КРЕПЛЕНИЕ И УПЛОТНЕНИЕ ОТРАЖАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КОЛЬЦА
FIXING AND SEALING RING REFLECTORS

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к турбине, содержащей, по меньшей мере, два отражательных элемента кольца, которые соединены соединительным элементом кольца, и к способу изготовления турбины.
Предшествующий уровень техники
В турбинах, в частности, в ступенях турбины в турбине компоненты турбин, такие как внутренние стенки или плоскости лопаток, подвергаются воздействию горячей рабочей текучей среды турбины. Следовательно, системы охлаждения используются для охлаждения компонентов турбины.
В целях охлаждения устанавливают системы охлаждения воздухом для подачи потока охлаждающего воздуха к горячим компонентам турбины и/или предотвращения выхода горячего потока газообразных продуктов сгорания мимо внутренней и наружной стенок кольцевого пространства для основного потока. Пространство для установки системы охлаждения воздухом и для обеспечения эффективной циркуляции охлаждающей текучей среды для охлаждения ограничено. Кроме того, сложные системы охлаждения являются дорогостоящими, и надежность является низкой. Кроме того, большое количество охлаждающего воздуха может отрицательно повлиять на эксплуатационные характеристики турбины.
Для управления потоком охлаждающей текучей среды охлаждающие каналы, которые обеспечивают подачу охлаждающей текучей среды, закрыты кольцеобразным отражательным кольцом. Кольцеобразное отражательное кольцо имеет множество охлаждающих отверстий, через которые охлаждающая текучая среда выпускается из охлаждающего канала в заданное место внутри газовой турбины.
Отражательное кольцо и опорные конструктивные элементы, к которым отражательное кольцо прикреплено, имеют разное тепловое расширение по отношению к соответствующему отражательному кольцу, так что это вызывает утечку воздуха вследствие зазоров, образованных за счет разного теплового расширения.
В документе US 2005/0241314 А1 раскрыта охлаждающая конструкция для выпускной трубы газовой турбины. Отражательная охлаждающая плита, поперечное сечение которой является приблизительно L-образным, имеет большое число отверстий и прикреплена посредством сварки к ребру бандажа на лопатках газовой турбины.
В документе GB 2 035 466 А1 раскрыта опора бандажа турбины с отражательной перегородкой. Ножка отражательной перегородки, предусмотренная в отражательной перегородке, прикреплена к бандажу газовой турбины.
В документе ЕР 1 500 789 А1 раскрыт сегмент отражательного охлаждаемого кольца газовой турбины, при этом элемент кольцеобразного отражательного кольца прикреплен к обойме лопаток.
В документе ЕР 1 038 093 В1 раскрыт клапан системы пассивного терморегулирования турбины, предназначенный для улучшенного регулирования радиального зазора. Охлаждающий канал образован между бандажом газовой турбины и элементом отражательного кольца, при этом через элемент отражательного кольца охлаждающая текучая среда проходит или к внутреннему бандажу, или от внутреннего бандажа.
В патенте США 4,805,398 раскрыта турбомашина, содержащая элементы кольцеобразного отражательного кольца. Элементы кольцеобразного отражательного кольца перекрывают друг друга вдоль направления по окружности для образования замкнутой кольцеобразной конструкции из элементов отражательного кольца.
В документе ЕР 2 299 063 А1 раскрыта отражательная перегородка для газотурбинного двигателя. Отражательная перегородка представляет собой цельный элемент разъемного отражательного кольца с крепежными элементами на обоих свободных концах элемента отражательного кольца для обеспечения возможности «замыкания» элемента отражательного кольца.
В документе US 4 337 016 А раскрыто устройство для удерживания охлаждающего воздуха в пределах проточного канала между наружным кожухом и соседним конструктивным элементом. Рассмотрены различные детали конструкции, которые позволяют средству входить в герметичный контакт с соседним конструктивным элементом для блокирования утечки охлаждающего воздуха и для приспосабливания к изменениям диаметра. Уплотнительное средство является кольцеобразным и имеет двойные стенки, сегментированное кольцо и сегментированную внутреннюю стенку, которая расположена в радиальном направлении внутри по отношению к сегментированному кольцу.
Сущность изобретения
Задачей настоящего изобретения может быть разработка турбины, содержащей систему принудительного охлаждения с уменьшенными потерями охлаждающего воздуха во время теплового расширения компонентов газовой турбины.
Данная задача решается посредством турбины, в частности, газовой турбины и способа изготовления турбины в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения.
В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения представлена турбина, в частности, газовая турбина. Турбина содержит опорный конструктивный элемент, который проходит вдоль направления по окружности турбины. Опорный конструктивный элемент имеет канавку, в которую может направляться охлаждающий воздух. Канавка проходит вдоль направления по окружности.
Кроме того, турбина содержит первый отражательный элемент кольца, имеющий множество первых отверстий, и второй отражательный элемент кольца, имеющий множество вторых охлаждающих отверстий. Первый отражательный элемент кольца и второй отражательный элемент кольца установлены один за другим вдоль направления по окружности относительно канавки так, что канавка закрыта первым отражательным элементом кольца и вторым отражательным элементом кольца.
