Ступінь газової турбіни

1. Ступінь газової турбіни, який містить ротор, кожна робоча лопатка якого оснащена бандажною полицею, статор із принаймні одним лабіринтовим гребінцем, що утворює з бандажною полицею робочої лопатки гребінцеве ущільнення, який відрізняється тим, що кожний з лабіринтових гребінців статора виконаний гофрованим з тупим кутом при вершині гофра, а зовнішня поверхня бандажної 3 35779 ндажної полиці та швидкість газу на ній, відповідно. Бандажна полиця, виконана з внутрішніми каналами, має збільшені габарити та масу і, отже, виникає додаткове навантаження на такі елементи конструкції ротора як перо, замкове з'єднання лопатки з диском та диск. Найбільш близькою за технічною суттю до технічного рішення, що заявляється, є ступінь газової турбіни, який містить ротор, кожна робоча лопатка якого оснащена бандажною полицею, статор із принаймні одним лабіринтовим гребінцем, що утворює з бандажною полицею робочої лопатки гребінцеве ущільнення [див. «Газовые турбины двигателей летательных аппаратов», В.И. Локай, М.К. Моксутова, В.А. Стрункий; М, «Ма шиностроение», 1979г., стр.396-398]. У відомому пристрої лабіринтові гребінці виконані на статорі у вигляді прямих гребінців, де радіальний зазор максимально наближений до бандажної полиці робочої лопатки. Такий ступінь газової турбіни використовується при виготовленні двигунів як закордонними фірмами, наприклад, фірмою «Pratt Whitney» на двигунах J57, так і у вітчизняному авіабудуванні. У відомому пристрої лабіринтові гребінцеві ущільнення не можуть бути виконані припрацьованими, тому що при торканні вершин гребінців по зовнішній поверхні бандажної полиці робочої лопатки відбувається локальний перегрів останньої до температури, близької до температури плавлення. При цьому спостерігається приварювання тертьових елементів, наволокування металу, задири поверхні полиці лопатки та утворення тріщин, що ведуть до р уйнування турбіни. Для гарантованого запобігання тертя елементів ротора та статора і запобігання руйнуванню елементів ступеня радіальні зазори між ними необхідно виконувати великими, що призводить до низького ККД ступеня. В основу корисної моделі поставлена задача удосконалення ступеня газової турбіни шляхом нового конструктивного виконання елементів ступеня, а також нового їх взаємного розташування та нової форми виконання елементів, що призводить до оптимізації розмірів радіального зазору між ротором та статором ступеня газової турбіни за рахунок введення припрацьованих елементів, а це забезпечує зниження температури бандажної полиці та підвищення коефіцієнта корисної дії ступеня, спрощує процес виготовлення та ремонту елементів конструкції пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що в ступені газової турбіни, який містить ротор, кожна робоча лопатка якого оснащена бандажною полицею, статор із принаймні одним лабіринтовим гребінцем, що утворює з бандажною полицею робочої лопатки гребінцеве ущільнення, новим, відповідно до корисної моделі, є те, що кожний з лабіринтових гребінців статора виконаний гофрованим з тупим кутом при вершині гофру, а зовнішня поверхня бандажної полиці кожної лопатки під кожним гребінцем статора виконана циліндричною. 4 Новим є також те, що статор виконаний з принаймні однією кільцевою канавкою, в якій закріплений лабіринтовий гребінець. Новим є також те, що зовнішня поверхня бандажної полиці кожної лопатки, виконаної з конусною поверхнею проточної частини, має ступінчасту форму в напрямку осі циліндричних поверхонь бандажної полиці. Новим є також те, що в кожній бандажній полиці виконано не менше одного каналу, що з'єднує торцеву поверхню сходинки з поверхнею проточної частини бандажної полиці. Причинно-наслідковий зв'язок між сукупністю суттєвих ознак пристрою та технічним результатом, що досягається, полягає в тому, що заявлене конструктивне виконання ступеня газової турбіни, а саме те, що: - статор виконаний із принаймні одним гофрованим лабіринтовим гребінцем з тупим кутом при вершині гофру, - зовнішня поверхня бандажної полиці кожної лопатки під кожним гребінцем статора виконана циліндричною; - статор виконаний з принаймні однією кільцевою канавкою, в якій закріплений лабіринтовий гофрований гребінець в сукупності з відомими ознаками забезпечує оптимізацію розмірів радіального зазору між ротором та статором ступеня газової турбіни. Заявлене виконання елементів ступеня дозволяє зробити лабіринтовий гофрований гребінець, виконаний на статорі, таким, що припрацьовується, а зазор між ротором та статором мінімізувати. При такому виконанні ступеня газової турбіни в процесі його роботи тертя бандажної полиці лопатки відбувається в режимі перемінного контакту по великій площі та забезпечується ефективна дисипація теплової енергії, що виділяється, в обсязі полиці лопатки. Лопатка нагрівається значно менше, ніж в пристрої, прийнятому як прототип, де бандажна полиця локально нагрівається майже до температури розплавлення металу та відбувається приварювання лабіринтового гребінця до бандажної полиці лопатки, наволокування