ВХОДНОЙ ПАТРУБОК ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ
INLET GAS TURBINE NOZZLE

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в отраслях техники, где применяются газовые турбины, в частности в турбонасосных агрегатах жидкостных ракетных двигателей.
Известен входной патрубок газовой турбины, который выполнен симметричным и с плавно изменяющейся проходной площадью с целью обеспечения равномерного поля скорости газа, подаваемого на газовую турбину. При этом обеспечиваются максимально выгодные параметры турбины - коэффициент полезного действия и пропускная способность (см. книгу Г.Ш. Розенберга «Судовые центростремительные газовые турбины», издательство «Судостроение», г. Ленинград, 1964 г., стр. 190, рис. 97 a1 и рис. 97 а5).
Данная конструкция входного патрубка вполне работоспособна, но обладает следующим существенным недостатком: при выполнении патрубка из жаропрочной и жаростойкой стали (типа ЭП-202, ЭП-915) профилированный патрубок изготовить практически невозможно из-за чрезвычайно трудной обрабатываемости механическими способами данной стали. При этом эти стали хорошо штампуются и куются.
Известен входной патрубок газовой турбины, взятый за прототип изобретения, который выполняется симметричным, но с постоянным проходным сечением (см. книгу Г.Ш. Розенберга «Судовые центростремительные газовые турбины», стр. 190, рис. 97 а2). Причем в патрубок вставляются две центральные перегородки для устранения влияния неравномерности подвода потока газа к турбине на к.п.д. турбины, на стабильность к.п.д. и пропускной способности турбины (устраняются круговые «паразитные» вихри газа). Этот входной патрубок не имеет недостатков, отмеченных выше, т.е. обладает высокой технологичностью. Недостатком входного патрубка газовой турбины по прототипу является малая надежность на форсированных режимах из-за уменьшения «податливости» конструкции (нижнее ребро связано с газовым коллектором и с корпусом): на форсированных режимах в газовом коллекторе резко повышается давление и температура и он, как всякая упругая оболочка, стремится занять положение, обеспечивающее равную прочность по радиальным сечениям. Вследствие того, что упругий газовый коллектор через ребро связан с корпусом, в зоне связи ребра с газовым коллектором в последнем в этой зоне возникают напряжения, превышающие допустимые, что приводит к разрушению изделия. Это влияние было обнаружено при гидроопрессовках входных патрубков, показавших пониженную прочность. То есть при таком исполнении исключается возможность конструкции «дышать» и занять наиболее выгодное положение с точки зрения прочности.
Изобретение решает задачу обеспечения надежности входного патрубка газовой турбины на форсированных режимах. Для этого в газовом коллекторе центральная перегородка размещена на противоположной к входу в коллектор стороне и выполнена из двух частей с зазором, причем одна ее часть соединена с газовым коллектором, а другая соединена с корпусом, а зазор выполнен в виде щелевого лабиринтного уплотнения. При таком исполнении входного патрубка газовой турбины повышается надежность конструкции на форсированных режимах за счет устранения жесткой связи кольцевого газового коллектора с корпусом (растет податливость конструкции) с сохранением стабильности по к.п.д. и по пропускной способности.
Изобретение поясняется чертежами: на Фиг. 1 показан продольный разрез заявленного входного патрубка газовой турбины, на Фиг. 2 - вид А, на Фиг. 3 - зазоры, образующие щелевое лабиринтное уплотнение.
Входной патрубок газовой турбины включает кольцевой газовый коллектор 1, корпус турбины 2, вход в газовый коллектор 3, центральную перегородку из двух частей 4, радиальные зазоры 5, 6, перекрытие 7 и осевой зазор 8. При этом зазоры 5 и 6 образуют щелевое уплотнение, а перекрытие 7 образует лабиринтное уплотнение. Осевой зазор 8 обеспечивает бесконтактное взаимное относительное перемещение частей 4 перегородки при форсаже. Зазоры 5, 6, 8 и перекрытие 7 выбираются конструктивно.
При подаче рабочего горячего тела – газа, через вход в коллектор 3 внутри коллектора на форсированном режиме повышается температура и давление (например, в одном из изделий температура повышается до ~950°C и давление повышается до ~500 атм), что приводит к деформации кольцевого газового коллектора 1, который, как любая оболочка, стремится занять наиболее выгодное положение, обеспечивающее равное напряжение по сечениям коллектора. Это стало возможно потому, что центральная перегородка 4 выполнена из двух, не связанных между собой частей (см. Фиг. 2 и Фиг. 3). Одновременно зазоры 5, 6, 8 и перекрытие 7 между перегородками подобраны конструктивно так, что они сохраняют функцию щелевого лабиринтного уплотнения, устраняя круговые «паразитные» вихри газа в коллекторе.
Использование изобретения позволит повысить надежность входного патрубка газовой турбины на форсированных режимах по температуре и давлении с одновременным сохранением высоких энергетических показателей и их стабильности - к.п.д. и пропускной способности турбины.