УЗЕЛ ЛОПАТОК ТУРБИНЫ, ГАЗОВАЯ ТУРБИНА, СОДЕРЖАЩАЯ ТАКОЙ УЗЕЛ, И СПОСОБ СБОРКИ УЗЛА ЛОПАТОК ТУРБИНЫ
UNIT OF TURBINE BLADE, GAS TURBINE WITH SUCH UNIT AND ASSEMBLY PROCEDURE FOR TURBINE BLADES

Изобретение относится к узлу лопаток турбины, в частности для газовой турбины, и к способу сборки узла лопаток турбины.
Уплотнительные прокладки используются между соседними лопатками турбины, чтобы предотвратить попадание горячих газов в полость хвостовика, что может вызвать нежелательный нагрев обода диска и снижение коэффициента полезного действия. Когда лопатки установлены на диске в виде полного кольца (для блокируемых конструкций или когда имеют место разные скошенные углы на полке/хвостовике и бандаже), уплотнительные прокладки не могут быть вставлены с использованием обычной соответствующей методики последовательного встраивания. Более того, должен быть разработан способ, который позволит выполнять сборку и удержание прокладок с лопастным диском.
Обычно устройства собирались с использованием технологий последовательного встраивания, когда отдельные лопатки и прокладки собирались для комплектования полного кольца. Если лопатки устанавливались как целые комплекты, то полная длина уплотнительных прокладок полки не использовалась. В предыдущих случаях маленькие уплотнительные пластины были установлены в верхних по потоку пазах и удерживались за счет использования блокирующих прокладок. Это не создает необходимого покрытия по длине полки в дополнение к тому, что уплотнительные прокладки не используют в устройствах диска турбины высокого давления, поскольку блокирующие пластины требуются как для удержания лопатки, так и для предотвращения случайной утечки охлаждающего воздуха. Этот уровень техники не дает адекватного средства для предотвращения попадания горячего газа в полости хвостовика лопаток турбины.
В документе EP 1600606 A1 описано устройство лопаток турбины с зазорами между полками соседних лопаток турбины. Эти зазоры закрывают с помощью уплотнительных и демпфирующих элементов в форме полосок. Уплотнительные и демпфирующие полоски удерживаются на месте за счет центробежных сил.
В документе US 4265594 описано устройство лопатки турбины с лопатками турбины, имеющими полки с сегментами и накладными пластинами, продолжающимися в продольном направлении оси ротора. Зазоры между накладными пластинами выполнены с пазами, в которые вставлены уплотнительные полоски.
Уплотнительные устройства для турбинных лопаток описаны в документах GB 2280935 A, GB 1580884, WO 2004/074640 А1, GB 2303888 A, GB 2182399 А и JP 10184310 A.
Задачей изобретения является создание усовершенствованного узла лопаток турбины с уплотнительной прокладкой. Другой задачей изобретения является создание газовой турбины с усовершенствованным узлом лопаток турбины, содержащим уплотнительную прокладку. Третьей задачей изобретения является создание усовершенствованного способа для сборки узла лопаток турбины с уплотнительной прокладкой.
Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создан узел лопаток турбины, в частности для газовой турбины, содержащий лопатки турбины, установленные с зазором между полками соседних лопаток турбины, и уплотнения, каждое из которых закрывает зазор между полками двух соседних лопаток турбины, при этом полки выполнены с пазами на окружных сторонах, обращенных к соседним лопаткам турбины, причем лопатки турбины содержат полости хвостовиков, при этом уплотнение закрывает, по меньшей мере, всю длину полостей хвостовиков двух соседних лопаток турбины, причем уплотнение выполнено из полоски и размещено в двух противолежащих пазах, выполненных в каждой из полок двух соседних лопаток турбины и открытых по направлению к их нижним по потоку концам, при этом уплотнение выполнено из гибкого упругого материала, и пазы закрыты по направлению к верхнему по потоку концу для обеспечения удержания и открыты по направлению к нижнему по потоку концу лопатки турбины для обеспечения введения.
Такой узел создает уплотнение между соседними лопатками турбины. Уплотнение предотвращает попадание горячих газов в полость хвостовика, что может вызвать нежелательный нагрев обода диска и снижение коэффициента полезного действия. Форма полосок обеспечивает в результате полное уплотнение полости по всей длине полки и предотвращает попадание горячих газов. Уплотнительные полоски размещены в противоположных пазах, выполненных в каждой из полок двух соседних лопаток турбины. Это позволяет осуществить точное размещение уплотнительных полосок. Кроме того, гибкий упругий материал позволяет вставить полоски в пазы с открытых верхних по потоку концов, используя непрерывное движение.
Предпочтительно уплотнение зажато в лопатках с помощью зажимных пластин, которые установлены на нижнем по потоку конце диска турбины. Зажимные пластины используются и для удержания лопатки, и для предотвращения случайной утечки охлаждающего воздуха.
Уплотнение удерживается в полости паза на верхнем по потоку конце с соответствующим зазором, чтобы позволить временное тепловое расширение - это обеспечивает отсутствие вынужденного демпфирования лопатки во время работы.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создана газовая турбина, содержащая описанный выше узел лопаток турбины. В такой газовой турбине будут уменьшены потери охлаждающего воздуха и уменьшен нагрев обода диска турбины.
