FR2488327A1

FR2488327A1 - IMPROVED LIQUID COOLING SYSTEM OF GAS TURBINE BLADES

Info

Publication number: FR2488327A1
Application number: FR8115150A
Authority: FR
Inventors: Clayton Merrill Grondahl
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 1980-08-08
Filing date: 1981-08-05
Publication date: 1982-02-12
Also published as: NL8103719A; IT8122933A0; IT1138056B; JPS5756629A; GB2082257A; NO812670L; DE3129853A1; GB2082257B; CA1159371A

Abstract

SYSTEME ASSURANT UN DOSAGE REGULIER DE L'AGENT REFRIGERANT. IL COMPREND: A)DES CANAUX DE REFROIDISSEMENT 78, 30, 32 FORMES DANS L'AUBE MOBILE ET SE PROLONGEANT DANS LA PALE, ET B)DES MOYENS DE DOSAGE RECEVANT L'AGENT DE REFROIDISSEMENT LIQUIDE DEPUIS UNE SOURCE ET REPARTISSANT EGALEMENT CET AGENT DE REFROIDISSEMENT DANS LES CANAUX DE REFROIDISSEMENT, CES MOYENS DE DOSAGE SE COMPOSANT DE DISPOSITIFS DE RESISTANCE A L'ECOULEMENT 66, CHAQUE DISPOSITIF DE RESISTANCE A L'ECOULEMENT ETANT ASSOCIE A UN CANAL DE REFROIDISSEMENT 78 POUR DOSER L'AGENT DE REFROIDISSEMENT LIQUIDE QUI, RECU PAR LES MOYENS DE DOSAGE, PENETRE DANS LE CANAL DE REFROIDISSEMENT CONSIDERE. APPLICATION AUX TURBINES A GAZ.SYSTEM ENSURING A REGULAR DOSAGE OF THE REFRIGERANT. IT INCLUDES: A) COOLING CHANNELS 78, 30, 32 SHAPED IN THE MOBILE DAWN AND EXTENDING IN THE PADDLE, AND B) DOSING MEANS RECEIVING THE LIQUID COOLING AGENT FROM A SOURCE AND ALSO DISTRIBUTING THIS AGENT OF COOLING IN THE COOLING CHANNELS, THESE DOSING MEDIA CONSISTING OF FLOW RESISTANCE DEVICES 66, EACH FLOW RESISTANCE DEVICE BEING ASSOCIATED WITH A COOLING CHANNEL 78 FOR METERING THE LIQUID COOLANT THAT RECEIVES BY MEANS OF DOSING, ENTER THE COOLING CHANNEL CONSIDERED. APPLICATION TO GAS TURBINES.

Description

L'invention concerne un système de refroidissement perfectionné pourThe invention relates to an improved cooling system for

turbine à gaz. Elle a plus particulièrement trait à un système de refroidissement perfectionné qui utilise des dispositifs de résistance à l'écoulement pour doser l'agent de refroidissement dirigé vers des canaux de refroidissement de plateforme et de pale situés dans les aubes mobiles de la gas turbine. More particularly, it relates to an improved cooling system that utilizes flow resistance devices to meter coolant directed to platform and blade cooling channels in the blades of the turbine.

turbine à gaz.gas turbine.

On utilise le système de refroidissement conforme à l'in- The cooling system according to the invention is used.

vention dans uneturbine à gaz du type comportant un disque de turbine monté sur un arbre qui est supporté de manière à pouvoir tourner dans un carter, ainsi que des aubes mobiles de turbine orientées radialement vers l'extérieur à partir du disque. Chaque aube mobile comporte une partie d'encastrement montée dans le disque, un talon orienté radialement vers l'extérieur depuis la partie d'encastrement jusqu'à une plateforme, et une pale orientée radialement vers l'extérieur depuis la plateforme. En cours de fonctionnement, les aubes mobiles reçoivent une force propulsive à partir d'un fluide chaud qui se déplace dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de l'arbre et transforment cette force propulsive en in a gas turbine of the type having a turbine disk mounted on a shaft which is rotatably supported in a housing, and turbine blades radially outwardly directed from the disk. Each blade comprises a recess portion mounted in the disk, a heel oriented radially outwardly from the embedding portion to a platform, and a blade oriented radially outwardly from the platform. During operation, the blades feed a propulsive force from a hot fluid that moves in a direction substantially parallel to the axis of the shaft and transform this propulsive force into