Кроме того, турбина содержит первый соединительный элемент кольца, который расположен между первым отражательным элементом кольца и вторым отражательным элементом кольца так, что канавка закрыта первым соединительным элементом кольца между первым отражательным элементом кольца и вторым отражательным элементом кольца. Первый соединительный элемент кольца образует скользящий контакт со вторым отражательным элементом кольца, так что обеспечивается возможность перемещения первого соединительного элемента кольца и второго отражательного элемента кольца друг относительно друга.
В соответствии с дополнительным аспектом настоящего изобретения представлен способ изготовления турбины, в частности, газовой турбины. В соответствии со способом образуют опорный конструктивный элемент, который проходит вдоль направления по окружности турбины. Опорный конструктивный элемент имеет канавку, через которую может направляться охлаждающий воздух. Канавка проходит вдоль направления по окружности. Образуют первый отражательный элемент кольца, имеющий множество охлаждающих отверстий, и второй отражательный элемент кольца, имеющий множество вторых охлаждающих отверстий. Первый отражательный элемент кольца и второй отражательный элемент кольца устанавливают один за другим вдоль направления по окружности относительно канавки так, чтобы канавка была закрыта первым отражательным элементом кольца и вторым отражательным элементом кольца. Образуют первый соединительный элемент кольца, который проходит между первым отражательным элементом кольца и вторым отражательным элементом кольца вдоль направления по окружности так, что канавка будет закрыта первым соединительным элементом кольца между первым отражательным элементом кольца и вторым отражательным элементом кольца. Скользящий контакт между первым соединительным элементом кольца и вторым отражательным элементом кольца образуют так, чтобы была обеспечена возможность перемещения первого соединительного элемента кольца и второго отражательного элемента кольца друг относительно друга.
Турбина может представлять собой, в частности, газовую турбину, предназначенную, например, для выработки энергии или для приведения в движение воздушного судна. Турбина, как правило, содержит вращающийся вал, который выполнен с возможностью вращения вокруг оси вращения. Ось вращения определяет аксиальное направление газовой турбины. Направление, пересекающее ось вращения и перпендикулярное к оси вращения, указывают как радиальное направление. Направление, проходящее вокруг оси вращения с постоянным радиусом относительно оси вращения, может быть указано как направление вдоль/по окружности. Касательная к направлению по окружности перпендикулярна к радиальному направлению и к аксиальному направлению.
Опорный конструктивный элемент означает конструктивный элемент газовой турбины, который, например, выполнен с возможностью удерживания лопастей, лопаток или других компонентов корпуса турбины. Например, опорный конструктивный элемент может представлять собой внутреннюю обойму лопаток, наружную обойму лопаток, внутренний бандаж, наружный бандаж, внутренний корпус и/или наружный корпус.
Канавка может быть образована на радиально внутренней или наружной поверхности опорного конструктивного элемента. В частности, канавка может проходить вдоль направления по окружности и имеет кольцеобразную кольцевую форму. Канавка соединена с элементом для впуска охлаждающей текучей среды для нагнетания охлаждающей текучей среды в канавку и может быть соединена с элементом для выпуска охлаждающей текучей среды, из которого охлаждающая текучая среда может выпускаться из канавки.
Первый и второй отражательные элементы кольца могут быть образованы из металла или композиционного волокна, при этом первый и второй отражательные элементы кольца являются тонкими и имеют конструкцию, подобную пластине и металлическому листу. Первый и второй отражательные элементы кольца имеют соответствующие первые и вторые охлаждающие отверстия, через которые охлаждающая текучая среда может проходить между канавкой и местом, окружающим соответствующие отражательные элементы кольца. Первый и второй отражательные элементы кольца могут иметь I-образный, L-образный или U-образный профиль.
В частности, первый отражательный элемент кольца и второй отражательный элемент кольца представляют собой элементы, разные по конструкции. Другими словами, первый отражательный элемент кольца и второй отражательный элемент кольца нельзя рассматривать как цельную или монолитно единую конструкцию, но следует понимать, что они являются отдельными, разнесенными в пространстве и соседними в направлении по окружности, неперекрывающимися отражательными элементами кольца / элементами отражательного кольца.
Первый отражательный элемент кольца и второй отражательный элемент кольца установлены один за другим вдоль направления по окружности относительно канавки. Первый и второй отражательные элементы кольца могут закрывать канавку вдоль направления по окружности и образовывать вместе кольцевой кольцеобразный профиль. В альтернативном варианте первый отражательный элемент кольца и второй отражательный элемент кольца могут закрывать только определенную часть канавки вдоль направления по окружности и, следовательно, могут образовывать профиль с формой полукольца.
Первый соединительный элемент кольца может быть выполнен из того же материала, что и первый отражательный элемент кольца и второй отражательный элемент кольца. Например, первый соединительный элемент кольца может быть выполнен из металлического материала или волокнистого композиционного материала. Первый соединительный элемент кольца находится в скользящем контакте с, по меньшей мере, одним из первого отражательного элемента кольца и второго отражательного элемента кольца. В частности, первый соединительный элемент кольца прикреплен к первому отражательному элементу кольца и проходит от первого отражательного элемента кольца вдоль направления по окружности до второго отражательного элемента кольца. Первый соединительный элемент кольца перекрывается со вторым отражательным элементом кольца и может скользить вдоль второго отражательного элемента кольца в направлении по окружности. Следовательно, первый соединительный элемент кольца образует плавающий и скользящий контакт относительно второго отражательного элемента кольца.
