RU2260700C2

RU2260700C2 - Turbine nozzle box of gas-turbine engine

Info

Publication number: RU2260700C2
Application number: RU2003134024/06A
Authority: RU
Inventors: В.К. Сычев (RU); В.К. Сычев; В.М. Язев (RU); В.М. Язев
Original assignee: Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 2003-11-24
Filing date: 2003-11-24
Publication date: 2005-09-20
Also published as: RU2003134024A

Abstract

FIELD: gas-turbine engines.

SUBSTANCE: proposed nozzle box of turbine of gas-turbine engine has nozzle vanes with trunnions and ring projections. Inner ring with ring groove is fixed on inner flanges of nozzle vanes in which vane ring projection is fitted. One of flanges of inner ring is furnished with axially extended ring bead with radial slot in which trunnion of vane nozzle is arranged. Difference between distance from axis of bolt of fastening flange of inner ring and inner surface of ring projection of nozzle vane and distance between axis of bolt of fastening flange of inner ring and outer machined surface of nozzle vane trunnion is greater than zero.

EFFECT: improved reliability and efficiency of gas-turbine engine owing to provision of high accuracy of manufacture of aligning elements of nozzle box parts.

2 cl, 4 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому и транспортному машиностроению и может быть использовано в конструкциях авиационных газотурбинных двигателей и двигателей газотурбинных установок наземного применения.The invention relates to power and transport engineering and can be used in the construction of aircraft gas turbine engines and engines of gas turbine installations for ground use.

Известна конструкция соплового аппарата турбины, в которой внутреннее кольцо соплового аппарата зацентрировано на радиальных цапфах сопловых лопаток [1]. В данной конструкции для обеспечения тепловых расширений между поверхностью кольцевого выступа, наиболее удаленной от цапфы, на лопатке и сопряженной с ней поверхностью внутреннего кольца предусмотрен тепловой зазор. Поэтому на определенных нерасчетных режимах работы двигателя в соединении между внутренней полкой лопатки и внутренним кольцом будет наблюдаться перетекание газа, минуя лопаточную часть турбины. При этом к.п.д. турбины и эффективность всей установки в целом будут низкими.The known design of the nozzle apparatus of the turbine, in which the inner ring of the nozzle apparatus is centered on the radial trunnions of the nozzle blades [1]. In this design, to provide thermal expansions between the surface of the annular protrusion farthest from the journal, a heat gap is provided on the blade and the surface of the inner ring mating with it. Therefore, at certain off-design operating modes of the engine in the connection between the inner shelf of the blade and the inner ring will flow gas, bypassing the blade part of the turbine. Moreover, the efficiency turbines and overall plant efficiency will be low.

Известна также другая конструкция соплового аппарата, в которой осевая фиксация внутреннего кольца выполнена при помощи двух кольцевых выступов на лопатке, контактирующих по наружным боковым поверхностям с внутренними поверхностями кольцевых пазов, выполненных на внутреннем кольце.Another design of the nozzle apparatus is also known, in which the axial fixation of the inner ring is made using two annular protrusions on the blade contacting on the outer side surfaces with the inner surfaces of the annular grooves made on the inner ring.

Радиальная фиксация внутреннего кольца выполняется цапфами прямоугольной формы, боковые поверхности которых контактируют с ответными поверхностями на внутреннем кольце [2].Radial fixation of the inner ring is performed by rectangular pins, the lateral surfaces of which are in contact with the counter surfaces on the inner ring [2].

Однако известная конструкция имеет ряд недостатков.However, the known design has several disadvantages.

Поскольку при обработке боковых контактирующих поверхностей цапфы на лопатке и паза на внутреннем кольце нет выхода для шлифовального круга, цапфа на лопатке и паз во внутреннем кольце могут быть обработаны только пальчиковой фрезой, что не позволяет обеспечить требуемую точность изготовления данных элементов как по размеру, так и по смещению от номинального положения в окружном направлении и значительно ухудшит центровку внутреннего кольца на сопловых лопатках.Since when machining the lateral contacting surfaces of the trunnion on the blade and the groove on the inner ring there is no way out for the grinding wheel, the trunnion on the blade and the groove in the inner ring can only be machined with a finger mill, which does not allow the required accuracy of manufacturing these elements both in size and offset from the nominal position in the circumferential direction and significantly worsen the alignment of the inner ring on the nozzle blades.

