УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФИКСАЦИИ СЕГМЕНТОВ СОПЛОВЫХ ЛОПАТОК В СИЛОВОМ КОРПУСЕ СТАТОРА ТУРБИНЫ

Полезная модель относится к области двигателестроения, а именно к статорам турбин газотурбинных двигателей и может найти применение для закрепления элементов, образующих хотя бы одну из трактообразующих полок и выполненных в виде отдельного сегмента, преимущественно сегментов сопловых лопаток в силовом корпусе статора турбины газотурбинного двигателя.
Известно устройство для осевой фиксации сегментов сопловых лопаток в силовом корпусе статора турбины, в котором осевая фиксация сегментов сопловых лопаток выполнена за счет упора блока в кольцевой выступ на корпусе, а блоки устанавливаются с наклоном (описание изобретения к патенту РФ №2324057, МПК F01D 11/24, F01D 25/26, опубл. 10.05.2008 Бюл. №13).
В известном устройстве сегмент упирается в корпус лишь при действии нагрузок от газового потока, а от выпадения его фиксирует следующая по очередности сборки деталь. Но для такой схемы для передачи осевых усилий характерен упор сегмента непосредственно в выступ корпуса, что требует большого количества оснастки для сборки сегментов с поворотом и больших значений осевых зазоров, что негативно сказывается на КПД узла.
Наиболее близким к предлагаемому является устройство для осевой фиксации сегментов сопловых лопаток в силовом корпусе статора турбины, содержащее наружный корпус с выступами, сегменты сопловых лопаток, на вертикальных ребрах которых выполнены два зацепа, один из которых выполнен сплошным, опирающиеся на ответные выступы наружного корпуса, и L-образное стопорное кольцо, контактирующее со вторым зацепом (описание изобретения к патенту РФ №2534333, МПК F01D 25/24, опубл. 27.11.2014, Бюл. №33).
В данной конструкции закрепления сегментов сопловых лопаток сегмент имеет на верхней полке один или два кольцевых выступа, с помощью которых сегмент центрируется в силовом корпусе. Для фиксации сегментов сопловых лопаток в осевом и окружном положениях используют либо штифты, либо соединения типа выступ - паз.
В качестве преимуществ данной схемы рассматриваем минимальное количество оснастки и удобство монтажа сегментов при монтаже в корпус.
При сборке наружного корпуса и сегмента между контактными поверхностями кольцевого выступа на корпусе и кольцевого заднего зацепа сегмента существует монтажный зазор. При прогреве соединения в работе поверхности сегмента из-за разницы в температурах в кольцевом ребре пытаются из цилиндрической поверхности принять форму плоскости. Поскольку задний зацеп является сплошным кольцевым, возникают напряжения контактных поверхностей соединения. В связи с этим вместо монтажного зазора между поверхностями возникает контакт по 3 точкам и поверхности начинают деформироваться (зацеп из кольцевого стремится распрямиться в плоскость).
В процессе работы устройства контактные поверхности кольцевого выступа на корпусе и кольцевого заднего зацепа на сегменте деформируются и испытывают большие напряжения, которые приводят к появлению деформаций, износу контактных поверхностей и к появлению трещин.
Технической задачей полезной модели является создание устройства для фиксации сегментов сопловых лопаток в наружном корпусе статора турбины, снижающего напряжения в месте соединения контактных поверхностей корпуса и зацепа, уменьшающего их деформации и износ.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности конструкции за счет выполнения заднего зацепа сегмента не сплошным, а в виде двух отдельных частей, расположенных по краям сегмента.
Технический результат достигается тем, что в устройстве для фиксации сегментов сопловых лопаток в наружном корпусе статора турбины, содержащем наружный корпус с выступами, сегменты сопловых лопаток, на вертикальных ребрах которых выполнены два зацепа, один из которых выполнен сплошным, опирающиеся на ответные выступы наружного корпуса, и L-образное стопорное кольцо, контактирующее со вторым зацепом, в отличие от известного, второй зацеп сегмента сопловых лопаток выполнен состоящим из двух частей, расположенных по краям сегмента.
Выступ наружного корпуса, на который опирается второй зацеп сегмента сопловых лопаток, может быть выполнен сплошным.