un mouvement de rotation qui est transmis à l'arbre par l'in- a rotational movement that is transmitted to the tree by the

termédiaire du disque de turbine. Le fluide chaud étant à une température relativement élevée, une quantité importante de chaleur est transmise aux aubes mobiles de la turbine. Pour éliminer cette chaleur de la structure d'aubes, on a mis au point un grand nombre de systèmes de refroidissement par liquide en circuit ouvert. On trouvera des exemples de ces systèmes décrits dans les brevets des Etats Unis d'Amérique n0 3 658 439, intermediate of the turbine disk. Since the hot fluid is at a relatively high temperature, a large amount of heat is transmitted to the blades of the turbine. To eliminate this heat from the blade structure, a large number of open circuit liquid cooling systems have been developed. Examples of these systems described in US Pat. Nos. 3,658,439, are described.

3 804 551 et 4 017 210.3,804,551 and 4,017,210.

Les systèmes de refroidissement par liquide en circuit ouvert sont particulièrement intéressants car ils rendent possible l'accroissement de la température d'admission de la turbine dans une gamme de fonctionnement se situant entre 13700C environ et au moins 1920'C, ce qui permet d'obtenir un accroissement de la puissance développée se situant entre 100% et 200% environ ainsi qu'un accroissement du rendement Open circuit liquid cooling systems are of particular interest because they make it possible to increase the inlet temperature of the turbine in an operating range of between about 137 ° C. and at least 1920 ° C., which makes it possible to to obtain an increase of the power developed between 100% and 200% approximately as well as an increase of the yield

thermique pouvant atteindre 50%. Dans les systèmes de refroi- thermal up to 50%. In cooling systems

dissement par liquide en circuit ouvert, l'agent de refroidis- liquid flow in an open circuit, the coolant

sement liquide doit être également réparti vers les canaux de refroidissement de plateforme et de pale formés dans l'aube mobile. Une telle répartition est difficile à obtenir car les vitesses d'extrémité d'aube sont extrêmement élevées et The liquid flow must also be distributed to the platform and blade cooling channels formed in the blade. Such a distribution is difficult to obtain because the blade tip speeds are extremely high and

engendrent des champs centrifuges de l'ordre de 25.000 g. generate centrifugal fields of the order of 25,000 g.

Pour obtenir un écoulement régulier de l'agent de refroi- To obtain a steady flow of the cooling agent

dissement liquide dans les divers canaux de refroidissement, on utilise dans les systèmes antérieurs, par exemple dans les systèmes des brevets des Etats Unis d'Amérique n0 3 804 552 et 4 017 210, des structures de déversement qui dosent la quantité de liquide de refroidissement fournie à chaque canal, à partir de nappes d'agent de refroidissement liquide formées dans la plateforme de l'aube mobile. Plus précisément, ces systèmes introduisent l'agent de refroidissement dans chaque extrémité d'un auget formé dans la plateforme de l'aube, de telle sorte que cet agent de refroidissement circule dans une direction parallèle à l'axe de rotation du disque de turbine, à partir de chaque extrémité de l'auget. L'agent de refroidissement s'écoule au-dessus de la partie supérieure d'un dispositif de In the prior art systems, for example in the US Pat. Nos. 3,804,552 and 4,017,210 systems, pouring structures which dose the amount of coolant are used in the various cooling channels. supplied to each channel, from liquid cooling agent webs formed in the platform of the moving blade. More specifically, these systems introduce the coolant into each end of a trough formed in the platform of the blade, so that the coolant flows in a direction parallel to the axis of rotation of the turbine disc. , from each end of the bucket. The coolant flows over the top of a cooling device

déversement allongé qui effectue le dosage pour chaque canal. elongated spill that performs the dosing for each channel.