В частности, первый соединительный элемент кольца имеет радиально внутреннюю и радиально наружную поверхности. Соответственно, второй отражательный элемент кольца имеет радиально внутреннюю поверхность и радиально наружную поверхность. Радиально внутренняя поверхность первого соединительного элемента кольца контактирует с радиально наружной поверхностью второго отражательного элемента кольца, или радиально наружная поверхность первого соединительного элемента кольца контактирует с радиально внутренней поверхностью второго отражательного элемента кольца. Первый соединительный элемент кольца перекрывает промежуток (зазор) между первым отражательным элементом кольца и вторым отражательным элементом кольца.
Следовательно, посредством настоящего изобретения обеспечена отражательная кольцевая система, которая содержит, по меньшей мере, два отражательных элемента кольца, а именно первый отражательный элемент кольца и второй отражательный элемент кольца. Следовательно, поскольку система с отражательными элементами кольца/элементами отражательного кольца разделена на некоторое число элементов кольца, то есть данные, по меньшей мере, первый и второй отражательные элементы кольца, тепловое расширение отражательного элемента кольца ограничивается и уменьшается, и обеспечивается возможность скольжения первого соединительного элемента кольца по соседним поверхностям соответствующих первого и второго отражательных элементов кольца.
В соответствии с традиционными подходами используют монолитно образованное, одно полосообразное отражательное кольцо, которое проходит по всей окружности в направлении по окружности и образует кольцевой и кольцеобразный профиль. Следовательно, в соединениях внахлестку и на соответствующих концах одно полосообразное обычное отражательное кольцо имеет большое тепловое расширение, с которым сложно справляться. В отличие от этого, посредством настоящего изобретения отражательная кольцевая система разделена на множества отражательных элементов кольца так, что в зонах сопряжения между соответствующими отражательными элементами кольца возникают только меньшие тепловые расширения, с которыми легче справляться, в отличие от одного большого теплового расширения, вызывающего образование одного большого зазора.
Следовательно, поскольку с меньшими зазорами между соответствующими первым и вторым отражательными элементами кольца легче справляться в том, что касается требований по уплотнению, утечка охлаждающего воздуха уменьшается.
В соответствии с дополнительным приведенным в качестве примера вариантом осуществления первый соединительный элемент кольца прикреплен к первому отражательному элементу кольца. Первый соединительный элемент кольца также может быть прикреплен к первому отражательному элементу кольца любым из группы способов, включающей, например, образование как одно целое, сварку, сплавление, клепку и склеивание.
В соответствии с дополнительным приведенным в качестве примера вариантом осуществления второй отражательный элемент кольца имеет направляющую канавку, проходящую вдоль направления по окружности. Направляющая канавка образована для обеспечения контактного взаимодействия с первым соединительным элементом кольца так, чтобы обеспечивалась возможность скольжения первого соединительного элемента кольца внутри направляющей канавки. В частности, на боковых поверхностях второго соединительного элемента кольца может быть образована U-образная направляющая, проходящая вдоль направления по окружности. U-образные направляющие входят в контактное взаимодействие с первым соединительным элементом кольца. Следовательно, первый соединительный элемент кольца направляется во время движения со скольжением между вторым соединительным элементом кольца и первым соединительным элементом кольца. Кроме того, направляющая канавка может быть образована таким образом, что первый соединительный элемент кольца будет немного прижиматься к соответствующей поверхности второго отражательного элемента кольца так, что будет гарантироваться то, что первый соединительный элемент кольца будет сохранять соответствующий скользящий контакт с поверхностью второго отражательного элемента кольца также во время движения со скольжением. Следовательно, предотвращается образование зазора между вторым отражательным элементом кольца и первым соединительным элементом кольца, который мог бы вызвать нежелательные турбулентности и неравномерное распределение охлаждающей текучей среды в канавке вокруг соответствующего отражательного элемента кольца.
В соответствии с дополнительным приведенным в качестве примера вариантом осуществления первый соединительный элемент кольца имеет первое отверстие (то есть зону с отверстиями), так что обеспечивается возможность прохода охлаждающего воздуха через первое отверстие и, по меньшей мере, некоторые из первых охлаждающих отверстий. Первое отверстие может иметь размер, который охватывает множество соответствующих первых охлаждающих отверстий, или зона с отверстиями может иметь схему расположения отверстий, которая соответствует схеме расположения отверстий, представляющих собой первые охлаждающие отверстия, так что охлаждающие отверстия первой зоны с отверстиями будут выровнены относительно первых охлаждающих отверстий, так что охлаждающий воздух может проходить через первые охлаждающие отверстия и отверстия первой зоны с отверстиями. Следовательно, первый охлаждающий элемент кольца не закрывает никакие или закрывает только некоторые из первых охлаждающих отверстий, так что крепление первого соединительного элемента кольца к первому отражательному элементу кольца не оказывает отрицательного воздействия на охлаждающую способность.
