ОХЛАЖДАЕМАЯ ТУРБИНА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
COOLED TURBINE OF GAS-TURBINE ENGINE

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к охлаждаемым турбинам газотурбинных двигателей (ГТД).
Известна охлаждаемая турбина ГТД, содержащая рабочее колесо с диском, лопатками и выполненными в диске каналами подвода охлаждающего воздуха, сопловой аппарат закрутки и дополнительный диск, соединенный с диском рабочего колеса и образующий с ним безлопаточный диффузор, вход в который сообщен с выходными каналами аппарата закрутки, а выход - с каналами подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам (Патент РФ №2196233, F01D 5/08, 2003 г.).
Недостатком этого устройства является то, что каналы для подвода охлаждающего воздуха к лопаткам рабочего колеса выполнены в виде отверстий в диске, и при малых размерах двигателя диаметр этих отверстий тоже мал, что создает концентрацию напряжений по местам их расположения.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является охлаждаемая турбина ГТД, содержащая рабочее колесо с диском, лопатками и расположенными между диском и лопатками каналами для подвода охлаждающего воздуха, сопловой аппарат закрутки и дополнительный диск с выступами, соединенными с выступами диска рабочего колеса, и с крышкой, соединенной с диском рабочего колеса над каналами подвода охлаждающего воздуха, образующий вместе с диском безлопаточный диффузор, вход в который сообщен с выходными каналами аппарата закрутки, а выход - с каналами подвода охлаждающего воздуха (Европейский патент ЕР №0222676 В1, F01D 5/08, 1987 г.).
Недостатком этого устройства является то, что фланцы дополнительного диска соединены с фланцами диска рабочего колеса подвижным замковым соединением баянетного типа. При таком соединении на определенных режимах работы двигателя образуются зазоры (например, в случае его останова, когда диск - горячий, а благодаря охлаждающему воздуху, поступающему из аппарата закрутки, дополнительный диск быстро охлаждается), что приводит к расцентровке соединения и дисбалансу в работе устройства, снижая надежность его работы.
Задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является создание надежного соединения диска рабочего колеса с дополнительным диском, которое наряду с обеспечением подвода охлаждающего воздуха в каналы, расположенные между диском рабочего колеса и лопатками, обеспечивало бы взаимную центровку этих дисков относительно друг друга.
Задача решается тем, что в охлаждаемой турбине ГТД, содержащей рабочее колесо с диском, выполненным с выступами, лопатками и расположенными между диском и лопатками каналами для подвода охлаждающего воздуха, сопловой аппарат закрутки и дополнительный диск с выступами, соединенными с выступами диска рабочего колеса, и с крышкой, соединенной с диском рабочего колеса над каналами для подвода охлаждающего воздуха, образующий вместе с диском рабочего колеса безлопаточный диффузор, вход в который сообщен с выходными каналами аппарата закрутки, а выход - с каналами для подвода охлаждающего воздуха, выступы дополнительного диска и выступы диска рабочего колеса выполнены со сквозными отверстиями и соединены между собой посредством установленных в эти отверстия штифтов, лопатки выполнены с дополнительными фиксирующими выступами на замковой части, а крышка дополнительного диска выполнена съемной и соединена с диском рабочего колеса поворотным замковым соединением байонетного типа, причем в образовавшихся в результате этого соединения пазах размещены дополнительные фиксирующие выступы хвостовика лопатки.
Кроме того, на крышке со стороны диска рабочего колеса выполнена кольцевая канавка с размещенным в ней уплотнительным элементом.
Соединение диска рабочего колеса с дополнительным диском посредством штифтов, установленных в сквозные отверстия их выступов, позволяет в процессе работы двигателя обеспечить центровку дополнительного диска относительно диска рабочего колеса за счет возможности его перемещения вдоль штифтов в радиальном направлении.
Выполнение дополнительного диска со съемной крышкой позволяет произвести монтаж заявленного устройства и обеспечить надежную фиксацию штифта на месте.