Pour que le fonctionnement soit satisfaisant, il est For the operation to be satisfactory, it is

essentiel que la partie supérieure de ces dispositifs de déver- essential that the upper part of these devices

sement soit parallèle à l'axe de rotation de la turbine, la fourchette de tolérance étant de quelques millimètres. Si cette condition n'est pas respectée, la totalité de l'agent de It is parallel to the axis of rotation of the turbine, the tolerance range being a few millimeters. If this condition is not respected, the entire

refroidissement circulera sur l'extrémité inférieure du dispo- cooling will circulate on the lower end of the

sitif de déversement, de sorte que certains des canaux de refroidissement formés dans la plateforme et la pale de l'aube spill, so some of the cooling channels formed in the platform and the blade of dawn

ne seront pas alimentés.will not be powered.

Pour éviter les inconvénients des structures de dosage antérieures, on utilise conformément à l'invention, des dispositifs de résistance à l'écoulement qui dosent l'eau In order to avoid the disadvantages of the prior dosing structures, flow resistance devices which dose the water are used in accordance with the invention.

introduite dans chaque canal de refroidissement d'aube mobile. introduced into each mobile blade cooling channel.

Ces dispositifs ne nécessitent pas une surface d'eau uniforme et stable pour assurer un dosage précis. L'écoulement, dans un dispositif de résistance, étant en principe proportionnel à la racine carrée de la charge de pression (soit H1/2), les débits d'écoulement des dispositifs de déversement sont au mieux sensiblement proportionnels à la charge de pression et peuvent être de l'ordre de H5/2; Par suite, le système de répartition d'agent de refroi- dissement liquide conforme à l'invention comporte: - des canaux de refroidissement de talon situés dans le talon de l'aube mobile de turbine et se prolongeant par des These devices do not require a uniform and stable water surface to ensure accurate dosing. As the flow in a resistance device is in principle proportional to the square root of the pressure load (ie H1 / 2), the flow rates of the discharge devices are at best substantially proportional to the pressure load and can be of the order of H5 / 2; As a result, the liquid cooling agent distribution system according to the invention comprises: - heel cooling channels located in the heel of the turbine rotor blade and extending by means of

canaux de refroidissement de plateforme situés dans la plate- platform cooling channels located in the platform

forme de l'aube mobile de turbine, ces derniers canaux se prolongeant par des canaux de refroidissement de pale situés dans la pale de l'aube mobile de turbine, et - des moyens de dosage recevant l'agent de refroidissement shape of the turbine rotor blade, the latter channels being extended by blade cooling channels located in the blade of the turbine blade rotor, and - dosing means receiving the cooling agent

depuis une source d'agent de refroidissement liquide et répar- from a source of liquid cooling agent and

tissant également cet agent de refroidissement dans les canaux d'alimentation en agent de refroidissement de la plateforme, les moyens de dosage comportant des dispositifs de résistance also weaving this coolant in the coolant supply channels of the platform, the metering means having resistance devices

à l'écoulement.at the flow.

La suite de la description se réfère aux dessins annexés The following description refers to the accompanying drawings

qui représentent: - figure 1, une vue en perspective d'un premier exemple de réalisation du système de refroidissement perfectionné conforme à l'invention, - figure 2, une vue de côté d'une aube mobile de turbine which represent: FIG. 1, a perspective view of a first exemplary embodiment of the improved cooling system according to the invention, FIG. 2, a side view of a turbine moving blade.

avec canal de répartition formé conformément à l'invention. with distribution channel formed according to the invention.

