УЗЕЛ КРЕПЛЕНИЯ СОПЛОВОГО АППАРАТА В НАРУЖНОМ КОРПУСЕ ТУРБИНЫ

Полезная модель относится к области газотурбинных двигателей (ГТД) и газотурбинных установок (ГТУ), в частности к конструкциям турбин, и может найти применение в узлах крепления соплового аппарата в наружном корпусе турбины.
Известен статор газовой турбины, включающий корпус с горизонтальным разъемом, направляющие лопатки с уплотнительными элементами, причем блоки лопаток зафиксированы в корпусе с помощью элементов фиксации, например штифтами (Патент РФ №2342541 от 04.06.2007, МПК F01D 25/24, F01D 9/04, опубл. 27.12.2008 бюл. №36).
Наиболее близким является узел крепления соплового аппарата в наружном корпусе турбины, включающей наружный корпус с горизонтальный разъемом, сопловой аппарат, состоящий из блоков сопловых лопаток и надроторных вставок, блоки сопловых лопаток и надроторные вставки закреплены в наружном корпусе турбины с помощью устройства для крепления кольцевого типа. (US 2009/0226327 от 07.03.2008, МПК F01D 5/14, опубл. 10.09.2009).
Недостатками представленных конструкций является относительно большой вес конструкции статора турбины, обусловленный наличием обойм сопловых аппаратов с фланцевым горизонтальным разъемом, для размещения которых требуются большие габариты наружного корпуса; низкая герметичность осевых стыков обойм сопловых аппаратов смежных ступеней, обусловленная необходимостью подвижности и, как следствие, отсутствием фланцевых креплений этих стыков для обеспечения возможности выемки из наружного корпуса нижних половин обойм соплового аппарата отдельно любой из ступеней без снятия ротора, сложность выемки нижних половин обойм сопловых аппаратов из корпуса для ремонта без снятия ротора, связанная с большими габаритами и массой половин обойм соплового аппарата.
Техническим результатом предлагаемой полезной модели является уменьшение массы и габаритных размеров ступеней соплового аппарата и, следовательно, турбины двигателя, а так же уменьшение утечек рабочего тела над сопловым аппаратом, и сокращение времени проведения регламентных работ по осмотру (или ремонту), замене деталей и узлов соплового аппарата и турбины, так как все работы проводят без демонтажа массивного ротора.
Технический результат достигается тем, что узел крепления соплового аппарата в наружном корпусе турбины, включающий наружный корпус с горизонтальный разъемом, сопловой аппарат, состоящий из блоков сопловых лопаток и надроторных вставок, блоки сопловых лопаток и надроторные вставки закреплены в наружном корпусе турбины с помощью устройства для крепления кольцевого типа в отличие от известного, устройство для крепления состоит из четного количества сегментов, образующих кольцо и установленных между собой с окружными зазорами для компенсации тепловых расширений, для уменьшения перетекания газа через окружные зазоры в пазах, выполненных со стороны смежных боковых торцев соседних сегментов, установлены уплотнительные пластины, с внутренней стороны каждого сегмента установлены блоки сопловых лопаток с надроторными вставками, каждый сегмент установлен с внутренней стороны наружного корпуса турбины, для фиксации каждого сегмента в радиальном и осевом направлении с внутренней стороны корпуса выполнено не менее двух кольцевых проточек, в которых располагаются ответные цилиндрические бурты сегментов, причем с внешней стороны цилиндрических буртов в проточках корпуса имеются радиальные зазоры для обеспечения возможности свободного перемещения сегментов в окружном направлении при сборке/разборке соплового аппарата, также в наружном корпусе напротив входной и выходной частей каждого сегмента установлены с внешней стороны корпуса элементы прижима сегмента к цилиндрическим поверхностям проточек корпуса в направлении к оси двигателя, в окружном направлении каждый сегмент фиксируется с помощью радиального штифтового элемента, устанавливаемого в наружном корпусе с его внешней стороны.
На фигурах представлены:
Фиг. 1 - Общий вид турбины;
Фиг. 2 - Горизонтальный разъем наружного корпуса турбины;
Фиг. 3 - Схема расположения несущих сегментов соплового аппарата;
Фиг. 4 - Фиксация несущего сегмента в наружном корпусе турбины.
Турбина (Фиг. 1) включает наружный корпус 1 с горизонтальный разъемом (Фиг. 2) сопловой аппарат 2, состоящий из блоков сопловых лопаток 3, на которых закреплены секторы диафрагм (не показаны), и надроторных вставок 4. Блоки сопловых лопаток 3 и надроторные вставки 4 закреплены в наружном корпусе 1 турбины с помощью устройства для крепления.
Устройство для крепления состоит из четного количества несущих сегментов 5 (Фиг. 1), образующих кольцо (Фиг. 3) и установленных между собой с окружными зазорами 6 (Фиг. 2) для компенсации тепловых расширений. Для уменьшения перетекания газа через окружные зазоры 6 в пазах 7, выполненных со стороны смежных боковых торцев соседних несущих сегментов 5, установлены уплотнительные пластины 8 (Фиг. 2). С внутренней стороны каждого несущего сегмента установлены блоки сопловых лопаток 3 с надроторными вставками 4.
