Статор турбины низкого давления газотурбинного двигателя
LOW PRESSURE TURBINE STATOR FOR A GAS TURBINE ENGINE

Изобретение относится к статорам турбин низкого давления газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.
Известен статор турбины низкого давления газотурбинного двигателя, содержащий полые сопловые лопатки с наружными и внутренними полками, расположенные в проточной части турбины, наружный корпус, образующий с наружными полками кольцевую полость, сообщенную с внутренними полостями сопловых лопаток, сообщенных в свою очередь с проточной частью турбины, внутреннее кольцо, образующее с внутренними полками кольцевую полость, сообщенную с кольцевой полостью, образованной диском ротора турбины высокого давления, диском ротора турбины низкого давления и внутренним кольцом, при этом хвостовик каждой сопловой лопатки выполнен типа «цапфа», полым, с внутренней цилиндрической поверхностью (RU 2560654).
Недостатком известной конструкции является то, что воздух попадает в междисковую полость через внутренние полости сопловых лопаток, что исключает возможность подводить воздух раздельно во внутренние полости сопловых лопаток и междисковую полость с различными, более подходящими для каждой из них параметрами на различных режимах работы двигателя. В частности, это препятствует возможности отключения воздуха, охлаждающего сопловые лопатки ТНД на крейсерском режиме без одновременного прекращения подачи воздуха в междисковую полость турбины. Указанный недостаток приводит к чрезмерному расходу воздуха, что повышает расход топлива на крейсерском режиме и ухудшает экономичность двигателя в целом.
Технический результат, достигаемый при использовании заявленного изобретения заключается в снижении расхода воздуха за счет возможности независимой подачи воздуха во внутренние полости сопловых лопаток и междисковую полость турбины, что приводит к экономии расхода воздуха и, как следствие, к снижению расхода топлива и повышении экономичности двигателя в целом.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в известном статоре турбины низкого давления газотурбинного двигателя, содержащем полые сопловые лопатки с наружными и внутренними полками, расположенные в проточной части турбины, наружный корпус, образующий с наружными полками кольцевую полость, сообщенную с внутренними полостями сопловых лопаток, сообщенных, в свою очередь, с проточной частью турбины, внутреннее кольцо, образующее с внутренними полками кольцевую полость, сообщенную с кольцевой полостью, образованной диском ротора турбины высокого давления, диском ротора турбины низкого давления и внутренним кольцом, при этом хвостовик каждой сопловой лопатки выполнен типа «цапфа», полым, с внутренней цилиндрической поверхностью, согласно настоящему изобретению кольцевая полость, образованная наружным корпусом и наружными полками сообщена с проточной частью компрессора высокого давления через теплообменник, при этом статор дополнительно содержит кольцевой экран, установленный на наружном корпусе и образующий с ним кольцевую полость, сообщенную с думмисной полостью двигателя, полые трубчатые элементы, радиально установленные во внутренних полостях части сопловых лопаток и сообщающие кольцевую полость, образованную кольцевым экраном и наружным корпусом, с кольцевой полостью, образованной внутренним кольцом и внутренними полками, заглушки, установленные в полых хвостовиках сопловых лопаток без полых трубчатых элементов, причем каждый полый трубчатый элемент соединен с наружным корпусом посредством сферического шарнирного соединения, а с внутренней цилиндрической поверхностью соответствующего ему хвостовика контактирует сферическим буртиком, выполненном на концевом участке его наружной поверхности.
Предложенная конструкция позволяет подавать воздух из двух разных источников с различными параметрами во внутренние полости лопаток и междисковую полость за счет того, что кольцевая полость, образованная наружным корпусом и наружными полками сообщена с проточной частью компрессора высокого давления через теплообменник, при этом статор дополнительно содержит кольцевой экран, установленный на наружном корпусе и образующий с ним кольцевую полость, сообщенную с думмисной полостью двигателя, полые трубчатые элементы, радиально установленные во внутренних полостях части сопловых лопаток и сообщающие кольцевую полость, образованную кольцевым экраном и наружным корпусом, с кольцевой полостью, образованной внутренним кольцом и внутренними полками, заглушки, установленные в полых хвостовиках сопловых лопаток без полых трубчатых элементов. Это приводит к экономии расхода воздуха и, как следствие, к снижению расхода топлива и повышении экономичности двигателя в целом.
При этом соединение трубчатых элементов шарнирно с наружным корпусом сферического шарнирного соединения, а с внутренней цилиндрической поверхностью хвостовиков сопловых лопаток -посредством контакта сферическим буртиком, выполненном на концевых участках наружной поверхности, позволяет компенсировать смещение внутренних полок и наружного корпуса относительно друг друга, в том числе и в радиальном направлении, вследствие их различных тепловых расширений в процессе работы двигателя.
Следует отметить, что установка полых трубчатых элементов в каждую сопловую лопатку не рациональна, т.к. повышает трудоемкость изготовления статора турбины низкого давления и увеличивает стоимость двигателя в целом. Количество полых трубчатых элементов должно быть соответствующим суммарной расчетной площади канала, необходимого (достаточного) для подвода воздуха из думмисной полости двигателя в его междисковую полость. Полые трубчатые элементы расположены в окружном направлении равномерно (по возможности).