- figure 3, une vue éclatée d'un canal de répartition du système de refroidissement de la figure 1, - figure 4, une vue mettant en évidence la relation entre l'organe intérieur à canal de répartition de la figure 3 et certains canaux de refroidissement formés dans le carter extérieur du canal de répartition de la figure 2, - figure 5, une vue en coupe transversale selon la ligne 3, an exploded view of a distribution channel of the cooling system of FIG. 1, FIG. 4, a view highlighting the relationship between the distribution channel inner member of FIG. 3 and certain channels of FIG. cooling formed in the outer casing of the distribution channel of Figure 2, - Figure 5, a cross-sectional view along the line

6-6 de la figure 4, représentant un premier exemple de réalisa- 6-6 of Figure 4, representing a first example of

tion d'un dispositif de résistance à l'écoulement pouvant être utilisé conformément aux principes de l'invention, - figure 6, une vue en coupe transversale selon la ligne 6-6 de la figure 4, représentant un deuxième exemple de réalisation d'un dispositif de résistance à l'écoulement pouvant être utilisé conformément aux principes de l'invention, - figure 7, une vue en coupe transversale selon la ligne 6-6 de la figure 4, représentant un troisième exemple de réalisation d'un dispositif de résistance à l'écoulement pouvant être utilisé conformément aux principes de l'invention, - figure 8, une vue en coupe transversale selon la ligne 8-8 de la figure 7, - figure 9, une vue en coupe transversale représentant 1, a cross-sectional view along the line 6-6 of FIG. 4, showing a second exemplary embodiment of the invention. a flow resistance device that can be used in accordance with the principles of the invention; FIG. 7, a cross-sectional view along the line 6-6 of FIG. 4, showing a third embodiment of a device for flow resistance that can be used in accordance with the principles of the invention; FIG. 8, a cross-sectional view along the line 8-8 of FIG. 7; FIG. 9, a cross-sectional view representing

les passages intérieurs du dispositif de résistance àl'écoule- the internal passages of the resistance device to the

ment de la figure 7, et - figure 10, une vue en coupe transversale selon la ligne 7, and FIG. 10, a cross-sectional view along the line

-10 de la figure 7.-10 of Figure 7.

On a donné les mêmes références numériques aux mêmes éléments des dessins, et on a représenté figure 1 une aube The same numerical references have been given to the same elements of the drawings, and FIG.

mobile de turbine conforme à l'invention et portant la réfé- mobile turbine according to the invention and carrying the reference

rence générale 10. L'aube mobile 10 comporte une partie d'en- 10. The blade 10 has a part of

castrement:12, un talon 14, une plateforme 16 et une pale 18. castrement: 12, a heel 14, a platform 16 and a blade 18.

La partie d'encastrement 12 est encastrée dans un disque de rotor de turbine 20 qui est monté sur un arbre (non représenté), cet arbre étant supporté de manière à pouvoir tourner dans un carter (non représenté). Comme on le sait, une turbine comporte en fait plusieurs aubes mobiles 10 situées à la périphérie du The embedding portion 12 is embedded in a turbine rotor disk 20 which is mounted on a shaft (not shown), which shaft is rotatably supported in a housing (not shown). As is known, a turbine comprises in fact several blades 10 located on the periphery of the

disque de rotor 20.rotor disk 20.

Comme on l'a dit précédemment, l'invention concerne un système de refroidissement perfectionné utilisable avec des turbines à gaz du type représenté figure 1. Un passage 94 dirige l'agent de refroidissement liquide vers un tube d'équilibrage 96 solidaire du canal de répartition 28 qui est situé sous la partie d'encastrement 12 de l'aube mobile 10. La structure du canal de répartition 28 est représentée sur les figures 2-10 As mentioned above, the invention relates to an improved cooling system that can be used with gas turbines of the type shown in FIG. 1. A passage 94 directs the liquid cooling agent to a balancing tube 96 integral with the cooling channel. distribution 28 which is located below the embedding portion 12 of the blade 10. The structure of the distribution channel 28 is shown in FIGS.

et décrite en détails dans ce qui suit. L'agent de refroidis- and described in detail in the following. The coolant

sement liquide en provenance du passage 94 parvient dans le tube d'équilibrage 96 du canal de répartition 28 et est ensuite dosé pour être dirigé dans des canaux de refroidissement de liquid flow from the passage 94 reaches the balancing tube 96 of the distribution channel 28 and is then dosed to be directed into

talon 78 formés dans le talon 14.heel 78 formed in the heel 14.