Соединение крышки дополнительного диска с диском рабочего колеса посредством соединения байонетного типа и размещение в образовавшихся в результате этого соединения пазах дополнительных фиксирующих выступов хвостовика лопатки позволяет обеспечить быстрое и надежное соединение, фиксированное от проворота дополнительными выступами хвостовиков лопаток.
Выполнение на крышке со стороны диска рабочего колеса кольцевой канавки с размещенным в ней уплотнительным элементом позволяет уменьшить утечки воздуха, поступающего в каналы для подвода охлаждающего воздуха.
Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлен продольный разрез охлаждаемой турбины; на фиг.2 - разрез рабочего колеса турбины в изометрии.
Охлаждаемая турбина содержит рабочее колесо с диском 1, выполненным с выступами 2, рабочими лопатками 3 и каналами 4 для подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам 3, выполненными в дисках 1 под лопатками 3, сопловой аппарат закрутки 5 и дополнительный диск 6 с выступами 7. Выступы 2 диска 1 и выступы 7 дополнительного диска 6 соединены между собой посредством штифтов 8, установленных в выполненные в этих выступах отверстия. Дополнительный диск 6 образует с диском 1 безлопаточный диффузор, вход 9 которого сообщен с выходом соплового аппарата закрутки 5, а выход - с каналами 4 для подвода охлаждающего воздуха.
Дополнительный диск 6 выполнен со съемной крышкой 10, соединенной с диском над каналами 4 замковым поворотным соединением байонетного типа, при котором одна деталь с прорезью насаживается на другую деталь с соответствующим выступом и поворачивается так, чтобы выступ стопорил деталь. Замковая часть лопаток 3 выполнена с дополнительными выступами 11, которые размещены в пазах, образовавшихся в результате байонетного соединения.
В крышке 10 выполнена кольцевая канавка, в которой размещен уплотнительный элемент 12, выполненный, например, в виде проволочек.
Сборка соединения осуществляется следующим образом.
К диску 1 рабочего колеса подстыковывается дополнительный диск 6, на выступах обоих дисков совмещаются отверстия, в которые вставляются штифты 8. Штифты 8 закрываются крышкой 10, которая соединяется с диском 6 байонетным соединением, для чего выступы 13 крышки 10 заводятся в пространства (прорези), расположенные между парами выступов 14 на диске 1, и поворачиваются так, что выступы 13 зацепляются за выступы 14, а в образовавшиеся в результате совмещения между собой прорезей пазы вставляются дополнительные фиксирующие выступы 11 лопаток 3, запирая, таким образом, соединение.
Устройство работает следующим образом.
Воздух из выходных каналов соплового аппарата закрутки 5, закрученный в направлении вращения рабочего колеса, выбрасывается в безлопаточный диффузор 9, образованный дисками 1 и 6, который обеспечивает равенство скоростей воздуха и вращающегося диска 1. Из диффузора 9 воздух, проходя через пространство между выступами дисков 1 и 6, направляется в каналы 4 для подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам 3.
Во время работы двигателя при рассогласовывании температур диска 1 рабочего колеса и дополнительного диска 6 центровка диска 6 относительно диска 1 осуществляется за счет его перемещения по штифтам 8 в радиальном направлении.
Для обеспечения монтажа радиальных штифтов 8 дополнительный диск 6 выполнен со съемной кольцевой крышкой 10, в кольцевой канавке которой для уплотнения воздуха, поступающего в каналы 4, размещен уплотнительный элемент 12.
Фиксация дополнительного диска 6 в окружном направлении осуществляется штифтами 8, которые удерживаются на месте крышкой 10. Крышка 10, в свою очередь, удерживается от проворота дополнительными выступами 11 лопаток 3.
Изобретение позволяет наряду с обеспечением подвода охлаждающего воздуха в каналы, расположенные между диском рабочего колеса и лопатками, обеспечить взаимную центровку этих дисков относительно друг друга, что повышает надежность работы двигателя.