Корпус турбины

Корпус турбины является основным структурным элементом газотурбинной установки; он крепится болтовым соединением снаружи передним концом к стойкам выходного корпуса компрессора, а задним концом снаружи – к выхлопной  раме.  В  корпусе  ТВД  находятся  следующие  узлы,  которые  образуют проточную часть от камеры сгорания через рабочие колеса турбины до выходной  рамы:  сегменты  и  шрауд-блоки  первой  ступени,  сегменты  внутренней  и внешней  стенок  межступенчатой  проточной  части,  диафрагма  и  воздушное уплотнение второй ступени и перегородки и шрауд-блоки второй ступени.

Сопловой аппарат

Сопловой аппарат собран из двенадцати цельнолитых лопаточных сопловых сегментов, устанавливаемых в бандаж, состоящий из двух половин, которые скреплены у разъема. Конструктивное исполнение  узлов  и  высокоэффективная  система  охлаждения  дисков  турбин обеспечивают их охлаждение до 380 °С, что позволяет применять для дисков малодефицитные сплавы.

Однако, требуется постоянно контролировать температуру дисков. Для этого с каждой стороны дисков установлено по две термопары, контролирующие температуру среды у дисков, которая должна соответствовать температуре металла.

Важнейшим условием достижения высокой температуры продуктов сгорания  (900–915  °С),  а,  следовательно,  и  достаточно  высокого КПД,  является эффективное  охлаждение  наиболее  горячих  узлов  турбины.  К  их  числу  в первую  очередь  относится  сопловой  аппарат.   Сжатый  компрессором  воздух (около  1%  от  общего  расхода  воздуха)  поступает  по  специальным  пазам  в обойме и ножкам сопловых сегментов к внутренней полости каждой сопловой лопатки.

Для улучшения теплообмена между охлаждающим воздухом и металлом лопатки требуется повысить скорость охлаждающего потока без увеличения его расхода. Эта задача решена с помощью внутреннего дефлектора, образующего  узкую  щель  для  прохода  охлаждающего  воздуха  вдоль  профиля  лопатки. Воздух попадает в эту щель через пазы дефлектора и направляется к выходной  кромке  лопатки,  где  предусмотрены  отверстия  для  выхода  воздуха  в проточную часть турбины.

Такая система охлаждения позволяет снижать температуру  металла  лопатки примерно на 150 °С, а возвращение воздуха в проточную  часть  перед  рабочими  лопатками  турбины  позволяет  практически  без потерь использовать потенциальную энергию этого воздуха. Уплотнение внутренней полости сопловой лопатки с более высоким давлением, по сравнению с давлением за ступенью, выполнено с помощью лабиринта в торце бандажа.

Сегменты не закатываются по окружности бандажа, а вставляются и закрепляются при небольшом сдвиге с помощью специальных захватов, после чего  они  дополнительно  фиксируются  осевыми  штифтами.  Одно  из  важнейших требований при сборке соплового аппарата – обеспечение равномерности шага лопаток и проходных сечений сопловых каналов по окружности.

Это связано с опасностью  возникновения  больших  дополнительных  нагрузок  и  разрушения

рабочих лопаток турбины при разнице в шаге сопловых лопаток. Бандаж относительно  корпуса  турбины  фиксируют  при  помощи  опорных  выступов.  При окончательной сборке половины обоймы стягивают в горизонтальном разъеме.

Рабочие лопатки

Следующий теплонапряженный элемент турбины – рабочие лопатки. Первая их отличительная особенность – удлиненная ножка, отдаляющая елочный замок от рабочей части лопатки, которая находится в потоке  горячих  газов.  Благодаря  такой  ножке  в  сочетании  с  эффективным охлаждением ротора удается снизить температуру диска турбины до 380 °С при температуре самой лопатки около 800 °С.

Для уменьшения нагрузок от центробежных сил перо лопатки выполнено полым. Порядок установки лопаток следующий.  Лопатку  вручную  заводят  в  елочный  паз,  куда  заранее  укладывают цилиндрический  штифт,  имеющий  по  концам  стопорящие  элементы.  В  месте стыка  полок  двух  соседних  лопаток  вставляют  уплотняющий  штифт,  а  затем устанавливают закрывающую планку, нижняя часть которой имеет тот же профиль, что и елочный замок лопатки.

После разворота и отгибания стопора лопатку  с  закрывающей  планкой  фиксируют  в  замке  от  осевых  перемещений.

Уплотняющий  штифт  поддерживается  двумя  соседними  полками.  При  работе легко качающийся в своем гнезде уплотняющий штифт под действием центробежных  сил  прижимается  к  площадке  стыка  полок  двух  соседних  лопаток, обеспечивая  уплотнение  зазора  между  ними  и  создавая  эффект  взаимного демпфирования.

Закрывающие планки имеют два цилиндрических выступа, которые, в собранном виде, создают лабиринт уплотнения торца диска турбины от прорыва горячих газов к диску через зазор между диском и экраном статора.

Рабочие лопатки должны иметь определенную свободу при раскачивании. Стопор замка является элементом одноразового использования – после демонтажа лопаток его заменяют.