×
09.06.2019
219.017.7788

ТУРБИННАЯ ЛОПАТКА С УПЛОТНИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002296226
Дата охранного документа
27.03.2007
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Лопатка ротора турбины содержит внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, расположенные по разные стороны оси лопатки, наконечник, расположенный на ее вершине, и, по меньшей мере, один уплотнительный элемент, установленный на наконечнике. Уплотнительный элемент расположен перпендикулярно внутренней и внешней поверхностям и содержит первую оконечность со стороны внешней поверхности и вторую оконечность со стороны внутренней поверхности. Первая оконечность имеет большую высоту, чем указанная вторая оконечность. Уплотнительный элемент содержит наружную контактную поверхность, выполненную в виде выпуклой поверхности, расположенную между указанными первой и второй оконечностями и проходящую между ними. Изобретение позволяет повысить производительность турбины и сократить удельный расход топлива. 8 з.п. ф-лы, 4 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к лопатке ротора турбины, содержащей внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность, расположенные по разные стороны оси этой лопатки, причем указанная лопатка также содержит наконечник, расположенный на ее периферической оконечности, обращенной к статору (вершине), и, по меньшей мере, один уплотнительный элемент, находящийся на этом наконечнике, причем указанный уплотнительный элемент расположен перпендикулярно внутренней и внешней поверхностям лопатки и содержит две оконечности, первая из которых находится со стороны внешней поверхности, а вторая - со стороны внутренней поверхности, причем указанная первая оконечность имеет большую высоту, чем указанная вторая оконечность, а между указанными первой и второй оконечностями расположена вершина указанного уплотнительного элемента.

Уровень техники

Производительность газотурбинных двигателей, используемых в авиации и других отраслях промышленности, постоянно растет. Например, производительность венца подвижных лопаток турбины или компрессора может быть увеличена путем улучшения уплотнения между ротором и статором в районе периферии лопаток при условии его адаптации к работе подвижных и неподвижных элементов.

В зависимости от условий работы двигателя наблюдались различные явления вибрационной нестабильности подвижных лопаток. В частности, вибрации могут возникать под воздействием аэродинамических потоков в районе вершин лопаток.

В общем случае между вершинами лопаток и соответствующим статором существует зазор. В процессе работы трение вершин лопаток о кожух, которое может привести к износу вершин лопаток и/или поверхности кожуха и неравномерным изменениям вышеупомянутого зазора, возникает по нескольким причинам. Во-первых, форма ротора и концентрически расположенного по отношению к нему кожуха отличается от идеально круглой. Во-вторых, колебания термического расширения ротора и кожуха могут быть различны. Наконец, механическое напряжение, действующее на подвижные части ротора или неподвижные части соответствующего статора, может вызывать механические деформации.

Известный способ уменьшения этого трения заключается в помещении на внутреннюю поверхность статора, со стороны подвижных лопаток, уплотнительных элементов, выполненных из «истираемых» материалов. Такая поверхность истираема, т.е. покрыта материалом, изнашиваемым или истираемым при прохождении лопаток вдоль поверхности до тех пор, пока поверхность не приобретет соответствующую форму.

Ближайшим аналогом изобретения является лопатка ротора турбины, описанная в документе ЕР 0287371 A, F 01 D 5/22; В 23 Р 6/00, 1988, фиг.1-3. Вершина известной лопатки (12) снабжена наконечником (17), расположенным на ее внешней периферической оконечности. Наконечник снабжен двумя уплотнительными элементами в виде выступов (18), которые взаимодействуют с истираемым уплотнением (13) на статоре. Эти выступы выполнены в виде профилированных элементов из абразивного материала и расположены перпендикулярно внутренней и внешней поверхностям лопатки. У каждого выступа имеются первая оконечность со стороны внешней поверхности лопатки и вторая оконечность со стороны ее внутренней поверхности, причем первая оконечность имеет большую высоту, чем вторая оконечность. Между названными оконечностями расположена наружная контактная поверхность (26) уплотнительного элемента. С целью предотвращения износа указанных выступов предусматривается образование из выступов на последовательно расположенных лопатках пилообразной структуры. Тем не менее, эти выступы в известной лопатке имеют прямолинейные оконечности, что приводит к возникновению значительного участка остаточной утечки.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в создании лопаток, содержащих уплотнительные элементы, позволяющие сократить этот участок остаточной утечки, а также повысить производительность турбины и, следовательно, сократить удельный расход топлива в двигателе.