Соответственно, первый соединительный элемент кольца имеет второе отверстие, так что обеспечивается возможность прохода охлаждающего воздуха через второе отверстие и некоторые из вторых охлаждающих отверстий.
Второе отверстие может иметь размер, который охватывает множество соответствующих первых охлаждающих отверстий, или вторая зона с отверстиями может иметь схему расположения отверстий, которая соответствует схеме расположения отверстий, представляющих собой вторые охлаждающие отверстия, так что охлаждающие отверстия второй зоны с отверстиями будут выровнены относительно первых охлаждающих отверстий, так что охлаждающий воздух может проходить через вторые охлаждающие отверстия и отверстия второй зоны с отверстиями. Следовательно, первый охлаждающий элемент кольца не закрывает никакие или закрывает только некоторые из вторых охлаждающих отверстий, так что присоединение первого соединительного элемента кольца ко второму отражательному элементу кольца не оказывает отрицательного воздействия на охлаждающую способность.
В первом относительном положении первого отражательного элемента кольца и второго отражательного элемента кольца первый соединительный элемент конца имеет группу расположенных в определенном порядке, первых отверстий, так что обеспечивается возможность прохода охлаждающего воздуха через некоторые из первых отверстий и некоторые из первых охлаждающих отверстий, и при этом первый соединительный элемент кольца имеет второе отверстие, так что обеспечивается возможность прохода охлаждающего воздуха через второе отверстие и некоторые из вторых охлаждающих отверстий. Первое относительное положение может иметь место при сравнительно холодном режиме работы турбины. Первое относительное положение может иметь место, когда зазор между первым отражательным элементом кольца и вторым отражательным элементом кольца имеет минимальную величину или величину, близкую к минимальной.
Во втором относительном положении первого отражательного элемента кольца и второго отражательного элемента кольца первый соединительный элемент конца имеет группу расположенных в определенном порядке, первых отверстий, так что обеспечивается возможность прохода охлаждающего воздуха через некоторые из первых отверстий и некоторые из первых охлаждающих отверстий, так что обеспечивается возможность прохода охлаждающего воздуха только через некоторые из остальных первых отверстий, и при этом первый соединительный элемент кольца имеет второе отверстие, так что обеспечивается возможность прохода охлаждающего воздуха через второе отверстие и некоторые из вторых охлаждающих отверстий. Второе относительное положение может иметь место при сравнительно горячем режиме работы турбины. Первое относительное положение может иметь место, когда зазор между первым отражательным элементом кольца и вторым отражательным элементом кольца имеет максимальную величину или величину, близкую к максимальной.
В соответствии с дополнительным приведенным в качестве примера вариантом осуществления первый отражательный элемент кольца является упруго деформируемым. Первый отражательный элемент кольца и канавка образованы так, что первый отражательный элемент кольца вставляется в канавку с обеспечением предварительного напряжения так, что первый отражательный элемент кольца образует с опорным конструктивным элементом соединение по прессовой посадке. Первый отражательный элемент кольца может быть выполнен из металлического материала для обеспечения характеристик упругого деформирования. Другими словами, первый отражательный элемент кольца вставляется в канавку в опорном конструктивном элементе в деформированном состоянии. Это позволяет выполнить операцию сборки простым образом и может обеспечить надлежащее уплотнение на поверхностях контакта между первым отражательным элементом кольца и канавкой. Соответственно, второй отражательный элемент кольца также может быть образован упруго деформируемым и также может быть вставлен в канавку с обеспечением предварительного напряжения для образования соединения по прессовой посадке.
В соответствии с дополнительным приведенным в качестве примера вариантом осуществления первый отражательный элемент кольца содержит закрывающую часть, которая закрывает канавку, и удерживающий выступ, который выступает от закрывающей части вдоль аксиального направления турбины. Опорный конструктивный элемент имеет отверстие под удерживающий выступ, так что удерживающий выступ расположен внутри отверстия под удерживающий выступ с возможностью скольжения, по меньшей мере, вдоль направления по окружности.
В приведенном в качестве примера варианте осуществления закрывающая часть означает часть и поверхность первого отражательного элемента кольца, которая имеет нормаль, проходящую приблизительно в радиальном направлении. Первый отражательный элемент кольца может содержать боковую часть, которая имеет нормаль, проходящую приблизительно в аксиальном направлении. Закрывающая часть и боковая часть могут образовывать L-образное поперечное сечение. Кроме того, первый отражательный элемент кольца может содержать дополнительную боковую часть с нормалью, проходящей приблизительно в аксиальном направлении, так что первый отражательный элемент кольца имеет U-образное поперечное сечение.
Удерживающий выступ может выступать от закрывающей части или от боковой части приблизительно вдоль аксиального направления. Углубление под удерживающий выступ имеет бóльшие размеры по сравнению с удерживающим углублением, так что если удерживающий выступ вставлен в углубление под удерживающий выступ, образуется свободная неплотная посадка, так что удерживающий выступ смещается внутри углубления под удерживающий выступ, в частности, вдоль направления по окружности.
