовление основания уплотнительного элемента за одно целое в виде сплошного элемента, рекомендуется, чтобы уплотнительный элемент имел выпуклый снаружи фигурный элемент, подвижно размещенный в вогнутом гнезде верхней части лопатки.
Опять, конструктивно, указанное вогнутое гнездо может предпочтительно иметь отверстие, в котором расположен выпуклый снаружи фигурный элемент, при этом кромки указанного отверстия образуют ограничители подвижности внешнего уплотнительного элемента относительно верхней части лопатки. Что касается роторного узла для газотурбинного двигателя, также предлагаемого в данном изобретении, он может включать:
- роторный диск, установленный с возможностью вращения вокруг продольной оси двигателя и имеющий канавки на своей внешней периферии,
- ряд роторных лопаток, таких как описаны выше, каждая из которых прикреплена к роторному диску, и
- неподвижный корпус, имеющий контактные блоки, например, выполненные из истираемого материала и окружающие уплотнительные элементы лопаток, причем уплотнительные элементы выполнены с возможностью перемещения относительно указанных блоков без необходимости в сгибании.
В соответствии с требуемой подвижностью уплотнительного элемента/верхней части лопатки, предложено, что на каждой роторной лопатке указанный или каждый уплотнительный элемент предпочтительно выполнен с возможностью перемещения относительно верхней части лопатки, по меньшей мере, вдоль оси, по существу поперечной оси, вокруг которой вращается роторный диск.
Что касается способа работы такого роторного узла, который является одним из аспектов изобретения, предпочтительно, все указанные подвижные уплотнительные элементы вступают в контакт с контактными блоками, только начиная с заданной скорости вращения лопаток.
Кроме того, в дополнение к этому, или нет, предпочтительно, указанные подвижные уплотнительные элементы наклоняют с переменным наклоном, без необходимости в сгибании относительно контактных блоков,
- на основании, по меньшей мере, одного из следующих параметров: скорости вращения лопаток, температуры по меньшей мере одной из указанных лопаток и охлаждения корпуса, к которому блоки прикреплены изнутри,
- и/или в соответствии с износом истираемого материала, который является более мягким, чем материал, из которого изготовлены уплотнительные элементы.
Что касается изготовления роторной лопатки указанного выше типа, в заявке предлагается следующее:
- в роторной лопатке выполняют вогнутое гнездо, ориентированное поперечно продольной оси лопатки,
- выполняют отдельно все уплотнительные элементы и
- вогнутое гнездо и выпуклый снаружи фигурный элемент соединяют вместе путем задвигания со скольжением.
Предпочтительно такое скольжение должно быть свободным, так чтобы окончательная блокировка предпочтительно достигалась путем упора в соседние лопатки.
Изобретение можно лучше понять, а другие детали, характеристики и преимущества изобретения будут очевидны при чтении следующего описания, данного в качестве не ограничивающего примера, со ссылкой на приложенные чертежи, на которых:
- Фиг. 1, 2 и 3, относящиеся к прототипу, являются, соответственно, схематичным половинным осевым разрезом турбины низкого давления, видом в аксонометрии лопаток, каждая из которых вставлена своим нижним концом в выемку одного из роторных дисков, и видом спереди щеточного уплотнения, как описано в ЕР 0708227;
- Фиг. 4 является осевым частичным схематичным разрезом верхней части лопатки согласно изобретению, расположенной напротив соответствующей части неподвижного корпуса турбины низкого давления в состоянии покоя;
- Фиг. 5 является частичным схематичным видом в аксонометрии той же области, что показана на фиг. 4, при вращении турбины;
- Фиг. 6, 7 являются видами, идентичными фиг. 4, но при вращении турбины, соответственно, с промежуточной скоростью и с высокой скоростью;
- Фиг. 8 изображает альтернативный вариант.
Согласно изобретению и как объяснено выше, решение, показанное здесь, таким образом, требует замены щеточного уплотнения в варианте, показанном на фиг. 1, 3, другим решением, которое не требует изготовления каждой лопатки из композитного материала, как решение, упомянутое в Европейском патентном документе ЕР 0708227.
Фиг. 4 и последующие чертежи схематично иллюстрируют возможные варианты такого решения. Элементы, идентичные элементам на предшествующих чертежах, имеют те же номера позиции, в то время как существующие, но модифицированные части лопаток имеют номера позиции, увеличенные на сто. Таким образом, лопатки 13 имеют номер 130 позиции, который может использоваться для лопаток на фиг. 1, и каждая будет рассматриваться, как схематично показанная на фиг. 2, в том, что касается их внутренней части.