В соответствии с изобретением решение поставленной задачи достигается созданием уплотнительного элемента, имеющего наружную контактную поверхность выпуклой формы, расположенную между первой и второй оконечностями.

Благодаря выпуклой форме наружной контактной поверхности уплотнительного элемента пространство, остающееся между этой поверхностью и поверхностью кожуха, уменьшается.

В оптимальном варианте, упрощающем изготовление уплотнительных элементов, поперечное сечение указанной выпуклой поверхности имеет форму дуги окружности.

При этом ось указанной дуги окружности, проходящая через ее центр (О) и середину, отклонена от оси лопатки на некоторый угол, который отсчитывается от внутренней поверхности к внешней поверхности, а центр дуги окружности смещен относительно оси лопатки на некоторое расстояние, измеряемое в направлении, перпендикулярном оси лопатки.

Первая оконечность имеет большую высоту, чем вторая оконечность, что позволяет сохранить эффект образования пилообразной структуры между двумя последовательно расположенными лопатками. Вследствие этого, если две оконечности нужно соединить одну с другой единой криволинейной поверхностью, необходимо соответственно сориентировать кривизну дуги окружности.

В оптимальном варианте указанное расстояние должно быть не меньше половины расстояния между указанной первой оконечностью и указанной второй оконечностью.

В предпочтительном варианте для образования заднего угла уплотнительного элемента, позволяющего избежать его износа, следует сместить центр кривизны наружной контактной поверхности на полшага относительно оси лопатки.

Разница высот между указанной первой оконечностью и указанной второй оконечностью предпочтительно составляет не менее 0,2 мм.

Эта разница высот позволяет сохранить эффект образования между двумя последовательно расположенными лопатками пилообразной структуры.

В оптимальном варианте лопатка содержит два уплотнительных элемента, расположенных, по существу, параллельно и образующих лабиринт для воздуха, циркулирующего между лопатками и кожухом, что позволяет уменьшить вибрационную неустойчивость.

Краткое описание чертежей

Другие свойства и достоинства настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего описания, содержащего ссылки на прилагаемые чертежи, которые иллюстрируют пример осуществления изобретения, не вносящий каких-либо ограничений. На чертежах:

- на фиг.1 изображена в перспективе турбинная лопатка, содержащая два уплотнительных элемента,

- на фиг.2 - вид сверху на лопатку по фиг.1,

- на фиг.3 изображены в поперечном разрезе несколько лопаток, установленных на роторе, расположенном внутри кожуха,

- на фиг.4 упрощенно изображена лопатка, соприкасающаяся с кожухом.

Осуществление изобретения

На фиг.1 изображена лопатка 2 газотурбинного двигателя, которая содержит на своей оконечности, обращенной к ротору, основание (хвостовик) 4 лопатки, а на периферической оконечности, обращенной к статору (вершине), - наконечник 6. В целях облегчения аксиального течения газов лопатка 2 вытянута вдоль оси Х-Х′ лопатки, перпендикулярной оси ротора, на котором установлена указанная лопатка 2, и выполнена с профилем, имеющим внутреннюю поверхность 8 и внешнюю поверхность 10. На наружной стороне наконечника 6 расположены два уплотнительных элемента 12 и 14.

Из фиг.1 и 2 видно, что уплотнительные элементы 12 и 14 расположены перпендикулярно внутренней поверхности 8 и внешней поверхности 10. Каждый из уплотнительных элементов 12 и 14 содержит первую оконечность 16 и 18 соответственно, расположенную со стороны внешней поверхности 10, и вторую оконечность 20 и 22 соответственно, расположенную со стороны внутренней поверхности 8.

На фиг.3 изображено несколько лопаток 2, установленных на роторе, не показанном на чертеже, помещенном внутрь статора 24, причем направление вращения этого ротора указано стрелкой F. Все лопатки содержат уплотнительные элементы 12 и 14. Уплотнительные элементы 12 и 14 расположены в параллельных плоскостях, перпендикулярных оси вращения ротора, и имеют угловую протяженность, равную угловому интервалу между лопатками, образуя, таким образом, лабиринт, расположенный вдоль внутренней стенки статора 24. На фиг.3 показаны только уплотнительные элементы 12.

Первая оконечность 16 имеет большую высоту, чем вторая оконечность 20, что создает пилообразную структуру из уплотнительного элемента 12 первой лопатки 2 и уплотнительного элемента 12 следующей лопатки 2. В предпочтительном варианте разница d высот выбирается равной 0,2 мм во избежание износа уплотнительного элемента 12.