металу, задири з утворенням тріщин, що призводять до руйнування пристрою. Те, що зовнішня поверхня бандажної полиці кожної з робочих лопаток, виконаних з конусною поверхнею проточної частини, має ступінчасту форму, дозволяє додатково знизити температуру бандажної полиці робочих лопаток на максимальному режимі за рахунок турбулізації повітря, яке проходить по радіальному зазору між ротором та статором ступеня газової турбіни, та яке натікає на торець сходинки зовнішньої поверхні бандажної полиці, розташований перпендикулярно потоку. Крім того, те, що в бандажній полиці кожної лопатки виконаний принаймні один канал, який з'єднує торцеву поверхню сходинки з конусною поверхнею проточної частини бандажної полиці лопатки, забезпечує можливість подачі холодного повітря на проточну частину бандажної полиці, де утворюється плівка холодного повітря, що перешкоджає попаданню гарячих газів на цю поверхню. 5 35779 При проходженні холодного повітря цим каналом відбувається відбір тепла з бандажної полиці. Таким чином, знижується її температура за рахунок більш ефективного теплообміну і підвищується ККД пристрою. Суть корисної моделі пояснюється кресленнями, де на Фіг.1 показаний ступінь газової турбіни, на Фіг.2 - розгортка лабіринтового гребінця статора, на Фіг.3 - ступінь газової турбіни з конусною поверхнею проточної частини бандажної полиці робочої лопатки. Ступінь газової турбіни містить ротор 1, кожна робоча лопатка 2 якого оснащена бандажною полицею 3, статор 4 та лабіринтові гребінці 5. Лабіринтові гребінці 5 виконані гофрованими з тупим кутом при вершині гофру з металевої стрічки, прикріпленої (припаяної) до статора 4. Бандажна полиця 3 має проточну поверхню 6 та зовнішню поверхню 7, виконану циліндричною. Лабіринтові гофровані гребінці 5 жорстко з'єднані зі статором 4 та розміщені в кільцевих канавках 8. Зовнішня поверхня 7 бандажної полиці 3 кожної робочої лопатки 2 із конусною проточною поверхнею 6 має ступінчасту форму, причому під кожним лабіринтовим гребінцем 5 зовнішня поверхня 7 відповідної сходинки 9 бандажної полиці 3 виконана циліндричною. В кожній бандажній полиці 3 виконаний принаймні один канал 10, який з'єднує торцеву поверхню 11 сходинки 9 з проточною поверхнею 6 полки 3. Між зовнішньою поверхнею 7 бандажної полиці 3 та вершиною лабіринтового гребінця 5 утворений радіальний зазор 12, який встановлюється мінімальним, виходячи з умов складання та умов роботи деталей. Ступінь газової турбіни працює на різних режимах. Після запуску газової турбіни та виходу її на максимальний режим по потужності та температурі газу між зовнішніми поверхнями 7 бандажних полиць 3 робочих лопаток 2 ротора 1 і вершинами лабіринтових гребінців 5 завжди встановлюється гарантований, розрахований конструктивно радіальний зазор 12. Експлуатаційний мінімальний радіальний зазор 12 встановлюється при скиданні обертів ротора 1 та, відповідно, зниженні температури газу. В 6 цей період відбувається швидке охолодження статора 4 та бандажної полиці 3 робочої лопатки 2, а основна маса ротора 1 - диск, охолоджується повільно. При цьому між ротором 1 та статором 4 утвориться мінімальний зазор 12 і виникає контакт зовнішньої поверхні 7 бандажної полиці 3 з лабіринтовими гофрованими гребінцями 5, та відбувається припрацьовування гребінців 5. В процесі роботи ступеня газової турбіни на зазначеному режимі, де охолодження бандажної полиці 3 не потрібне, тертя бандажної полиці З робочої лопатки 2 та лабіринтових го фрованих гребінців 5 відбувається в режимі перемінного контакту по великій площі та забезпечується ефективна дисипація теплової енергії, що виділяється, в об'ємі бандажної полиці 3. При цьому нагрів її буде незначним. Зовнішня поверхня 7 бандажної полиці 3 кожної з робочих лопаток 2, виконаних з конусною проточною поверхнею 6, має ступінчасту форму, що дозволяє додатково знизити температур у бандажної полиці 3 лопаток 2 на важких режимах за рахунок турбулізації повітря, яке проходить по радіальному зазору 12 між ротором 1 та статором 4 ступеня газової турбіни, та натікає на торцеву поверхню 11 сходинки 9 зовнішньої поверхні 7 бандажної полиці 3, розташовану перпендикулярно потокові. В бандажній полиці 3 кожної лопатки 2 виконаний принаймні один канал 10, який з'єднує торцеву поверхню 11 сходинки 9 з конусною проточною поверхнею 6 лопатки 2, що забезпечує можливість подачі холодного повітря на проточну поверхню 6 бандажної полиці 3, де утворюється плівка холодного повітря, що перешкоджає попаданню гарячих газів на ці поверхні. В той же час при проходженні холодного повітря каналом 10 відбувається відбір тепла з бандажної полиці 3. Таким чином, знижується температура бандажних полиць 3 робочих лопаток 2 та підвищується ККД пристрою за рахунок підвищення теплообміну. Промислова придатність пристрою, що заявляється, підтверджується можливістю здійснення його на відомому устаткуванні в умовах промислового виробництва з використанням відомих матеріалів і засобів. 7 Комп’ютерна в ерстка О. Рябко 35779 8 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