- On voit mieux figure 4 que des gardes d'eau 98 sont interposés dans les canaux de refroidissement de talon 78 (de préférence à leur partie inférieure) pour permettre le passage de l'agent de refroidissement liquide dans le sens canal de répartition 28--canaux de refroidissement 78, mais interdire le passage de la vapeur formée par l'agent de refroidissement dans le sens canaux de refroidissement-canal - It is better seen that 4 water guards 98 are interposed in the heel cooling channels 78 (preferably at their lower part) to allow the passage of the liquid cooling agent in the direction of distribution channel 28- -channels of cooling 78, but prohibit the passage of the vapor formed by the coolant in the direction of cooling-channel channels

de répartition.of distribution.

On voit figure 1 que des canaux de refroidissement de talon 78 se situent entre le canal de répartition 28 et des FIG. 1 shows that heel cooling channels 78 are located between the distribution channel 28 and

canaux de refroidissement de plateforme 30 ( dont deux seule- platform cooling channels 30 (only two of which

ment sont représentés), ces canaux 30 étant formés dans la plateforme 16 et se prolongeant à leur tour par des canaux de refroidissement de pale 32 formés dans la pale 18. Les canaux de refroidissement de pale 32 sont orientés dans une direction sensiblement radiale sur la totalité du périmètre extérieur de la pale 18, leur rôle étant de refroidir cette pale. On peut voir figure 1 que le canal de répartition 28 comporte une partie supérieure aplatie 22 qui s'adapte à la partie inférieure aplatie 62 de l'aube mobile 10 de la turbine lorsque cette aube et ce canal de répartition sont placés dans l'ouverture en queue d'aronde formée dans le disque de rotor 20. Les deux surfaces plates 62 et 22 sont usinées parallèlement aux parties arrondies de l'ouverture en queue d'aronde, de sorte que le parallèlisme de l'ensemble est maintenu par la force centrifuge appliquée au canal de répartition 28 lorsque are shown), these channels 30 being formed in the platform 16 and extending in turn by blade cooling channels 32 formed in the blade 18. The blade cooling channels 32 are oriented in a substantially radial direction on the all of the outer perimeter of the blade 18, their role being to cool the blade. It can be seen in FIG. 1 that the distribution channel 28 comprises a flattened upper portion 22 which fits the flattened lower portion 62 of the turbine blade 10 when the blade and this distribution channel are placed in the opening The two flat surfaces 62 and 22 are machined parallel to the rounded portions of the dovetail opening, so that the parallelism of the assembly is maintained by force. centrifugal applied to the distribution channel 28 when

la turbine est en rotation.the turbine is rotating.

On décrira maintenant en détails la structure du canal We will now describe in detail the structure of the canal

de répartition 28 en se reportant aux figures 2 à 10. of distribution 28 with reference to Figures 2 to 10.

On peut voir figure 3 que le canal de répartition 28 se compose de deux parties: un carter extérieur 68 et un organe cylindrique 48. Le carter extérieur 68 s'adapte sous la partie arrondie inférieure de l'ouverture en queue d'aronde du disque de rotor 20. Un alésage cylindrique 74 formé dans ce carter extérieur reçoit l'organe 48 usiné de manière a s'adapter dans cet alésage. Des canaux de refroidissement 76 sont formés dans la partie supérieure du carter 68, chaque canal débouchant dans l'alésage et sur la surface plate supérieure 22. Le nombre des canaux de refroidissement 76 est égal au nombre de canaux de refroidissement de plateforme 30, et chacun de ces canaux se raccorde à un canal de refroidissement de plateforme par l'intermédiaire de l'un des canaux de refroidissement de It can be seen in FIG. 3 that the distribution channel 28 is composed of two parts: an outer casing 68 and a cylindrical member 48. The outer casing 68 fits under the lower rounded part of the dovetail opening of the disk rotor 20. A cylindrical bore 74 formed in this outer casing receives the member 48 machined so as to fit into this bore. Cooling channels 76 are formed in the upper portion of the housing 68, each channel opening into the bore and on the upper flat surface 22. The number of cooling channels 76 is equal to the number of platform cooling channels 30, and each of these channels connects to a platform cooling channel via one of the cooling channels of

talon 78.heel 78.

