Patents
Search within
Search within the title, abstract, claims, or full patent document: You can restrict your search to a specific field using field names.
Use TI= to search in the title, AB= for the abstract, CL= for the claims, or TAC= for all three. For example, TI=(safety belt).
Search by Cooperative Patent Classifications (CPCs): These are commonly used to represent ideas in place of keywords, and can also be entered in a search term box. If you're searching forseat belts, you could also search for B60R22/00 to retrieve documents that mention safety belts or body harnesses. CPC=B60R22 will match documents with exactly this CPC, CPC=B60R22/low matches documents with this CPC or a child classification of this CPC.
Learn More
Title
Abstract
Claims
Full Document
Find patents
Keywords and boolean syntax (USPTO or EPO format): seat belt searches these two words, or their plurals and close synonyms. "seat belt" searches this exact phrase, in order. -seat -belt searches for documents not containing either word.
For searches using boolean logic, the default operator is AND with left associativity. Note: this means safety OR seat belt is searched as (safety OR seat) AND belt. Each word automatically includes plurals and close synonyms. Adjacent words that are implicitly ANDed together, such as (safety belt), are treated as a phrase when generating synonyms.
Learn More
Search by
Chemistry searches match terms (trade names, IUPAC names, etc. extracted from the entire document, and processed from .MOL files.)
Substructure (use SSS=) and similarity (use ~) searches are limited to one per search at the top-level AND condition. Exact searches can be used multiple times throughout the search query.
Searching by SMILES or InChi key requires no special syntax. To search by SMARTS, use SMARTS=.
To search for multiple molecules, select "Batch" in the "Type" menu. Enter multiple molecules separated by whitespace or by comma.
Learn More
Patent numbers
Search specific patents by importing a CSV or list of patent publication or application numbers.
Plynová turbína a systém vzduchového chlazení lopatky plynové turbíny
CZ294166B6
Czechia
- Other languages
English - Inventor
Tibbottáian Abdell@Messeháwilliam Pappleámichael
Worldwide applications
Application CZ19991136A events
1999-08-11
2004-10-13
Description
translated from
Oblast techniky
Vynález se týká oblasti chlazení plynových turbín a zejména se týká zdokonalení u chlazení profilu a základen lopatek vysokotlaké turbíny.
Dosavadní stav techniky
Chlazení lopatek turbíny a jejich základen použitím kombinace chlazení dopadajícím vzduchem a chlazení filmem chladívaje známo. Příkladně, chladicí vzduch je odebírán ze stlačeného vzduchu přicházejícího z kompresoru a je veden tak, že dopadá na jednu nebo na obě základny lopatky. Zároveň je vzduch přiváděn do trubice vložené v dutině lopatky za účelem vytváření nárazového chlazení vnitřních stěn lopatky nebo pro vytvoření chladícího vzduchového filmu na povrchu lopatky. Takovéto systémy chlazení jsou shrnuty v patentu US 55 32 091 (Sylvestro), vydaném 4.10.1994.
Patent US 51 42 859 (Glezer a kol.), vydaný 1. 9. 1992, popisuje přivádění chladicího vzduchu z vnější základny do vložky v dutině lopatky a jeho vedení přes otvory ve vložce na vnitřní plochu dutiny lopatky. Část tohoto chladívaje přiváděna do hlavního proudu plynů přes plochu dutiny lopatky. Část tohoto chladivá je přiváděna do hlavního proudu plynů přes otvory na odtokové hraně lopatky. Zbytek tohoto chladivá (Glezer uvádí kolem 20 %) je z dutiny odebírán přes otvor ve vnitřní základně lopatky, mísí se s dalším proudem chladivá a nakonec je přiváděn do hlavního proudu plynů v místě ležícím blízko těsnicího věnce vnitřní základny lopatky. Část odpadního chladicího vzduchu, který vstupuje do hlavního proudu plynů z odtokové hrany profilu lopatky proudí do hlavního proudu plynů vzhledem k lopatce pod malým úhlem a s vyšším machovým číslem, což má za následek pouze malé energetické ztráty, neboť míšení chladicího vzduchu a plynů hlavního proudu je zde malé. Avšak ta část chladicího vzduchu, která do hlavního proudu plynů přichází v blízkosti těsnicího věnce vnitřní základny lopatky nebo v podobném místě nacházejícím se ve směru proudění za vnější základnou, bude mít za následek energetické ztráty způsobené tímto způsobem míšení.
