Статор турбіни високого тиску в турбомашині та спосіб складання секторних елементів статора

1. Спосіб складання секторних елементів кільцевого статора турбіни високого тиску турбомашини, розміщеного навколо поздовжньої осі (Х-Х) турбіни, який має у своєму складі: - кільцевий корпус, розміщений навколо поздовжньої осі (Х-Х) турбіни високого тиску; - секторні перемички, які встановлені на корпусі і до яких прикріплені кільцеві сектори, розміщені по колу навколо поздовжньої осі (Х-Х) турбіни так, що вони утворюють безперервну кільцеву поверхню, яка оточує робочі лопатки ротора турбіни; - і кутові сектори кожуха циркуляції повітря, розміщені по колу навколо корпусу і призначені для подачі повітря на корпус для забезпечення можливості регулювання величини зазору біля торців лопаток ротора турбіни, який відрізняється тим, що додатково включає: - визначення схеми кутового розподілення елементів статора в заздалегідь визначеному кутовому секторі (Y ) , причому цю схему визначають таким чином, щоб виключити необхідність узгодження кутового положення зон, розміщених між двома сусідніми перемичками, і міжсекторних зон кожуха, розміщених між двома сусідніми секторами кожуха; - і відтворення згаданої схеми розподілення по всьому колу статора. 2 (19) 1 3 87968 4 зон, розміщених між двома сусідніми перемичкакутового положення кожного із патрубків подачі ми, і міжсекторних зон кожуха, розміщених між повітря відносно однієї із міжсекторних зон кожуха. двома сусідніми секторами кожуха. 9. Статор за п. 7 або 8, який відрізняється тим, 8. Статор за п. 7, який відрізняється тим, що кущо містить N кутових секторів кожуха циркуляції тове розподілення елементів статора навколо поповітря, 3N перемичок і N патрубків подачі повітря. здовжньої осі (Х-Х) турбіни високого тиску додат10. Статор за п. 9, який відрізняється тим, що ково вибране таким, щоб забезпечити узгодження містить 6N кільцевих секторів. Даний винахід відноситься до загальної галузі керування зазорами біля торців робочих (пересувних) лопаток турбін високого тиску турбомашин. Більш конкретно, він охоплює спосіб складання секторних елементів статора турбіни високого тиску турбомашини. Статор турбіни високого тиску турбомашини складається, в основному, з кільцевого корпусу, розміщеного навколо поздовжньої осі турбіни, набору секторних перемичок, встановлених на корпусі, та набору кільцевих секторів, прикріплених до перемичок, які утворюють кільцеву поверхню, яка оточує робочі (пересувні) лопатки ротора турбіни. Відомо, що для підвищення к.к.д. такої турбіни необхідно, наскільки це можливо, зменшити зазори, що існують між торцями робочих лопаток ротора турбіни і елементами статора, які знаходяться напроти них. Такого зменшення зазорів біля торців лопаток досягають за допомогою зміни діаметра корпусу турбіни відповідно до режиму її роботи. Як правило, навколо корпусу розміщуються кільцеві канали статора турбіни, в яких циркулює повітря, що надходить із інших частин турбомашини. Це повітря подається на корпус і спричиняє теплове розширення або скорочення статора турбіни, що призводить до зміни його діаметра. Канали циркуляції повітря утворюють модуль регулювання зазорів біля торців лопаток. Відомі на даний час модулі регулювання зазорів біля торців лопаток не завжди дають можливість досягти високого ступеню однорідності температури по всьому колу корпусу турбіни, що спричиняє деформацію корпусу, яка справляє негативний вплив, зокрема, на к.к.