Первый отражательный элемент кольца может содержать множество удерживающих выступов, и канавка может иметь соответственно множество углублений под удерживающие выступы. Кроме того, также дополнительно используемые второй и третий отражательные элементы кольца могут содержать соответствующие удерживающие выступы, и канавка может иметь соответствующие углубления под удерживающие выступы, подобные описанному выше для первого отражательного элемента кольца.
Следовательно, пазы, то есть углубления под удерживающие выступы, имеют бóльшую ширину и бóльшие размеры по сравнению с соответствующим удерживающими выступами на соответствующих отражательных элементах кольца, так что обеспечивается возможность термического перемещения/температурной деформации опорного конструктивного элемента и соответствующего отражательного элемента кольца.
В соответствии с дополнительным приведенным в качестве примера вариантом осуществления первый отражательный элемент кольца имеет первую торцевую поверхность, концевую в направлении по окружности, и (противоположную в направлении по окружности по отношению к первой торцевой поверхности, концевой в направлении по окружности) дополнительную первую торцевую поверхность, концевую в направлении по окружности. Второй отражательный элемент кольца имеет вторую торцевую поверхность, концевую в направлении по окружности, и (противоположную в направлении по окружности по отношению ко второй торцевой поверхности, концевой в направлении по окружности) дополнительную вторую торцевую поверхность, концевую в направлении по окружности.
Первая торцевая поверхность, концевая в направлении по окружности, и вторая торцевая поверхность, концевая в направлении по окружности, расположены рядом друг с другом вдоль направления по окружности так, что первый соединительный элемент кольца проходит между первой торцевой поверхностью, концевой в направлении по окружности, и второй торцевой поверхностью, концевой в направлении по окружности, вдоль направления по окружности. Другими словами, первая торцевая поверхность, концевая в направлении по окружности, и вторая торцевая поверхность, концевая в направлении по окружности, расположены рядом друг с другом и не перекрывают друг друга.
В соответствии с дополнительным приведенным в качестве примера вариантом осуществления турбина дополнительно содержит второй соединительный элемент кольца. Дополнительная первая торцевая поверхность, концевая в направлении по окружности, и дополнительная вторая торцевая поверхность, концевая в направлении по окружности, расположены рядом друг с другом вдоль направления по окружности так, что второй соединительный элемент кольца проходит между дополнительной первой торцевой поверхностью, концевой в направлении по окружности, и дополнительной второй торцевой поверхностью, концевой в направлении по окружности, вдоль направления по окружности. Второй соединительный элемент кольца образует скользящий контакт со вторым отражательным элементом кольца.
Следовательно, посредством вышеуказанного приведенного в качестве примера варианта осуществления указано, что у обеих торцевых поверхностей соответствующего третьего отражательного элемента кольца, концевых в направлении по окружности, соответствующие соединительные элементы кольца могут быть прикреплены для их присоединения к соседнему отражательному элементу кольца. Однако соответствующие соединительные элементы кольца прикреплены к одному отражательному элементу кольца и находятся в скользящем контакте с соседним отражательным элементом кольца.
В соответствии с дополнительным приведенным в качестве примера вариантом осуществления турбина дополнительно содержит третий отражательный элемент кольца, имеющий множество третьих охлаждающих отверстий. Первый отражательный элемент кольца, второй отражательный элемент кольца и третий отражательный элемент кольца установлены один за другим вдоль направления по окружности относительно канавки так, что канавка закрыта (полностью или частично) первым отражательным элементом кольца, вторым отражательным элементом кольца и третьим отражательным элементом кольца.
Турбина дополнительно содержит третий соединительный элемент кольца, который проходит между первым отражательным элементом кольца и третьим отражательным элементом кольца вдоль направления по окружности так, что канавка закрыта третьим соединительным элементом кольца между первым отражательным элементом кольца и третьим отражательным элементом кольца. Третий соединительный элемент кольца образует скользящий контакт с первым отражательным элементом кольца и/или третьим отражательным элементом кольца.
Следовательно, посредством приведенного в качестве примера варианта осуществления, описанного выше, указано, что турбина в соответствии с настоящим изобретением может также содержать три или множество отражательных элементов кольца/элементов отражательного кольца, которые соединены один за другим вдоль направления по окружности и образуют кольцевую и кольцеобразную систему отражательного кольца. Отражательные элементы кольца могут скользить друг относительно друга вдоль направления по окружности, так что могут быть компенсированы тепловые расширения между отражательными элементами кольца вдоль друг друга и относительно опорного конструктивного элемента.
Следует отметить, что варианты осуществления изобретения были описаны со ссылкой на различные предметы изобретения. В частности, некоторые варианты осуществления были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения на устройство, в то время как другие варианты осуществления были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения на способ. Тем не менее, специалист в данной области техники сделает заключение из вышеприведенного и нижеследующего описания о том, что, если не указано иное, помимо любой комбинации признаков, принадлежащих одному типу предмета изобретения, также любая комбинация признаков, относящихся к разным предметам изобретения, в частности, признаков пунктов формулы изобретения на устройство и признаков пунктов формулы изобретения на способ, рассматривается как раскрытая посредством данной заявки.
