Турбінне кільце

1. Турбінне кільце, що утворює кожух ротора і складається з безлічі секторів, з'єднаних між собою впритул через ущільнювальні системи, що містять пластини, розміщені між сусідніми секторами, при цьому згадані пластини встановлюють у прорізи, виконані один проти одного в суміжних радіальних сторонах згаданих секторів, причому кожна ущільнювальна система складається з прямолінійних пластин, вставлених у відповідні прямолінійні прорізи згаданих радіальних сторін секторів, причому прорізи на кожній радіальній стороні виконують незалежними один від одного, без сполучення один з одним, яке відрізняється тим, що кожна ущільнювальна система, виконана між двома секторами, містить першу та другу пластини, розміщені у формі шеврона з внутрішньої сторони згаданих радіальних сторін секторів, при цьому згадані пластини вставляють у прорізи згаданих радіальних сторін секторів, які визначають їх відносні положення, причому згадана друга пластина розміщена між точкою (С), що знаходиться поблизу заднього борту кожного сектора в напрямі всередину, і точкою (D), що знаходиться поблизу згаданої першої пластини, по суті між її серединою і двома третинами її довжини. C2 2 (19) 1 3 91958 4 ми з'єднання і охолодження секторів, які утворюЗокрема, згадане вище турбінне кільце переють згадане турбінне кільце. важно відрізняється тим, що кожна ущільнювальна У турбіні згаданого вище типу, яку приводять у система містить першу та другу пластини, розмірух гарячі гази, ротор обертається всередині нещені у вигляді шеврона на внутрішній стороні згарухомого турбінного кільця, яке складається із даних радіальних сторін, при цьому згадані пласбезлічі криволінійних секторів, з'єднаних впритул у тини вставляють у прямолінійні прорізи згаданих напрямі по колу для утворення кожуха ротора. радіальних сторін, точно визначаючи їх відносні Температура газів, які приводять у рух лопаткове положення. Завдяки цьому можна точно відкалібколесо, така, що термомеханічні напруження, що рувати витік повітря між двома послідовними секвиникають всередині секторів та між секторами, торами. Таким чином, цей витік може бути однакоможуть призвести до руйнувань, які скорочують вим у всіх просторах між секторами. В цілому, термін служби кілець. Як правило, частіше за все згідно з розрахунком, розмір з витоку може бути утворення невеликих тріщин і/або обсипання внутзнижений на 10-20% порівняно з описаним вище рішньої сторони (яку називають гарячою сторовідомим технічним рішенням. ною) секторів в основному спостерігають поблизу Друга перевага даного винаходу полягає в тоз'єднань між суміжними секторами. му, що розміщення пластин у вигляді шеврона на Для забезпечення хорошої герметичності вінгарячій стороні дає можливість одночасно віддаця колеса з метою скорочення витоків неробочого лити зони концентрації напружень від згаданої повітря і уникнення зворотної циркуляції гарячих гарячої сторони (оскільки прорізи відходять від неї) газів між цими сусідніми секторами виконують і залишити достатній простір між пластинами і гаущільнювальні системи, що містять пластини, рячою стороною для виконання випускних повітвстановлені між цими секторами у прорізах, викоряних каналів, що виходять у цей простір, признананих один напроти іншого в суміжних радіальних чених для охолоджувального повітря, яке сторонах згаданих секторів. надходить в них із порожнини, виконаної в самому Наприклад, відомий із попереднього рівня тесекторі. хніки сектор 1, показаний на фіг. 1, має ущільнюЗокрема, даний винахід відноситься також до вальну систему, що містить чотири пластини 2-5, турбінного кільця згідно з зазначеним вище визнавстановлені у прорізах 6, 7, 8. Пластину 3 згиначенням, в якому кожний сектор містить порожнину ють і встановлюють між двома прорізами 6, 7, які для циркуляції охолоджувального повітря, яке відсполучаються один з