Сопловой аппарат турбины

Полезная модель относится к авиационной технике, в частности к сопловым аппаратам турбины, и может быть использована в малоразмерных газотурбинных двигателях вертолетов и беспилотных летательных аппаратов.
Известна конструкция соплового аппарата турбины газотурбинного двигателя, включающая сопловые лопатки с цапфами и кольцевыми выступами (патент RU №2260700 С2, F01D 9/02, опубл. 20.09.2005). На внутренних полках сопловых лопаток зафиксировано внутреннее кольцо с кольцевой канавкой, в которой установлен кольцевой выступ лопатки. Один из фланцев внутреннего кольца снабжен вынесенным в осевом направлении кольцевым буртом с радиальным пазом, в котором размещена цапфа сопловой лопатки. Разность между расстоянием от оси болта крепежного фланца внутреннего кольца до внутренней поверхности кольцевого выступа сопловой лопатки и расстоянием от оси болта крепежного фланца внутреннего кольца до наружной обрабатываемой поверхности цапфы сопловой лопатки больше нуля.
Также известен соплового аппарат турбины, включающий лопатки, установленные между наружной и внутренней обечайками, закрепленные между собой стяжными хомутами высокого давления (патент RU №151769 U1, F01D 9/02, опубл. 20.04.2015) - прототип.
Оба известных технических решений имеют ряд недостатков - высокая трудоемкость изготовления и сборки устройства.
Техническим результатом заявленной полезной модели является упрощение процесса и сокращение времени изготовления соплового аппарата турбины.
Указанный технический результат достигается тем, что сопловой аппарат газовой турбины, включающий лопатки, установленные между наружной и внутренней обоймами, закрепленные между собой стяжными хомутами, согласно полезной модели, лопатки, наружная и внутренняя обоймы, стяжные хомуты изготовлены методом селективного лазерного плавления и с применением минимальной механической обработки.
Изготовление всех конструктивных деталей соплового аппарата газовой турбины методом селективного лазерного плавления и применение при их изготовлении минимальной механической обработки позволяет сократить количество технологических операций и уменьшить время изготовления конструктивных деталей и самого соплового аппарата турбины, тем самым упростив процесс изготовления соплового аппарата турбины.
позволяет использовать при изготовлении деталей минимально-возможное количество элементов поддержек и получить максимально чистые поверхности проточной части газотурбинного двигателя, обеспечивая при этом его функциональность на высоком уровне.
Сущность заявленной полезной модели поясняется следующими чертежами:
на фиг. 1 показан общий вид соплового аппарата;
на фиг. 2 представлено расположение лопатки относительно плиты построения;
на фиг. 3 показан вид А (вид сверху) расположения лопатки относительно плиты построения;
на фиг. 4 представлено расположение наружной обоймы относительно плиты построения;
на фиг. 5 показано расположение внутренней обоймы относительно плиты построения;
на фиг. 6 представлено расположение хомута относительно плиты построения.
На фиг. 1-6 использованы следующие обозначения:
1 - внутренняя обойма;
2 - лопатка;
3 - стяжной хомут;
4 - наружная обойма;
5 - плита построения;
6 - элемент поддержки;
7 - паз (под лопатку).
Сопловой аппарат включает внутреннюю обойму 1, лопатки 2, стяжные хомуты 3 и наружную обойму 4. Лопатки 2 установлены между наружной обечайкой 4 и внутренней обечайкой 4, закрепленные между собой стяжными хомутами 3.
Все конструктивные детали соплового аппарата (внутренняя обойма 1, лопатки 2, стяжные хомуты 3, наружная обойма 4) изготавливаются методом селективного лазерного плавления. Данная технология позволяет изготовить деталь любой сложности и конфигурации в кратчайшие сроки (от нескольких часов до нескольких дней). Также данный метод изготовления позволяет отказаться от трудоемкой и дорогостоящей оснастки.
Однако аддитивное производство имеет ряд специфических ограничений и особенностей:
- наличие поддержек, которые необходимо удалять последующей обработкой;
- различная чистота поверхности в зависимости от угла наклона поверхности к плите построения детали;
- различное значение коэффициента линейной усадки по высоте детали.
Для уменьшения указанных недостатков и получения наилучшего качества поверхности лопаток 2, они выращиваются от периферии к корню, ликвидируя при этом нависающую часть (замок лопатки 2 на периферии), и обеспечивая при этом минимальные изменения геометрии вдоль оси плиты построения 5. Данная ориентация модели позволяет уменьшить количество элементов поддержек 6 (необходима только одна поддержка 6 для крепления конструктивной детали к плите построения 5 и отвода тепла от детали к плите построения 5), а также обеспечивает минимально-возможную шероховатость профиля пера лопатки 2 и обвода проточной части с использованием метода селективного лазерного плавления.
Наружную обойму (обечайку) 4 и внутреннюю обойму (обечайку) 1, а также стяжные хомуты 3 следует выращивать в осевом направлении для получения наименьших отклонений формы. Это связано с усадкой материала в направлении выращивания (если выращивать в поперечном направлении, цилиндрическая поверхность будет приобретать форму эллипса). Также, такая ориентация выращивания детали позволит получить наименьшую шероховатость поверхности проточной части. А предлагаемая форма выступов и отверстий (угол между плоскостью плиты построения 5 и нависающей частью не менее 45°, составляющей не более двух миллиметров) позволяет избавиться от всех элементов поддержек 6, кроме поддержек 6 для крепления детали к плите построения 5.
Пазы 7 под лопатки 2 выполняют соответствующей формы, которая позволяет выполнить пазы 7 без использования элементов поддержек 6.
В лопатках 2, стяжных хомутах 3, наружной обойме 4 и внутренней обойме 1 отверстия (на чертежах не показаны), предназначенные для продувки соплового аппарата.
Сборка соплового аппарата газовой турбины осуществляется следующим образом.
После удаления элементов поддержек 6 наружная обойма 4 ставится на сборочную плиту, таким образом, как она была установлена на плите построения 5. Также на сборочную плиту ставится внутренняя обойма 1 внутрь наружной обоймой 4 таким же образом. Лопатки 2 протаскиваются через отверстия в наружной обойме 4 до упора в отверстиях внутренней обоймы 1. Специальными многогранными хомутами 3 и двумя болтами (на чертежах не показаны) осуществляют стяжку соплового аппарата.