Результат интеллектуальной деятельности: СТАТОР ТУРБОМАШИНЫ

Изобретение относится к статорам турбомашин газотурбинных двигателей.

Известен статор турбомашины, содержащий наружный корпус с радиальными ребрами, на которых размещены наружные полки сопловых лопаток и разрезные кольца, (патент RU №2151886, МПК F01D 5/02, 1998 г.).

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за возможности раскрытия стыков наружных корпусов статора фрагментами рабочих и сопловых лопаток в случае поломки турбины.

Наиболее близким к заявляемому является статор турбомашины с фланцевым соединением корпусов, состоящих из радиальных кольцевых ребер и присоединенных к ним обечаек, стык фланцев в котором со стороны рабочей лопатки закрыт осевым цилиндрическим ребром, соединенным с передним по потоку газа радиальным ребром фланцевого соединения, (патент RU №2451793, МПК F01D 21/04).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность при увеличенной длине и массе рабочих лопаток, в результате воздействия которых на стык фланцевое соединение может раскрыться, а фрагменты лопаток - выйти за пределы наружных корпусов турбомашины.

Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности статора турбомашины путем обеспечения нераскрытия стыка фланцевого соединения наружных корпусов статора при воздействии на стык повышенных ударных нагрузок от фрагментов лопаток.

Указанный технический результат достигается тем, что в статоре турбомашины, включающем фланцевое соединение корпусов, состоящих из радиальных кольцевых ребер и присоединенных к ним обечаек, согласно изобретению в стыке фланцевого соединения со стороны проточной части установлено дополнительное, состоящее из секторов, разрезное кольцо, зафиксированное кольцевым радиальным ребром в осевом направлении между передним и задним по потоку газа радиальными ребрами фланцевого соединения корпусов статора, при этом в радиальном направлении разрезное кольцо зафиксировано кольцевым осевым ребром, направленным против потока газа и размещенным в кольцевой канавке передней обечайки, а в окружном направлении - осевыми выступами на конической стенке относительно передней по потоку газа сопловой лопатки, причем торцевой поверхностью конической стенки кольца зафиксированы передние сопловые лопатки в осевом направлении, при этом с внутренней стороны от заднего по потоку газа корпуса расположен задний кольцевой выступ разрезного кольца, на внутренней стороне выступа установлены уплотняющие элементы лабиринтного уплотнения по верхней полке рабочей лопатки.

Установка в стыке фланцевого соединения корпусов, со стороны проточной части, дополнительного состоящего из секторов разрезного кольца, зафиксированного кольцевым радиальным ребром в осевом направлении между передним и задним по потоку газа радиальными ребрами фланцевого соединения, позволяет обеспечить надежную фиксацию разрезного кольца в осевом направлении и дополнительную защиту стыка фланцевого соединения от фрагментов лопаток в случае их разрушения.

Фиксация разрезного кольца в радиальном направлении направленным против потока газа кольцевым осевым ребром, размещенным в кольцевой канавке передней обечайки, позволяет обеспечить необходимый радиальный зазор в лабиринтном уплотнении по верхней полке рабочей лопатки, а также обеспечивает дополнительную защиту стыка фланцевого соединения от проникновения в него фрагментов лопаток в случае поломки турбомашины.

Фиксация разрезного кольца в окружном направлении относительно передней по потоку газа сопловой лопатки осевыми выступами, расположенными на конической стенке разрезного кольца, исключает поворот разрезного кольца в случае задевания уплотнительных гребешков верхней полки рабочей лопатки об уплотнительные элементы, расположенные на разрезном кольце.

Фиксация торцевой поверхностью конической стенки кольца передних сопловых лопаток в осевом направлении повышает ремонтопригодность статора турбомашины, так как замена сопловых лопаток производится путем расстыковки корпусов статора по фланцам и демонтажа разрезного кольца.

Выполнение разрезного кольца с задним по потоку кольцевым выступом, расположенным с внутренней стороны от заднего по потоку газа корпуса статора с размещением на внутренней стороне заднего кольцевого выступа уплотняющих элементов лабиринтного уплотнения по верхней полке рабочей лопатки, способствует снижению температуры заднего корпуса статора и повышению экономичности турбомашины.

На чертеже показан продольный разрез статора турбомашины.

Статор 1 турбомашины состоит из переднего корпуса 2 по потоку газа 3 в проточной части 4 и заднего по потоку корпуса 5, каждый из которых состоит из переднего 6 и заднего 7 кольцевых радиальных ребер и присоединенных к ним передней 8 и задней 9 обечаек. Ребро 6 корпуса 2 и ребро 7 корпуса 5 совместно с болтовым соединением 10 образуют фланцевое соединение 11 со стыком 12 по радиальной поверхности 13.

В стыке 12 фланцевого соединения 11 установлено дополнительное, состоящее из секторов, разрезное кольцо 14, кольцевым радиальным ребром 15 зафиксированное в осевом направлении передним 6 и задним 7 кольцевыми радиальными ребрами статора 1. Кольцо 14 выполнено с направленной против потока газа 3 конической стенкой 16, на которой выполнены осевые выступы 17, с помощью которых кольцо 14 фиксируется в окружном направлении относительно передних по потоку 3 сопловых лопаток 18, которые в свою очередь фиксируются в окружном направлении своими радиальными выступами 19 относительно осевых выступов 20 переднего корпуса 2. В радиальном направлении кольцо 14 зафиксировано направленным против потока 3 кольцевым осевым ребром 21, размещенным в кольцевой канавке 22 передней обечайки 8 корпуса 2.

Торцевой поверхностью 23 конической стенки 16 кольцо 14 фиксирует передние сопловые лопатки 18 в осевом направлении.

Кольцо 14 выполнено также с задним по потоку осевым кольцевым выступом 24, расположенным с внутренней стороны от заднего корпуса 5, причем со стороны проточной части 4 на выступе 24 размещены сопловые уплотняющие элементы 25 лабиринтного уплотнения 26 по гребешкам 27 верхней полки 28 рабочей лопатки 29 турбомашины.

Работает данное устройство следующим образом.

В случае возникновения нештатной ситуации в работе статора 1 турбомашины и разрушения рабочей лопатки 29, фрагменты ее отражаются конической стенкой 16 и осевым кольцевым выступом 24 разрезного кольца 14, предохраняя таким образом стык 12 фланцевого соединения 11 от попадания в него фрагментов лопатки и обеспечивая локализацию разрушения.