Согласно третьему объекту настоящего изобретения создан способ сборки узла лопаток турбины, в частности для газовой турбины, в котором лопатки турбины установлены на диске турбины, а уплотнения установлены на полках лопаток турбины, чтобы закрывать зазоры между полками соседних лопаток турбины. Согласно способу все лопатки турбины устанавливают на диск турбины до установки уплотнений между полками соседних лопаток турбины, при этом уплотнение выполняют из гибкого упругого материала, причем пазы выполняют закрытыми по направлению к верхнему по потоку концу для обеспечения удержания и открытыми по направлению к нижнему по потоку концу лопатки турбины для обеспечения введения.
Предпочтительно уплотнения устанавливают с нижней по потоку стороны лопаточного диска. Это позволяет легко проводить сборку и разборку.
Предпочтительно уплотнения вводят и направляют в противолежащих пазах в соседних полках за счет непрерывного движения, позволяющего проводить легкую сборку.
Дополнительные признаки, характеристики и преимущества изобретения будут ясны из нижеследующего описания вариантов осуществления изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 - вид лопатки турбины с пазом;
фиг.2 - вид уплотнительной полоски; и
фиг.3 - вид лопатки турбины со вставленной уплотнительной полоской.
На фиг.1 показан вид сбоку лопатки 2 турбины с аэродинамическим профилем 3, полкой 4, хвостовиком 5 лопатки, полостью 6 хвостовика и пазом 8.
Полка 4 размещена в нижней части аэродинамического профиля 3 и закрывает полость 6 хвостовика, которая образована между хвостовиком 5 лопатки и полкой 4. Паз 8 интегрирован в каждую сторону полки 4, проходя вдоль вершины полости 6 хвостовика. После сборки на турбинном диске 12 два паза 8 двух соседних лопаток 2 турбины находятся в противоположном положении, чтобы удерживать уплотнительную полоску 10 с двух сторон. Пазы 8 закрыты по направлению к верхнему по потоку концу для обеспечения удержания и открыты по направлению к нижнему по потоку концу лопатки 2 турбины для обеспечения введения. Каждый из двух противолежащих пазов 8 выполнен как направляющие и как средство крепления уплотнительной полоски 10.
Лопатку 2 турбины используют в газовой турбине, где горячий сжатый газ направляется по направлению к лопаткам турбины с аэродинамическими профилями, которые прикреплены к ротору, чтобы перемещать лопатки турбины и таким образом приводить в движение ротор, на котором лопатки установлены в направлении по окружности. За счет контакта лопаток турбины с горячим газом требуется охлаждение лопаток турбины. Охлаждающий воздух направляют через хвостовики 5 лопаток турбинных лопаток 2 в аэродинамические профили 3.
На фиг.2 показана уплотнительная полоска 10 согласно настоящему изобретению. Уплотнительная полоска 10 имеет вытянутую прямоугольную форму, скошенную в линию с хвостовиками лопатки, со скругленными углами для лучшей вставки. Полоска выполнена из гибкого упругого материла для лучшей сборки и разборки. Уплотнительная полоска 10 выполнена заранее согласно фиг.2b до вставки, это позволяет осуществлять установку с использованием непрерывного движения с нижней по потоку стороны лопатки 2 турбины в паз 8.
На фиг.3 показана лопатка 2 турбины с фиг.1, установленная на диске 12 турбины путем вставки хвостовика 5 лопатки в осевую канавку 13 на диске 12 турбины. Осевые канавки 13 расположены вдоль окружности диска 12 турбины. Осевые канавки 13 выполнены так, чтобы удерживать хвостовики 5 лопаток 2 турбины. Несколько дисков 12 турбины образуют ротор газовой турбины (не показан). После того как лопатки турбины смонтированы на диске 12 турбины с образованием полного кольца, уплотнительные полоски 10 устанавливают в противолежащих пазах 8 соседних лопаток 2 турбины с их нижнего по потоку конца путем непрерывного движения.
Во время работы газовой турбины горячий газ проходит аэродинамический профиль 3 лопаток турбины, вызывая вращение лопатки 2 турбины. Охлаждающий воздух проходит через хвостовик 5 лопатки в аэродинамический профиль 3 для охлаждения лопатки 2 турбины. Уплотнение 10 задерживает охлаждающий воздух под полкой 4 соседних лопаток 2 турбины и предотвращает попадание горячего газа в полость 6 хвостовика лопатки 2 турбины. Это предотвращает перегрев обода 12 диска, обеспечивая безопасную работу турбины.
Уплотнительная полоска 10 выполнена из гибкого упругого материала так, что она удерживается в пазу 8 за счет силы упругости. Полоска удерживается в пазу 8 также за счет силы посадки в верхнем по потоку конце паза 8. Уплотнение 10 вставлено с нижнего по потоку конца паза 8.
Каждая ступень турбины собрана путем посадки лопаток 2 турбины на диск 12 турбины для создания полного кольца. После этого уплотнительные полоски 10 устанавливают в противолежащих пазах 8 соседних лопаток 2 турбины с нижних по потоку концов за счет непрерывного движения.