Ввиду того, что полка лопатки в рабочем состоянии всегда горячее, чем внутреннее кольцо, для обеспечения взаимного расширения в осевом направлении между поверхностями кольцевых выступов на полке лопатки и ответными поверхностями кольцевых канавок на кольце должен быть предусмотрен «тепловой» зазор в осевом направлении, который может иметь место и на некоторых режимах работы двигателя, что в свою очередь приводит к утечкам газа из проточной части двигателя и снижению его к.п.д.Due to the fact that the shelf of the blade in operation is always hotter than the inner ring, to ensure mutual expansion in the axial direction between the surfaces of the annular protrusions on the shelf of the blade and the mating surfaces of the annular grooves on the ring, an “axial” thermal clearance must be provided, which can take place in some engine operating modes, which in turn leads to gas leaks from the engine’s flow path and its efficiency reduction.

Техническая задача заключается в повышении надежности и эффективности газотурбинного двигателя за счет обеспечения высокой точности изготовления центрирующих элементов деталей соплового аппарата и надежного уплотнения от перетекания газа.The technical problem is to increase the reliability and efficiency of a gas turbine engine by ensuring high precision manufacturing of centering elements of the nozzle apparatus parts and reliable sealing against gas overflow.

Сущность изобретения заключается в том, что в сопловом аппарате турбины газотурбинного двигателя, содержащем сопловые лопатки с цапфами и кольцевыми выступами, на внутренних полках которых зафиксировано внутреннее кольцо с кольцевой канавкой, в которой установлен кольцевой выступ лопатки, согласно изобретению один из фланцев внутреннего кольца снабжен вынесенным в осевом направлении кольцевым буртом с радиальным пазом, в котором размещена цапфа сопловой лопатки, а разность между величинами L₁ и L₂ больше нуля, где L₁ - расстояние от оси болта крепежного фланца внутреннего кольца до внутренней поверхности кольцевого выступа сопловой лопатки; L₂ - расстояние от оси болта крепежного фланца внутреннего кольца до наружной обрабатываемой поверхности цапфы сопловой лопатки.The essence of the invention lies in the fact that in a nozzle apparatus of a turbine of a gas turbine engine containing nozzle blades with pins and ring protrusions, on the inner shelves of which an inner ring with an annular groove is fixed, in which an annular protrusion of the blade is installed, according to the invention, one of the flanges of the inner ring is provided with a remote in the axial direction, an annular shoulder with a radial groove in which the pin of the nozzle blade is located, and the difference between the values of L ₁ and L _{2 is} greater than zero, where L ₁ is the distance from the axis bolts of the fixing flange of the inner ring to the inner surface of the annular protrusion of the nozzle blade; L ₂ is the distance from the axis of the bolt of the mounting flange of the inner ring to the outer machined surface of the spigot of the nozzle blade.

Кроме того, с целью упрощения и повышения точности обработки при изготовлении поверхность дна радиального паза кольцевого бурта выполнена параллельной плоскости крепления крепежного фланца внутреннего кольца.In addition, in order to simplify and improve the accuracy of processing during manufacture, the bottom surface of the radial groove of the annular shoulder is made parallel to the plane of attachment of the mounting flange of the inner ring.

Выполнение обрабатываемых поверхностей кольцевого выступа и наружной поверхности цапфы сопловой лопатки таким образом, что разность между величинами L₁ и L₂ больше нуля, позволяет беспрепятственно обрабатывать их «на проход» шлифовальным кругом или любым другим инструментом с обеспечением требуемой точности размеров.The execution of the machined surfaces of the annular protrusion and the outer surface of the trunnion of the nozzle blade in such a way that the difference between the values of L ₁ and L _{2 is} greater than zero allows them to be freely processed “in passage” with a grinding wheel or any other tool with the required dimensional accuracy.