одним, в яких встановлені різняється тим, що воно додатково містить випускінші прямолінійні пластини 2, 4. Точна механічна ні повітряні канали, виконані між згаданою порожобробка прорізів утруднена, зокрема, через різнининою і принаймні однією радіальною стороною цю товщини, обумовленої необхідністю встановсектора, при цьому дані канали виходять на згадалення зігнутої пластини. Розміщення цієї пластини ну радіальну сторону між її внутрішнім бортом і у певній позиції є дуже складною операцією. Крім згаданими першою і другою пластинами. того, пластину 2 повністю встановлюють у прорізу Даний винахід та його інші переваги будуть 6, паралельному гарячій стороні 9 сектора і викобільш детально очевидні із наступного опису, наному на незначній відстані від цієї сторони. Випредставленого виключно як приклад, з посиланконання прорізів призводить до виникнення зон нями на додані фігури креслень, в числі яких: концентрації напружень, і, коли вони знаходяться Фіг. 1 зображує вигляд радіальної сторони секпоблизу гарячої поверхні, то це призводить до тора, що входить до складу турбінного кільця із зниження міцності деталі та до її передчасного попереднього рівня техніки. руйнування. Задачею даного винаходу є, зокрема, Фіг. 2 - вигляд радіальної сторони сектора, що усунення цих недоліків. входить до складу турбінного кільця відповідно до В першу чергу даний винахід відноситься до даного винаходу. турбінного кільця, яке утворює кожух ротора і яке Фіг. 3 - схематичний вигляд двох послідовних складається із безлічі секторів, з'єднаних між сосекторів, показаних на фіг. 2 стрілкою 3. бою впритул через ущільнювальні системи, що Фіг. 4 - схематичний вигляд картера, з'єднаномістять пластини, розміщені між сусідніми сектого з такими секторами кільця. рами, при цьому згадані пластини встановлюють у Фіг. 5 - схематичний вигляд різних можливих прорізи, виконані один напроти другого у суміжних варіантів орієнтації згаданих першої та другої пларадіальних сторонах згаданих секторів, яке відрізстин. няється тим, що кожна ущільнювальна система Фіг. 6-8 зображують частковий вигляд варіанскладається з прямолінійних пластин, вставлених тів виконання сектора, показаного на фіг. 3. у відповідні прямолінійні прорізи згаданих радіаНа кресленнях і, зокрема, на фіг. 2-4 показані льних сторін. сектори 11 турбінного кільця, що утворюють кожух Сам факт виконання ущільнювальної системи ротора, не показаний на кресленнях. У даному із прямолінійних пластин спрощує виконання провипадку мова іде про турбіну високого тиску туррізів і полегшує монтаж пластин у ці прорізи. Крім бореактивного двигуна. Цю турбіну встановлюють того, покращується контроль за розміщенням плаза камерою згорання. В наведеному прикладі таке стин у певній позиції через виконання точно прякільце складається із 32 криволінійних секторів 11 молінійних опірних поверхонь. В цілому це дає кільця, з'єднаних впритул і які утворюють кожух можливість зменшити поперечні розрізи витоків. трохи конічної форми, що охоплює згаданий роДалі буде описана тільки конструкція із трьох платор. Кожний сектор 11 виконаний із товстої плити, стин. трохи вигнутої для утворення кільця. На фігурах показані внутрішня сторона 12 по суті прямокутної 5 91958 6 форми, виконана трохи угнутою, яку називають пластину 28, які знаходяться з внутрішньої сторо"гарячою стороною", яка контактує з газоповітряни згаданих радіальних сторін, тобто зі сторони ним трактом, і зовнішня сторона 14 по суті прямогарячих сторін секторів. Пластини 27, 28 виконані кутної "форми, яку називають "холодною стороу вигляді шеврона, тобто, вставлені у прорізи 31, ною". Відносно потоку гарячого газу, що проходить 32 згаданих радіальних сторін, виконані під кутом через ротор, розрізняють також передній борт 16, до внутрішньої сторони 12 і до зовнішньої сторони що знаходиться напроти сопла камери згорання, і 