Краткое описание чертежей
Аспекты, определенные выше, и дополнительные аспекты настоящего изобретения очевидны из примеров осуществления, которые будут описаны в дальнейшем, и разъяснены со ссылкой на примеры осуществления. Изобретение будет описано более подробно в дальнейшем со ссылкой на примеры осуществления, но изобретение не ограничено данными примерами осуществления.
Фиг. 1 показывает сечение турбины в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2А схематически иллюстрирует первый и второй отражательные элементы кольца, соединенные первым соединительным элементом кольца, при этом турбина находится в горячем режиме работы, в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 2В схематически иллюстрирует первый и второй отражательные элементы кольца, соединенные первым соединительным элементом кольца, при этом турбина находится в холодном режиме работы, в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг. 3 показывает сечение турбины в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения, при этом показан удерживающий выступ отражательного элемента кольца;
Фиг. 4 показывает отражательный элемент кольца, содержащий два соединительных элемента кольца, в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения; и
Фиг. 5 показывает схематический вид турбины в соответствии с приведенным в качестве примера вариантом осуществления настоящего изобретения.
Подробное описание
Иллюстрации на чертежах являются схематическими. Следует отметить, что на различных фигурах аналогичные или идентичные элементы снабжены одними и теми же ссылочными позициями.
Фиг. 1 показывает сечение турбины 100, в частности, газовой турбины, при этом турбина 100 содержит опорный конструктивный элемент 101, первый отражательный элемент 110 кольца, второй отражательный элемент 120 кольца и первый соединительный элемент 130 кольца.
Опорный конструктивный элемент 101 может представлять собой, например, внутренний бандаж, наружный бандаж, внутренний корпус или наружный корпус, например, турбины 100. На фиг. 1 опорный конструктивный элемент 101 представляет собой, например, обойму лопаток.
Опорный конструктивный элемент 101 проходит вдоль направления 102 по окружности. Турбина содержит вращающийся вал, который выполнен с возможностью вращения вокруг оси вращения. Ось вращения определяет аксиальное направлении 302 (см. фиг. 3) газовой турбины. Направление 301, пересекающее ось вращения и перпендикулярное к оси вращения, указано как радиальное направлении 301 (см. фиг. 3). Направление, проходящее вокруг оси вращения при постоянном радиусе относительно оси вращения, указано как направление 102 по окружности. Касательная к направлению 102 по окружности перпендикулярна к радиальному направлению 301 и к аксиальному направлению 302.
Опорный конструктивный элемент 101 имеет канавку 103, через которую может направляться охлаждающий воздух, при этом канавка 103 проходит вдоль направлении 102 по окружности. Канавка закрыта первым отражательным элементом 110 кольца, имеющим множество первых охлаждающих отверстий, и вторым отражательным элементом 120 кольца, имеющим множество вторых охлаждающих отверстий. Первый отражательный элемент 110 кольца и второй отражательный элемент 120 кольца установлены один за другим вдоль направления 102 по окружности относительно канавки 103.
Первый соединительный элемент 130 кольца расположен между первым отражательным элементом 110 кольца и вторым отражательным элементом 120 кольца так, что канавка 103 закрыта первым соединительным элементом 130 кольца между первым отражательным элементом 110 кольца и вторым отражательным элементом 120 кольца.
Первый соединительный элемент 130 кольца образует скользящий контакт со вторым отражательным элементом 120 кольца, так что обеспечивается возможность перемещения первого соединительного элемента 130 кольца и второго отражательного элемента 120 кольца друг относительно друга.
В частности, первый соединительный элемент 130 кольца пространственно прикреплен к первому отражательному элементу 110 кольца, и свободный плавающий конец первого соединительного элемента 130 кольца находится в плавающем/скользящем контакте со вторым отражательным элементом 120 кольца и расположен с перекрыванием второго отражательного элемента 120 кольца.
Если опорный конструктивный элемент 101 удлиняется вследствие увеличивающихся температур в турбине 100, первый и второй отражательные элементы 110, 120 кольца могут перемещаться друг относительно друга вдоль направления 103 по окружности так, что тепловое расширение может быть компенсировано.
По меньшей мере, два конструктивно разделенных отражательных элемента 110, 120 кольца установлены в канавке 103 для закрытия канавки 103. Кольцеобразное кольцо турбины 100 разделено на, по меньшей мере, два отражательных элемента 110, 120 кольца так, что общее тепловое расширение между одним отражательным элементом 110 кольца и соседним вторым отражательным элементом 120 кольца уменьшается по сравнению с цельным кольцеобразным кольцом.
Кроме того, если окружной зазор вдоль направления 103 по окружности между первой торцевой поверхностью 111 первого отражательного элемента 110 кольца, концевой в направлении по окружности, и второй торцевой поверхностью 121 второго отражательного элемента 120 кольца, концевой в направлении по окружности, увеличивается, зазор будет закрыт первым соединительным элементом 130 кольца. Следовательно, разные тепловые расширения между соответствующими отражательными элементами 110, 120 кольца и опорным конструктивным элементом 101 не вызывают образования промежутков или зазоров, через которые охлаждающий воздух может выходить из канавки 103 неконтролируемым образом.
