Високооборотний високотемпературний ступінь турбіни

1. Високооборотний високотемпературний ступінь турбіни, який містить бандажовані робочі лопатки і розташовані над ними в пазах корпуса сегменти і ресивер, що має стінку з перфораційними отворами, який відрізняється тим, що між стінкою ресивера і сегментами утворена порожнина, з боку якої сегменти мають виступи. 2. Ступінь за п. 1, який відрізняється тим, що в сегментах виконані отвори щонайменше в один ряд під кутом до внутрішньої поверхні сегментів так, щоб колова складова швидкості охолоджуваного повітря на виході з отворів складала Cu = (0,4 ¸ 0,8)U , Винахід відноситься до газотурбінних двигунів, зокрема до високотемпературних газових турбін і може бути використаний в енергетичних, морських і авіаційних ГТД. У багатьох конструкціях для зниження напруг від вібрацій і зменшення перетікання газу через радіальні зазори робочі лопатки турбін постачають бандажними полками. Застосування бандажних полок дозволяє істотно підвищити ККД турбінної ступіні [1]. Разом з тим, забезпечення працездатності бандажних полок в умовах високих температур і дії відцентрових сил через обертання ротора вимагає їхнього інтенсивного охолодження. Як правило, для цього використовують повітря з компресора. Відбір повітря на охолодження- бандажних полок знижує виграш по ККД від їхнього застосування, тому питання економії охолодного повітря завжди актуальне. У значній мірі питання економії охолодного повітря вирішується в пристрої, використаному як прототип [2]. У цьому пристрої основна частина охолодного повітря подається на охолодження бандажних полок через отвори в стінці ресивера і сегментах, а незначна, відповідно до опису, подається на загороджувальне охолодження сегментів. Недоліком винаходу є те, що для подачі повітря на охолодження бандажних полок і сегментів необхідно забезпечити точний збіг отворів у сегментах і отворів у стінці ресивера, що у районі місцевих виступів щільно прилягає до сегментів. У противному випадку можливо часткове чи повне перекриття подачі повітря, що приводить до перегріву сегментів, а, головне, - бандажних полок і може привести до виходу з ладу двигуна. Для забезпечення збігів зазначених отворів необхідне застосування спеціальних конструктивних елементів, що ускладнюють конструкцію. Крім того, при неприляганні стінки ресивера до сегментів по усіх виступах (по поверхні А), що цілком може бути обумовлено жолобленням сегментів у роботі, відбувається перерозподіл витрат повітря, що протікає через отвори, які збігаються в сегментах, стінці ресивера і перфораційних отвоpax в стінці. Таким чином, у залежності від перепадів тиску в конкретній конструкції, частина повітря, подаваного на охолодження бандажних полок, через співпадаючі отвори може витікати в зазор між стінкою і сегмен (19) UA (11) 85315 (13) C2 де U - колова швидкість ротора турбіни відносно зовнішнього діаметра бандажних полиць робочих лопаток. 3 85315 тами, а потім - через вибірки на охолодження вставок чи навпаки. У будь-якому випадку робота системи охолодження бандажних полок і сегментів порушується. Ще один недолік полягає в тім, що через безпосередній контакт по поверхні А стінки ресивера і сегментів, що мають безпосередній контакт із проточною частиною, відбувається нагрівання цієї стінки від більш нагрітих сегментів. Усе це істотно знижує надійність даного пристрою. В основу винаходу поставлена задача підвищення надійності й ефективності високооборотної високотемпературної ступіні турбіни, а також спрощення конструкції тракту підведення повітря на охолодження бандажних полок. Поставлена задача зважується тим, що у відомій високооборотній високотемпературній ступіні турбіни, що містить бандажировані робочі лопатки і розташовані над ними в пазах корпуса сегменти і ресивер, який має стінку з перфораційними отворами, згідно до винаходу, між стінкою ресивера і сегментами утворено порожнину, з боку якої сегменти мають виступи, у сегментах виконані отвори в один чи кілька