д. і тривалість служби турбіни високого тиску. Таким чином, задача, до вирішення якої спрямований даний винахід, полягає в усуненні згаданих недоліків шляхом розробки способу складання секторних елементів кільцевого статора турбіни високого тиску, який дає можливість здійснювати регулювання величини зазорів біля торців лопаток у всіх випадках, що повторюються, з найменшими можливими термічними викривленнями. Для вирішення поставленої задачі відповідно до винаходу запропоновано спосіб складання секторних елементів кільцевого статора турбіни високого тиску турбомашини, розміщеного навколо поздовжньої осі згаданої турбіни. Спосіб за винаходом характеризується тим, що він має у своєму складі визначення схеми кутового розподілення елементів статора у заздалегідь визначеному кутовому секторі ( Y ) таким чином, щоб виключити необхідність узгодження кутового положення міжсекторних зон елементів статора, розміщених між двома сусідніми секторами одного і того ж елемента статора, і відтворення схеми розподілення по всьому колу статора. Схему кутового розподілення переважно відтворюють зі збереженням обертальної симетрії відносно заздалегідь визначеного кутового сектора. Елементи статора мають у своєму складі кільцевий корпус, секторні перемички, до яких прикріплені кільцеві сектори, які утворюють безперервну кільцеву поверхню, яка оточує робочі лопатки ротора турбіни, та кутові сектори кожуха циркуляції повітря, розміщені по колу навколо корпусу і призначені для подачі повітря на корпус для забезпечення можливості регулювання величини зазору біля торців робочих лопаток ротора турбіни. З урахуванням цього в оптимальному варіанті схема кутового розподілення елементів статора визначена так, щоб виключити необхідність узгодження кутового положення зон, розміщених між двома сусідніми перемичками, і міжсекторних зон кожуха, розміщених між двома сусідніми секторами кожуха. Таким чином, вдається виключити необхідність узгодження кутового положення зон корпусу, на які не подається повітря із секторів кожуха циркуляції повітря, з зонами, розміщеними між перемичками. Внаслідок цього розподілення температур корпусу і спричинених ними термічних деформацій у заздалегідь визначеному кутовому секторі набуває однорідного характеру. Крім того, оскільки кутове розподілення повторюється симетричним чином, розподілення температур всередині корпусу також стає симетричним по всьому колу корпусу. Внаслідок цього термічні деформації корпусу набувають, по суті, регулярно повторюваного характеру, що полегшує їх регулювання. Оскільки елементи статора мають у своєму складі патрубки подачі повітря, які проходять через корпус і призначені для подачі повітря на ступінь спрямувального апарата низького тиску турбомашини, розміщеного у напрямі руху газів за турбіною високого тиску, то спосіб додатково має у своєму складі узгодження кутового положення кожного із патрубків подачі повітря, відносно однієї із міжсекторних зон кожуха. Визначений заздалегідь кутовий сектор відповідає одному кутовому сектору кожуха циркуляції повітря. Крім того, кожному кутовому сектору кожуха циркуляції повітря відповідають три перемички і один патрубок подачі повітря. 5 87968 6 Винахід також охоплює статор турбіни високоІз труби 20 колектора повітря подається до куго тиску турбомашини, кутове розподілення сектотових секторів 24 кожуха циркуляції повітря, закрірних елементів якого призводить до виникнення плених по колу корпусу 12 за допомогою кріпильслабких і регулярно повторюваних термічних дених планок 26. Подача повітря в сектори 24 кожуха формацій. циркуляції повітря здійснюється через герметичні Статор турбіни високого тиску за винаходом V-подібні муфти 28, з'єднані з трубою 20 колектохарактеризується тим, що кутове розподілення ра. елементів статора навколо поздовжньої осі турбіУ варіанті за Фіг.1 кожен із секторів 24 кожуха ни високого тиску вибрано таким, щоб виключити складається із трьох каналів циркуляції повітря, які необхідність узгодження кутового положення зон, знаходяться на відстані один від одного у вісьоворозміщених між двома сусідніми перемичками, і