Кроме того, соответствующие уплотнительные кольца 104 могут быть прикреплены к опорному конструктивному элементу 101 для повышения эффективности охлаждения охлаждающей текучей средой.
Фиг. 2А и фиг. 2В показывают соответствующие отражательные элементы 110, 120 кольца и первый соединительный элемент 130 кольца. Кроме того, фиг. 2А и фиг. 2В показывают вид снизу соответствующих отражательных элементов 110, 120 кольца и первого соединительного элемента 130 кольца.
Первый соединительный элемент 130 кольца может быть образован как одно целое с первым отражательным элементом 110 кольца и/или может быть, например, приварен к первому отражательному элементу 110 кольца. Кроме того, первый соединительный элемент 130 кольца находится в скользящем контакте со вторым отражательным элементом 120 кольца. Для гарантирования того, что первый соединительный элемент 130 кольца будет находиться в скользящем контакте с соответствующей поверхностью второго отражательного элемента 120 кольца, второй отражательный элемент 120 кольца имеет направляющую канавку 201, которая обеспечивает контактное взаимодействие с первым соединительным элементом 130 кольца. Следовательно, направляющая канавка 201 может образовывать направляющую для краев первого соединительного элемента 130 кольца.
Кроме того, первый соединительный элемент 130 кольца может иметь первые отверстия 202. Первые отверстия 202 могут образовывать конфигурацию, подобную сквозным отверстиям, и могут быть выровнены относительно первых сквозных отверстий первого отражательного элемента 110 кольца, так что охлаждающая текучая среда может проходить через первые отверстия 202 и первые сквозные отверстия первого отражательного элемента 110 кольца.
Кроме того, первый соединительный элемент 130 кольца имеет второе отверстие 203. Второе отверстие 203 может иметь бóльшую площадь, при этом площадь второго отверстия 203 выбрана для «охвата» множества вторых отверстий второго отражательного элемента 120 кольца. Это означает, что второе отверстие 203 «простирается» на такой площади, что множество вторых отверстий второго отражательного элемента 120 кольца остаются незаблокированными. В приведенном в качестве примера варианте осуществления, показанном на фиг. 2А и фиг. 2В, второе отверстие 203 «простирается» над четырьмя вторыми сквозными отверстиями второго отражательного элемента 120 кольца. Следовательно, если первый соединительный элемент 130 кольца скользит вдоль поверхности второго отражательного элемента 120 кольца, только несколько вторых сквозных отверстий второго отражательного элемента 120 кольца будут заблокированы материалом первого соединительного элемента 130 кольца, окружающим второе отверстие 203, или даже никакие вторые сквозные отверстия второго отражательного элемента 120 кольца не будут заблокированы материалом первого соединительного элемента 130 кольца, окружающим второе отверстие 203.
Фиг. 2А показывает выставление первого отражательного элемента 110 кольца и второго отражательного элемента 120 кольца, когда турбина 100 находится в горячем режиме работы. Следовательно, опорный конструктивный элемент 101, который, как правило, выполнен из металлического материала, имеет большее тепловое расширение по сравнению с тонкими, образованными подобно пластине, отражательными элементами 110, 120 кольца. Следовательно, поскольку опорный конструктивный элемент 101 увеличивается в размере больше, чем соответствующие отражательные элементы 110, 120 кольца, промежуток (зазор) между концевыми в направлении по окружности, торцевыми поверхностями 111, 121 соответствующих отражательных элементов 110, 120 кольца уменьшается. Расстояние x между соответствующими концевыми в направлении по окружности, торцевыми поверхностями 111, 121 перекрыто первым соединительным элементом 130 кольца, так что предотвращается неконтролируемый выпуск охлаждающего воздуха. Для поддержания постоянного выпуска охлаждающего воздуха первый соединительный элемент 130 кольца имеет соответствующие сквозные отверстия также в той части, в которой первый соединительный элемент 130 кольца перекрывает расстояние x.
Фиг. 2В показывает холодный режим работы турбины 100, при котором расстояние x уменьшено, так что концевые в направлении по окружности, торцевые поверхности 111, 121 расположены рядом друг с другом и могут примыкать друг к другу вдоль направления 102 по окружности.
Фиг. 3 показывает дополнительный приведенный в качестве примера вариант осуществления настоящего изобретения, при этом показана установка первого отражательного элемента 110 кольца в канавке 103. Первый отражательный элемент 110 кольца является упруго деформируемым. Следовательно, первый отражательный элемент 110 кольца и канавка 103 образованы по отношению друг к другу так, что первый отражательный элемент 110 кольца вставляется в канавку 103 с обеспечением предварительного напряжения так, что первый отражательный элемент 110 кольца образует с опорным конструктивным элементом 101 соединение по прессовой посадке.
Для лучшего понимания радиальное направление 301 и аксиальное направление 302 турбины 100 показаны на фиг. 3.