La partie centrale de l'organe cylindrique 48 est creuse, se prolonge d'un côté par une partie filetée 82 et, de l'autre côté, par une partie de réception de l'agent de refroidissement 84 pourvue d'un couvercle latéral 50, ce dernier pouvant, si on le souhaite, être formé en même temps que l'organe 48. Le diamètre extérieur de la partie centrale 80 est sensiblement identique au diamètre intérieur de l'alésage 74, de manière à The central part of the cylindrical member 48 is hollow, is extended on one side by a threaded portion 82 and, on the other side, by a receiving portion of the coolant 84 provided with a side cover 50 the latter may, if desired, be formed at the same time as the member 48. The outer diameter of the central portion 80 is substantially identical to the inside diameter of the bore 74, so as to

assurer un ajustement serré entre cette partie et l'alésage. ensure a tight fit between this part and the bore.

La longueur de la partie centrale 80 est égale à la longueur de l'alésage 74, de sorte que les parties 82 et 84 prolongent The length of the central portion 80 is equal to the length of the bore 74, so that the portions 82 and 84 extend

les extrémités opposées du carter extérieur 68. the opposite ends of the outer casing 68.

Lorsque le canal de répartition 28 est placé en position correcte dans l'ouverture en queue d'aronde formée dans le disque de rotor 20 (voir figure 1), la partie filetée 82 se situe dans une ouverture 90 de l'anneau 34. Dans l'exemple de réalisation recommandé, un écrou de maintien 92 s'engage sur la partie filetée 82 et bloque l'anneau 34 sur le disque de When the distribution channel 28 is placed in the correct position in the dovetail opening formed in the rotor disk 20 (see FIG. 1), the threaded portion 82 is located in an opening 90 of the ring 34. the preferred embodiment, a retaining nut 92 engages the threaded portion 82 and locks the ring 34 on the disc of

rotor 20.rotor 20.

La partie de réception de l'agent de refroidissement 84, de l'organe 48 sort de l'extrémité opposée du carter 68. L'agent de refroidissement pénètre dans l'enceinte de distribution 64 par l'intermédiaire du tube d'équilibrage 96 qui communique avec The coolant receiving portion 84 of the member 48 exits the opposite end of the housing 68. The coolant enters the dispensing chamber 64 through the balancing tube 96. who communicates with

le passage 94 formé dans la partie 34. the passage 94 formed in part 34.

Des gorges 56 sont formées sur le périmètre extérieur de la partie centrale 80 à des intervalles correspondant à l'espacement entre les canaux de refroidissement 76 formés Grooves 56 are formed on the outer perimeter of the central portion 80 at intervals corresponding to the spacing between the formed cooling channels 76

dans le carter extérieur 68, de sorte que chaque gorge 56 co- in the outer casing 68, so that each groove 56 co-

opère avec un canal de refroidissement de talon 78. L'agent de refroidissement liquide fourni à l'enceinte de distribution 64 quitte l'organe 48 par des ouvertures de sortie 58 formées dans chaque gorge 56. Un dispositif associé de résistance à l'écoulement 66 (voir figures 5 à 10) est placé entre l'enceinte de distribution 64 et chaque ouverture de sortie 58 pour doser l'agent de refroidissement liquide pénétrant dans une ouverture operates with a heel cooling channel 78. The liquid coolant supplied to the dispensing enclosure 64 leaves the member 48 through outlet openings 58 formed in each groove 56. An associated flow resistance device 66 (see FIGS. 5 to 10) is placed between the distribution enclosure 64 and each outlet opening 58 for dosing the liquid cooling agent penetrating into an opening

de sortie considérée.output considered.

