Ступінь газової турбіни

1. Ступінь газової турбіни, який містить ротор, кожна робоча лопатка якого оснащена бандажною полицею, статор із принаймні одним лабіринтовим C2 1 3 низькою, тому що площа поверхні внутрішніх каналів і, відповідно, швидкість повітря в них значно менша, ніж площа поверхні проточної частини бандажної 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. Стрункин; М., «Машиностроение», 1979 г., 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 руйнування 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. 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, при цьому проточна частина бандажної полиці кожної лопатки має конусну поверхню, а зовнішня поверхня бандажної полиці кожної лопатки під кожним гребінцем статора виконана циліндричною та має ступінчасту форму в напрямку осі циліндричних поверхонь бандажної полиці (див. Японія № 2006-291967, опубл.26.10.2006р., заявка № 2006-148785 від 29.05.2006р.). У відомому пристрої температура бандажної полиці є занадто високою, а лабіринтові гребінці виконані на статорі у вигляді прямих гребінців. Такі лабіринтові гребінцеві ущільнення не можуть бути виконані припрацьованими, тому при торканні вершин гребінців по зовнішній поверхні бандажної полиці робочої лопатки відбувається локальний 91711 4 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 руйнування турбіни. В основу винаходу поставлена задача удосконалення ступеня газової турбіни шляхом нового конструктивного виконання елементів ступеня, що призводить до зниження температури бандажної полиці. 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, при цьому проточна частина бандажної полиці кожної лопатки має конусну поверхню, а зовнішня поверхня бандажної полиці кожної лопатки під кожним гребінцем статора виконана циліндричною та має ступінчасту форму в напрямку осі циліндричних поверхонь бандажної полиці, новим є те, що в кожній бандажній полиці виконано не менше одного каналу, що з'єднує торцеву поверхню сходинки з поверхнею проточної частини бандажної полиці. Новим є також те, що статор виконаний з принаймні однією кільцевою канавкою, в якій закріплений лабіринтовий гребінець. Новим є також те, що кожний з лабіринтових гребінців статора виконаний гофрованим з тупим кутом при вершині гофру та закріплений у кільцевій канавці на статорі. 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 в кожній бандажній полиці виконано не менше одного каналу, що з'єднує торцеву поверхню сходинки з поверхнею проточної частини бандажної полиці, в сукупності з відомими ознаками забезпечує зниження температури бандажної полиці. 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. При проходженні холодного повітря цим каналом відбувається відбір тепла з бандажної полиці завдяки додатковому конвекційному охолодженню бандажної полиці. Таким чином, знижується її температура за рахунок більш ефективного теплообміну. Те, що статор виконаний з принаймні однією кільцевою канавкою, в якій закріплений лабіринтовий гребінець, виконаний гофрованим з тупим кутом при вершині гофру, в сукупності з іншими ознаками забезпечує оптимізацію розмірів радіального зазору між ротором та статором ступеня газової турбіни, а це забезпечує зниження температури бандажної полиці та підвищення коефіцієн 5 та корисної дії ступеня, спрощує процес виготовлення та ремонту елементів конструкції 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 та принаймні одним каналом, який з'єднує торцеву поверхню сходинки з конусною поверхнею проточної частини бандажної полиці 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 прямими, або 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 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 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 ви 91711 6 никає контакт зовнішньої поверхні 7 бандажної полиці 3 з лабіринтовими 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 3 робочої лопатки 2 та лабіринтових 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 знизити температуру 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 цю поверхню. 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 за рахунок підвищення теплообміну. Якщо статор 4 виконаний з принаймні однією кільцевою канавкою 8, в якій закріплений лабіринтовий гребінець 5, виконаний гофрованим з тупим кутом при вершині гофру то відбувається припрацьовування гребінців 5. В процесі роботи ступеня газової турбіни на режимі, де охолодження бандажної полиці 3 не потрібне, тертя бандажної полиці 3 робочої лопатки 2 та лабіринтових 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. 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 верстка Л.Литвиненко 91711 8 Підписне Тираж 26 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601