Zvláště ve vysokoteplotním prostředí, kterému jsou takové lopatky nyní běžně vystaveny, je u těchto systémů chlazení lopatek jedním z problémů přivádění relativně velkého množství odpadního chladicího vzduchu do dráhy plynů s minimálními ztrátami a takovým způsobem, aby bylo možno vytvořit účinný film chladivá na tlakové straně lopatky.
Dalším problémem je zvětšení míry zpětného tlaku na odtokové hraně trubice vložené do lopatky, zejména při použití lokálního chlazení vnější plochy lopatky filmem chladivá a snížení nebezpečí, že horký plyn pronikne do dutiny lopatky a dojde tak k přehřátí lopatky.
Podstata vynálezu
Cílem tohoto vynálezu je vytvořit lopatku vysokotlaké turbíny se zlepšenou aerodynamickou účinností a tím zdokonalit účinnost tohoto stupně lopatek snížením energetických ztrát, k nimž dochází, jak bylo popsáno výše, v důsledku míšení sekundárního proudu.
Dalším cílem tohoto vynálezu je vytvořit řešení výše uvedených problémů zvětšením míry odporu proti zpětnému průtoku plynů, k němuž může docházet ve výstupních otvorech vytvořených na lopatce.
-1 CZ 294166 B6
Ještě dalším cílem tohoto vynálezu je zmenšit objem chladicího vzduchu potřebného pro chlazení profilu lopatky. Přesměrovaný odpadní vzduch použitý pro chlazení základny lopatky zde nahrazuje část stlačeného vzduchu určeného pro chlazení profilu lopatky.
Dalším cílem tohoto vynálezu je zlepšit teplotní gradient podél rozpětí lopatky, zejména v jeho zadní části, a tím zvětšit životnost lopatky.
Konstrukce podle tohoto vynálezu zahrnuje vzduchový chladicí systém pro lopatky turbínové sekce plynové turbíny mající dráhu hlavního proudu plynů procházející turbínou. Systém zahrnuje prostředky pro odebírání chladicího vzduchu z kompresorového úseku a pro jeho vedení do lopatky, lopatku zahrnující stěnu lopatky, mající vnější tvar a vymezující odtokovou hranu lopatky, trubici vloženou v dutině lopatky, vystupující ze základny a propojenou s uvedenými prostředky pro odebírání chladicího vzduchu tak, že část chladicího vzduchu může procházet vloženou trubicí a do dutiny, výfukové štěrbiny vzduchu, nacházející se na odtokové hraně lopatky a podél jejího rozpětí napříč dráhou hlavního proudu plynů, určené pro vypouštění vzduchu z dutiny lopatky do hlavního proudu plynů a lopatku, která je dále ve spojení s uvedenými prostředky pro odebírání chladicího vzduchu tak, že další část chladicího vzduchu je směrována tak, aby dopadala na základnu lopatky.
Podstata vynálezu spočívá v tom, že systém chlazení dále zahrnuje otvor, který je vytvořen v základně lopatky za účelem spojení s dutinou a je umístěn v zádní části lopatky mezi trubicí a výfukovými štěrbinami. Otvor je určen pro umožnění odvádění odpadního chladicího vzduchu dopadajícího na základnu lopatky přes výfukové štěrbiny lopatky současně s odpadním vzduchem z vložené trubice.
Výhodou konstrukce podle vynálezu je, že všechen chladicí vzduch z vnitřní dutiny lopatky, který není použit pro chlazení tlakové strany lopatky, je přiváděn do hlavního proudu plynů z odtokové hrany lopatky při vhodném machově čísle a pod vhodným úhlem, což snižuje energetické ztráty vzniklé jeho míšením s hlavním proudem plynů.
Všechen chladicí vzduch, který dopadal na základnu a byl přiveden do dutiny v lopatce bude zvyšovat tlak v jinak relativně nízkotlaké oblasti v zadní části dutiny lopatky, čímž bude bránit zpětnému průniku horkých plynů z hlavního proudu plynů, zejména v případě, že lopatka využívá chlazení tlakové strany lopatky vzduchovým filmem.
Vzhledem k tomu, že odpadní chladicí vzduch, poté co dopadl na základnu lopatky, je teplejší, bude zároveň zlepšen průběh teplotního gradientu podél rozpětí lopatky.