На внутренней стенке статора 24 расположен истираемый материал, который в процессе работы позволяет статору истираться в соответствии с формой уплотнительных элементов 12 и 14, трущихся об этот статор. Таким образом, трение уменьшается по мере притирания поверхностей друг к другу, при этом сокращаются утечки.

Для уменьшения остаточных утечек между наружными контактными поверхностями 26 уплотнительных элементов 12 и 14 и статором 24 эти поверхности 26 выполнены выпуклыми наружу. Заштрихованные участки на фиг.3 демонстрируют уменьшение поверхности утечки по сравнению с известными решениями.

В частности, как показано на фиг.4, сечение поверхности 26 имеет форму дуги 28 окружности с центром О и радиусом R. Первая оконечность 16 уплотнительного элемента соединена с его второй оконечностью 20 наружной контактной поверхностью 26, причем образующая эту поверхность дуга 28 окружности наклонена, т.к. оконечности 16 и 20 имеют разную высоту. Таким образом, центр О 28 окружности смещен на расстояние L относительно центра Ω вращения лопаток, поскольку последние установлены на роторе 24. Расстояние L составляет не менее половины длины уплотнительного элемента, что соответствует полушагу, т.е. половине расстояния между двумя последовательно расположенными лопатками 2.

В результате указанного смещения ось х-х′ дуги 28 окружности, проходящая через ее центр О и через ее середину, наклонена на угол α, отсчитываемый от оси Х-Х′ в сторону внешней поверхности 10 (см. фиг.4). Направление отсчета угла α противоположно направлению вращения ротора 24, указанного стрелкой F. Радиус R дуги 28 окружности может быть равен радиусу кожуха или быть меньше него.

1.Лопатка(2)роторатурбины,содержащаявнутреннююповерхность(8)ивнешнююповерхность(10),расположенныепоразныестороныоси(XX′)лопатки,причемлопатка(2)содержиттакженаконечник(6),расположенныйнаеевершинеи,поменьшеймере,одинуплотнительныйэлемент(12,14),установленныйнауказанномнаконечнике,причемуказанныйуплотнительныйэлемент(12,14)расположенперпендикулярновнутреннейповерхности(8)ивнешнейповерхности(10)исодержитпервуюоконечность(16,18)состоронывнешнейповерхности(10)ивторуюоконечность(20,22)состоронывнутреннейповерхности(8),причемуказаннаяперваяоконечность(16,18)имеетбольшуювысоту,чемуказаннаявтораяоконечность(20,22),причемуплотнительныйэлемент(12,14)содержитнаружнуюконтактнуюповерхность(26)уплотнительногоэлемента,расположеннуюмеждууказаннымипервой(16,18)и(20,22)второйоконечностями,отличающаясятем,чтонаружнаяконтактнаяповерхность(26)уплотнительногоэлементавыполненаввидевыпуклойповерхности,проходящейотпервойоконечностидовторойоконечности.12.Лопаткапоп.1,отличающаясятем,чтопоперечноесечениеуказаннойвыпуклойповерхностиимеетформудуги(28)окружностисосью(хх′),центром(О)ирадиусом(R).23.Лопаткапоп.2,отличающаясятем,чтоуказаннаяось(хх′)отклоненаотоси(XX′)лопаткинаугол(α),которыйотсчитываетсяотвнутреннейповерхности(8)квнешнейповерхности(10),ацентр(О)дугиокружностисмещенотоси(XX′)лопаткинарасстояние(L),измеренноевнаправлении,перпендикулярномоси(XX′)лопатки.34.Лопаткапоп.3,отличающаясятем,чтоуказанноерасстояние(L),поменьшеймере,равнополушагу,соответствующемуполовинерасстояниямеждууказаннойпервойоконечностью(16,18)иуказаннойвторойоконечностью(20,22).45.Лопаткаполюбомуизпп.1-4,отличающаясятем,чторазницавысот(d)междууказаннойпервойоконечностью(16,18)иуказаннойвторойоконечностью(20,22)составляетнеменее0,2мм.56.Лопаткаполюбомуизпп.1-3,отличающаясятем,чтоонасодержитдвауплотнительныхэлемента(12,14).67.Лопаткапоп.6,отличающаясятем,чтодвауплотнительныхэлемента(12,14)посуществупараллельны.78.Лопаткапоп.5,отличающаясятем,чтоонасодержитдвауплотнительныхэлемента(12,14).89.Лопаткапоп.8,отличающаясятем,чтодвауплотнительныхэлемента(12,14)посуществупараллельны.9
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 13.
20.03.2019
№219.016.e505

