Результат интеллектуальной деятельности: Охлаждаемая турбина высокого давления

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к охлаждаемым турбинам газотурбинных двигателей.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является охлаждаемая турбина высокого давления, содержащая рабочее колесо в виде диска колеса с установленными на нем рабочими лопатками с внутренними охлаждающими полостями, каналы подвода к лопаткам охлаждающего воздуха, сопловой аппарат закрутки и безлопаточный диффузор,

/RU 2196233, МПК⁷ F01D 5/08. Опубликовано: 10.01.2003/.

Недостатком известной турбины является наличие отверстий в ободе основного диска для подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам. При работе турбины возле отверстий появляются трещины, последние ограничивают ресурс диска. Другим недостатком является значительная масса покровного диска, которая вращается с диском рабочего колеса, что приводит к значительным потерям. Подача охлаждающего воздуха от аппарата закрутки к рабочему колесу турбины производится с большими потерями полного давления и высоким уровнем его температуры, поскольку безлопаточный диффузор обладает большим гидравлическим сопротивлением.

Задача изобретения - повышение эффективности охлаждения рабочего колеса турбины, повышение его технологической стойкости.

Ожидаемый технический результат - уменьшение массы вращающегося диска, повышение надежности и ресурсов, улучшение охлаждения рабочего колеса турбины, упрощение технологии изготовления элементов турбины, снижение металлоемкости и удешевление их стоимости.

Технический результат достигается тем, что известная охлаждаемая турбина высокого давления, содержащая рабочее колесо в виде диска колеса с установленными на нем рабочими лопатками с внутренними охлаждающими полостями, каналы подвода к лопаткам охлаждающего воздуха, сопловой аппарат закрутки и безлопаточный диффузор, по предложению, турбина снабжена замками фиксаторами лопаток и приставным кольцом с подкачивающими лопатками, на полотне диска рабочего колеса выполнен кольцевой выступ с установленным на нем лабиринтом, безлопаточный диффузор жестко закреплен на аппарате закрутки, а приставное кольцо с подкачивающими лопатками с помощью байонетного соединения закреплено под ободом диска и снабжено лабиринтом, выполненным по внутренней поверхности кольца, безлопаточный диффузор посредством выполненных на его стенках сотовых кольцевых уплотнений сообщен с лабиринтом, выполненным на кольцевом выступе рабочего колеса, и с лабиринтом, выполненным по внутренней поверхности приставного кольца, в ободе диска и ножках лопаток выполнены пазы под замки фиксаторы лопаток, каналы подвода воздуха в лопатку выполнены в виде паза в диске под замком лопаток, а напротив пазов в диске в замках фиксаторах лопаток со стороны приставного кольца выполнены отверстия, при этом охлаждающие полости лопаток последовательно сообщены с каналами подвода воздуха в лопатку, с полостями под приставным кольцом с подкачивающими лопатками и с полостями безлопаточного диффузора и аппарата закрутки.

В предложенном решении предусмотрено каналы подвода воздуха в лопатку выполнять в виде паза в диске под замком лопаток, что исключает выполнение отверстий в ободе диска и появление трещин возле них при работе турбины, а выполнение безлопаточного диффузора стационарным, жестко закрепленным на сопловом аппарате загрузки позволяет значительно уменьшить массу вращающегося диска. Разгрузка диска и предложенное выполнение каналов подвода воздуха повышают надежность диска рабочего колеса и увеличивают ресурс его работы.

Стационарный безлопаточный диффузор выполняется из более тонкого металла, внутренний тракт его является «гидравлически гладким», что значительно уменьшает потери давления потока на местных сопротивлениях, увеличивается скорость повышения давления, достигается более высокая степень повышения давления, что обеспечивает более надежное охлаждение элементов турбины путем снижения температуры воздушного потока и увеличения его скорости в тракте охлаждения.

Конструкция диска и отдельно безлопаточного диффузора значительно менее металлоемки, не требуют сложных технологий при их изготовлении, а следовательно, достигается удешевление всей турбины.

Фиг 1 - продольное сечение турбины высокого давления.

Фиг 2 - сечение А-А аппарата закрутки.

Охлаждаемая турбина содержит рабочее колесо 1, диск 2, рабочие лопатки 3, установленные на ободе 4 диска 2, с помощью, например: елочных замков, выполненных на ножке 5, лопатки 3, замки фиксаторы 6, приставное кольцо 7 с подкачивающими лопатками, кольцо 7 закреплено под ободом диска 4 с помощью байонетного соединения 8. От радиального проскальзывания байонетное соединение 8 фиксируется специальным крепежным элементом (на чертеже не показано). На полотне диска 2 рабочего колеса выполнен кольцевой выступ 9, а по внутренней поверхности приставного кольца 7 и кольцевому выступу 9 установлены лабиринты 10. Стенки без лопаточного диффузора 11 и 18 жестко закреплены на аппарате закрутки 12 с выходными каналами в виде профилированных сопел 19, направленных в сторону вращения рабочего колеса. Безлопаточный диффузор посредством выполненных на его стенках сотовых кольцевых уплотнений 13 и 17 контактирует с зубьями лабиринтов 10 и 16. В ободе 4 диска и ножках 5 лопаток выполнены пазы 14 под замки фиксаторы 6 лопаток, а каналы для подачи воздуха в лопатку выполнены в виде паза 15 в диске под замком 6 лопаток, причем напротив пазов 15 в диске в замках фиксаторах 6 лопаток со стороны приставного кольца 7 выполнены отверстия.

При работе турбины воздух из соплового аппарата закрутки 12 поступает в профилированные сопела 19 направленные в сторону вращения рабочего колеса. На выходе из сопел воздушный поток поворачивается, закручивается и проходит между стенками 11 и 18 безлопаточного диффузора под обод к полотну диска. Далее воздух следует через пазы байонетного соединения 8 в полость между ободом 4 и приставным кольцом 7 и через отверстия фиксирующих замков 6 попадает в пазы 15 под подошвы рабочих лопаток 3. Кольца сотовых уплотнений 13 и 17 и зубья лабиринтов 10 и 16, контактируют между собой и обеспечивают минимальные потери воздуха.

Предлагаемая турбина обеспечивает повышение надежности и ресурса диска, поскольку в диске отсутствуют отверстия в ободе диска и уменьшена масса вращающегося диска, в самой турбине улучшается охлаждение рабочего колеса турбины, а при ее изготовлении достигается упрощение технологии изготовления ее элементов, снижение металлоемкости и удешевление стоимости.