му напрямі і, по суті, паралельні один одному. У міжсекторних зон кожуха, розміщених між двома кожному з цих каналів передбачені отвори (не насусідніми секторами кожуха. ведені), через які повітря надходить на корпус 12 В кращому варіанті кутове розподілення еледля зміни його температури. ментів статора навколо поздовжньої осі турбіни Крім того, через корпус 12 проходять патрубки високого тиску додатково вибрано таким, щоб за30 подачі повітря. Ці патрубки 30 призначені для безпечити узгодження кутового положення кожноподачі повітря на ступінь спрямувального апарата го із патрубків подачі повітря відносно однієї з міжнизького тиску (не наведений на кресленнях) турсекторних зон кожуха. бомашини, розміщеного у напрямі руху газів за В оптимальному варіанті статор містить N кутурбіною високого тиску. тових секторів кожуха циркуляції повітря, 3N пеВинахід передбачає спосіб складання згадаремичок, N патрубків подачі повітря та 6N кільцених різних елементів статора турбіни навколо її вих секторів. поздовжньої осі Х-Х. Інші властивості та переваги даного винаходу Згідно з винаходом цей спосіб полягає у вистануть зрозумілими із наступного опису, що місзначенні схеми кутового розподілення елементів тить посилання на додані креслення, які ілюструстатора 10 для заздалегідь визначеного кутового ють приклад здійснення винаходу, що не вносить сектора Y і в повторенні цієї схеми по всьому будь-яких обмежень. На кресленнях: колу статора. - Фіг.1 зображує в перспективі статор турбіни Схему кутового розподілення елементів стависокого тиску за винаходом; тора 10 для заздалегідь визначеного кутового сек- Фіг.2 схематично зображує статор за Фіг.1 у тора Y визначають так, щоб виключити необхідпоперечному розрізі; ність узгодження кутового положення - Фіг.3 та 4 схематично зображують у поперечміжсекторних зон різних елементів статора. Міжсеному розрізі статори за іншими варіантами здійскторними зонами називають зони, розміщені між нення винаходу. двома сусідніми секторами одного і того ж самого Статор 10 турбіни високого тиску містить кільелемента статора. цевий корпус 12, розміщений навколо поздовжньої осі Х-Х турбіни високого тиску. Заздалегідь вибраний кутовий сектор Y в опНа внутрішній поверхні кільцевого корпусу 12 тимальному варіанті вибирають таким, щоб відповстановлені секторні перемички 14, розміщені по відати кутовому сектору 24 кожуха. колу навколо поздовжньої осі Х-Х турбіни. Під секНа Фіг.2 проілюстрований приклад здійснення торними елементами в наступному описі розуміспособу за винаходом. На цьому кресленні як зають елементи, які мають форму кутових секторів, здалегідь вибраний кутовий сектор Ya вибраний які, будучи складені послідовно, утворюють кільсектор з кутовим розміром 60°. цеву структуру. У цьому кутовому секторі Ya елементи статоКільцеві сектори 16 прикріплені до внутрішньої поверхні перемичок 14. Кільцеві сектори 16 розміра 10 розміщені так, щоб виключити необхідність щені по колу навколо поздовжньої осі Х-Х і утвоузгодження кутового положення міжсекторних зон рюють безперервну кільцеву поверхню, яка оточує елементів статора. Більш конкретно, кутове розробочі лопатки (не наведені на кресленнях) ротора поділення вибрано таким, щоб виключити необ(не наведений) турбіни високого тиску. хідність узгодження кутового положення зон 14а, Внутрішня поверхня кільцевих секторів 16 часякі знаходяться між двома сусідніми перемичками тково обмежує канал течії газів, які надходять із 14, і міжсекторних зон 24а кожуха, які знаходяться камери згорання (не наведена) турбомашини і між двома сусідніми секторами кожуха. проходять через турбіну високого тиску. Таке розподілення перемичок 14 відносно секМіж внутрішньою поверхнею кільцевих сектоторів 24 кожуха дає можливість виключити необрів 16 і торцями робочих лопаток ротора турбіни хідність узгодження кутового положення зон корзалишають зазор (не наведений), який дає можлипусу 12, на які не подається повітря із пристроїв 18 вість робочим лопаткам ротора обертатися. регулювання зазору (тобто, міжсекторних зон 24а Для підвищення к.