На фиг. 1 изображен продольный разрез статора турбины низкого давления газотурбинного двигателя.
На фиг. 2 изображен узел соединения полого трубчатого элемента с наружным корпусом в увеличенном виде.
На фиг. 3 изображен узел соединения полого трубчатого элемента с хвостовиком сопловой лопатки в увеличенном виде.
На фиг. 4 изображен хвостовик сопловой лопатки без полого трубчатого элемента, перекрытый заглушкой, в увеличенном виде.
Статор турбины низкого давления газотурбинного двигателя содержит полые сопловые лопатки 1 с наружными и внутренними полками 2, 3, расположенные в проточной части турбины. Наружный корпус 4, образующий с наружными полками 2 кольцевую полость 5, сообщенную с внутренними полостями сопловых лопаток 1, сообщенных в свою очередь с проточной частью турбины. Внутреннее кольцо 6, образующее с внутренними полками 3 кольцевую полость 7, сообщенную с кольцевой полостью 8, образованной диском ротора турбины высокого давления 9, диском ротора турбины низкого давления 10 и внутренним кольцом 6. Хвостовик 11 каждой сопловой лопатки 1 выполнен типа «цапфа», полым с внутренней цилиндрической поверхностью.
Кольцевая полость 5, образованная наружным корпусом 4 и наружными полками 2, сообщена с проточной частью компрессора высокого давления через теплообменник (на фигурах не показан).
Статор дополнительно содержит кольцевой экран 13, установленный на наружном корпусе 4 и образующий с ним кольцевую полость 14, сообщенную с думмисной полостью (на фигурах не показана) двигателя, полые трубчатые элементы 15, радиально установленные во внутренних полостях части сопловых лопаток 1 и сообщающие кольцевую полость 14, образованную кольцевым экраном 13 и наружным корпусом 4, с кольцевой полостью 7, образованной внутренним кольцом 6 и внутренними полками 3, заглушки 16, установленные в полых цилиндрических хвостовиках 11 сопловых лопаток 1 без полых трубчатых элементов. Заглушки 16 фиксируются, установленными в кольцевых канавках, выполненных на внутренних поверхностях полых цилиндрических хвостовиков 11, пружинными упорными кольцами 17.
Каждый полый трубчатый элемент 15 соединен с кольцевым экраном 13 через промежуточный полый элемент 18, цилиндрической формы. Промежуточные полое элементы 18 установлены по окружности в кольцевой полости 14, образованной кольцевым экраном 13 и наружным корпусом 4 и жестко соединены с кольцевым экраном 13, а также с наружным корпусом 4. В частности промежуточные полые элементы 18 выполнены в виде колпачков цилиндрической формы, в которые заведены концы полых трубчатых элементов 15, и при этом промежуточные полые элементы 18 и полые трубчатые элементы 15 соединены друг с другом посредством сферических шарниров (зона контакта промежуточного полого элемента 18 со сферическим буртиком полого трубчатого элемента 15). В зоне кольцевой полости 14 между кольцевым экраном 13 и наружным корпусом 4 в промежуточных полых элементах выполнены сквозные отверстия 19 (перпендикулярно оси симметрии полых элементов). С внутренней цилиндрической поверхностью хвостовика 11 каждый полый трубчатый элемент 15 контактирует сферическим буртиком 20, выполненном на концевом участке его наружной поверхности.
Кольцевая полость 7 сообщена с кольцевой полостью 8 через отверстия 21 и радиальный зазор лабиринтного уплотнения 22.
Кольцевая полость 5 сообщена с проточной частью компрессора высокого давления через теплообменник (на фигурах не показан), а также отверстия 23 в наружном корпусе 4.
В процессе работы двигателя его детали подвергаются нагреву, и при необходимости требуется охлаждение некоторых из них за счет подачи воздуха из подходящих по параметрам полостей компрессора.
Кольцевая полость 5 питается воздухом из-за последней ступени компрессора, а кольцевая полость 14 из думмисной полости двигателя. На некоторых режимах работы двигателя точка фиксации промежуточного полого элемента 18, расположенная на кольцевом экране 13, может перемещаться (в результате нагрева) в осевом и радиальном направлении относительно цапфы 11, расположенной на внутренней полке сопловой лопатки 1. При этом происходит свободный поворот сферического буртика полого трубчатого элемента 15 относительно промежуточного полого элемента 18 и поворот сферического буртика 19 трубчатого полого элемента 15 относительно цапфы 11 с одновременным радиальным перемещением буртика 19 относительно цапфы 11. Таким образом предложенная конструкция транзитного узла (совокупность промежуточного полого элемента 18 с полым трубчатым элементом 15) образует шарнир и предотвращает разрушение или деформацию деталей, обеспечивающих подвод охлаждающего воздуха из полости 14 в полость 8.