Выступ наружного корпуса, на который опирается второй зацеп сегмента сопловых лопаток, может быть выполнен состоящим из двух ответных частей.
Полезная модель поясняется чертежами, на которых изображены:
фиг. 1 - устройство для осевой фиксации блоков сопловых лопаток в силовом корпусе статора турбины;
фиг. 2 - силовой наружный корпус устройства;
фиг. 3 - сегмент сопловых лопаток устройства;
фиг. 4 - L-образное стопорное кольцо устройства;
фиг. 5 - разрез А-А на фиг. 1.
Устройство для фиксации сегментов сопловых лопаток в силовом корпусе статора турбины (фиг. 1) содержит наружный корпус 1, имеющий два выступа - кольцевой выступ 2 и второй выступ 3, который может быть выполнен как сплошным, так и состоящим из двух отдельных частей, сегменты 4 сопловых лопаток, на вертикальных ребрах которых выполнены зацепы 5 и 6, и L-образное стопорное кольцо 7.
Выступ 2 корпуса 1 имеет опорную поверхность 8 (фиг. 2), а выступ 3 имеет опорные поверхности 9 и 10, а также упорные поверхности 11 и 12
Передний зацеп 5 сегмента 4 имеет опорную поверхность 13 (фиг. 3), а задний зацеп 6, состоящий из двух частей 14 и 15, имеет опорные поверхности 16 и 17, а также упорные поверхности 18 и 19. L-образное стопорное кольцо 7 имеет упорные поверхности 20 и 21 (фиг. 4).
Передний зацеп 5 сегмента 4 опорной поверхностью 13 опирается на опорную поверхность 8 ответного кольцевого выступа 2 корпуса 1 (фиг. 1).
Задний зацеп 6 сегмента 4 опорной поверхностью 16 опирается на опорную поверхность 9 выступа 3 наружного корпуса 1 (фиг. 1), кроме того задний зацеп 6 упирается своими поверхностями 18 в упорную поверхность 11 ответного выступа 3 наружного корпуса 1. Упорной поверхностью 19 сегмент 7 контактирует с упорной поверхностью 20 L-образного стопорного кольца 7, которое в свою очередь упорной поверхностью 21 контактирует с ответной упорной поверхностью 12 на наружном корпусе 1.
Сборка устройства для фиксации блоков сопловых лопаток в силовом корпусе статора турбины осуществляется следующим образом.
В наружный корпус 1 статора вставляют надроторные вставки и рабочее колесо ротора (на фиг. 1 не указаны), и далее устанавливают сегменты 4 сопловых лопаток, которые передним зацепом 5 входят в зацепление с ответным выступом 2 на корпусе 1, а задним зацепом 6 - с ответным выступом 3. Далее устанавливают L-образное стопорное кольцо 7, которое фиксирует сегменты 4 сопловых лопаток в осевом направлении.
Устройство работает следующим образом:
Во время работы турбины под действием газовых сил (фиг. 5) сегмент 4 упирается поверхностью 16 заднего зацепа в ответную поверхность 9 выступа 3 на корпусе 1, поверхностью 19 в ответную упорную поверхность 20 L-образного стопорного кольца 7, а опорной поверхностью 17 в ответную поверхность 10 корпуса 1. Из-за выполнения заднего зацепа 6 состоящим из двух частей 14 и 15, в центральной части отсутствует контакт поверхностей заднего зацепа сегмента и выступа корпуса, следовательно, не возникают повышенные напряжения из-за тепловой деформации сегмента, ведущие к износу деталей, тем самым повышается надежность конструкции.
Кроме перечисленных выше преимуществ выполнение заднего зацепа сегмента и ответного выступа на корпус, состоящими из двух частей, также позволяет снизить массу устройства, что актуально для газотурбинных двигателей. Кроме того упрощается механическая обработка поверхности заднего зацепа, поскольку нет необходимости точить сплошной выступ, обработку отдельных частей зацепа выполняют шлифовкой по плоскости.
Предлагаемое устройство применимо для закрепления любых элементов, образующих хотя бы одну из трактообразующих полок и выполненных в виде отдельного сегмента. Оно применимо для закрепления, как отдельных лопаток, так и блоков лопаток, для закрепления обтекателей и сегментов трактообразующих полок.