Особенности проектирования статора турбины

Статор турбины состоит из корпуса и соплового аппарата, сопловой аппарат представляет собой совокупность сопловых лопаток, равномерно расположенных по окружности корпуса, сопловые лопатки в зависимости от рабочей температуры газа выполняются охлаждаемыми или нет. Сопловые лопатки могут иметь более высокую температуру нагрева, чем рабочие лопатки, т.к. они не подвержены действию центробежных сил. Сопловой аппарат выполняет две функции:

1. Выполняет разворот потока, чтобы газ плавно вошел на рабочие лопатки турбины

2. Происходит расширение газа

В современном двигателе сопловые лопатки 1 ступени имеют температуру 1000 C⁰ и выше. При запуске и выключении двигателя происходит прогрев и охлаждение стенок лопаток. Во внутренние полости лопаток могут быть предусмотрены расположение каких либо конструктивных элементов(например: радиальные связи при помощи болтов и шпилек, магистрали подвода и отвода масла). В этом случае размер лопатки увеличивается и соответственно уменьшается число их по окружности, всё это сказывается на протекании газо-динаммических процессов, т.к. величина расхода газа через сопловой аппарат турбины определяет величину мощности, получаемой на рабочем колесе турбины, с другой стороны уменьшение количества лопаток является положительным фактором с точки зрения экономической эффективности, т.е. уменьшаются затраты на приобретение дорогих, жаропрочных материалов для изготовления лопаток. При проектировании соплового аппарата необходимо учитывать что в процессе нагрева площадь поперечного сечения соплового аппарата увеличивается на 2-3% от рассчитанного в холодном состоянии. Поэтому величину проходного сечения соплового аппарата необходимо обеспечить в пределах допустимых путем подбора раб лопаток. Сопловая лопатка обычно выполняется с полками, которые образуют проточную часть и используются для крепления. При проектировании сопловых лопаток необходимо учитывать следующие требования:

1. Обеспечение необходимой точности установки лопатки в корпусе и стабильности их положения под нагрузкой при многократных изменениях теплового режима и наличия вибраций.

2. Обеспечить простоту подвода охлаждающего воздуха на охлаждаемую лопатку и для уменьшения нагрева наружного корпуса турбины, при обеспечении герметизации стыков и сведения к минимуму величины утечек

3. Исключение местного и общего перегрева

4. Обеспечение технологичности изготовления лопатки для установки в корпусных деталях

5. Обеспечение возможности замены лопаток при подборе выходного сечения и дефектных лопаток в процессе эксплуатации и ремонта

6. При проектировании лопаток необходимо поддерживать принципы экономичной целесообразности

При охлаждении лопаток 1 ступени подвод охлаждаемого воздуха выполняется со стороны наружного силового корпуса и с внутренней стороны лопатки, при этом подвод воздуха может быть раздельным и подаваться в переднюю и заднюю область с различными значениями давления и температур.

Сопловой аппарат газовой турбины двигателя АЛ-31Ф состоит из сопловых аппаратов ТВД и ТНД. Сопловые лопатки ТВД пустотелые и охлаждаемые, наружные и внутренние полки образуют с другими полками соседних лопаток

Другими полками соседних лопаток проточную часть, внутренняя полость сопловых лопаток разделяется перегородкой, на передней кромке лопатки имеется перфорация, которая обеспечивает пленочное охлаждение наружной поверхности, в задней и передней полости размещены дефлектор, имеющий отверстия для охлаждаемого воздуха. Сопловой аппарат ТНД так же состоит из охлаждаемых пустотелых лопаток, во внутренней полости лопатки расположены перфорированные дефлекторы, с целью организации течения воздуха для повышения эффективности охлаждения.