Охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя
COOLED TURBINE OF GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к охлаждаемым турбинам для газотурбинных установок.
Известна охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя (далее ГТД), содержащая наружный корпус с раздаточным коллектором и установленные в наружном корпусе сопловые лопатки с наружными полками, колесо с рабочими лопатками, каждая из которых снабжена бандажной полкой с передним и задним зубьями, надроторные вставки, установленные в наружном корпусе в области над рабочими лопатками, с образованием между наружным корпусом и надроторными вставками первой кольцевой полости и контактирующие участками своих внутренних поверхностей с участками наружных поверхностей наружных полок сопловых лопаток, при этом на торцах надроторных вставок, обращенных к наружным полкам сопловых лопаток, выполнено по выступу, над которыми в кольцевой канавке, выполненной в наружном корпусе, установлено разрезное упругое кольцо, кроме того между наружными поверхностями бандажных полок с зубьями, внутренними поверхностями надроторных вставок и торцами наружных полок сопловых лопаток, образована вторая кольцевая полость (ПМ 28187).
Известная конструкция выбрана в качестве прототипа.
В прототипе охлаждается только зона бандажной полки перед единственным зубом. В конструкции наружного корпуса и надроторной вставки не предусмотрено охлаждение зоны бандажной полки за зубом с возможностью использования того же, что и перед зубом или более дешевого воздуха из других полостей ГТД. Кроме того, присутствие на бандажной полке только одного зуба недостаточно эффективно препятствует протетеканию газовоздушной смеси между полками лопаток рабочего колеса и надроторными вставками. Все это снижает надежность рабочего колеса, его ресурс и эффективность турбины ГТД в целом.
Технические результаты изобретения: повышение эффективности охлаждения всей поверхности бандажных полок лопаток рабочего колеса и, как следствие, повышение надежности и ресурса рабочего колеса турбины ГТД в целом.
Указанные технические результаты достигаются тем, что в известной охлаждаемой турбине ГТД, содержащей наружный корпус с раздаточным коллектором и установленные в наружном корпусе сопловые лопатки с наружными полками, колесо с рабочими лопатками, каждая из которых снабжена бандажной полкой с передним и задним зубьями, надроторные вставки, установленные в наружном корпусе в области над рабочими лопатками, с образованием между наружным корпусом и надроторными вставками первой кольцевой полости и контактирующие участками своих внутренних поверхностей с участками наружных поверхностей наружных полок сопловых лопаток, при этом на торцах надроторных вставок, обращенных к наружным полкам сопловых лопаток, выполнено по выступу, над которыми в кольцевой канавке, выполненной в наружном корпусе, установлено разрезное упругое кольцо, кроме того между наружными поверхностями бандажных полок с зубьями, внутренними поверхностями надроторных вставок и торцами наружных полок сопловых лопаток, образована вторая кольцевая полость, согласно настоящему изобретению, для двухконтурного газотурбинного двигателя между наружными полками сопловых лопаток и надроторными вставками, под упомянутыми осевыми выступами надроторных вставок выполнена третья кольцевая полость, а между наружным корпусом и наружными полками сопловых лопаток выполнена четвертая кольцевая полость, сообщенная с раздаточным коллектором посредством каналов, выполненных в наружном корпусе, а со второй кольцевой полостью - посредством каналов, выполненных в наружных полках сопловых лопаток, при этом в первой кольцевой полости, установлен экран, разделяющий ее на пятую и шестую кольцевые полости, причем пятая кольцевая полость сообщена с проточной частью второго контура газотурбинного двигателя посредством каналов, выполненных в наружном корпусе, а со второй кольцевой полостью - посредством каналов, выполненных в надроторных вставках и направленных в область за задними зубьями бандажных полок, а шестая кольцевая полость сообщена с четвертой кольцевой полостью через последовательно сообщенные друг с другом каналы, выполненные в надроторных вставках, третью кольцевую полость и дополнительные каналы, выполненные в наружных полках сопловых лопаток, а также со второй кольцевой полостью, посредством дополнительных каналов, выполненных в надроторных вставках и направленных в область между передним и задним зубьями бандажных полок.
Совокупность особенностей конструкции наружного корпуса, наружной полки сопловой лопатки и надроторной вставки обеспечивает за счет образования пяти раздельных полостей эффективное охлаждение всей поверхности бандажной полки с подачей там, где требуется высокое давление (перед 1-м и между 1-ми 2-м зубьями) используется дорогой воздух из-за компрессора (в частном случае из думиса), а там, где достаточно пониженного давления (за 2-м зубом), используется более дешевый воздух из второго контура ГТД. Таким образом, повышается надежность и ресурс рабочего колеса турбины, а также надежность и эффективность ГТД в целом.
Предпочтительно выполнение экрана в виде отдельных сегментов, набранных по окружности, в количестве равном количеству надроторных вставок, причем каждый из сегментов жестко соединен с соответствующей ему надроторной вставкой и выступает в окружном направлении за одну из ее боковых поверхностей. Такая конструкция обеспечивает герметичность индивидуальных полостей в каждой вставке и предотвращает перетекание различных воздушных потоков в окружные зазоры между соседними вставками.