Устройство охлаждения дисков турбин

Устройство охлаждения дисков турбин высокого и низкого давления содержит платформу с отверстиями, несущую неподвижные лопатки направляющего аппарата турбины низкого давления, передний и задний кольцевые фланцы. Передний и задний кольцевые фланцы ограничивают полость для охлаждающего воздуха,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002341669
Дата охранного документа: 20.12.2008
29.03.2019
№219.016.f315

Вращающаяся лопатка турбореактивного двигателя и вращающийся узел турбореактивного двигателя

Вращающаяся лопатка турбореактивного двигателя содержит множество сечений, расположенных вдоль линии центров тяжести сечений лопатки, между основанием и внешней кромкой лопатки. Лопатка ограничена в продольном направлении передней и задней кромками и содержит в направлении вдоль радиальной оси...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002336421
Дата охранного документа: 20.10.2008
10.04.2019
№219.017.0211

Лопатка двойной кривизны для направляющего аппарата турбомашины

Лопатка направляющего аппарата компрессора турбомашины имеет ортогональные продольную, тангенциальную и радиальную оси. Между внутренней кромкой и наружной кромкой лопатки расположены в радиальном направлении внутренняя и внешняя поверхности, а в продольном направлении - между передней кромкой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002341660
Дата охранного документа: 20.12.2008
10.04.2019
№219.017.04de

Устройство для повторной установки и центрирования вала вентилятора турбореактивного двигателя после отсоединения вала

Изобретение относится к устройству для восприятия радиальной нагрузки от вала (2) и повторного центрирования вала (2) после его отсоединения. Устройство содержит кольцевую опору (4), окружающую вал (2), и опорный подшипник (5), жестко соединенный с кольцевой опорой. Внутренняя обойма (9)...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002304235
Дата охранного документа: 10.08.2007
10.04.2019
№219.017.04ef

Система многорежимной подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания

Система подачи топливовоздушной смеси в камеру сгорания газотурбинного двигателя имеет продольную ось (Х-Х) и содержит топливоподающие средства, расположенные между первыми средствами и вторыми средствами подачи воздуха во внутренней кольцевой полости устройства Вентури, которая образована...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002303199
Дата охранного документа: 20.07.2007
29.04.2019
№219.017.4347

Способ формирования керамического покрытия, мишень для осуществления этого способа и способ ее изготовления

Изобретение относится к способу формирования на подложках керамических покрытий и к изготовлению мишеней в качестве источников для такого способа покрытия и может быть использовано для получения металлических изделий из суперсплавов, таких как лопатки или направляющие аппараты газовых турбин с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002320772
Дата охранного документа: 27.03.2008
29.05.2019
№219.017.66d5

Снижение вибрации в устройстве, содержащем ротор и неподвижные источники возмущений

Изобретение относится к снижению вибрации. Способ снижения вибрации в устройстве, содержащем, по меньшей мере, один ротор (101) и комплект неподвижных источников (102, 14) возмущений, способных вызывать возмущения в потоке (11) текучей среды, приводящие к вибрации ротора, включает этап...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002304220
Дата охранного документа: 10.08.2007
09.06.2019
№219.017.7a1d

Устройство вентиляции ротора турбины высокого давления турбомашины

Изобретение относится к устройству вентиляции ротора турбины высокого давления, которая содержит диск (3) и входной фланец (5). Первый контур охлаждения лопаток подает первый воздушный поток (С1) через основные воздушные сопла (15) и отверстия (11), выполненные во фланце (5). Второй контур...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002318120
Дата охранного документа: 27.02.2008
09.06.2019
№219.017.7cab

Способ и система для обнаружения повреждения ротора двигателя летательного аппарата и двигатель летательного аппарата

Изобретение относится к обнаружению повреждения ротора двигателя летательного аппарата, содержащего средства измерения вибрации и скорости для сбора данных, характеризующих скорость ротора, а также амплитуду и фазу его вибрации во время контролируемого полета. Способ обнаружения предусматривает...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002320969
Дата охранного документа: 27.03.2008
29.06.2019
№219.017.9c14

Материал, способный к износу истиранием, изделия и корпусы из этого материала и способ его получения

Изобретение относится к порошковой металлургии, в частности к материалу, способному к износу истиранием, состоящему из металлического сплава на основе никеля и/или кобальта, не содержащего оксиды, или из керамики. Материал содержит закрытые поры с эквивалентным диаметром 50-100 мкм и/или выемки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002346068
Дата охранного документа: 10.02.2009
Показаны записи 1-10 из 24.
10.01.2013
№216.012.196b