Если L₁-L₂ будет отрицательной величиной, то возможно врезание во внутреннюю поверхность кольцевого выступа на лопатке.If L ₁ -L ₂ is a negative value, it is possible to cut into the inner surface of the annular protrusion on the blade.

Снабжение одного из фланцев внутреннего кольца вынесенным в осевом направлении кольцевым буртом с радиальным пазом, в котором с осевым зазором размещена цапфа сопловой лопатки, позволяет осуществлять контакт цапфы лопатки только по граням, расположенным в окружном направлении. Это позволяет не ограничивать взаимные тепловые перемещения полки лопатки и внутреннего кольца на цапфах лопаток и уплотнение от перетекания газа под внутренней полкой в соединении между кольцевым выступом на полке лопатки и кольцевой канавкой внутреннего кольца.The supply of one of the flanges of the inner ring with an axially extended annular shoulder with a radial groove in which the nozzle of the nozzle blade is placed with an axial clearance allows contact of the blade axle only along the faces located in the circumferential direction. This allows not to limit mutual thermal displacements of the blade shelf and the inner ring on the trunnions of the blades and the seal from the flow of gas under the inner shelf in the connection between the annular protrusion on the shelf of the blade and the annular groove of the inner ring.

Для дополнительного повышения точности обработки центрирующих элементов деталей соплового аппарата поверхность дна радиального паза кольцевого бурта выполняется параллельной плоскости крепления крепежного фланца внутреннего кольца.To further improve the accuracy of processing the centering elements of the nozzle apparatus parts, the bottom surface of the radial groove of the annular collar is parallel to the plane of attachment of the fixing flange of the inner ring.

На фиг.1 представлена заявляемая конструкция соплового аппарата, на фиг.2 - место соединения внутренней полки с внутренним кольцом сопловой лопатки. На фиг.3 показано осевое сечение бурта и цапфы сопловой лопатки, а на фиг.4 - радиальное сечение цапфы лопатки соплового аппарата.Figure 1 presents the inventive design of the nozzle apparatus, figure 2 - the connection of the inner shelf with the inner ring of the nozzle blade. Figure 3 shows the axial section of the shoulder and the trunnion of the nozzle blade, and figure 4 is a radial section of the trunnion of the blade of the nozzle apparatus.

Сопловой аппарат включает наружный корпус 1, сопловые лопатки 2, внутреннее кольцо 3. Внутренняя полка 4 лопатки 2 снабжена цапфой 5, имеющей в сечении прямоугольную форму. Кольцевой бурт 6 фланца внутреннего кольца 3 вынесен в осевом направлении, в нем выполнены ответные радиальные пазы 7. На внутренней полке 4 лопатки 2 имеются кольцевые выступы 8, которые входят в зацепление с ответными кольцевыми канавками 9. Поверхность дна 10 радиального паза 7 выполнена параллельной плоскости 11 крепления крепежного фланца 12 внутреннего кольца 3. Между дном 10 радиального паза 7 и центрирующей поверхностью 13 цапфы 5 выполнен термический зазор Δ₁.The nozzle apparatus includes an outer casing 1, nozzle blades 2, an inner ring 3. The inner shelf 4 of the blades 2 is provided with an axle 5 having a rectangular shape in cross section. The annular shoulder 6 of the flange of the inner ring 3 is axially extended, mating radial grooves 7 are made therein. On the inner shelf 4 of the blade 2 there are annular protrusions 8 that engage with the mating annular grooves 9. The bottom surface 10 of the radial groove 7 is made parallel to the plane 11 fastening the mounting flange 12 of the inner ring 3. Between the bottom 10 of the radial groove 7 and the centering surface 13 of the pin 5, a thermal clearance Δ _{1 is made} .

Наружная поверхность 14 цапфы 5 сопловой лопатки 2 при сборке расположена на расстоянии L₂ от оси болта 15 крепежного фланца 12.The outer surface 14 of the pin 5 of the nozzle blade 2 during assembly is located at a distance L ₂ from the axis of the bolt 15 of the mounting flange 12.