рядів під деяким кутом так, щоб окружна складова швидкості повітря на виході з отворів складала Cu = (0,4 ¸ 0,8)U , де U - окружна швидкість на зовнішньому діаметрі бандажних полок робочих лопаток. Ресивер отворами в корпусі статора з'єднаний безпосередньо з порожниною відбору повітря з компресора. Ресивер і порожнина між стінкою і сегментами з'єднані перфораційними отворами в стінці. Стінка тонка, кріпиться до сегментів за допомогою, наприклад, зварювання. У сегментах виконані отвори, через які повітря з ресивера подається на охолодження бандажних полок. Конфігурація сегментів така, що між стінкою і сегментами утворена порожнина, причому на поверхні сегментів з боку стінки ресивера виконані виступи, що можуть бути опорами для стінки ресивера, а крім того збільшують площу теплообмінної поверхні, що підвищує глибину о холодження сегментів. Перфораційні отвори, виконані в стінці ресивера, призначені для струминного охолодження сегментів, причому для цього використовується все повітря, яке подається на охолодження бандажних полок, що виключає необхідність у розподілі повітря окремо на охолодження сегментів і окремо на охолодження бандажних полок, поліпшується охолодження сегментів. Повітря з порожнини між стінкою ресивера і сегментами через отвори в сегментах подається на охолодження бандажних полок робочих лопаток, при цьому отвори спрямовані так, щоб окружна складова швидкості повітря на виході складала Cu = (0,4 ¸ 0,8)U , де U - окружна швидкість на 4 зовнішньому діаметрі бандажних полок робочих лопаток. Такий напрямок отворів дозволяє знизити температуру гальмування повітря у відносному русі і зменшити вентиляційні втрати в зазорі між сегментами і бандажними полками і, тим самим, поліпшити охолодження, як бандажних полок, так і сегментів. Наявність порожнини між стінкою ресивера і сегментами виключає перекриття отворів у сегментах, що могло б привести до порушення охолодження бандажних полок. На Фіг.1 зображений поздовжній розріз вьісокооборотної високотемпературної ступіні турбіни, на Фіг.2 - вид по стрілці А, на Фіг.3 - один з перетинів Б-Б (перетини аналогічні). У корпусі статора 1 виконаний ресивер 2, що з'єднаний із джерелом охолодного повітря отворами 3. У корпусі статора закріплені сегменти 4. У поглибленнях сегментів закріплена стінка 5 так, що між цією стінкою і сегментами утворена порожнина 6. У стінці ресивера виконані перфораційні отвори 7 для струминного охолодження сегментів (Фіг.1, 2). Сегменти постачені виступами 8, що, з одного боку, збільшують площу теплообміну з боку струминного обдува, а з іншого, можуть служити опорою для стінки ресивера. Конфігурація виступів така, що вони не перешкоджають розтіканню охолодного повітря в порожнині 6. У сегментах 4 виконані отвори 9 в один чи більш рядів, у залежності від конкретної конструкції. Отвори виконані під деяким кутом а (Фіг.3) так, щоб окружна складова швидкості повітря на виході з отворів складала Cu = (0,4 ¸ 0,8)U , де U - окружна швидкість на зовнішньому діаметрі бандажних полок 10 робочих лопаток 11. Пристрій працює в такий спосіб. Охолодне повітря з компресора надходить у ресивер 2 через отвори 3. З ресивера 2 усе повітря через отвори 7 у стінці 5 подається на струминний обдув сегментів 4 у порожнину 6. Потім, з порожнини 6 через отвори 9 усе це повітря подається на охолодження бандажних полок 10. Відповідно до розрахункових оцінок, у високооборотній високотемпературній ступіні, що заявляється можна знизити відбір повітря на охолодження як сегментів, так і бандажних полок, у порівнянні з прототипом, ще не менш чим на 0,20% від витрати повітря на вході в компресор. Джерела інформації: 1. Копелев С.З. Проектирование проточной части турбины авиационных двигателей. - М.: Машиностроение 1984., с.53-54. 2. Патент RU 2081334 С16F01D5/06, опубліковано 1997, Высокотемпературная, высокооборотная ступень турбины высокого давления. 5 Комп’ютерна в ерстка В. Клюкін 85315 6 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601