Каждый несущий сегмент 5 установлен с внутренней стороны наружного корпуса 1 турбины (Фиг. 1). Для фиксации каждого несущего сегмента 5 в радиальном и осевом направлении с внутренней стороны корпуса 1 выполнено не менее двух кольцевых проточек 9, в которых располагаются ответные цилиндрические бурты 10 сегментов 5. С внешней стороны цилиндрических выступов 10 в проточках 9 корпуса 1 имеются радиальные зазоры 11 для обеспечения возможности свободного перемещения несущих сегментов 5 в окружном направлении при сборке/разборке соплового аппарата. В наружном корпусе 1 напротив входной и выходной частей каждого несущего сегмента 5 установлены с внешней стороны корпуса элементы прижима 12 сегмента к цилиндрическим поверхностям проточек 9 корпуса 1 (Фиг. 4) в направлении к оси двигателя. В окружном направлении каждый сегмент 5 фиксируется с помощью радиального штифтового элемента 13 устанавливаемого в наружном корпусе 1 с его внешней стороны.
Сборка осуществляется следующим образом.
Блоки сопловых лопаток 3 с закрепленными на них секторами диафрагм и надроторные вставки 4 крепятся с внутренней стороны несущего сегмента 5 любым из известных способов. Каждый сегмент 5 в сборе с блоками сопловых лопаток 3 и надроторными вставками 4 устанавливается в наружный корпус 1 с его внутренней стороны, при этом цилиндрические бурты 10 сегмента 5 входят с радиальным зазором 11 в кольцевые проточки 9 корпуса 1. Далее сегменты 5 фиксируются в окружном направлении с помощью проходящих через корпус 1 и устанавливаемых с его внешней стороны радиальных штифтовых элементов 13 и прижимаются к цилиндрическим поверхностям проточек 9 корпуса 1 в направлении к оси двигателя с помощью прижимных элементов 12, которые также проходят через наружный корпус 1 турбины. Так собираются верхняя и нижняя части статора всех ступеней турбины.
Затем собирается и балансируется ротор турбины. Собранный ротор турбины устанавливается в узел задней опоры двигателя. Установка статора турбины может производиться как в вертикальном, так и в горизонтальном положениях частей разъемного наружного корпуса. При этом собранные половины статора турбины поочередно устанавливаются на передний фланец корпуса задней опоры и крепятся к нему и между собой.
Ремонт турбины может быть произведен без съема двигателя со стенда станции и осуществляется следующим образом.
Снимается верхняя часть статора турбины, при этом нижняя часть статора остается закрепленной в двигателе, чем обеспечивается сохранение расположения опор двигателя и возможность поворота ротора при его ремонте. В отсутствие необходимости ремонта верхней части статора она может быть временно установлена на фланцы продольного разъема наружного корпуса. Если же требуется ее ремонт (например, замена блоков сопловых лопаток 3 или надроторных вставок 4 отдельных ступеней), эта верхняя часть статора должна быть переустановлена на передний либо на задний фланец наружного корпуса - для обеспечения доступа к указанным деталям статора и возможности их замены.
Для обеспечения возможности замены рабочих лопаток ступеней турбины, а также для ремонта (замены) деталей сопловых аппаратов конструкция статора позволяет изъять из ее верхней и нижней частей сопловые аппараты любой из указанных ступеней. При этом необходимо предварительно демонтировать из наружного корпуса 1 прижимные болты 12 и фиксирующие штифты 13 крепления несущих сегментов 5 снимаемой ступени, после чего вынуть из корпуса 1 несущие сегменты 5 в сборе с блоками лопаток 3 соплового аппарата, секторами диафрагмы и надроторными вставками 4, перемещая каждый несущий сегмент 5 по окружности вдоль кольцевых проточек 9 корпуса 1. Подвижность сегментов 5 вдоль проточек 9 корпуса 1 обеспечивается предусмотренными в конструкции большими радиальными зазорами 11 между указанными деталями в данных зонах. Демонтаж сегментов 5 соплового аппарата каждой ступени может быть произведен с обеих сторон каждой части разъемного корпуса 1 - по половине от числа сегментов 5, установленных в части корпуса, с каждой стороны.
Замена рабочих лопаток ступеней турбины в предлагаемом варианте конструкции может быть произведена при снятой верхней части статора и после демонтажа из его нижней части сопловых аппаратов соответствующей и последующей ступней. Отсутствие ближайших сопловых секторов, а также имеющаяся возможность поворота ротора позволяют производить снятие с диска и установку на него всего комплекта рабочих лопаток, в том числе лопаток с бандажными полками.
Предложенная конструкция турбины позволяет уменьшить утечки рабочего тела, массу и габаритные размеры двигателя, а также существенно сократить время проведения регламентных работ по осмотру, замены деталей и узлов двигателя на станции, так как все работы проводятся без демонтажа/монтажа массивного ротора и связанных с этим регулировками.