Помимо того факта, что лопатка может быть металлической, например, кованой или литой, каждая роторная лопатка 130, которая, конечно, вращается вокруг оси 7, включает тело 170, частично образующее перо 190, на радиально внешнем конце имеющее верхнюю часть 33, т.е. концевую часть, которая должна быть снабжена по меньшей мере, одним уплотнительным элементом 39 (выполненным за одно целое с верхней частью или присоединенным).
Предпочтительно, верхняя часть 33 каждой лопатки образована ребром 330 или включает его. Возможная иллюстрация этого ребра показана, например более подробно на фиг. 5.
Следовательно, существует малая платформа, которая образует обод на радиально внешнем конце соответствующей лопатки.
Обычно все эти ребра 330 образуют кольцо вокруг расходящихся по радиусам лопаток 190 и направляют течение 27 кольцевого потока наружу.
В последующем описании предполагается, в связи с вариантом, проиллюстрированным на фиг. 4-7, и без ограничения, что такое ребро имеется на каждой лопатке.
Таким образом, за пределами радиально внешнего конца своего ребра, каждая лопатка 130 имеет, по меньшей мере, один, здесь два уплотнительных элемента 39, проходящих так, что свободный конец каждого внешнего уплотнительного элемента может быть более или менее отдален от ребра в радиально наружном направлении, как можно видеть, сравнивая фиг. 4, 6, 7.
Конкретно, эта способность здесь обеспечивается, по меньшей мере, одной, здесь двумя, подвижным механическим соединительным звеном (звеньями) 37, расположенными между, по меньшей мере, одной, здесь двумя, областью (областями) ребра и уплотнительного элемента (элементов) 39.
Таким образом, путем изменения конкретного радиального положения уплотнительного элемента (элементов) 39 с помощью звена (звеньев) 37, можно разместить периферическое уплотнение между каждым ребром 330 и каналом противолежащего корпуса или оболочки, образованным в предпочтительном рассматриваемом примере блоком 22, выполненным из истираемого материала.
Задача прогнозирования износа между обеими контактирующими частями и планирования технического обслуживания будет небольшой проблемой, так как, как показано, каждое подвижное механическое звено 37 имеет механическое сочленение, которое при повороте обеспечивает втягивание соответствующего уплотнительного элемента 39, в случае чрезмерной силы.
В предпочтительном варианте выполнения, показанном на фиг. 4-6, каждое подвижное механическое звено 37, таким образом, содержит шарнирное соединение, и каждое это соединение установлено с возможностью поворота вокруг оси, соответственно, 41а, 41b, по существу, поперечно оси 7.
Кроме того, чтобы конструктивно получить одно или каждое подвижное механическое звено, более конкретно рекомендуется, как схематично показано на фиг. 6 и 8, что:
- уплотнительный элемент 39 должен иметь основание 39а, а ребро 330 - выступ 33а на своей внешней поверхности 33b,
- основание или выступ должен иметь вогнутое гнездо 43, в котором находится выпуклый снаружи фигурный элемент 45 другого из этих элементов, выступа или основания.
Кроме того, чтобы обеспечить хорошую механическую прочность и простое изготовление и обслуживание, рекомендуется, чтобы каждый уплотнительный элемент 39 имел, вместо этого, как показано в вариантах на фиг. 4-7, выпуклое снаружи основание 39а, подвижно входящее в вогнутое гнездо 43 ребра 330.
Радиально снаружи, каждое основание 39а предпочтительно продолжается частью 39b в форме лопасти, которая своим свободным концом может упираться в круглый сектор в поверхность 22а, противолежащую соседнему с ней каналу и в предпочтительном примере, расположенную на блоке 22.
Чтобы обеспечить поворотные перемещения, или, в более общем случае, для обеспечения подвижности внешнего уплотнительного элемента 39 относительно ребра 330, соответствующее вогнутое гнездо 43 должно предпочтительно иметь отверстие 47, в котором может находиться имеющийся выпуклый снаружи фигурный элемент 45.
Кромки каждого отверстия 47 могут образовывать ограничители в боковом направлении для внешнего уплотнительного элемента 39 относительно ребра 330, такие как 49а, 49b на фиг. 6
Как показано на фиг. 4-6, каждое ребро 330 роторной лопатки 130 предпочтительно содержит два внешних уплотнительных элемента 39, один выше по течению, другой ниже по течению, таким образом, образуя двойной барьер.