On se reportera figure 4 pour mieux comprendre comment l'agent de refroidissement liquide est fourni aux canaux de refroidissement 76 par l'intermédiaire du canal de répartition 28. On a représenté figure 4 la partie de droite du canal de répartition 28 lorsqu'il est placé en position correcte dans l'ouverture en queue d'aronde formée dans le rotor 20, en Refer to Figure 4 to better understand how the liquid coolant is supplied to the cooling channels 76 through the distribution channel 28. Figure 4 shows the right portion of the distribution channel 28 when it is placed in the correct position in the dovetail opening formed in the rotor 20, in

dessous de la partie d'encastrement 12 de l'aube mobile 10. below the embedding portion 12 of the blade 10.

Lorsque l'aube tourne autour de l'axe central de la turbine, l'agent de refroidissement est entraîné par la force centrifuge en direction radiale et vers l'extérieur. Dans ces conditions l'agent de refroidissement s'écoule dans le tube d'équilibrage 96, pénètre dans l'enceinte de distribution 64, se rassemblant sur la paroi radialement extérieure de cette enceinte. L'agent de refroidissement se répartit dans le canal de répartition 28 jusqu'à ce que, ayant atteint une hauteur suffisante, il puisse traverser le dispositif de résistance à l'écoulement 66 et s'écouler, par l'ouverture 58, dans la gorge 56. L'agent de As the blade rotates about the central axis of the turbine, the coolant is driven by centrifugal force radially and outwardly. Under these conditions, the coolant flows into the equilibration tube 96, enters the distribution chamber 64, gathering on the radially outer wall of this chamber. The cooling medium is distributed in the distribution channel 28 until, having reached a sufficient height, it can pass through the flow resistance device 66 and flow through the opening 58 into the throat 56. The officer

refroidissement ainsi dosé s'écoule dans le canal de refroidis- This metered cooling flows into the cooling channel.

sement correspondant 76 du carter extérieur, puis dans les canaux correspondants de refroidissement de talon 78, de refroidissement de plateforme 30 et de refroidissement de pale 32. correspondingly 76 of the outer casing, then in the corresponding heel cooling channels 78, platform cooling 30 and blade cooling 32.

On peut utiliser conformément à l'invention trois dispo- In accordance with the invention, it is possible to use three

sitifs différents de résistance à l'écoulement, tels qu'illus- different types of resistance to flow, such as

trés figures 5 à 10. Il est recommandé d'utiliser les dispositifs représentés, mais il va de soi qu'on peut envisager l'utilisation d'un grand nombre d'autres dispositifs de résistance à l'écoulement sans sortir du cadre de l'invention, pour autant que ces dispositifs puissent doser l'agent de refroidissement liquide transféré dans les canaux de refroidissement 76 sans qu'il soit nécessaire de disposer d'une surface d'eau uniforme Figures 5 to 10. It is recommended to use the devices shown, but it goes without saying that one can consider the use of a large number of other devices of resistance to the flow without leaving the frame of the invention, provided that these devices can assay the liquid coolant transferred in the cooling channels 76 without the need for a uniform water surface

et stable pour que le dosage soit précis. and stable so that the dosage is accurate.

On a représenté figure 5 un premier exemple de réalisation de dispositif de résistance à l'écoulement. Ce dispositif de résistance à l'écoulement 66 définit un trajet sinueux 88 comportant une série de coudes. Pour que le fonctionnement soit correct, il est essentiel que les passages soient remplis de liquide afin de créer les pertes requises. Cela se fait lorsque l'agent de refroidissement liquide s'écoule radialement vers l'intérieur, à l'encontre du champ "G" comme représenté. Les pertes de charge au niveau de chaque coude contribuent à la résistance totale du passage. Il est possible d'envisager des passages avec une dimension relativement large. Par exemple, il s'est révélé que des passages de dimension transversale FIG. 5 shows a first exemplary embodiment of a device for resistance to flow. This flow resistance device 66 defines a serpentine path 88 having a series of bends. For proper operation, it is essential that the passages be filled with liquid to create the required losses. This is done when the liquid coolant flows radially inward, against the "G" field as shown. The pressure drops at each elbow contribute to the total resistance of the passage. It is possible to envisage passages with a relatively large dimension. For example, it turned out that cross-sectional

minimum égale à 0,63 mm fonctionnent de manière satisfaisante. minimum of 0.63 mm work satisfactorily.