Přehled obrázků na výkresech
Vynález bude v následující části podrobně popsán na svém příkladném provedení s odkazy na přiložené výkresy, kde:
Obr. 1 představuje v řezu bokorys lopatky prvního stupně turbíny podle tohoto vynálezu, a
Obr. 2 je vodorovný řez lopatkou vedený podél čáry 2-2 z obr. 1.
Příklady provedení vynálezu
Lopatka 10 prvního stupně turbíny, která je zobrazena na výkresech, má vnitřní základnu 12 a vnější základnu 14. Lopatka 10 dále zahrnuje stěnu 16, která uvnitř lopatky vymezuje dutinu 18. Stěna 16 lopatky má vpředu, vzhledem k hlavnímu proudu plynů přicházejících ze spalovací komory (dále označovanému jako dráha GF hlavního proudu plynů v průtočném kanále), náběžnou hranu 20. Jak je vidět na obr. 1, jsou lopatky 10 prvního stupně uspořádány do radiálního
-2CZ 294166 B6 seskupení a jsou na své vnitřní základně 12 neseny nosnou konstrukcí 40 a na své vnější základně 14 vodicím prstencem 38.
Dutina 18 je vymezena stěnou 16, která zahrnuje tlakovou stranu 24 a sací stranu 26. Stěna 16, přestože to není na výkrese zobrazeno, je opatřena otvory pro spojení s dutinou 18, které umožňují chlazení vnějšího povrchu stěny 16 lopatky tenkou vrstvou chladicího vzduchu. Chladicí vzduch je do dutiny 18 přiváděn vloženými trubicemi 32 a 34, přičemž v přední části 28 lopatky 10 se nachází vložená trubice 34 a v zadní části 30 lopatky 10 se nachází vložená trubice 32.
Chladicí vzduch, který je odebírán z kompresoru (není zobrazen), prochází prstencovým vzduchovým kanálem obklopujícím turbínu a dále otvory 42 v prstenci 38 do vložené trubice 32. Výstupní otvory 44 mohou být vytvořeny na tlakové a sací straně vložené trubice 32 a umožňovat tak dopad chladicího vzduchu na vnitřní plochu stěny 16, jeho následný průchod skrz otvoiy ve stěně 16 a vytvoření tenké vrstvy chladivá na vnější ploše stěny 16 lopatky. V každém případě, chladivo v dutině 18. které není použito pro tvorbu této vrstvy chladivá, bude procházet do zadní části 30 profilu lopatky přes výstupky 36 a skrz výfukové štěrbiny 54 na odtokové hraně 22 lopatky. Výstupky 36, které leží v dráze proudu chladicího vzduchu proudícího z otvoru 44, zvětšují koeficient přestupu tepla stěny 16.
Proud vzduchu, který opustil vloženou trubici 32 způsobuje na odtokové hraně 33 trubice 32 vznik oblasti nízkého tlaku.
Chladicí vzduch z kompresoru je směrován také přes otvory 46 v prstenci 38 tak, že dopadá na vnější základnu 14 lopatky. Podobně může chladicí vzduch odebíraný z kompresoru procházet i otvory 48 v nosné konstrukci 40 a dopadat na vnitřní základnu 12 lopatky. I když popisované provedení používá chlazení obou základen 12 a 14 lopatky, mohou jiná provedení tohoto vynálezu používat chlazení pouze jedné nebo druhé ze základen lopatky. U popisovaného provedení vynálezu, používajícího chlazení obou základen lopatky jsou otvory 50 a 52 vytvořené v základnách 14, resp. 12, umístěny v bezprostředně za odtokovou hranou 33 vložené trubice 32 tak, aby dopadající chladicí vzduch směřovaly do zadní části dutiny 18 lopatky 10. Výhodně jsou tyto otvory 50 a 52, jeden nebo oba, umístěny strategicky v blízkosti odtokové hrany 33 vložené trubice 32 tak, že umožňují, aby vzduch, který vstupuje do dutiny pod relativně velkým tlakem, zvýšil tlak v normálně nízkotlaké oblasti nacházející se ve směru proudění za odtokovou hranou 33 vložené trubice 32, tím zvýšil celkový tlak v této oblasti a tím zabraňoval průniku horkých plynů z dráhy GF hlavního proudu plynů, a to zejména v případě, kdy je v konstrukci lopatky použito chlazení tlakové strany profilu vzduchovým filmem. Toto uspořádání reaktivuje oblast odděleného proudu vznikající bezprostředně za odtokovou hranou trubice a tím lokálně v této oblasti zlepšuje přestup tepla. Otvory 50 a 52 mohou být samozřejmě umístěny i vjiných místech v zadní části dutiny 18 mimo vloženou trubici 32.
