UA57791C2 - Пристрій для регулювання периферійних радіальних зазорів поміж статором та робочими лопатками газотурбінного двигуна - Google Patents

Abstract

Пристрій для регулювання периферійних радіальних зазорів поміж статором та робочими лопатками турбіни газотурбінного двигуна містить корпус з установленим в ньому регулюючим елементом, закріплені на останньому сегментні вставки, центруючий циліндр, пружні елементи, при цьому регулюючий елемент виконаний у вигляді масивного кільця, теплова інерційність якого при відсутності обдуву повітрям відповідає тепловій інерційності робочого колеса даного ступеня з кільцевим виступом, що сумісно з пружними пластинами-сегментами, установленими в сполучній корпусній деталі, утворює ущільнення осьового зазору поміж регулюючим кільцем та корпусом соплового апарата, центруючий циліндр виконаний єдиною деталлю з регулюючим кільцем, по його внутрішньому діаметру розташовано кільце-екран, який має два кільцевих виступи для розміщення його в корпусних деталях, пази чималої площі для проходу охолоджувального повітря із приймально-роздавальної порожнини, утвореної корпусними деталями, та численні отвори, осі яких орієнтовані на регулююче кільце, що забезпечують струминне охолодження цього кільця, крім того, поміж сегментними вставками і регулюючим кільцем установлений тонкостінний теплозахисний екран.

Description

виступом, що разом із пружними пластинами - сегментами, встановленими в сполучну корпусну деталь, утворює ущільнення осьового зазору між регулюючим кільцем і корпусом соплового апарату, центруючий циліндр виконаний єдиною деталлю з регулюючим кільцем, по його внутрішньому діаметру розташований кільце-екран, який має два кільцевих виступи для розміщення його в корпусних деталях і містить лази для проходу повітря з приймально-роздавальної порожнини та отвори струминного охолодження, бі яких орієнтовані на регулююче кільце, між сегментними вставками і регулюючим кільцем встановлений тонкостінний теплозахисний екран.

Крім того, розміри пазів, а також кількість і діаметри отворів кільця-екрана розраховані з умов забезпечення максимально можливої інтенсивності теплообміну по зовнішній поверхні регулюючого кільця.

Завдяки тому, що теплова інерційність регулюючого кільця при відсутності обдування його охолоджувальним повітрям відповідає тепловій інерційності робочого колеса даного ступеню на зупинках або перед ними при відключенні обдування регулюючого кільця охолоджувальним повітрям зберігаються теплові розширення кільця в той час, як теплові та віддентрові розширення робочого колеса при зупинках знижуються і ПРЗ збільшуються, що виключає врізання робочих лопаток у вставки регулюючого кільця на змінних режимах.

Кільцевий виступ регулюючого кільця, крім того, що разом з пластинами-сегментами забезпечує ущільнення осьового зазору між регулюючим кільцем та корпусними деталями і усуває утікання охолоджувального повітря через цей зазор, дозволяє зменшити площу контакту регулюючого кільця з іншими корпусними деталями і тим самим зменшити перетікання тепла між контактуючими деталями, що при відсутності обдування охолоджувальним повітрям рівносильно теплоїзолюванню регулюючого кільця від інших корпусних деталей.

Виконання центруючого циліндра єдиною деталлю з регулюючим кільцем також зменшує площу контакту регулюючого кільця з іншими корпусними деталями і дозволяє завдяки своїй еластичності регулюючому кільцю розширюватися незалежно від інших корпусних деталей. Крім того, така конструкція забезпечує просте та надійне центрування регулюючого кільця, тобто концентричність внутрішнього діаметра його вставок і зовнішнього діаметра робочих лопаток колеса ступеню що, окрім зменшення теплового розширення регулюючого кільця, являється необхідною складовою надійного регулювання ПРЗ.

Інакше буде мати місце одностороннє врізання робочих лопаток у вставки регулюючого кільця, що приведе до збільшення фактичної величини ПР3З.

Тонкостінний теплозахисний екран дозволяє значно знизити підігрів кільця від більш нагрітих вставок регулюючого кільця.

Кільце-екран з пазами та отворами для охолоджувального повітря завдяки наявності кільцевих виступів є рівновіддаленим від регулюючого кільця, що дає змогу забезпечити рівномірність розподілу коефіцієнтів тепловіддачі по зовнішній поверхні регулюючого кільця та рівномірність розподілу охолоджувального повітря по його окружності, в результаті чого забезпечується рівномірний розподіл температур регулюючого кільця в коловому напрямку, що, в свою чергу, забезпечує концентричність внутрішнього діаметра його вставок і зовнішнього діаметра робочих лопаток колеса і виключає врізання робочих лопаток у вставки регулюючого кільця.

Крім того, кільцеві виступи кільця-екрану та ущільнення усувають витікання (втрати) охолоджувального повітря.

На кресленні зображений пристрій для регулювання периферійних радіальних зазорів, що заявляється, його подовжній розтин.

