Пристрій для регулювання радіального зазору газової турбіни

1. Пристрій для регулювання зазору між вершинами (4а) робочих лопаток (4) і стаціонарним кільцевим вузлом газової турбіни (2), який містить круговий регулювальний блок (22), що оточує стаціонарний кільцевий вузол, причому регулювальний блок (22) містить принаймні два кільцевих канали (24а, 24b, 24с) циркуляції повітря, взаємно рознесені в аксіальному напрямку, в кожному з яких є отвори (26) для зміни температури стаціонарного кільцевого вузла шляхом обдування повітрям, кільцевий канал (28) подання повітря в кільцеві канали (24а, 24b, 24с) циркуляції повітря, принаймні один повітровід (30), що постачає повітрям канал (28) подання повітря, який відрізняється тим, що кільцевий канал (28) подання повітря просторово відділений у радіальному напрямку від кільцевих каналів (24а, 24b, 24с) циркуляції повітря, причому регулювальний блок (22) додатково містить порожнисті розподільні перемички (32), що з’єднують канал (28) подання повітря з каналами (24а, 24b, 24с) циркуляції повітря для подання в них повітря при забезпеченні можливості для повітря, поданого для обдування стаціонарного кільцевого вузла, текти в аксіальному напрямку між каналом (28) подання повітря й каналами (24а, 24b, 24с) циркуляції повітря з подальшим виведенням його зі стаціонарного кільцевого вузла. 2. Пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що стаціонарний кільцевий вузол містить внутрішній корпус (14), оточений зовнішнім корпусом (34) газової турбіни (2) з формуванням між ними кільцевої камери (38), у якій установлений регулювальний блок (22). 2 (19) 1 3 Даний винахід має стосунок до систем регулювання радіального зазору між вершинами обертових лопаток і стаціонарним кільцевим вузлом газової турбіни. Газова турбіна, наприклад турбіна високого тиску газотурбінного двигуна, звичайно містить нерухомі (напрямні) лопатки, розташовані по черзі з рухомими (робочими) лопатками в каналі течії гарячих газів, які виходять з камери згоряння газотурбінного двигуна. Робочі лопатки турбіни оточені по всій окружності турбіни стаціонарним кільцевим вузлом. Стаціонарний кільцевий вузол визначає межі каналу проходження гарячих газів через лопатки турбіни. Відомий метод підвищення к.к.д. такої турбіни полягає в максимальному зменшенні радіального зазору, тобто зазору між вершинами робочих лопаток турбіни і деталями стаціонарного кільцевого вузла. Для цього були розроблені засоби, що дозволяють змінювати діаметр стаціонарного кільцевого вузла. Найбільш близьким аналогом винаходу є [патент GB №2217788, МПК F01D11/24, 26.10.89], у якому пристрій для регулювання зазору між вершинами робочих лопаток і стаціонарним кільцевим вузлом газової турбіни, який містить круговий регулювальний блок, що оточує стаціонарний кільцевий вузол, причому регулювальний блок містить принаймні три кільцевих канали циркуляції повітря, взаємно рознесені в аксіальному напрямку, в кожному з яких є отвори для зміни температури стаціонарного кільцевого вузла шляхом його обдування повітрям, кільцевий канал подання повітря в кільцеві канали циркуляції повітря, принаймні один повітровід, що постачає повітрям канал подання повітря. Відомі регулювальні блоки не завжди забезпечують високий ступінь однорідності температури по всій окружності стаціонарного кільцевого вузла. Недостатня однорідність температури призводить до деформацій стаціонарного кільцевого вузла, які особливо негативно впливають на виробність і працездатність газової турбіни. Крім того, повітря, подаване регулювальним блоком для обдування зовнішньої поверхні стаціонарного кільцевого вузла, згодом має бути виведене назовні. Це виведення повітря має здійснюватися без значних порушень течії повітря, що обдуває поверхню стаціонарного кільцевого вузла. Проте у відомих регулювальних блоках виводжуване повітря як правило, порушує течію обдувного повітря, що знижує ефективність роботи блока регулювання зазору в районі вершин лопаток. Задача, на вирішення якої спрямований даний винахід, полягає в усуненні зазначених хиб шляхом створення пристрою для регулювання радіального зазору, який забезпечує високий ступінь однорідності температури стаціонарного кільцевого вузла і виключає взаємні перешкоди потоків