14 секторів. Ці прорізи визначають відносні полопротилежний до нього задній борт 18. Кожний секження обох пластин. тор 11 додатково містить дві радіальні сторони 20, Крім того, кожна ущільнювальна система міс21, якими він з'єднується в напрямі по колу з сусітить третю пластину 29, по суті розміщену від оддніми секторами через згадані вище ущільнюваного краю до другого краю суміжних секторів, пальні системи 26. (див. фіг. 2). Кожна ущільнювальралельно до осі кільця, з зовнішньої сторони на система 26 являє собою сукупність пластин, згаданих радіальних сторін. Пластину 29 вставлявставлених у відповідні прорізи, виконані у згадають в прямолінійні прорізи 33 суміжних секторів. них радіальних сторонах 20, 21, що знаходяться Як показано на фіг. 2, перша пластина 27 розміодин напроти другого. Кожну пластину вставляють щена між точкою А, що знаходиться поблизу пеу два прорізи, що належать до двох секторів кільреднього борту обох секторів у напрямі до внутріця, суміжних у напрямі по колу. шньої сторони (поряд з гарячими сторонами), і Кінці лопаток ротора переміщуються напроти точкою В, що знаходиться поблизу третьої пласвиконаної таким чином внутрішньої поверхні кільтини 29. Другу пластину 28 встановлюють таким ця. Напрям обертання показаний на фіг. 2 стрілчином, щоб вона розміщувалась між точкою С, що кою F. Гарячі гази, що викидаються із камери згознаходиться поряд з заднім бортом 18 кожного з рання, проходять поблизу внутрішньої поверхні двох секторів у напрямі внутрішньої сторони, і точкільця, яка піддається дії надвисоких температур. кою D, що знаходиться поблизу першої пластини, Тому необхідно одночасно звести до мінімуму тепо суті між її серединою і двома третинами її довмпературні градієнти в конструкції кільця (і, таким жини, якщо рахувати від точки А. чином, звести до мінімуму, зокрема, витоки газів Тиск, що діє в просторах між секторами зсереміж секторами) і ефективно охолоджувати згадане дини і зовні і між згаданими першою та другою кільце. Для цього використовують частину повітря, пластинами, з одного боку, і третьою пластиною, з яке нагнітає компресор, який живить камеру згоіншого боку, має такі значення, при яких згадані рання. У зв'язку з цим кожний сектор 11 виконують перша та третя пластини 27, 29 притискаються до порожнистим, і він містить порожнину 35 для цирвнутрішніх сторін прорізів 31, 33, в яких вони встакуляції охолоджувального повітря, що надходить із новлені, тоді як згадана друга пластина 28 притисатмосфери. кається до зовнішньої сторони прорізу 32, в якому На фіг. 4 схематично показано положення ківона встановлена, як показано на фіг. 2. Довжина льця, утвореного сукупністю секторів 11. Картер 15 першої пластини 27 залежить від кута, який вона турбіни обмежує разом з цим кільцем кільцеву утворює з третьою пластиною 29. Після визначенпорожнину 17. Всі сектори спрямовані радіально ня цього кута (декілька варіантів показані на фіг. 5) назовні від лопаткового колеса 19 високого тиску, відповідно визначають положення і довжину другої яке, в свою чергу, встановлено у осьовому напрямі пластини. між напрямною 21 високого тиску і напрямною 23 Кут між першою і третьою пластинами може низького тиску. Повітря, що надходить із компреперебувати в межах приблизно від 15 до 70°. сора, відбирається перед камерою згорання і надМожна здійснювати точну механічну обробку ходить (через наскрізні отвори) в кільцеву порожпрорізів і оптимально визначати їх положення. нину 17. Таким чином, ця порожнина живить всі Пластини можна встановлювати в прорізи при досектори кільця. Кожний сектор кільця (фіг. 3) містриманні повного контролю за їх відносним полотить дві окремі порожнини 39 та 40, виконані у виженням. В результаті цього забезпечують повний гляді тромбона і відокремлені одна від одної переконтроль за пропускним перерізом витоків між згагородкою 42, і повітря до