Чтобы сочетать легкость, механическую прочность и простоту изготовления и обслуживания, также рекомендуется, чтобы каждый уплотнительный элемент 39 был выполнен из композитного материала, такого как керамический матричный композит, или CMC.
Такое решение будет более подходящим и, в отличие от решения со щеткой 21, известного из документа, упомянутого выше, делает возможным подвижность уплотнительных элементов 39 относительно блоков 22, выполненных из истираемого материала, без необходимого сгибания, при этом указанная подвижность не вызывает сгибания.
В состоянии покоя, как показано на фиг. 4, уплотнительные элементы 39 под действием силы тяжести покоятся на одном из ограничителей 49а, 49b.
Напротив, когда ротор вращается, соответствующий уплотнительный элемент 39 поднимается в радиальном направлении, как показано на фиг. 6, 7.
Ограничитель 49b, расположенный ниже по течению, может быть так расположен, что соответствующий уплотнительный элемент 39 не может выйти за пределы радиального направления 51, так что он всегда препятствует потоку газа в направлении вниз по течению в этой области, когда ротор вращается.
Как часть этой операции, кроме того, в этой конструкции подвижные уплотнительные элементы 39 будут предпочтительно наклоняться относительно тела 170 лопатки, и особенно, соответствующего ребра 330, также без необходимого сгибания, и особенно переменным образом, по отношению к соответствующим блокам 22, выполненным из истираемого материала, в зависимости от скорости вращения лопаток 130.
В этом отношении, фиг. 5, 6 показывают, что, относительно положения покоя, проиллюстрированного на фиг. 4, подвижные уплотнительные элементы 39 в рабочем положении более наклонены в наружном направлении и к радиальной оси 51, когда турбина вращается на промежуточной скорости (фиг. 6), чем когда она вращается на более высокой скорости (фиг. 7), конкретно, на полной расчетной скорости (при условии, что уплотнительные блоки 22 находятся в хорошем состоянии). Это происходит благодаря имеющим место различным расширениям и радиальному сближению, которое происходит между ребрами 33 и уплотнительными блоками 22. Следует также заметить, что расстояние между верхними частями лопаток и соответствующим истираемым кольцом, образованным круговым массивом блоков 22, будет зависеть от скорости вращения лопаток, а также от других рабочих условий, таких как ожидаемая мощность двигателя на выходе, зависящая от впрыскивания большего или меньшего количества топлива и/или продолжительности высокой нагрузки и/или высокой скорости вращения турбины.
Таким образом, упомянутое выше расстояние короче на фиг. 7, чем на фиг. 6, и, соответственно, подвижные уплотнительные элементы 39 больше наклонены к радиальному направлению 51 на фиг. 6, чем на фиг. 7.
В этой конструкции те же самые подвижные уплотнительные элементы 39 будут иметь переменный наклон, без необходимого сгибания по отношению к уплотнительным блокам 22, согласно износу истираемого материала. Ограничитель 49, расположенный ниже по течению, расположен так, что соответствующий уплотнительный элемент 39 не может выйти за пределы радиального направления 51, что будет существенно.
Как альтернативное решение для варианта, показанного на фиг. 4-7, фиг. 8 показывает (не предпочтительное) решение, где:
- уплотнительный элемент 39 имеет основание 39а, а ребро 330 имеет выступ 33а на своей внешней поверхности 33b,
- основание образует вогнутое гнездо 43, в котором находится выпуклый снаружи фигурный элемент 45 выступа 33а ребра.
Что касается поворотных уплотнительных элементов 39, монтаж, особенно для показанного шарнирного соединения, может осуществляться путем введения каждого уплотнительного элемента со скользящей посадкой (ось 41а, 41b) при наличии небольшого зазора, необходимого для поворота (предпочтительно свободного поворота), как в случае монтажа соединения типа ласточкиного хвоста. Блокировку с скольжением предпочтительно можно получить при упоре соответствующего уплотнительного элемента в соседние лопатки, как можно понять, глядя на фиг. 5.
Что касается истираемого материала, из которого может быть сделан контактный блок 22, он может быть предпочтительно сделан из более мягкого материала, чем материалы уплотнительных элементов 39. Они могут быть сделаны из керамического матричного композита, или CMC, с теми же преимуществами, что и упомянутые выше.