виводжуваного й обдувного повітря. Для вирішення поставленої задачі відповідно до винаходу пропонується пристрій для регулювання радіального зазору, тобто зазору між вершинами робочих лопаток і стаціонарним кільцевим вузлом газової турбіни, який містить круговий ре 83188 4 гулювальний блок, що оточує стаціонарний кільцевий вузол. Регулювальний блок містить принаймні два кільцевих канали циркуляції повітря, взаємно рознесені в аксіальному напрямку, в кожному з яких є отвори для зміни температури стаціонарного кільцевого вузла шляхом його обдування повітрям, і кільцевий канал подання повітря, в кільцеві канали циркуляції повітря, містить також принаймні один повітровід, що постачає повітря до каналу подання повітря. Крім того, кільцевий канал подання повітря просторово відділений у радіальному напрямку від кільцевих каналів циркуляції повітря, причому регулювальний блок додатково містить порожнисті розподільні перемички, що з'єднують канал подання повітря з каналами циркуляції повітря для подання в них повітря при забезпеченні можливості для повітря, поданого для обдування стаціонарного кільцевого вузла, текти в аксіальному напрямку між каналом подання повітря й каналами циркуляції повітря з подальшим виведенням його зі стаціонарного кільцевого вузла. Радіальний розподіл також дозволяє запобігти теплообміну між каналом подання й каналами циркуляції повітря регулювального блока, що підвищує ефективність роботи пристрою для регулювання зазору. Стаціонарний кільцевий вузол переважно містить внутрішній корпус, оточений зовнішнім корпусом газової турбіни з формуванням між ними кільцевої камери, в якій установлений регулювальний блок. Передній в аксіальному напрямку край регулювального блока може щільно прилягати до зовнішнього корпуса, а задній в аксіальному напрямку край - до внутрішнього корпуса, обмежуючи всередині кільцевої камери передню порожнину нагнітання повітря і задню порожнину виведення повітря, герметично ізольовану від передньої порожнини. Варіювання розташування, кількості й діаметра порожнистих розподільних перемичок може використовуватися для регулювання інтенсивності подання повітря в канали циркуляції повітря й, отже, для підвищення ступеня однорідності температури по стаціонарному кільцевому вузлі. Зокрема, розподільні перемички, які з'єднують канал подання повітря з одним з каналів циркуляції повітря, можуть мати кутовий зсув щодо порожнистих розподільних перемичок, які з'єднують канал подання повітря з принаймні одним з решти каналів циркуляції повітря, або бути узгоджені з ними за кутовим положенням. При цьому кутова відстань між двома сусідніми розподільними перемичками переважно не перевищує приблизно 45°. Інші особливості й переваги даного винаходу стануть ясні з нижченаведеного докладного опису, викладеного з посиланнями на додані креслення, на яких представлено один з можливих варіантів здійснення винаходу, що не накладає жодних обмежень. На кресленнях: - Фіг.1 зображує в подовжньому розрізі пристрій для регулювання зазору за винаходом; 5 83188 6 Кожен з кільцевих каналів 24 циркуляції повіт- Фіг.2 зображує в розрізі й у перспективі приря постачений отворами 26 для нагнітання повітря стрій для регулювання зазору за Фіг.1; до ребер 18 внутрішнього корпуса 14. У варіанті - Фіг.3А і 3В зображують у поперечному розрізі здійснення винаходу, поданому на Фіг.1, отвори 26 частини двох варіантів здійснення пристрою для утворюють у кожному каналі 24 три ряди отворів. регулювання зазору за винаходом. На Фіг.1 зображені два ребра 18 внутрішнього На Фіг.1 зображена в подовжньому розрізі тукорпуса 14; відповідно, регулювальний блок 22 рбіна 2 високого тиску газотурбінного двигуна, містить три канали 24 циркуляції повітря: центраобладнана пристроєм для регулювання зазору за льний канал 24а, розташований між двома ребравинаходом. Проте даний винахід також може бути ми 18, а також передній канал 24b і задній канал застосований до турбіни низького тиску газотур24с, розташовані відповідно перед центральним бінного двигуна або до турбіни будь-якого іншого каналом 24а і за ним. типу, обладнаної пристроєм для регулювання заУ оптимальному варіанті форма й розташузору. вання каналів 24 циркуляції повітря приблизно Турбіна 2 високого тиску містить, зокрема, ровідповідають формі ребер 18. Зокрема, кожен з бочі лопатки 4, розташовані в каналі 6 протікання них має, по суті, прямокутний поперечний переріз. гарячих газів, що виходять з камери згоряння (не Регулювальний блок 22 містить також кільцеподана) газотурбінного двигуна. Ці робочі лопатки вий канал 28 подання повітря, що забезпечує над4 розташовані за стаціонарними (напрямними) ходження повітря в канали 24 циркуляції повітря. лопатками 8 турбіни в напрямку 10 течії гарячих Канал 28 подання повітря оточує кільцеві канали газів у каналі 6. 