СТАТОР ТУРБИНЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
HIGH-PRESSURE TURBINE STATOR

Изобретение относится к статорам турбин высокого давления газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.
Известен статор турбины высокого давления, в котором внешний и внутренний сотовые фланцы лабиринтных уплотнений системы подвода охлаждающего воздуха на первую рабочую лопатку турбины закреплены болтовым соединением на внутреннем корпусе камеры сгорания (патент RU №2443882, F02C 7/12, 2010 г.).
Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность, так как внутренний корпус камеры сгорания, имеющий значительные радиальные перемещения вследствие повышенной температуры, вызывает пластическую деформацию более холодных сотовых фланцев статора турбины.
Наиболее близким к заявляемому является статор турбины высокого давления, в котором внешний и внутренний сотовые фланцы лабиринтных уплотнений системы подвода охлаждающего воздуха на первую рабочую лопатку турбины закреплены болтовым соединением на корпусе подшипниковой опоры, а диафрагма между внешним сотовым фланцем и опорой первого соплового аппарата выполнена конической (патент RU №2261350, F02C 7/06, 7/12, 2003 г.).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за разницы температур внешнего и внутреннего сотовых фланцев, конусной диафрагмы и подшипниковой опоры. Из-за значительных термических деформаций конической диафрагмы дополнительную нагрузку испытывают как болты крепления сотовых фланцев, так и болты крепления диафрагмы к опоре первого соплового аппарата, что приводит к их поломке. Недостатком конструкции являются также повышенные гидравлические потери подводимого по трубам в воздушную полость статора охлаждающего воздуха.
Технический результат заявленного изобретения заключается в повышении надежности статора турбины высокого давления путем уменьшения нагрузки на болтовые соединения крепления диафрагмы к опоре соплового аппарата и к внешнему сотовому фланцу и путем уменьшения деформации внешнего и внутреннего сотовых фланцев, а также в снижении гидравлических потерь подводимого в воздушную полость охлаждающего воздуха.
Указанный технический результат достигается тем, что в статоре турбины высокого давления, состоящем из установленных на внутреннем корпусе камеры сгорания опоры соплового аппарата и переднего хвостовика упругого фланца, а также из диафрагмы, закрепленной болтовым соединением внешним радиальным ребром на опоре соплового аппарата, а внутренним радиальным ребром болтовым соединением с внешним и внутренним сотовыми фланцами и с задним хвостовиком упругого фланца, центральная часть диафрагмы между внешним и внутренним ребрами выполнена упругой в радиальном направлении и цилиндрической в поперечном сечении, при этом выпуклой в сторону внешнего сотового фланца, а между упругим фланцем и опорой соплового аппарата установлен Г-образный в поперечном сечении фланец, образующий совместно с опорой соплового аппарата щелевую кольцевую полость, на входе соединенную с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе через каналы в опоре соплового аппарата - с воздушной полостью статора, образованной опорой соплового аппарата, упругим фланцем и диафрагмой, при этом отношение L/R=3...4, где L - расстояние между болтовыми соединениями крепления диафрагмы; R - радиус цилиндрической внутренней поверхности диафрагмы.
Выполнение центральной части диафрагмы между внешним и внутренним ребрами упругой в радиальном направлении позволяет за счет радиальной упругости диафрагмы снизить деформацию внешнего и внутреннего сотовых фланцев, а также исключить работу на срез болтов в болтовых соединениях диафрагмы с опорой соплового аппарата и с сотовыми фланцами.
Выполнение центральной части диафрагмы цилиндрической в поперечном сечении, выпуклой в сторону внешнего сотового фланца снижает напряжения и осевую деформацию диафрагмы под действием избыточного давления охлаждающего воздуха в полости статора турбины, образованной опорой соплового аппарата, диафрагмой и промежуточным упругим фланцем, а также исключает работу болтов в болтовых соединениях крепления диафрагмы на изгиб.
Установка между упругим фланцем и опорой соплового аппарата Г-образного в поперечном сечении фланца, образующего совместно с опорой соплового аппарата щелевую кольцевую полость, соединенную на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе через каналы в опоре соплового аппарата - с воздушной полостью статора, образованной опорой соплового аппарата, упругим фланцем и диафрагмой, позволяет снизить гидравлические потери и повысить давление охлаждающего воздуха в воздушной полости статора, а также снизить количество загрязняющих частиц, поступающих с воздухом в воздушную полость статора.
При L/R<3 снижается надежность диафрагмы из-за концентрации напряжений в местах перехода от цилиндрической к радиальной части диафрагмы.
При L/R>4 снижаются упругие свойства диафрагмы в радиальном направлении.
На чертеже изображен продольный разрез статора турбины высокого давления.
Статор турбины высокого давления 1 состоит из установленных на внутреннем корпусе 2 камеры сгорания 3 опоры 4 соплового аппарата, Г-образного в поперечном сечении фланца 5 и упругого промежуточного фланца 6, а также диафрагмы 7, внешним радиальным ребром 8 соединенной болтовым соединением 9 с опорой 4 соплового аппарата, а внутренним радиальным ребром 10 соединенной болтовым соединением 11 с внешним сотовым фланцем 12, с внутренним сотовым фланцем 13 и с задним хвостовиком 14 промежуточного упругого фланца 6.
Г-образный фланец 5 и опора 4 соплового аппарата совместно образуют кольцевую щелевую полость 15, соединенную на входе с воздушной полостью 16 камеры сгорания 3, а на выходе через каналы 17 в опоре 4 - с воздушной полостью 18 высокого давления статора турбины 1, ограниченной опорой 4, упругим фланцем 6 и диафрагмой 7. Поток воздуха 19 в воздушной полости 16 камеры сгорания 3 несет с собой загрязняющие частицы 20, которые на входе в щелевую полость 15 вследствие резкого поворота потока проходят мимо щелевой полости 15 и уходят в проточную часть турбины (не показано), что способствует очищению охлаждающего воздуха в полости 18.
Диафрагма 7 в центральной своей части 21 выполнена упругой в радиальном направлении и цилиндрической в поперечном сечении, выпуклой в сторону внешнего сотового фланца 12 и в сторону воздушной полости пониженного давления 22, расположенной между опорой 4 соплового аппарата и внешним сотовым фланцем 12.
Работает устройство следующим образом.
При работе статора турбины высокого давления 1 диафрагма 7, выполненная выпуклой в поперечном сечении в сторону полости пониженного давления 22, испытывает под действием перепада давления минимальную деформацию, что повышает циклическую долговечность болтов 23 в болтовом соединении 9 и болтов 24 в болтовом соединении 11.