Claims (28)

1. Роторная лопатка для газотурбинного двигателя, выполненная с возможностью вращения вокруг оси и содержащая:
- тело (170), частично образующее перо, имеющее на радиально внешнем конце верхнюю часть (33, 330), и
- по меньшей мере один уплотнительный элемент (39), шарнирно соединённый с областью указанной верхней части (33, 330) лопатки посредством механического соединительного звена (37) так, что указанный по меньшей мере один уплотнительный элемент выполнен с возможностью поворота между положением покоя и активным положением,
причем указанный по меньшей мере один уплотнительный элемент (39) выступает в радиальном направлении из верхней части (33, 330) лопатки,
отличающаяся тем, что указанный поворот указанного по меньшей мере одного уплотнительного элемента выполняется вокруг оси, поперечной относительно оси вращения роторной лопатки, и ограничен в указанном активном положении расположенным ниже по течению ограничителем, который так расположен, что указанный по меньшей мере один уплотнительный элемент не может повернуться вниз по течению за пределы радиального направления к оси вращения роторной лопатки.
2. Роторная лопатка по п. 1, в которой ее верхняя часть (33, 330) образует ребро (330).
3. Роторная лопатка по п. 1 или 2, в которой шарнирное соединение указанного по меньшей мере одного уплотнительного элемента (39) содержит поворотное соединительное звено.
4. Роторная лопатка по п. 3, в которой для формирования шарнирного соединения:
- уплотнительный элемент (39) имеет основание (39a), а верхняя часть (33, 330) лопатки имеет выступ (33a), и
- основание или выступ образует вогнутое гнездо (43), в котором находится выпуклый снаружи фигурный элемент (45) другого из указанных элементов, выступа или основания.
5. Роторная лопатка по п. 4, в которой основание (39a) имеет выпуклый снаружи фигурный элемент, с возможностью перемещения размещенный в вогнутом гнезде (43) верхней части (33, 330) лопатки.
6. Роторная лопатка по п. 5, в которой вогнутое гнездо (43) имеет отверстие (47), в котором расположен выпуклый снаружи фигурный элемент, для обеспечения подвижности внешнего уплотнительного элемента (39) относительно верхней части (33, 330) лопатки, при этом кромки указанного отверстия образуют ограничители (49a, 49b).
7. Роторный узел для газотурбинного двигателя, содержащий:
- роторный диск (11), установленный с возможностью вращения вокруг оси (7),
- ряд роторных лопаток (130) по одному из пп. 1– 6, каждая из которых прикреплена к роторному диску, причем некоторые из них содержат:
- тело, частично образующее перо, имеющее на радиально внешнем конце верхнюю часть, и
- по меньшей мере один уплотнительный элемент, шарнирно соединённый с областью верхней части лопатки посредством механического соединительного звена, так что указанный по меньшей мере один уплотнительный элемент выполнен с возможностью поворота относительно пера лопатки между положением покоя и активным положением, в котором уплотнительный элемент выступает в радиальном направлении из верхней части лопатки, и
- неподвижный корпус (5), снабжённый блоками (22) для контакта с уплотнительными элементами (39) роторных лопаток, окружённых указанными блоками, при этом указанные уплотнительные элементы (39), таким образом, выполнены с возможностью перемещения относительно указанных блоков,
причем поворот указанного по меньшей мере одного уплотнительного элемента с указанной областью указанной верхней части лопатки ограничен в указанном активном положении расположенным ниже по течению ограничителем, который так расположен, что указанный по меньшей мере один уплотнительный элемент не может повернуться вниз по течению за пределы радиального направления к указанной оси.
8. Роторный узел по п. 7, в котором на каждой роторной лопатке указанный или каждый уплотнительный элемент (39) установлен с возможностью свободного перемещения так, что при вращении роторного диска (11), вращающего лопатки (130), уплотнительные элементы (39) перемещаются в направлении активного положения.
9. Способ работы роторного узла для газотурбинного двигателя по п. 7 или 8, в котором:
- все указанные подвижные уплотнительные элементы (39) роторных лопаток (130) вступают в контакт с контактными блоками (22) только начиная с заданной скорости вращения лопаток и/или
- указанные подвижные уплотнительные элементы (39) роторных лопаток (130) наклоняют с переменным наклоном, без необходимости в сгибании относительно контактных блоков (22), в зависимости от скорости вращения лопаток.
10. Способ работы роторного узла для газотурбинного двигателя по п. 7 или 8, в котором указанные подвижные уплотнительные элементы (39) роторных лопаток (130) наклоняют с переменным наклоном, без необходимости в сгибании относительно контактных блоков (22), в зависимости от по меньшей мере одного из следующих параметров: скорости вращения роторных лопаток, температуры по меньшей мере одной из указанных роторных лопаток и охлаждения неподвижного корпуса (5), к которому блоки (22) прикреплены изнутри.
11. Способ изготовления роторной лопатки для газотурбинного двигателя по п. 4 одному или в комбинации с п. 5 или 6, в котором:
- в роторной лопатке (130) выполняют вогнутое гнездо (43), ориентированное поперечно продольной оси (31) лопатки,
- изготовляют указанный по меньшей мере один уплотнительный элемент (39) и
- соединяют вместе вогнутое гнездо (43) и выпуклый снаружи фигурный элемент (45) путем задвигания со скольжением.
RU2017112724A 2014-10-28 2015-10-22 Роторная лопатка с активным регулированием зазора, роторный узел и способ его работы RU2722241C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR1460356 2014-10-28
FR1460356A FR3027622B1 (fr) 2014-10-28 2014-10-28 Aube de rotor a pilotage de jeu actif, ensemble tournant et son procede de fonctionnement
PCT/FR2015/052844 WO2016066932A1 (fr) 2014-10-28 2015-10-22 Aube de rotor a pilotage de jeu actif, ensemble tournant et son procede de fonctionnement