24. Робочі лопатки 4 турбіни 2 високого тиску отоКрім того, передбачений принаймні один повічені стаціонарними кільцевими сегментами 12, тровід 30 (Фіг.3А і 3В), сполучений з каналом 28 розташованими по окружності, описаній навколо подання повітря для постачання цього каналу поосі турбіни, й утворюючими суцільну кругову повевітрям. Повітря надходить у повітровід 30 з інших рхню. Ці кільцеві сегменти 12 прикріплені до внутчастин газотурбінного двигуна. Наприклад, це порішнього корпуса 14 газотурбінного двигуна за вітря може надходити з одного або декількох студопомогою перемичок 16. В подальшому описі пенів компресорів високого й низького тиску газовузол, утворений стаціонарними кільцевими сегтурбінного двигуна або ж від його вентилятора. ментами 12, внутрішнім корпусом 14 і перемичкаНадходження повітря контролюється керуюми 16, називаний "стаціонарним кільцевим вузчим клапаном (не поданий), який дозволяє подалом". вати в регулювальний блок 22 залежно від режиму Внутрішній корпус 14 стаціонарного кільцевого роботи газотурбінного двигуна повітря з нижчою вузла обладнаний кільцевими виступами, або реабо вищою температурою. брами 18, що мають форму диска, що виступає в Канал 28 подання повітря й канали 24 циркурадіальному напрямку. Ці ребра 18 переважно ляції повітря рознесені в радіальному напрямку й виконують функцію теплообмінників. На Фіг.1 зосполучені порожнистими розподільними перемичбражені два таких ребра 18. Проте також може ками 32. використовуватися більша кількість ребер. Порожнисті розподільні перемички 32 подають Стаціонарні кільцеві сегменти 12 мають внутповітря в канали 24 циркуляції, що дозволяє повітрішні поверхні 12а, що знаходяться в безпосередрю, яке нагнітається для обдування ребер 18 внуньому контакті з гарячими газами й частково обтрішнього корпуса 14, текти в аксіальному напряммежують канал 6 течії гарячих газів. ку між каналом 28 подання повітря й каналами 24 Між внутрішньою поверхнею 12а кожного з кіциркуляції повітря і виводитися з них. льцевих сегментів 12 і вершинами 4а робочих лоНа Фіг.2 наочніше зображена траєкторія руху паток 4 залишено радіальний проміжок, що дозвовиводжуваного повітря. На цьому кресленні стрілляє лопаткам обертатися. Цей радіальний ки F1 указують тангенціальні напрямки течії повітпроміжок визначає, таким чином, радіальний зазор ря в каналі 28 подання повітря й у каналах 24 цир20, який має бути зроблений мінімальним для підкуляції повітря, а стрілка F2 - аксіальний напрямок вищення к.к.д. турбіни. руху повітря, подаваного для обдування ребер Для зменшення зазору 20 у районі вершин ровнутрішнього корпуса. бочих лопаток 4 передбачений круговий регулюОчевидно, що повітря, подаване для обдуванвальний блок 22, що оточує стаціонарний кільценя ребер 18 внутрішнього корпуса 14, не порушує вий вузол, точніше його внутрішній корпус 14. течії повітря, яке проходить через отвори 26 канаЗалежно від робочої температури газотурбінлів 24 циркуляції повітря. Така конструкція забезного двигуна регулювальний блок може служити печує підвищення ефективності роботи пристрою для охолодження або нагрівання ребер 18 внутрідля регулювання зазору 20 у районі вершин робошнього корпуса 14 шляхом обдування їх повітрям. чих лопаток 4 турбіни. У результаті такого обдування повітрям внутрішній Для забезпечення ефективного виведення покорпус 14 стискується або розширюється, тим савітря, подаваного для обдування ребер 18, за рамим зменшуючи або збільшуючи діаметр стаціохунок його протікання в аксіальному напрямку між нарних кільцевих сегментів 12 турбіни. каналом 28 подання повітря і каналами 24 циркуВідповідно до винаходу регулювальний блок ляції повітря, турбіна 2 в оптимальному варіанті 22 пристрою для регулювання зазору містить приобладнана зовнішнім корпусом 34, який оточує наймні два кільцевих канали 24 циркуляції повітря, внутрішній корпус 14 стаціонарного кільцевого які оточують внутрішній корпус 14 стаціонарного вузла. Передній (в аксіальному напрямку) край кільцевого вузла. 