Устройство для охлаждения секторов надроторного уплотнения турбины

Полезная модель относится к области турбостроения, в частности к устройствам охлаждения секторов надроторного уплотнения в газотурбинном двигателе, и может быть использована в статорах высокотемпературных турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.
Наиболее близким является устройство для охлаждения секторов надроторного уплотнения турбины, содержащее корпус с полостью подвода воздуха, в который вмонтирован по потоку промежуточный корпус с отверстием для соединения с полостью подвода воздуха корпуса, причем в промежуточном корпусе установлены сектора надроторного уплотнения посредством соединения шип-паз с образованием радиальных зазоров между ними, в каждом секторе надроторного уплотнения имеется внутренняя полость с интенсификаторами охлаждения и отверстия выхода воздуха в радиальные зазоры между промежуточным корпусом и сектором надроторного уплотнения к входной кромке лопатки турбины, а так же каналы выхода воздуха из внутренней полости надроторного уплотнения по потоку за выходной кромкой лопатки турбины (Патент на изобретение РФ №2538985 от 20.12.2013, МПК F01D 25/14, F01D 25/24, опубл. 10.01.2015 бюл. №1).
Недостатком данного устройства является то, что сектор надроторного уплотнения снабжен полым патрубком подвода охлаждающего воздуха, в результате чего центральная часть сектора охлаждается намного сильнее, чем периферийная, что приводит к большому градиенту температур в секторе надроторного уплотнения и тем самым вызывая деформацию и напряжения в секторах надроторных уплотнений, а так же большой объем охлаждающего воздуха, необходимый для обеспечения оптимальной рабочей температуры сектора надроторного уплотнения.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является снижение объема охлаждающего воздуха, необходимого для обеспечения охлаждения секторов надроторного уплотнения турбины и выравнивание температурного поля во всем секторе надроторного уплотнения, позволяющее повысить работоспособность всего сектора надроторного уплотнения за счет устранения деформации в секторе, и, как следствие, увеличение интенсивности теплообмена и охлаждения всей турбины, связанное с наличием входного отверстия подвода воздуха секторов надроторного уплотнения, сообщенного с полостью подвода воздуха корпуса через внутреннюю полость промежуточного корпуса.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для охлаждения секторов надроторного уплотнения турбины, содержащем корпус с полостью подвода воздуха, в который вмонтирован по потоку промежуточный корпус с отверстием для соединения с полостью подвода воздуха в корпус, причем в промежуточном корпусе установлены сектора надроторного уплотнения посредством соединения шип-паз с образованием радиальных зазоров между ними, в каждом секторе надроторного уплотнения имеется внутренняя полость с интенсификаторами охлаждения и отверстия выхода воздуха в радиальные зазоры между промежуточным корпусом и сектором надроторного уплотнения к входной кромке лопатки турбины, а так же каналы выхода воздуха из внутренней полости надроторного уплотнения по потоку за выходной кромкой лопатки турбины, в отличие от известного интенсификаторы охлаждения выполнены в виде матрицы компланарных каналов во внутренней полости сектора надроторного уплотнения, внутренняя полость соединена с входным отверстием подвода воздуха сектора надроторного уплотнения, при этом полость подвода воздуха в корпусе сообщена с внутренней полостью промежуточного корпуса, которая, в свою очередь, сообщена с входным отверстием подвода воздуха к секторам надроторного уплотнения.
На фигуре показано устройство для охлаждения секторов надроторного уплотнения.
Устройство для охлаждения секторов надроторного уплотнения турбины содержит корпус 1 с полостью 2 подвода воздуха, промежуточный корпус 3 с отверстием 4 для соединения с полостью 2 подвода воздуха корпуса 1.
Промежуточный корпус 3 вмонтирован по потоку в корпус 1.
В промежуточном корпусе 3 установлены сектора надроторного уплотнения 5 по средствам соединения шип-паз с образованием радиальных зазоров 6 между ними. Промежуточный корпус 3 содержит внутреннюю полость 7, сообщенную с одной стороны с полостью 2 подвода воздуха корпуса 1 с помощью отверстия 4, с другой стороны с внутренней полостью 8 сектора надроторного уплотнения 5.