У силовому корпусі 1 розміщене регулююче кільце 2, виконане єдиною деталлю з центруюючим циліндром 3, що кріпиться в корпусі 1 по посадці в районі правого торця і служить для кріплення і центрівки регулюючого кільця 2 у корпусі. Центруючий циліндр З за рахунок своєї еластичності дозволяє регулюючому кільцю розширюватися незалежно від інших корпусних деталей. Регулююче кільце 2 має кільцевий виступ 4, що разом із пружними пластинами-сегментами 5, встановленими в сполучній корпусній деталі, утворює ущільнення осьового зазору між регулюючим кільцем 2 і корпусними деталями. У регулюючому кільці 2 закріплені сегментні вставки б, внутрішній діаметр яких визначає розмір периферійного радіального зазору 7 над робочими лопатками 8. Концентричність внутрішнього діаметра вставок 6 і зовнішнього діаметра по робочим лопаткам забезпечується виконанням регулюючого кільця і центруючого циліндра у виді єдиної деталі. Для зменшення підігріву регулюючого кільця 2 між сегментними вставками 6 і регулюючим кільцем 2 встановлений тонкостінний теплозахисний екран 9, По внутрішньому діаметру центруючого циліндра 5 розташований кільце-екран 10, що має кільцеві виступи 11 і 12, які утворюють із регулюючим кільцем і корпусом посадкові поверхні і центрують кільце-екран у регулюючому кільці та інших корпусних деталях, чим забезпечують рівновіддаленість кільця-екрана 10 від регулюючого кільця 2 в окружному напрямку.

Крім того, кільце-екран 10 має пази 13 для проходу охолоджувального повітря, подаваного з приймально-роздавальної порожнини 14, утвореної корпусними деталями, а також отвори 15, осі яких орієнтовані на регулююче кільце 2. Отвори 15 забезпечують струминне («душове») охолодження регулюючого кільця. Рівновіддаленість кільця-екрана 10 від регулюючого кільця 2 в окружному напрямку забезпечує рівномірність розподілу коефіцієнтів тепловіддачі по зовнішній поверхні регулюючого кільця і рівномірність розподілу охолоджувального повітря по окружності. Це, у свою чергу, забезпечує рівномірний розподіл температур регулюючого кільця 2 в окружному напрямку.

Пристрій містить також систему каналів 16 для проходу повітря, пружне ущільнення 17 і зовнішні підвідні труби 18.

Пристрій працює у такий спосіб. При роботі двигуна охолоджувальне повітря, що відбирається з компресора через труби 18 подається в приймально-роздавальну порожнину 14, далі через пази 13 і отвори 15 у кільці-екрані 10 повітря обдуває регулююче кільце 2, забезпечуючи інтенсивне струминне («душове») охолодження регулюючого кільця по зовнішньому діаметру, тобто по поверхні максимальної площі. Теплові розширення регулюючого кільця 2 визначають розмір ПРЗ. Тонкостінний теплозахисний екран 9 дозволяє значно знизити підігрів кільця від більш нагрітих вставок 6. Посадкові поверхні по кільцевих виступах 11 і 12 кільця-екрана 10 зводять до мінімуму перетікання повітря повз пази 13 і отвори 15. Прохідна площа пазів 13 повинна бути максимально можливої з метою зменшення втрат тиску охолодного повітря. Кількість і діаметри отворів 15 підбираються таким чином, щоб забезпечувалася максимальна інтенсивність теплообміну по зовнішній поверхні регулюючого кільця для того, щоб температура кільця 2 була близька до температури охолоджувального повітря. При цьому тиск повітря за отворами 15 повинен декілька перевищувати тиск газу в проточній частині за робочими лопатками 8.

Ущільнення, утворене виступом 4 і пластинами 5, а також пружне ущільнення 17 практично усувають втрати охолоджувального повітря по осьових зазорах між регулюючим кільцем 2 і корпусними деталями.

Все повітря після охолодження регулюючого кільця по каналах 16 для проходу повітря надходить на охолодження турбіни, тобто в заявленому пристрої все повітря, призначене для охолодження наступного ступеню турбіни спочатку використовується для охолодження регулюючого кільця. З цієї причини окремий добір повітря власне на регулювання ПРЗ в пристрої виключений.

Важливою особливістю заявленого пристрою є відсутність випуску повітря в проточну частину перед робочими лопатками, тобто в зону більш високого тиску, Це дозволило використовувати для охолодження регулюючого кільця повітря з проміжного ступеню компресора з більш низьким тиском, а отже, і більш низькою температурою.

Виключення врізання робочих лопаток у вставки 6 на перемінних режимах вирішується в такий спосіб.

Регулююче кільце 2 більш масивне, чим у прототипі і його теплова інерційність при відсутності обдування повітрям відповідає тепловій інерційності робочого колеса відповідного ступеню. Виконання підводу повітря на охолодження по зовнішніх трубах 18 дозволяє під час зупинок або перед зупинками відключати обдування регулюючого кільця 2 повітрям і тим самим зберегти теплові розширення кільця 2 у той час, як теплові і віддентрові розширення робочого колеса знижуються і ПРЗ збільшується. Регулююче кільце 2 із вставками б має контакти з іншими корпусними деталями тільки по посадкам центруючого циліндра, виступу 4 і пружному ущільненню 17, Така конструктивна особливість зменшує перетікання тепла між регулюючим кільцем 2 і іншими корпусними деталями і при відсутності обдування рівносильна теплоїзолюванню регулюючого кільця 2 від інших корпусних деталей.

При запусках і швидких наборах потужності струминне охолодження регулюючого кільця 2 також відключається, при цьому кільце та інші деталі пристрою прогріваються від газу з проточної частини, збільшуючи в такий спосіб розмір ПРЗ, що виключає врізання ротора в статор.

Слід зазначити, що заявлений пристрій на цей час успішно пройшов випробування на серійних двигунах ДН8ВОЛ, ДАУ91, ДН7ОЛ, ДИ7ТОП. лодіпря з компресору т , : х ів

Ф7 | й -, 9 Й ра , що і Г-4-- «й г |. й й а

Ж І лк гл ше

І Я Я ни р й " ниж

І - М Й ВІ й слот ; Я ін гіт--0 Ж іс я ел г ши - у і. уаишшт я Ч Б Дн ак Ї І яв у ! динь" нн

Ти 8! в

Фіг.