7 83188 8 зовнішнього корпуса 34 прикріплений до внутрішсекторів, які, будучи зістиковані своїми кінцями, нього корпуса 14 за допомогою з'єднання 36, що утворюють блок, що охоплює кут у 360°. складається з болта і гайки. Сектори 48 блока, зображені на Фіг.3А і 3В, заВнутрішній корпус 14 і зовнішній корпус 34 криті з кожного кінця таким чином, що повітря не формують укладену між ними кільцеву камеру 38, може протікати з одного сектора в інший. Альтеру якій установлений регулювальний блок 22 принативно, можна передбачити між секторами блока строю для регулювання зазору за винаходом. Тоз'єднання, що дозволяють повітрю протікати з секчніше, передній в аксіальному напрямку край 22а тора в сектор. регулювального блока 22 притиснутий до зовнішПовітря в кожний сектор 48 регулювального нього корпуса 34, а його задній край 22b притиснублока подається через індивідуальний повітровід тий до внутрішнього корпуса 14. Зони контакту 30, що сполучається з каналом 28 подання повітря переднього й заднього країв 22а, 22b з регулював точці, розташованій посередині між кінцями секльним блоком 22 переважно виконані герметичнитора. Повітровід може також сполучатися з одним ми за допомогою ущільнювальних прокладок 40. з кінців сектора регулювального блока. АльтернаОсобливості розташування регулювального тивно, можна передбачити декілька повітроводів у блока 22 щодо внутрішнього і зовнішнього корпусів кожному секторі. 14 і 34 дозволяють, таким чином, обмежити всеУ варіанті за Фіг.3А для кожного сектора 48 рередині кільцевої камери 38 передню порожнину гулювального блока передбачено чотири порож42а, називану "порожниною нагнітання повітря", й нистих розподільних перемички 32, що з'єднують задню порожнину 42b, називану "порожниною виканал 28 подання повітря із зображеним каналом ведення повітря", герметично ізольовану від пе24 циркуляції повітря. Ці порожнисті розподільні редньої порожнини 42а. перемички 32 розташовані вздовж півкола сектора Таким чином, повітря, що виходить з каналів 48 таким чином, що кутова відстань між кожними 24 циркуляції повітря і, зокрема, з переднього кадвома сусідніми перемичками переважно не переналу 24b, виявляється замкненим у передній повищує приблизно 45°. рожнині 42а нагнітання повітря і може бути вивеНа Фіг.3В канал 28 подання повітря із зобрадене тільки в результаті його руху між каналом 28 женим каналом 24 циркуляції повітря з'єднують подання й каналами 24 циркуляції повітря. Ущільп'ять порожнистих розподільних перемичок 32. нення, передбачене на передньому краї 22а регуТочніше, на кожному кінці сектора блока розташолювального блока 22, не дозволяє виводжуваному вано по одній розподільній перемичці, а кутова повітрю обминати регулювальний блок 22. Аналовідстань між кожними двома сусідніми перемичкагічним чином, завдяки наявності ущільнення на ми переважно не перевищує приблизно 45°. задньому краї 22b регулювального блока повітря, Слід зазначити, що в обох поданих конфігуращо виходить із заднього каналу 24с, може бути ціях повітря, що проникає в кожний канал 24 цирвиведене тільки в результаті його руху між канакуляції повітря через кожну з порожнистих розполом 28 подання й каналами 24 циркуляції. дільних перемичок 32, тече у двох протилежних Як показано на Фіг.1, повітря, що обдуває ребтангенціальних напрямках. ра 18 внутрішнього корпуса 14 і виводиться між Також слід зазначити, що кількість і розташуканалом 28 подання й каналами 24 циркуляції, вання порожнистих розподільних перемичок може виявляється замкненим у задній порожнині 42b різнитися для різних каналів циркуляції повітря, виведення повітря. що належать тому самому сектору регулювальноЗадній в аксіальному напрямку край внутрішго блока. нього корпуса 14 переважно містить отвір 44, що Таким чином, у тому самому секторі порожнивідкривається в задню порожнину 42b виведення сті розподільні перемички, що з'єднують канал повітря для виведення замкненого там повітря. подання