УСТАНОВКА С ПОТОКОМ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ, В ЧАСТНОСТИ ТУРБИНА С АКСИАЛЬНО ПРОХОДЯЩИМ ПОТОКОМ НАГРЕТОГО ГАЗА

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к установке с потоком текучей среды, в частности к турбине с аксиально проходящим потоком нагретого газа.

Уровень техники

В подобных установках имеются соответственно ряды лопаток ротора, со стороны ротора, и направляющих лопаток, со стороны корпуса. Лопатки в каждом ряду соответственно расположены смежно друг с другом в радиальном направлении вала ротора. В области направляющих лопаток вал ротора окружен теплозащитными элементами, а в области лопаток ротора - элементами оснований лопаток ротора. У подобных элементов имеются анкерные устройства, обычно плотно удерживаемые в продольных каналах вала ротора, которые в целом имеют елочный профиль в осевой проекции вала ротора и могут вставляться аксиально в продольные каналы вала ротора, имеющие дополнительный елочный профиль.

Для защиты вала ротора от перегрева внутри теплозащитных элементов и элементов основания в области первой виртуальной радиальной плоскости вала ротора находятся первые камеры с охлаждающим воздухом, сообщающиеся друг с другом и с источником охлаждающего воздуха. В области радиальной внешней второй виртуальной радиальной плоскости вала ротора, внутри плит основания лопаток ротора со стороны оснований, через регулярные промежутки, расположены дополнительные камеры с охлаждающим воздухом, которые могут сообщаться с потоком нагретого газа.

Современные турбины рассчитаны на максимальную эффективность для обеспечения оптимально экономичной эксплуатации.

Раскрытие изобретения

В этой связи неконтролируемое поступление охлаждающего воздуха в поток нагретого газа нежелательно, поскольку это приводит к регулярному снижению эффективности.

Цель изобретения заключается в оптимизации потока охлаждающего воздуха и предотвращения потерь эффективности при попадании охлаждающего воздуха в поток нагретого газа.

Согласно изобретению данная проблема решается при помощи установки с потоком текучей среды, аналогичной той, которая упоминается во вступительной части к п.1 Формулы изобретения, в том плане, что дополнительные камеры с охлаждающим воздухом могут продуваться в поток нагретого газа исключительно у торцов лопаток ротора, расположенных по ходу спереди в направлении потока нагретого газа. В отличие от турбин, использовавшихся ранее, где дополнительные камеры с охлаждающим воздухом могут продуваться спереди и сзади лопаток ротора в направлении потока нагретого газа, в настоящем изобретении продувание может осуществляться лишь по ходу спереди лопаток ротора, причем предпочтительно соответственно между смежными лопатками ротора. За счет этого может достигаться оптимальная эффективность установок с потоком текучей среды.

Согласно изобретению дополнительный приток охлаждающего воздуха, помимо вышеупомянутого притока охлаждающего воздуха, в поток нагретого газа предотвращается.

Для этого по предпочтительному варианту осуществления изобретения в зазоры, проходящие в радиальном направлении или в осевом направлении вала ротора между смежными теплозащитными элементами и/или элементами основания, устанавливаются уплотнения, перекрывающие первые камеры с охлаждающим воздухом.

Кроме этого, предпочтительно в зазорах между смежными плитами основания в ряду лопаток ротора, проходящем в осевом направлении вала ротора, используются дополнительные уплотнения, которые препятствуют выходу охлаждающего воздуха между аксиальными концами соответствующего зазора и концом этого зазора, расположенным по ходу сзади.

По возможности, первые уплотнения расположены в области подобных дополнительных уплотнений.

Предпочтительно все уплотнения выполнены в виде уплотнительных лент, продольные края которых установлены в канавках, расположенных оппозитно друг другу в боковых стенках соответствующего зазора. В первых уплотнениях уплотнительная лента зазора, проходящего в аксиальном направлении вала ротора между элементами основания и теплозащитными элементами, смежными в радиальном направлении, может быть соединена соответственно в Т-образный профиль с уплотнительной лентой зазора, проходящего в радиальном направлении вала ротора, расположенной между аксиально смежными элементами основания и теплозащитными элементами.

Кроме этого, предпочтительно, чтобы щелевые отверстия, проходящие в радиальном направлении, зазора между смежными плитами основания лопаток ротора были закрыты уплотнительными лентами, установленными в направлении, наклонном к радиальной плоскости вала ротора, в соответствующих канавках боковых стенок зазора, причем доступ к концу уплотнительной ленты, расположенной ближе к оси ротора, осуществляется со стороны торцевых поверхностей плит основания, находящихся по ходу сзади.

В данном случае торец вышеупомянутой уплотнительной ленты, расположенной ближе к оси ротора, может быть согнут и сопряжен его вогнутой стороной с соответствующим образом выгнутыми упорами на плитах основания, разграничивающих зазор. Таким образом, можно предотвратить смещение вышеупомянутой уплотнительной ленты в радиальном направлении наружу под действием центробежных сил во время использования установки с потоком текучей среды, а также ее разрушение при столкновении с уплотнительной лентой, расположенной между плитами основания, проходящими в осевом направлении вала ротора.