к.д. турбіни необхідно змекожуха), і зон 14а, які знаходяться між перемичканшити цей зазор, наскільки це можливо. Для цього ми. передбачений пристрій 18 регулювання зазору. Таким чином, розподілення температури в коЦей пристрій складається, зокрема, із труби 20 рпусі 12 в кутовому секторі Ya і, отже, породжуповітряного колектора, яка оточує корпус 12, в яку вані цим розподіленням термічні деформації набучерез принаймні один увід повітря 22 (на Фіг.1 навають по суті однорідного характеру. ведений один увід повітря) подається повітря. 7 87968 8 Визначену таким чином схему розподілення в кутовий сектор Ya відповідає кутовому сектору 24 кутовому секторі Ya потім відтворюють по всьому кожуха. колу статора 10. В прикладі, наведеному на Фіг.1, Елементи статора 10 розміщені у цьому кутосхема розподілення повторена п'ять разів, щоб вому секторі Ya так, щоб виключити необхідність покрити все коло статора. узгодження кутового положення міжсекторних зон У відповідності з вигідною відмінністю винахоелементів статора і, з другого боку, щоб забезпеду схему розподілення відтворюють по всьому чити узгодження кутового положення кожного із колу статора зі збереженням обертальної симетрії патрубків 30 подачі повітря відносно однієї із міжвідносно заздалегідь визначеного кутового сектосекторних зон 24а кожуха. ра Ya . Таке кутове розподілення зберігається також і Таким чином, розподілення температур корпув статорі, зображеному на Фіг.4, яка ілюструє ще су 12 набуває симетричного характеру по всьому один приклад здійснення способу за винаходом. колу корпусу. Внаслідок цього термічні деформації На цьому кресленні у якості заздалегідь визначекорпусу 12 стають по суті регулярно повторюваного кутового сектора Ya вибрано сектор з кутоними, що спрощує їх регулювання. вим розміром 30°С. Згідно з іншою відмінністю винаходу схема куЗгідно зі ще однією вигідною відмінністю винатового розподілення елементів статора 10 в кутоходу на кожний кутовий сектор 24 кожуха циркулявому секторі вибрана також такою, щоб забезпеції повітря припадає три перемички 14 і один патчити узгодження кутового положення кожного із рубок 30 подачі повітря. Крім того, в оптимальному патрубків 30 подачі повітря відносно однієї з міжваріанті на кожну перемичку 14 також припадає секторних зон 24а кожуха. Таке розміщення патрудва кільцевих сектора 16. бків 30 подачі повітря також сприяє підвищенню Іншими словами, статор 10 турбіни високого однорідності температури корпусу 12. тиску за винаходом містить N кутових секторів 24 З фігури 2 добре видно, що кожний із патрубкожуха циркуляції повітря, 3N перемичок 14, N ків 30, призначених для подачі повітря на ступінь патрубків 30 подачі повітря і 6N кільцевих секторів спрямувального апарата низького тиску, розміще16. ний між двома сусідніми секторами 24 кожуха. Таким чином, одержують конфігурації А, В та На Фіг.3 проілюстрований інший приклад здійС, які охарактеризовані у наведеній таблиці і які снення способу за винаходом. На цьому кресленні відповідають прикладам здійснення статора, які у якості заздалегідь визначеного кутового сектора проілюстровані відповідно на Фіг.2, 3 та 4. В цій Ya вибрано сектор з кутовим розміром 90°. Цей таблиці вказана кількість секторних елементів для конфігурацій А, В та С. А: N=6 В: N=4 С: N=12 Сектори кожуха 24 6 4 12 Перемички 14 18 12 36 Патрубки 30 6 4 12 Кільцеві сектори 16 36 24 72 9 Комп’ютерна верстка М. Мацело 87968 Підписне 10 Тираж 28 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