5.5. Сопловые аппараты и корпусы турбин

Сопловой аппарат (СА) служит для преобразования потенциаль­ной энергии газа в кинетическую с малыми потерями и большой степенью равномерности потока на выходе. Основные элементы СА: сопловые лопатки, наружные и внутренние бандажные кольца рис 5.17.

Рис. 5. 17. Лопатки сопловых аппаратов: а , в , г, ж, з – крепление полками; б – крепление полками и цапфами; д, е – крепление полками и ушками

Со­пловые лопатки размещаются на бандажных кольцах, образуя коль­цевую решетку. Внутреннее и наружное бандажные кольца, к кото­рым тем или иным способом крепятся сопловые лопатки, ограничи­вают кольцевой канал проточной части турбины. Роль наружного бандажного кольца может выполнять корпус турбины. Геометриче­ские параметры сопловых лопаток определяются при газодинамиче­ском расчете ступени турбины.

Конструкция сопловых лопаток зависит от способа их изготов­ления и закрепления. Лопатки могут быть с полками рис.5.17, а, в, г, ж ,з, цапфами Рис.5.17,б, ушками Рис.15.17,д,е, сплошными Рис.15.17, а,б,д,е или полыми (рис.5.17, в, г, ж, з). Полыми сопловые ло­патки делаются с целью: их охлаждения воздухом, прохода силовых стержней, масляных и воздушных магистралей, а также снижения их массы.

Обычно перо лопатки СА выполняется заодно с внешними и внутренними полками. На рис.5.18 приведены конструкции охлаждаемых лопаток СА с конвективным и конвективно-пленочным охлаждением с двухсто­ронним подводом воздуха через дефлектор.

Рис.5.18. Охлаждаемые лопатки сопловых аппаратов: а – лопатка с конвективным охлаждением; б – лопатка с конвективно-плёночным охлаждением; 1-перо лопатки; 2-внешняя полка; 3-внутренняя полка; 4-цилиндрические пояски; 5- кольцевые выступы; 6- отверстия на передней кромке лопатки; 7- отверстия на выходной поверхности лопатки; 8- дефлектор; 9-отверстия в дефлекторе; 10 щелевой канал; 11- цилиндрические штырьки

В решении конструкции (рис.5.18, а) охлаждение входной кромки лопатки 6 и профиля I кон­вективное, а выходной кромки - пленочное за счет выхода воздуха через щели 7. В конструкции (рис.5.18, б) реализовано комбинированное конвективно-пленочное охлаждение. Воздух из продольного канала дефлектора 8 выходит через отверстия 9 в области входной кромки в проточную часть, создавая воздушную пелену на поверх­ности пера лопатки. Средняя и задняя часть лопатки охлаждаются воздухом, поступающим из отверстий 9 в дефлекторе и вытекаю­щим через щелевой канал 10 в выходной кромке лопатки.

Для уве­личения турбулизации потока воздуха и повышения теплосъема внутри лопатки, между спинкой и корытцем, выполнены интенсификаторы охлаждения в виде цилиндрических штырьков 11. Цилин­дрические пояски 4, и кольцевые выступы 5, на внутренней полке 3 и внешней полке 2,, используются для установки лопаток в СА.

Основные требования к СА:

обеспечение необходимой точности и идентичности установки лопаток в корпусе и стабильности их положения на всех режимах работы двигателя;

отсутствие значительных температурных напряжений при изме­нении температурного состояния деталей СА;

исключение, как местного перегрева, так и общего перегрева;

простота подвода охлаждающего воздуха как к сопловым лопат­кам, так и силовому корпусу, при обеспечении герметичности и ми­нимуме расхода воздуха на охлаждение;

технологичность изготовления и установки в корпусные детали;

возможность замены лопаток при подборе выходного сечения и ремонтах;

обеспечение соосности деталей лабиринтных уплотнений между ротором и СА на всех режимах работы двигателя;

экономическая целесообразность принимаемого решения.