Chladicí vzduch, který dopadá na základny 12 a 14 má vyšší teplotu než chladicí plyny procházející vloženou trubicí 32. Ze stavu techniky, včetně patentu US 42 93 275 (Kobayashi a kol.) vydaného 6.10. 1981, je známo, že se teplotní gradient podél rozpětí profilu mezi vnitřní základnou a vnější základnou lopatky značně mění. Vyšší teploty jsou přitom v oblasti středu rozpětí a nižší teploty pak v oblasti vnitřní základny a v oblasti vnější základny. Vháněním odpadního teplejšího chladicího vzduchu ze základny lopatky přes otvory 50 a 52 vytvořené v oblasti vnější základny, resp. v oblasti vnitřní základny, bude teplotní gradient stěn profilu od otvorů 50 a 52 k výfukovým štěrbinám 54 vyrovnanější, tj. zmenšený, neboť teplota v oblasti vnější základny a v oblasti vnitřní základny bude zvýšena a bude bližší teplotě vzduchu v oblasti středu rozpětí lopatky.
Přiváděním chladivá ze základny do hlavního proudu plynů přes dutinu 18 lopatky 10 lze, ve srovnání s jeho vedením přes otvory vedoucí ze základny přímo do hlavního proudu plynů nebo přes otvory umístěné za základnou lopatky v blízkosti těsnicího věnce (jako je tomu u Glezera), udržovat v dutině 18 lopatky relativně vyšší tlak vzhledem k vysokému tlaku na tlakové straně
-3 CZ 294166 B6 lopatky. To umožňuje, aby otvor pro vytvoření filmu chladicího vzduchu na tlakové straně lopatky byl umístěn více proti směru proudění než je tomu u lopatek podle známého stavu techniky.
Claims (8)
Hide Dependent
translated from
Claims (8)
Hide Dependent
translated from
- PATENTOVÉ NÁROKY1. Plynová turbína zahrnující systém vzduchového chlazení lopatky (10) turbínové sekce plynové turbíny, kde plynová turbína má dráhu (GF) hlavního proudu plynů procházející turbínou, zahrnující prostředky pro odebírání chladicího vzduchu z kompresorového úseku a pro jeho vedení do lopatky (10), která zahrnuje stěnu (16) lopatky, mající vnější tvar a vymezující vnitřní dutinu (18), přičemž lopatka (10) zahrnuje základnu (12, 14) na konci lopatky (10), zadní část (30) vymezující odtokovou hranu (22) lopatky (10), vloženou trubici (32) v dutině (18), vystupující ze základny (12, 14) a propojenou s prostředky pro odebírání chladicího vzduchu a procházení části chladicího vzduchu vloženou trubicí (32) a do dutiny (18), a dále zahrnující výfukové štěrbiny (54) vzduchu, nacházející se na odtokové hraně (22) lopatky (10) a podél jejího rozpětí napříč dráhou (GF) hlavního proudu plynů pro vypouštění plynu z dutiny (18) lopatky (10) do dráhy (GF) hlavního proudu plynů, přičemž lopatka (10) je dále ve spojení s prostředky pro odebírání chladicího vzduchu pro směrování další části chladicího vzduchu na základnu (12, 14) lopatky (10), vyznačující se tím, že v základně (12, 14) lopatky (10) je uspořádán otvor (50, 52) pro spojení s dutinou (18), umístěný v zadní části (30) lopatky (10) mezi vloženou trubicí (32) a výfukovými štěrbinami (54), přičemž základna (12, 14) je upravena pro směrování chladicího vzduchu, použitého na chlazení základny (12, 14), otvorem (50, 52) do dutiny (18) a pro odvádění přes výfukové štěrbiny (54) současně s částí odpadního vzduchu vstupujícího do dutiny (18) z vložené trubice (32).
- 2. Plynová turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že základnou je vnější základna (14) lopatky, a tím, že zahrnuje další vnitřní základnu (12), kde vnitřní i vnější základna (12, 14) se nacházejí na příslušných koncích lopatky (10), přičemž otvor (50, 52) je vytvořen jak ve vnější základně (14), tak i ve vnitřní základně (12) lopatky.