Кроме этого, предпочтительные признаки изобретения изложены со ссылкой на пункты формулы изобретения и следующие пояснения к чертежам, позволяющие дать более подробное описание особо предпочтительного варианта осуществления.

Требуется охрана не только для изложенных или показанных комбинаций признаков, но, в принципе, также и для любых необходимых комбинаций из отдельных изложенных или показанных признаков.

Краткое описание чертежей

На фиг.1 показано частичное осевое сечение газовой турбины, через которую поток проходит аксиально.

На фиг.2 показан вид в перспективе элементов основания смежных лопаток ротора на валу ротора, изображенном частично.

На фиг.3 показан дополнительный вид в перспективе вышеупомянутых элементов основания.

На фиг.4 показан вид с увеличением одной из уплотнительных лент.

Осуществление изобретения

По фиг.1 в каждой ступени ротора имеются лопатки 2 ротора, установленные на валу 1 ротора, а также направляющие лопатки 3 со стороны корпуса, установленные неподвижно спереди и сзади лопаток 2 ротора в осевом направлении вала 1 ротора. На фиг.1 видна лишь одна из лопаток 2 ротора, расположенная аксиально между направляющей лопаткой, установленной по ходу спереди в направлении потока 4 нагретого газа, и другой направляющей лопаткой 3, установленной по ходу сзади в направлении потока 4 нагретого газа. Однако, понятно, что и направляющие лопатки 3, и лопатки 2 ротора установлены смежно друг с другом в определенном количестве в радиальном направлении вала ротора. Таким образом, и лопатки 2 ротора, и направляющие лопатки 3 образуют соответствующие ряды из лопаток/направляющих лопаток в радиальном направлении вала 1 ротора.

У лопаток 2 ротора имеется соответственно плита 5 основания, примыкающая радиально к внутреннему торцу лопатки 2 ротора, внешняя поверхность которой, со стороны лопатки, проходит в радиальном направлении и в аксиальном направлении вала 1 ротора. В радиальном направлении плита 5 основания заходит внутрь элемента 6 основания, имеющего анкерное устройство 6' крепления елочного типа при виде в осевой проекции вала 1 ротора, которое может быть вставлено аксиально в каналы соответствующей формы, расположенное между (сегментированными) продольными ребрами 7 на валу 1 ротора. Таким образом, анкерные устройства 6' и их соответствующие элементы 6 основания, а также сопряженная плита 5 основания плотно крепятся на валу 1 ротора в радиальном направлении с соответствующей лопаткой 2 ротора.

В области торцов направляющих лопаток 3, со стороны вала ротора, на валу 1 ротора установлены теплозащитные элементы 8, которые, в целом, аналогичны элементам 6 основания, они плотно закреплены на валу ротора анкерными устройствами 7', аналогичными анкерным устройствам 6'.

Так же, как и лопатки 2 ротора, элементы 6 основания на плитах 5 основания, а также теплозащитные элементы 8 соответственно установлены на валу 1 ротора радиальными рядами, смежными друг с другом.

Как видно из фиг. 1-3, камеры 9 с охлаждающим воздухом, сообщающиеся друг с другом и с источником охлаждающего воздуха, который не показан, выполнены в элементах основания и теплозащитных элементах 6 и 8 для защиты вала ротора от перегрева за счет подачи в камеры 9 с охлаждающим воздухом потока охлаждающего воздуха. Подобные камеры 9 с охлаждающим воздухом расположены в области радиально внутренней периферийной плоскости вала ротора. Внутри плит 5 основания, а следовательно, внутри радиально внешней периферийной плоскости вала 1 ротора находятся дополнительные камеры 10 с охлаждающим воздухом, сообщающиеся с камерами 9 с охлаждающим воздухом в элементах 6 основания. Как видно, в частности, из фигур 2 и 3, камеры 9 и 10 с охлаждающим воздухом проходят в осевой проекции вала 1 ротора, соответственно между смежными лопатками 2 ротора. В свою очередь, камеры 9 и 10 с охлаждающим воздухом пересекаются зазорами 11, которые проходят в продольном направлении вала 1 ротора, между плитами 5 основания и элементами 6 основания смежных лопаток 2 ротора. Кроме этого, камеры 9 с охлаждающим воздухом в элементах 6 основания соединены с камерами 9 с охлаждающим воздухом в смежных теплозащитных элементах 8 через отверстия 12 (см. фиг.2), которые расположены на торцевых поверхностях, обращенных друг к другу смежных теплозащитных элементов 8 и элементов 6 основания в осевом направлении вала 1 ротора. Каналы для охлаждающего воздуха, проходящие через подобные отверстия, соответственно пересекаются зазорами 13, расположенными между вышеупомянутыми торцевыми поверхностями аксиально смежных элементов основания и теплозащитных элементов 6 и 8.