повітря з одним із каналів циркуляції повіЦей отвір 44, який може бути обладнаний втулкою тря, можуть бути розташовані з іншим кутовим 46, служить для виведення повітря, що обдуває кроком, ніж порожнисті розподільні перемички, що ребра 18 внутрішнього корпуса 14, наприклад, для з'єднують канал подання повітря з принаймні одподання повітря в сопловий апарат першого стуним з інших каналів циркуляції повітря. пеня турбіни низького тиску (не подана) газотурВідносний кутовий зсув порожнистих розподібінного двигуна. льних перемичок, що відносяться до різних канаНижче, з посиланнями на Фіг.3А і 3В, описані лів циркуляції повітря, дозволяє домогтися більш дві можливі конфігурації пристрою для регулюванвисокого ступеня однорідності температури в реня зазору за винаходом. гулювальному блоці й, таким чином, запобігти моУ цих двох конфігураціях регулювальний блок жливій деформації стаціонарного кільцевого вузскладається з двох окремих кутових секторів (секла. цій) 48, кожен з яких має кутовий розмір, що дорівТакий кутовий зсув може бути отримано, нанює 180° (на Фіг.3А і 3В поданий лише один з таприклад, у межах одного сектора регулювального ких секторів). Ці два сектори 48 прикріплені один блока, що містить три канали циркуляції повітря, до одного за допомогою з'єднань, що складаються як показано на Фіг.1 і 2. У цьому прикладі центраз пар болт-гайка і передбачених для них отворів льний канал 24а (або, навпаки, кожен з передньо50 (Фіг.1), розташованих на кожному кінці цих секго і заднього каналів 24b і 24с) може мати конфігуторів. рацію, зображену на Фіг.3А, а передній і задній Також можна використовувати регулювальний канали 24b і 24с (або, навпаки, центральний канал блок, що складається з більш, ніж двох окремих 24а) - конфігурацію, зображену на Фіг.3В. 9 83188 10 У випадку трьох каналів 24а, 24b і 24с таке Також можна передбачити подання повітря в розташування відповідає розташуванню розподікожний канал циркуляції повітря одного із секторів льних перемичок 32 із взаємним зсувом, причому регулювального блока через одну порожнисту їхнє розташування для переднього й заднього карозподільну перемичку, з'єднану з каналом поданналів 24b і 24с виявляється симетричним. Таке ня повітря. При цьому в разі, коли ця єдина поросиметричне розташування дозволяє домогтися, по жниста розподільна перемичка розташована на суті, ідентичного термічного розширення або стисодному з кінців даного сектора, потік повітря в какування двох ребер 18 внутрішнього корпуса 14, налі циркуляції буде рухатися тільки в одному танщо підвищує однорідність температури в усьому генціальному напрямку. стаціонарному кільцевому вузлі. Діаметр отворів у кожній порожнистій розподіВ альтернативному варіанті порожнисті розпольній перемичці може бути різним для різних педільні перемички, що з'єднують канал подання ремичок, зв'язаних з тим самим каналом циркуляповітря в одному із секторів регулювального блока ції повітря. Зміна діаметра розподільних з одним із каналів циркуляції повітря, можуть бути перемичок дозволяє регулювати інтенсивність розташовані з тим самим кутовим кроком, що й подання повітря в канал циркуляції залежно від порожнисті розподільні перемички, які з'єднують кутового положення даної перемички з метою підканал подання повітря з іншими каналами циркувищення однорідності температури в стаціонарляції повітря. ному кільцевому вузлі. В даному варіанті, коли один сектор регулюВ загальному випадку й залежно від конквального блока містить три канали 24а, 24b і 24с ретних вимог кількість, діаметр отворів і розташуциркуляції повітря, як це показано на Фіг.1 і 2, узвання розподільних перемичок можуть варіюватигодження кутових положень порожнистих розподіся в межах того самого каналу циркуляції й у льних перемичок може бути здійснене шляхом межах того самого сектора регулювального блока. надання всім трьом каналам циркуляції повітря Ці параметри підбираються таким чином, щоб міоднакової конфігурації. Наприклад, конфігурація німізувати деформації стаціонарного кільцевого всіх трьох каналів циркуляції повітря може бути вузла. ідентична конфігурації, поданій або Фіг.3А, або Фіг.3В. 11 83188 12 13 Комп’ютерна верстка М. Мацело 83188 Підписне 14 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