Підшипникова опора ротора газової турбіни

Винахід стосується конструкції підшипникової опори ротора газової турбіни, що має ознаки обмежувальної частини формули винаходу. У відомих газотурбінних установках [К. Лехнер/Й. Зойме, "Стаціонарні газові турбіни", видавництво Шпрінгер, 2003, сторінки 720-723 (Ch. Lechner/J. Seume, Stationare Gasturbinen, Springer-Verlag, 2003, Seiten 720-723)] упорний підшипник для аксіальної фіксації ротора розміщений у вхідній зоні компресора. Таке розміщення вибирають завжди, оскільки у вхідній зоні компресорної частини займана площа порівняно сприятлива і там забезпечений простий доступ до упорного підшипника. Оскільки упорний підшипник порівняно з радіальним несучим підшипником потребує значно більшої кількості масла, трубопроводи підведення і відведення масла у вхідній зоні компресорної частини можуть бути розміщені порівняно просто. Під час експлуатації газової турбіни відбувається нагрівання конструктивних елементів. Різна міра нагрівання конструктивних елементів призводить до аксіальних відносних зміщень між компонентами ротора і статора газової турбіни. Аксіальні відносні зміщення зростають з відстанню конструктивного елемента турбіни від упорного підшипника і в разі безбандажних і конічних лопаток ведуть до збільшення зазору між робочою лопаткою і статорною стінкою при переході від стану спокою до робочого стану газової турбіни. В основі винаходу лежить задача розробки такої конструкції підшипникової опори ротора турбіни, яка забезпечує зменшення відносних видовжень між ротором і статором турбіни і, таким чином, зменшення зазору між цими елементами турбіни. Відповідно до винаходу задача вирішена у підшипниковій опорі з відмітними ознаками формули винаходу. Переважні форми виконання винаходу відображені у додаткових пунктах формули винаходу. Хоча досі були усі підстави для розміщення упорного підшипника у вхідній зоні компресорної частини газової турбіни, згідно з винаходом з метою підвищення коефіцієнта корисної дії було перенесено в зону турбінної частини. Внаслідок такого розміщення упорного підшипника мінімізуються аксіальні видовження деталей турбіни. Завдяки цьому зменшується зазор між робочими лопатками і стінкою статора, що встановлюється під час переходу від стану спокою до робочого стану турбіни. Зменшення зазору веде до зменшення втрат потоку і, таким чином, до підвищення коефіцієнта корисної дії турбіни. Одночасно необхідна для упорного підшипника більша кількість масла в гарячій зоні турбінної частини може бути використана для більш інтенсивного охолодження корпуса підшипника. Таке більш інтенсивне охолодження корпуса підшипника сприяє задовільненню вимоги підвищення температури на вході турбіни. Упорний підшипник і несучий підшипник в зоні турбінної частини в принципі можуть бути виконані окремо. Одначе доцільнішим є їх сумісне розміщення в зоні турбінної частини. Підшипники можуть бути виконані переважно у вигляді підшипників з самосумісними сегментами або підшипників ковзання. Крім того, можуть бути використані також магнітні підшипники, що не потребують змащування. В разі спеціальних конструкцій несучі підшипники можуть бути виконані у вигляді багатоклинових підшипників ковзання, а упорний підшипник - у вигляді підшипника з самоустановними сегментами. Нижче винахід докладніше пояснюється з використанням прикладу виконання, представленого на ілюстраціях. На них схематично зображено: Фіг.1. половинний переріз газової турбіни, Фіг.2. у вигляді фрагмента: розміщення підшипника у турбінній частині, Фіг.3 робоча лопатка у стані спокою турбіни, Фіг.4 робоча лопатка у робочому стані турбіни. Газова турбіна складається із компресорної частини 1, камери 2 згоряння і турбінної частини 3. Всередині корпуса 4 турбіни обертається ротор 5, який у компресорній частині 1 і в турбінній частині 3 складається із дисків 6, 7. Диски 6 компресорної частини 1 болтом 8 з'єднані між собою, а також з кінцевою частиною 9 і з середньою частиною 10 ротора. Диски 7 турбінної частини 3 також пропущеним крізь них болтом 11 з'єднані між собою і з середньою частиною 10 ротора. По обхвату дисків 6, 7 встановлені робочі лопатки 12, 13 між робочими лопатками 12, 13 встановлені напрямні лопатки 14, 15, закріплені на стінці корпуса 4 турбіни. Ротор 5 встановлений на двох радіальних несучих підшипниках 16, 17. Несучий підшипник 16 розміщений у вхідній зоні 18 компресорної частини 1 і охоплює кінцеву частину 9 ротора 5, а інший несучий підшипник 17 розміщений в зоні турбінної частини 3 і охоплює середню частину 10 ротора. Крім того, в зоні турбінної частини 3 розміщений упорний підшипник 19, який сприймає аксіальне навантаження ротора 5. Підшипники постачаються мастильним маслом, яке через маслопровідні отвори і підвідні і відвідні маслотрубопроводи подається з боку турбінної частини 3. Одночасно мастильне масло служить для інтенсивного охолодження підшипникової опори. Підшипникова опора містить переважно підшипники з самоустановними сегментами. Одначе можуть бути використані також багатоклиновий підшипник ковзання, підшипник кочення, магнітний підшипник чи інші типи підшипників. Завдяки тому, що упорний підшипник 19 на відміну від раніших конструкцій розміщений у гарячій турбінній частині 3, зумовлене нагріванням аксіальне видовження ротора 5 обмежується. Перевага такого конструктивного рішення схематично проілюстрована на Фіг.3 і Фіг.4. Робочі лопатки 13 турбінної частини 3 виконані конічними і без зовнішнього бандажу. Між вершинами обертальних робочих лопаток 13 і стінкою нерухомого корпуса 4 турбіни у стані спокою газової турбіни є зазор 20 певної величини Dr (Фіг.3). При переведенні газової турбіни із стану спокою в робочий стан ротор 5 внаслідок нагрівання зазнає видовження DΙ в аксіальному напрямку. В разі, коли - як передбачено згідно з винаходом - упорний підшипник 19 встановлений у прилеглій до компресорної частини 1 турбінній частині 3, аксіальне видовження DΙ ротора веде до збільшення зазору між конічними робочими лопатками 13 і корпусом 4 турбіни на величину Dr* з отриманням сумарного значення зазору Dr/. Таке збільшення зазору 20 призводить до втрат потоку і, тим самим, до зменшення коефіцієнта корисної дії газової турбіни. Завдяки відповідному винаходові розміщенню упорного підшипника 19 у зоні турбінної частини 3, збільшення зазору 20 внаслідок теплового видовження ротора 5 може утримуватися у меншому діапазоні, завдяки чому досягається покращення коефіцієнта корисної дії газової турбіни.