Publications (3)

Publication Number Publication Date
RU2017112724A RU2017112724A (ru) 2018-11-29
RU2017112724A3 RU2017112724A3 (ru) 2019-04-29
RU2722241C2 true RU2722241C2 (ru) 2020-05-28

Family

ID=52273292

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017112724A RU2722241C2 (ru) 2014-10-28 2015-10-22 Роторная лопатка с активным регулированием зазора, роторный узел и способ его работы

Country Status (8)

Country Link
US (1) US10550712B2 (ru)
EP (1) EP3212897B1 (ru)
CN (1) CN107109958B9 (ru)
BR (1) BR112017008593B1 (ru)
CA (1) CA2963853C (ru)
FR (1) FR3027622B1 (ru)
RU (1) RU2722241C2 (ru)
WO (1) WO2016066932A1 (ru)

Families Citing this family (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3069276B1 (fr) * 2017-07-18 2019-08-02 Safran Aircraft Engines Ensemble d'etancheite pour turbomachine
FR3071538B1 (fr) * 2017-09-27 2020-09-04 Safran Aircraft Engines Aube de rotor pour une turbomachine
FR3073000B1 (fr) * 2017-11-02 2020-10-23 Safran Aircraft Engines Aube mobile d'une turbomachine
FR3078740B1 (fr) * 2018-03-12 2020-04-03 Safran Aircraft Engines Joint d'etancheite dynamique a lechette comprenant une partie active en saillie circonferentiellement limitee
FR3088954B1 (fr) 2018-11-22 2021-01-22 Safran Aircraft Engines Ensemble d’etancheite
FR3095472B1 (fr) * 2019-04-26 2021-06-11 Safran Aircraft Engines Elément de rotor de turbomachine
FR3096722B1 (fr) * 2019-05-29 2021-12-03 Safran Aircraft Engines Joint d’étanchéité dynamique pour turbomachine comprenant une pièce abradable multicouche
GB2614760A (en) * 2022-01-13 2023-07-19 Rolls Royce Plc Turbine for gas turbine engine

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1774029C (ru) * 1990-01-02 1992-11-07 Производственное Объединение Атомного Турбостроения "Харьковский Турбинный Завод" Им.С.М.Кирова Устройство дл регулировани зазоров между ротором и статором турбины
US20050058539A1 (en) * 2003-09-12 2005-03-17 Siemens Westinghouse Power Corporation Turbine blade tip clearance control device
DE102004050739A1 (de) * 2004-10-19 2006-04-20 Mtu Aero Engines Gmbh Turbomaschine, insbesondere Gasturbine
US20090252602A1 (en) * 2008-04-08 2009-10-08 Siemens Power Generation, Inc. Turbine blade tip gap reduction system
US20090269189A1 (en) * 2008-04-23 2009-10-29 Rolls-Royce Plc Fan blade
EP2182174A2 (en) * 2008-10-29 2010-05-05 General Electric Company Steam turbine with pressure activated sealing device