них надходить через даними першою і другою пластинами (позначено відповідні отвори 37 та 38. Повітря, що циркулює в S1) і за пропускним перерізом витоків між першою порожнині 39, виходить через ряд випускних каната третьою пластинами (позначено S2). лів 44, що виходять на передній борт 16 сектора При розгляді фігур 2 та 3, зокрема, можна закільця, а повітря, що циркулює в порожнині 40, значити ще одну характерну ознаку даного винавиходить через ряд випускних каналів 46, що виходу, яка стосується охолодження радіальних стоходять на задній борт 18 сектора кільця. рін 20, 21 повітрям, що надходить із порожнини 35 Описана вище конструкція сама по собі відоциркуляції охолоджувального повітря. Як видно із ма, за виключенням конструкції ущільнювальних фігур, кожний сектор містить випускні повітряні систем між секторами. Даний винахід відноситься, канали 50, виконані між порожниною 40 і принаймзокрема, до удосконалення згаданих ущільнювані однією радіальною стороною сектора. Ці канали льних систем між секторами. виходять на радіальну сторону 20 між її внутрішЗокрема, кожна ущільнювальна система 26 нім бортом (гаряча сторона) і згаданими першою (фіг. 2-4) складається в даному випадку з трьох та другою пластинами 27, 28. Виконання цих випупрямолінійних пластин, вставлених у відповідні скних повітряних каналів можливе завдяки розміпрямолінійні прорізи радіальних сторін двох суміщенню обох пластин у формі шеврона. Канали жних секторів. Зокрема, кожна ущільнювальна розміщені в ряд, паралельний осі кільця. У приксистема (фіг. 2) містить першу пластину 27 і другу ладі, показаному на фіг. 3, всі вони виконані пер 7 91958 8 пендикулярно до радіальної сторони. В прикладі, показаному стрілкою F. Це дає можливість уникнупоказаному на фіг. 6, деякі канали 50 виконані пети або обмежити зворотне проходження гарячого рпендикулярно до радіальної сторони, в той час як газу в простори між секторами. Аналогічні канали інші канали, що знаходяться на кінцях згаданого можуть бути також виконані в протилежній стінці і ряду або принаймні на одному з цих кінців, виковиходити на радіальну сторону 21. Повітря, що нані під кутом і розходяться відносно перших кавиходить через канали 50, охолоджує стінку, в якій налів, у даному випадку у напрямі від порожнини вони виконані, за рахунок конвекції (термічна надо радіальної сторони. Кут між каналами, що розкачка), в той час як протилежна стінка (сторона 21) ходяться, може становити від 10 до 120°. У деяких охолоджується обдуванням повітряних струменів. випадках можна виконувати канали під кутом, що Крім того, повітряні струмені, що виходять із канасходяться в іншому напрямі. Згідно з варіантом, лів 50, створюють деяку подобу флюїдизованої показаним на фіг. 7, паралельні канали утворюють системи середовища, яка перешкоджає прониккут відносно напряму, перпендикулярного до радіненню гарячих газів. альної сторони. При цьому кут вибирають таким, Крім того, необхідно відзначити, що переважно щоб повітря викидалось під кутом до задньої стопрорізи 31, 32, 33 виконують незалежними, тобто, рони кільця. У варіанті, показаному на фіг. 8, патакими, що не сполучаються один з одним. Це дає ралельні канали утворюють кут відносно напряму, можливість уникнути виконання кутових ділянок. перпендикулярного до радіальної сторони. При При цьому поперечні розрізи витікання між сектоцьому кут вибирають таким, щоб повітря викидарами також скорочуються. лось під кутом до передньої сторони кільця. Даний винахід стосується також будь-якого сеЗгідно з наведеним прикладом, канали 50 виктора кільця або будь-якого з'єднання секторів ходять на радіальну сторону 20, до якої лопатки кільця, що відповідають описаним вище характепідходять в першу чергу при напрямі обертання, ристикам. 9 Комп’ютерна верстка І. Скворцова 91958 Підписне 10 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