Предпочтительно на внутренней поверхности каждого из выступов надроторной вставки по окружности выполнить два радиальных выступа, образующих с упомянутым выступом в поперечном разрезе П-образную форму. Наличие индивидуальных П-образных полостей между Г-образными крюками наружных полок сопловых лопаток и торцами надроторных вставок снижает утечки охлаждающего воздуха и позволяет разнообразить форму и взаимное окружное расположение связанных с образованной полостью воздушных каналов.
Сущность настоящего изобретения поясняется фигурами чертежей.
На Фигуре 1 изображен продольный разрез охлаждаемой турбины ГТД.
На Фигуре 2 изображено сечение А-А.
Охлаждаемая турбина двухконтурного ГТД, содержит наружный корпус 1 с раздаточным коллектором 2 и установленные в наружном корпусе 1 сопловые лопатки 3 с наружными полками 4, колесо с рабочими лопатками 5, каждая из которых снабжена бандажной полкой 6 с передним 7 и задним 8 зубьями.
Надроторные вставки 9, установленные в наружном корпусе 1 в области над рабочими лопатками 5, с образованием между наружным корпусом 1 и надроторными вставками 9 первой кольцевой полости 10 и контактирующие участками своих внутренних поверхностей с участками наружных поверхностей наружных полок 4 сопловых лопаток 3.
На торцах надроторных вставок 9, обращенных к наружным полкам 4 сопловых лопаток 3, выполнено по выступу 11, над которыми в кольцевой канавке 12, выполненной в наружном корпусе 1, установлено разрезное упругое кольцо 13. Между наружными поверхностями бандажных полок 6 с зубьями 7, 8, внутренними поверхностями надроторных вставок 9 и торцами наружных полок 4 сопловых лопаток 3, образована вторая кольцевая полость 14.
Между наружными полками 4 сопловых лопаток 3 и надроторными вставками 9, под упомянутыми осевыми выступами надроторных вставок 9 выполнена третья кольцевая полость 15, а между наружным корпусом 1 и наружными полками 4 сопловых лопаток 3 выполнена четвертая кольцевая полость 16, сообщенная с раздаточным коллектором 2 посредством каналов 17, выполненных в наружном корпусе 1, а со второй кольцевой полостью 14 - посредством каналов 18, выполненных в наружных полках 4 сопловых лопаток 3.
Экран 19 разделяет первую кольцевую полость 10 на шестую 20-ю, и пятую 21-ю кольцевые полости, причем пятая кольцевая полость 21 сообщена с проточной частью второго контура ГТД (на чертежах не показана) посредством каналов 22, выполненных в наружном корпусе 1, а со второй кольцевой полостью 14 - посредством каналов 23, выполненных в надроторных вставках 9 и направленных в область за задними зубьями 8 бандажных полок 6, а шестая кольцевая полость 20 сообщена с четвертой кольцевой полостью 16 через последовательно сообщенные друг с другом каналы 24, выполненные в надроторных вставках 9, третью кольцевую полость 15 и дополнительные каналы 25, выполненные в наружных полках 4 сопловых лопаток 3, а также со второй кольцевой полостью 14, посредством дополнительных каналов 26, выполненных в надроторных вставках 9 и направленных в область между передним 7 и задним 8 зубьями бандажных полок 6.
Экран 19, разделяющий 10-ю кольцевую полость на шестую 20 и пятую 21 кольцевые полости выполнен в виде сегментов, набранных по окружности, в количестве равном количеству надроторных вставок 9, причем каждый из сегментов жестко соединен с соответствующей ему надроторной вставкой 9 и выступает в окружном направлении за одну из ее боковых поверхностей (на чертежах не показано).
На внутренней поверхности каждого из выступов 11 надроторной вставки 9 по окружности выполнены два радиальных выступа 27, образующих с упомянутым выступом 11 в поперечном разрезе П-образную форму (см. сечение А-А на фиг. 2). Для разделения перечисленных полостей и отделения их от газового тракта турбины в окружных зазорах между сопловыми лопатками и надроторными вставками установлены продольные и поперечные уплотнительные пластины (на чертежах не показаны).
При работе двухконтурного ГТД воздух из-за компрессора (в частном случае из думиса) подводится по трубам в раздаточный коллектор 2, далее через каналы 17 в кольцевую полость 16, где разделяется, а именно, часть воздуха через каналы 18 попадает в полость 14 перед первым зубом 7, расположенным на бандажной полке 6 рабочей лопатки 5, а другая часть воздуха из кольцевой полости 16 через дополнительные каналы 25, выполненные в наружных полках 4 сопловых лопаток 3, попадает в кольцевую полость 15, далее через каналы 24, выполненные в надроторных вставках 9, воздух попадает в индивидуальные полости 20 надроторных вставок 9, а затем через каналы 26, выполненные в надроторных вставках 9, подается в область между передним 7 и задним 8 зубьями бандажных полок 6. Для охлаждения зоны бандажной полки 6 за задним зубом 8 используется воздух из второго контура ГТД. Указанный воздух попадает в кольцевую полость 10 через каналы 22, выполненные в наружном корпусе 1 и затем через каналы 23 подается непосредственно к наружной поверхности бандажной полки 6, в область за задним зубом 8.