Внутренняя поверхность 16 кольцевого выступа 8 лопатки 2 расположена на расстоянии L₁ от оси болта 15 крепежного фланца 12.The inner surface 16 of the annular protrusion 8 of the blades 2 is located at a distance L ₁ from the axis of the bolt 15 of the mounting flange 12.

Между поверхностью бокового торца выступа 8 на полке 4 лопатки 2 и боковой поверхностью канавки 9 выполнен монтажный зазор Δ₂.Between the surface of the lateral end face of the protrusion 8 on the shelf 4 of the blade 2 and the lateral surface of the groove 9, a mounting clearance Δ _{2 is made} .

После сборки монтажный зазор Δ₂ составляет 0,02-0,05 мм и является минимально возможным для обеспечения собираемости конструкции.After assembly, the mounting gap Δ ₂ is 0.02-0.05 mm and is the minimum possible to ensure the collectability of the structure.

В процессе работы газотурбинного двигателя внутренняя полка 4 лопатки 2 и внутреннее кольцо 3 в осевом направлении расширяются по-разному.During the operation of the gas turbine engine, the inner shelf 4 of the blade 2 and the inner ring 3 in the axial direction expand differently.

Поскольку контакт прямоугольной цапфы 5 лопатки 2 поверхностями радиального паза 7 кольцевого бурта 6 осуществляется в окружном направлении, а зазор Δ₁ больше, чем величина взаимных осевых перемещений полки 4 лопатки 2 и внутреннего кольца 3, то эти перемещения не ограничены в осевом направлении. При этом окружная центровка внутреннего кольца 3 на цапфах 5 лопаток 2 сохраняется, как и уплотнение от перетекания газа под внутренней полкой 4 в соединении между кольцевым выступом 8 полки 4 лопатки 2 и кольцевой канавкой 9 на внутреннем кольце 3, т.к. зазор Δ₂ минимален.Since the contact of the rectangular pin 5 of the blade 2 by the surfaces of the radial groove 7 of the annular shoulder 6 is carried out in the circumferential direction, and the gap Δ _{1 is} larger than the mutual axial displacements of the flange 4 of the blade 2 and the inner ring 3, these movements are not limited in the axial direction. In this case, the circumferential alignment of the inner ring 3 on the trunnions 5 of the blades 2 is preserved, as well as the seal from gas flow under the inner shelf 4 in the connection between the annular protrusion 8 of the shelf 4 of the blades 2 and the annular groove 9 on the inner ring 3, because the gap Δ ₂ is minimal.

Источники информации:Sources of information:

1. С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, «Машиностроение», 1981, стр.182, рис.4.41 а, б.1. S. A. Vyunov. Design and engineering of aircraft gas turbine engines, Moscow, "Mechanical Engineering", 1981, p. 182, Fig. 4.41 a, b.

2. С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, «Машиностроение», 1981, стр.182, рис.4.41 г.2. S. A. Vyunov. Design and engineering of aircraft gas turbine engines, Moscow, "Mechanical Engineering", 1981, p. 182, Fig. 4.41

Claims

1. A nozzle apparatus of a turbine of a gas turbine engine, comprising nozzle vanes with pins and annular protrusions, on the inner shelves of which an inner ring with an annular groove is fixed, in which an annular protrusion of the vanes is installed, characterized in that one of the flanges of the inner ring is provided with an axially extended annular shoulder with a radial groove which accommodates the vane trunnion, a L ₁ -L _2> 0 where L ₁ - distance from the mounting flange of the bolt axis of the inner ring to the inner surface of the ring in mortar vane; L ₂ is the distance from the axis of the bolt of the mounting flange of the inner ring to the outer machined surface of the spigot of the nozzle blade.

2. The nozzle apparatus according to claim 1, characterized in that the bottom surface of the radial groove of the annular shoulder is made parallel to the plane of attachment of the mounting flange of the inner ring.