- 3. Plynová turbína podle nároku 1,vyznačující se tím, že vložená trubice (32) je opatřena odtokovou hranou (33), přičemž otvor (50, 52) je umístěn v blízkosti odtokové hrany (33) vložené trubice (32).
- 4. Způsob chlazení duté lopatky (10) v dráze (GF) hlavního proudu plynů turbínového úseku plynové turbíny, kde dutá lopatka (10) má vnitřní základnu (12), vnější základnu (14) a odtokovou hranu (22) s výstupem (54), vyznačující se tím, že stlačený chladicí vzduch se vede ve směru proudění do vnitřku (18) duté lopatky (10) přes potrubí (32) v duté lopatce (10) a druhý proud stlačeného chladicího vzduchu se vede do vnitřní základny (12) a vnější základny (14) lopatky (10), přičemž druhý proud chladicího vzduchu se vede do duté lopatky (10) v místě ležícím ve směru proudění za potrubím (32) v duté lopatce (10) a poté se chladicí vzduch z prvního a druhého proudu chladicího vzduchu vede přes výstupy (54) v odtokové hraně (22) lopatky (10) do dráhy (GF) hlavního proudu plynů pod úhlem a při machově čísle podobném proudění v dráze (GF) hlavního proudu plynů pro zúžení rozsahu teplotního gradientu podél rozpětí lopatky (10).
- 5. Způsob chlazení duté lopatky (10) podle nároku 4, vyznačuj ící se tím, že druhý proud chladicího vzduchu se přivádí do duté lopatky (10) v místě ležícím poblíž a ve směru proudění za potrubím (32).
- 6. Systém vzduchového chlazení lopatky (10) plynové turbíny s dráhou (GF) hlavního proudu plynů procházející turbínou, zahrnující prostředky pro odebírání chladicího vzduchu-4CZ 294166 B6 z kompresorového úseku a pro jeho vedení do lopatky (10), která zahrnuje stěnu (16) lopatky, mající vnější tvar a vymezující vnitřní dutinu (18), přičemž lopatka (10) zahrnuje základnu (12, 14) na konci lopatky (10), zadní část (30) vymezující odtokovou hranu (22) lopatky (10), vloženou trubici (32) v dutině (18), vystupující ze základny (12, 14) a propojenou s prostředky pro odebírání chladicího vzduchu a procházení první části stlačeného chladicího vzduchu vloženou trubicí (32) a do dutiny (18), ve které má chladicí vzduch tlak v dutině (18), a dále zahrnující výfukové štěrbiny (54) vzduchu, nacházející se na odtokové hraně (22) lopatky (10) a podél jejího rozpětí napříč dráhou (GF) hlavního proudu plynů pro vypouštění plynu z dutiny (18) lopatky (10) do dráhy (GF) hlavního proudu plynů, přičemž lopatka (10) je dále ve spojení s prostředky pro odebírání chladicího vzduchu pro směřování druhé části chladicího vzduchu na základnu (12, 14) lopatky (10), vyznačující se tím, že v základně (12, 14) lopatky (10) je uspořádán otvor (50, 52) pro spojení s dutinou (18), umístěný v zadní části (30) lopatky (10) mezi vloženou trubicí (32) a výfukovými štěrbinami (54), přičemž prostředky pro odebírání chladicího vzduchu jsou upraveny pro přivádění druhé části hladicího vzduchu na základnu (12, 14) s tlakem vyšším, než je tlak chladicího vzduchu v dutině (18) pro směrování druhé části chladicího vzduchu otvorem (50, 52) a do dutiny (18) a pro odvádění a přes výfukové štěrbiny (54) současně s částí chladicího vzduchu vstupujícího do dutiny (18) z vložené trubice (32).
- 7. Systém vzduchového chlazení podle nároku 6, vyznačující se tím, že vložená trubice (32) má odtokovou hranu (33) a otvor (50, 52) je uspořádán u odtokové hrany (33) vložené trubice (32).
- 8. Systém vzduchového chlazení podle nároku 6, vyznačující se tím, že základnou je vnější základna (14) lopatky, a tím, že zahrnuje další vnitřní základnu (12), kde vnitřní i vnější základna (12, 14) se nacházejí na příslušných koncích lopatky (10), přičemž otvor (50, 52) je vytvořen jak ve vnější základně (14), tak i ve vnitřní základně (12) lopatky.