В каждом секторе надроторного уплотнения 5 внутренняя полость имеет интенсификаторы охлаждения, выполненные в виде матрицы компланарных каналов 9. Каждый сектор надроторного уплотнения 5 содержит отверстия 10 выхода воздуха в радиальные зазоры 6 между промежуточным корпусом 3 и сектором надроторного уплотнения 5 к входной кромке 11 лопатки 12 турбины. Внутренняя полость 8 сектора надроторного уплотнения 5 сообщена с внутренней полостью 7 промежуточного корпуса 3 через входное отверстие 13 подвода воздуха, которое выполнено в секторе надроторнорго уплотнения 5. Сектор надроторного уплотнения 5 содержит каналы 14 выхода воздуха из внутренней полости 8 сектора надроторного уплотнения 5 по потоку за выходной кромкой 15 лопатки 12.
При этом входное отверстие 13 подвода воздуха сектора надроторного уплотнения 5 сообщено с полостью 2 подвода воздуха корпуса 1 через отверстие 4 и внутреннюю полость 7 промежуточного корпуса 3.
Устройство работает следующим образом.
Поток охлаждающего воздуха из полости 2 подвода воздуха через отверстие 4 в промежуточном корпусе 3 и входное отверстие 13 подвода воздуха сектора надроторного уплотнения 5, попадает во внутреннюю полость 8 сектора надроторного уплотнения 5. Затем воздух разворачивается и проходит через матрицу компланарных каналов 9 и выбрасывается через отверстия 10 выхода воздуха к входной кромке 11 лопатки 12 и через каналы 14 выхода воздуха за выходной кромкой 15 лопатки 12.
В каналах 14 и отверстиях 10 происходит разворот воздушного потока на 180° и далее происходит его подмешивание к основному потоку газа.
Подвод воздуха к матрице компланарных каналов 9 осуществляется через входное отверстие 13 подвода воздуха, расположенное перпендикулярно направлению каналов матрицы 9 напротив наиболее горячей части сектора 5.
Это позволяет повысить интенсивность теплообмена и охлаждения поверхности сектора надроторного уплотнения 5, за счет комбинации ударного охлаждения при натекании на сектор надроторного уплотнения, интенсификации теплообмена при повороте на 90° при заходе в матрицу компланарных каналов 9, а также за счет поворотов при прохождении матрицы компланарных каналов 9 внутри сектора надроторного уплотнения.
Предложенная полезная модель позволяет более эффективно использовать охлаждающий воздух для охлаждения сектора надроторного уплотнения, что позволяет снизить его потребное количество, а также, за счет сброса основного количества воздуха после охлаждения сектора надроторного уплотнения в область проточной части, расположенную до рабочей лопатки, использовать данное количество воздуха для совершения полезной работы в турбине.
Благодаря тому, что в устройстве для охлаждения секторов надроторного уплотнения турбины, содержащем корпус с полостью подвода воздуха, в который вмонтирован по потоку промежуточный корпус с отверстием для соединения с полостью подвода воздуха в корпус, причем в промежуточном корпусе установлены сектора надроторного уплотнения по средствам соединения шип-паз с образованием радиальных зазоров между ними, в каждом секторе надроторного уплотнения имеется внутренняя полость с интенсификаторами охлаждения и отверстия выхода воздуха в радиальные зазоры между промежуточным корпусом и сектором надроторного уплотнения к входной кромке лопатки турбины, а так же каналы выхода воздуха из внутренней полости надроторного уплотнения по потоку за выходной кромкой лопатки турбины, в отличие от известного интенсификаторы охлаждения выполнены в виде матрицы компланарных каналов во внутренней полости сектора надроторного уплотнения, внутренняя полость соединена с входным отверстием подвода воздуха сектора надроторного уплотнения, при этом полость подвода воздуха в корпусе сообщена с внутренней полостью промежуточного корпуса, которая, в свою очередь, сообщена с входным отверстием подвода воздуха к секторам надроторного уплотнения, достигается снижение объема охлаждающего воздуха, необходимого для обеспечения охлаждения секторов надроторного уплотнения турбины и выравнивание температурного поля во всем секторе надроторного уплотнения, и следовательно повышение работоспособности всего сектора надроторного уплотнения за счет устранения деформации в секторе, и, как следствие, увеличение интенсивности теплообмена и охлаждения всей турбины.