Первый отражательный элемент 110 кольца может содержать закрывающую часть 301, которая может иметь нормаль n, проходящую в радиальном направлении 301. Первый отражательный элемент 110 кольца может дополнительно содержать две боковые части 313, которые проходят от закрывающей части 311 по существу вдоль радиального направления 301. Боковые части 313 могут иметь нормаль n, которая параллельна нормали к соответствующим боковым стенкам 304 канавки. Следовательно, для установки первого отражательного элемента 110 кольца в канавке 103, боковые части 313 могут быть упруго загнуты вместе, и после вставки первого отражательного элемента 110 кольца в канавку 103 боковые части 313 освобождаются, так что боковые части 313 поджимаются к боковым стенкам 304 канавки так, что образуется соединение по прессовой посадке между опорным конструктивным элементом 101 и первым отражательным элементом 110 кольца.
Кроме того, как показано на фиг. 3, первый отражательный элемент 110 кольца содержит удерживающий выступ 312, который выступает вдоль аксиального направления 302 турбины 100. Опорный конструктивный элемент 101 имеет отверстие 303 под удерживающий выступ, которое образовано в боковой стенке 304 канавки, так что удерживающий выступ 312 будет расположен внутри отверстия 303 под удерживающий выступ с возможностью скольжения, по меньшей мере, вдоль направления 102 по окружности.
Удерживающий выступ 312 может выступать вдоль аксиального направления 302 от закрывающей части 311 или, как показано на фиг. 3, от боковой части 313 первого отражательного элемента 110 кольца. Если удерживающий выступ 312 вставлен в углубление 303 под удерживающий выступ, может быть предотвращено перемещение первого отражательного элемента 110 кольца вдоль, например, радиального направления 301, так что предотвращается выход первого отражательного элемента 110 кольца из канавки 103. Однако, поскольку углубление 303 под удерживающий выступ имеет в направлении 102 по окружности больший размер по сравнению с протяженностью удерживающего выступа 312 в направлении по окружности, удерживающий выступ 312 может перемещаться вдоль направления 102 по окружности и, таким образом, может компенсировать тепловые расширения первого отражательного элемента 110 кольца.
Кроме того, показан элемент 305 для впуска воздуха, через который охлаждающий воздух может подаваться в канавку 103 или отводиться из канавки 103. В частности, охлаждающий воздух подается или отводится вдоль аксиального направлении 302.
Для повышения гибкости первого отражательного элемента 110 кольца в боковой части 313 может быть образовано дополнительное отверстие 314.
Фиг. 4 показывает первый отражательный элемент 110 кольца. В предпочтительном варианте осуществления первый отражательный элемент 110 кольца «охватывает» 1/3 длины окружности (то есть периметра) канавки 103. Другими словами, для закрытия кольцевой канавки 103 вдоль ее полной окружности и периферии три отражательных элемента 110, 120 кольца закреплены один за другим вдоль окружности 102 относительно канавки 103.
Как показано на фиг. 4, первый отражательный элемент 110 кольца может иметь у каждой из концевых в направлении по окружности, торцевых поверхностей 111, 111’ соответствующие первые соединительные элементы 130, 130’ кольца. Кроме того, множество соответствующих удерживающих выступов 312, 312’, например, два, образованы для входа в соответствующие углубления 303 под удерживающие выступы, подобные показанным на фиг. 3.
Фиг. 5 показывает приведенный в качестве примера вид части турбины в турбине 100. Как показано на фиг. 5, турбина 100 содержит наружный корпус 501 и внутренний корпус 502, при этом первый отражательный элемент 110 кольца может быть расположен между ними.
Кроме того, показана направляющая лопатка 503 с соответствующими внутренним и наружным бандажами, при этом внутренняя обойма 505 направляющих лопаток несет направляющие лопатки 503. Первый отражательный элемент 111 кольца может быть расположен между внутренней обоймой направляющих лопаток и конструктивным элементом 503, представляющим собой направляющую лопатку. Кроме того, конструктивный элемент 504, представляющий собой лопасть турбины, показан на фиг. 5.
Кроме того, направляющая лопатка 503 имеет радиально внутреннюю плоскость и радиально наружную плоскость, которые частично определяют границы проточного канала для рабочего газа. Каждая из плоскостей имеет заднюю или расположенную дальше по потоку, краевую зону между задним краем пера направляющей лопатки и расположенным дальше по потоку краем плоскости. Как можно видеть на фиг. 5, отражательная кольцевая конструкция (110, 120) по настоящему изобретению расположена в радиальном направлении внутри по отношению к радиально внутренней плоскости и, кроме того, гарантирует контролируемую утечку и подачу охлаждающего воздуха к плоскости и, в частности, к каждой плоскости кольцевого множества расположенных в определенном порядке, направляющих лопаток. Таким образом, к каждой из плоскостей будут подаваться одинаковые количества охлаждающего воздуха для гарантирования того, что плоскости будут охлаждаться аналогичным образом во всем диапазоне режимов работы турбины.
Следует отметить, что термин «содержащий» не исключает других элементов или этапов, и артикли “a” и “an” не исключают множества. Кроме того, элементы, описанные в связи с различными вариантами осуществления, могут быть скомбинированы. Также следует отметить, что ссылочные позиции в формуле изобретения не следует рассматривать как ограничивающие объем притязаний формулы изобретения.