Далее изобретением предусматривается, что охлаждающий воздух из камер с охлаждающим воздухом 9 или 10 соответственно может попадать в поток 4 нагретого газа только у торцов плит 5 основания, обращенных вверх к потоку 4 нагретого газа. Подобное прохождение охлаждающего воздуха происходит у торцов зазоров 11 между смежными лопатками 2 ротора в направлении, противоположном потоку 4 нагретого воздуха. Кроме этого, выпускное отверстие для охлаждающего воздуха у зазоров 11 и 13 закрыто уплотнительными лентами с 14 по 16, которые соответственно выполнены в виде плоских лент и установлены их продольными краями в канавках, расположенных оппозитно друг другу, в боковых или торцевых поверхностях теплозащитных элементов 8 и элементов 6 основания или соответственно плитах 5 основания, разграничивающих зазоры 11 и 13.

Как показано на фигурах 2 и 3, в зазорах 11 между камерами с охлаждающим воздухом 9 и 10 уплотнительные ленты 14 установлены в канавках 17 на стенках смежных элементов 6 основания, разграничивающих зазор 11. Подобные уплотнительные ленты 14 соответственно соединены с уплотнительными лентами 15 в Т-образный профиль, продольные края которого установлены в канавках 18 на торцевых поверхностях обращенных друг к другу аксиально смежных элементов 6 основания и теплозащитных элементов 8. Таким образом, после установки смежных элементов 6 основания с сопряженными лопатками 2 ротора на валу 1 ротора, Т-образная комбинация из уплотнительных лент 14 и 15 по фиг.3 может быть вставлена по направлению стрелки Р в узкую щель в необходимое положение, при котором соответствующая уплотнительная лента 14 будет находиться между смежными элементами 6 основания в канавках 17, а уплотнительная лента 15 будет находиться в канавках 18 на торцевых поверхностях смежных элементов 6 основания, ориентированных в направлении потока 4 нагретого газа. Как только теплозащитные элементы, смежные с уже установленными элементами 6 основания в направлении потока 4 нагретого воздуха, устанавливаются на вал ротора, свободный продольный край уплотнительной ленты 15 автоматически входит в зацепление с соответствующей канавкой 18 на теплозащитных элементах 8. Соответственно с помощью уплотнительных лент 14 и 15 предотвращается прохождение охлаждающего воздуха из камер 9 с охлаждающим воздухом через зазоры 11 и 13 в поток 4 нагретого газа. Дополнительные уплотнительные ленты 16 и 16' устанавливаются таким образом, чтобы охлаждающий воздух мог выходить из камер 10 с охлаждающим воздухом только через конец зазора 11, в направлении, противоположном потоку 4 нагретого газа, между смежными плитами 5 основания или соответствующими лопатками 2 ротора. Уплотнительная лента 16 соответственно вставляется в канавки 19, которые проходят параллельно канавкам 17 уплотнительных лент 14. Конец уплотнительных лент 16, расположенный по ходу сзади в направлении потока 4 нагретого газа, согнут или загнут, как это видно на фигурах 2 и 3, и сопряжен его вогнутой стороной с соответствующими выгнутыми упорами на плитах 5 основания таким образом, чтобы обеспечивалось необходимое конечное положение уплотнительных лент 16, а изогнутый конец был заблокирован между торцевыми поверхностями, обращенными друг к другу, элемента 6 основания и аксиально смежного теплозащитного элемента 8.

Кроме этого, на торцах зазоров 11 имеются дополнительные уплотнительные ленты 16', ориентированные в направлении потока 4 нагретого газа, которые установлены наклонно к радиальной плоскости вала 1 ротора, как это показано на фиг.3 в соответствующих наклонных канавках 19' на боковых поверхностях смежных плит 5 основания, разграничивающих соответствующий зазор 11. Радиальный внутренний конец дополнительных уплотнительных лент 16' загнут вниз, как это показано на фиг.4, и сопрягается его вогнутой стороной с краями, соответствующим образом дополнительно образованными на смежных боковых поверхностях смежных плит 5 основания. Таким образом, необходимое положение дополнительной уплотнительной ленты 16' также является конечным положением, в частности, таким образом, чтобы между верхним концом дополнительной уплотнительной ленты 16' и смежной уплотнительной лентой 16 оставался минимальный зазор, как это показано на фигурах 2 и 3, таким образом, чтобы между уплотнительными лентами 16 и 16' не возникало разрушающего контакта, а охлаждающий воздух практически не мог проходить между этими двумя уплотнительными лентами 16 и 16'. В необходимом положении уплотнительная лента 16' не контактирует с уплотнительной лентой 16 и не разрушает уплотнительную ленту 16. Упомянутая уплотнительная лента 16' в необходимом положении соответственно блокируется уплотнительной лентой 15. Соответственно, уплотнительная лента 16' по фиг.3 проталкивается в ее необходимое положение, прежде чем там будет установлена уплотнительная лента 15, соединенная с уплотнительной лентой 14 в Т-образный профиль.