Устройство для аксиального удержания лопаток, установленных на роторном диске газотурбинного двигателя

Изобретение относится к устройству для аксиального удержания лопаток, установленных на роторном диске газотурбинного двигателя. Роторный диск включает в себя множество аксиальных и открытых наружу выемок, фланец, множество лопаток и удерживающее кольцо. Выемки расположены по периферии роторного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471999
Дата охранного документа: 10.01.2013
27.02.2013
№216.012.2b90

Устройство для охлаждения выемок роторного диска газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель

Устройство для охлаждения выемок роторного диска газотурбинного двигателя содержит роторный диск, включающий в себя по своей периферии множество по существу аксиальных выемок, кольцевой фланец, кольцевой удерживающий выступ и множество отверстий для подачи воздуха. Аксиальные выемки равномерно...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476679
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.02.2013
№216.012.2baf

Уплотнение кольца ротора в ступени турбины

Ступень турбины турбомашины содержит колесо ротора, установленное внутри разделенного на сектора кольца, и сопловой аппарат. Кольцо установлено на корпусе турбины. Сопловой аппарат расположен на входе колеса и образован кольцевым рядом неподвижных лопаток. Сопловой аппарат содержит на своем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002476710
Дата охранного документа: 27.02.2013
27.04.2013
№216.012.3abe

Устройство возврата масла

Устройство предназначено для возврата масла, содержит подшипниковые опоры, установленные на промежуточном корпусе турбины, первый и второй подшипники, установленные на подшипниковых опорах, цапфу турбины низкого давления, установленную с возможностью вращения относительно промежуточного корпуса...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002480599
Дата охранного документа: 27.04.2013
20.05.2013
№216.012.415e

Блок газотурбинного двигателя, модуль газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель

Блок газотурбинного двигателя содержит первый и второй узлы, неподвижно соединенные друг с другом при помощи, по меньшей мере, одного устройства соединения. Это устройство содержит вилку, предназначенную для соединения с первым узлом, и соединительный элемент, предназначенный для соединения со...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482304
Дата охранного документа: 20.05.2013
10.08.2013
№216.012.5d90

Охлаждаемая лопатка газотурбинного двигателя, способ ее сборки, направляющий сопловый аппарат газотурбинного двигателя, турбина, содержащая указанный аппарат, газотурбинный двигатель

Настоящее изобретение относится к охлаждаемой лопатке, составляющей направляющий аппарат газотурбинного двигателя. Охлаждаемая лопатка включает в себя внутреннюю полку, наружную полку и перо. Перо проходит между внутренней полкой и наружной полкой. Охлаждаемая лопатка имеет полость вдоль пера и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489573
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.08.2013
№216.012.5da2

Средство блокировки вращения оси, поддерживающей орган подвески газотурбинного двигателя

Устройство монтажа органа подвески на картере газотурбинного двигателя содержит вилку, включающую в себя, по меньшей мере, одну проушину и неподвижно соединенную с картером. Ось, закрепленная на упомянутой вилке, поддерживает упомянутый орган при помощи кольца, охватывающего ось. Устройство...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489591
Дата охранного документа: 10.08.2013
20.08.2013
№216.012.610b

Газотурбинный двигатель с клапаном, соединяющим две полости

Двухвальный газотурбинный двигатель содержит кольцо статора турбины высокого давления, внешнюю стенку переходного канала между ступенями высокого и низкого давления, первую полость для управления кольцом статора и вторую полость для распределения воздуха, предназначенного для обдува внешней...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002490475
Дата охранного документа: 20.08.2013
10.09.2013
№216.012.683c

Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом и турбомашина

Устройство для соединения радиальных кронштейнов с круглым кольцом содержит круглое кольцо, радиальные кронштейны, соединяющие кольцо с другим концентричным кольцом и средства для соединения кронштейнов с кольцом. Средства для соединения содержат выступы, фиксаторы, содержащие выступы,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492331
Дата охранного документа: 10.09.2013
27.09.2013
№216.012.6fc6

Устройство соединения радиальных стоек с круглой обечайкой при помощи осей и распорок и газотурбинный двигатель, содержащий такое устройство

Устройство соединения радиальных стоек с круглой обечайкой при помощи осей и распорок содержит круглую обечайку, в основном радиальные стойки, соединяющие обечайку с другой концентричной обечайкой, и соединения стоек с обечайкой или с внутренней ступицей. При этом каждое из соединений содержит,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494265
Дата охранного документа: 27.09.2013
+ добавить свой РИД