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2724412B1 (fr) 1994-09-14 1996-10-25 Snecma Aube de turbomachine en materiau composite munie d'un joint d'etancheite et son procede de realisation
US6161836A (en) * 1998-08-25 2000-12-19 General Electric Company Brush seal and rotary machine containing such brush seal
US6966755B2 (en) * 2004-02-09 2005-11-22 Siemens Westinghouse Power Corporation Compressor airfoils with movable tips
US9771870B2 (en) * 2014-03-04 2017-09-26 Rolls-Royce North American Technologies Inc. Sealing features for a gas turbine engine

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU1774029C (ru) * 1990-01-02 1992-11-07 Производственное Объединение Атомного Турбостроения "Харьковский Турбинный Завод" Им.С.М.Кирова Устройство дл регулировани зазоров между ротором и статором турбины
US20050058539A1 (en) * 2003-09-12 2005-03-17 Siemens Westinghouse Power Corporation Turbine blade tip clearance control device
DE102004050739A1 (de) * 2004-10-19 2006-04-20 Mtu Aero Engines Gmbh Turbomaschine, insbesondere Gasturbine
US20090252602A1 (en) * 2008-04-08 2009-10-08 Siemens Power Generation, Inc. Turbine blade tip gap reduction system
US20090269189A1 (en) * 2008-04-23 2009-10-29 Rolls-Royce Plc Fan blade
EP2182174A2 (en) * 2008-10-29 2010-05-05 General Electric Company Steam turbine with pressure activated sealing device

Also Published As

Publication number Publication date
CN107109958B (zh) 2020-01-31
US20170335709A1 (en) 2017-11-23
BR112017008593B1 (pt) 2022-08-30
CN107109958B9 (zh) 2020-04-10
FR3027622B1 (fr) 2018-11-09
EP3212897A1 (fr) 2017-09-06
US10550712B2 (en) 2020-02-04
RU2017112724A3 (ru) 2019-04-29
EP3212897B1 (fr) 2018-07-18
WO2016066932A1 (fr) 2016-05-06
RU2017112724A (ru) 2018-11-29
CA2963853C (fr) 2023-01-03
BR112017008593A2 (pt) 2018-03-27
FR3027622A1 (fr) 2016-04-29
CN107109958A (zh) 2017-08-29
CA2963853A1 (fr) 2016-05-06

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2722241C2 (ru) Роторная лопатка с активным регулированием зазора, роторный узел и способ его работы
RU2712560C2 (ru) Ротационный узел для турбинного двигателя, содержащего самоподдерживающийся кожух ротора
US8376697B2 (en) Gas turbine sealing apparatus
US8162598B2 (en) Gas turbine sealing apparatus
KR100733175B1 (ko) 환형 터빈 밀봉체 및 회전 기계
US8075256B2 (en) Ingestion resistant seal assembly
US8388309B2 (en) Gas turbine sealing apparatus
JP5879084B2 (ja) ターボ機械シール組立体
US10480338B2 (en) Bladed rotor arrangement including axial projection
US8388310B1 (en) Turbine disc sealing assembly
US20120230818A1 (en) Airfoil and corresponding guide vane, blade, gas turbine and turbomachine
US20080008574A1 (en) Leakage flow control and seal wear minimization system for a turbine engine
US9562441B2 (en) Turbo machine with a device for preventing a segment of nozzle guide vanes assembly from rotating in a casing; rotation-proofing peg
JP2008014305A (ja) ガスタービンエンジン、ロータおよびその作動方法
JP6072930B2 (ja) アンダーラップ端部を有するベリーシール
CN101131101A (zh) 天使翅膀形耐磨的密封件和密封方法
US20090014964A1 (en) Angled honeycomb seal between turbine rotors and turbine stators in a turbine engine
EP2636851B1 (en) Turbine assembly and method for supporting turbine components
CA2600788A1 (en) Turbine blade tip gap reduction system for a turbine engine
EP2636850B1 (en) Stator of a gas turbine
EP1918523B1 (en) Rotor blade and corresponding turbine engine
JP2012521511A (ja) 軸方向に変位可能なガイドベーンキャリアを有する軸流ターボ機械
US20110182721A1 (en) Sealing arrangement for a gas turbine engine