On peut trouver dans le "Handbook of Hydraulic Resistance" de I.E. Idel'Chik la relation existant entre l'écoulement et la chute de pression, fonction des dimensions et de la forme des éléments coudés constituant le trajet sinueux. Les dimensions et forme particulière de ce trajet sinueux ne font pas partie de l'invention, et on ne décrira donc pas la façon dont ces One can find in the "Handbook of Hydraulic Resistance" of I.E. Idel'Chik the relationship existing between the flow and the pressure drop, a function of the dimensions and the shape of the bent elements constituting the sinuous path. The dimensions and particular shape of this sinuous path are not part of the invention, and therefore we will not describe how these

paramètres affectent les caractéristiques d'écoulement. parameters affect the flow characteristics.

Le trajet sinueux 88 peut être formé selon une méthode quelconque, mais une méthode relativement simple consiste à empiler des plaques minces 70 comportant chacune une ou des ouvertures pour définir le trajet sinueux 88. Les ouvertures peuvent être formées par exemple par photogravure comme on le The serpentine path 88 may be formed by any method, but a relatively simple method is to stack thin plates 70 each having one or more openings to define the serpentine path 88. The openings may be formed, for example, by photoetching as described in US Pat.

fait dans la fabrication de dispositifs hydrauliques. done in the manufacture of hydraulic devices.

Le fonctionnement du dispositif de résistance à l'écou- The operation of the ear-resistance device

lement 66, représenté figure 5, est le suivant. Lorsque les aubes mobiles 10 tournent autour de l'axe du disque de rotor , le champ "G" artificiellement créé entraîne l'écoulement 66, shown in Figure 5, is as follows. When the blades 10 rotate around the axis of the rotor disk, the artificially created "G" field causes the flow

de l'agent de refroidissement liquide dans l'enceinte de - liquid coolant in the enclosure of -

distribution 64-, plaquant cet agent contre la paroi radialement distribution 64-, plating this agent against the wall radially

extérieure de cette enceinte. La hauteur d'agent de refroidis- outside this enclosure. The coolant height

sement s'accroit et atteint celle d'un filtre 72 placé à proximité de l'enceinte de distribution 64. Il existe un filtre 72 pour chaque dispositif de résistance à l'écoulement. La hauteur de l'agent de refroidissement liquide continue à monter le long du trajet sinueux 88 jusqu'à ce qu'elle atteigne le niveau de l'ouverture 58, l'agent de refroidissement pouvant alors s'écouler dans la gorge 56 formée dans le canal de répartition 28. Cet agent pénètre donc dans le canal 76 et It is increased and reaches that of a filter 72 placed close to the distribution enclosure 64. There is a filter 72 for each flow resistance device. The height of the liquid cooling medium continues to rise along the serpentine path 88 until it reaches the level of the opening 58, the coolant then flowing into the groove 56 formed in the channel of distribution 28. This agent thus enters the channel 76 and

dans les canaux de refroidissement de l'aube mobile. in the cooling channels of the moving blade.

En cours de fonctionnement, les débris plus lourds que l'agent de refroidissement liquide sont, sous l'effet de la force centrifuge, maintenus éloignés du filtre 72 et plaqués contre le fond 54 de l'enceinte de distribution 64. Par suite, les ouvertures du filtre 72 n'ont pas besoin d'être plus petites en diamètre que la dimension minimum du trajet sinueux 88. Dans l'exemple de réalisation recommandé, le filtre 72 est During operation, the debris heavier than the liquid coolant is, under the effect of centrifugal force, kept away from the filter 72 and pressed against the bottom 54 of the distribution enclosure 64. filter openings 72 need not be smaller in diameter than the minimum dimension of the serpentine path 88. In the preferred embodiment, the filter 72 is

une plaque métallique comportant un grand nombre d'ouvertures. a metal plate having a large number of openings.

On a représenté figure 6 un deuxième exemple de réali- FIG. 6 shows a second example of reali-

sation de dispositif de résistance à l'écoulement. Dans ce dispositif, on a formé un orifice 46 pour créer les pertes de charge-souhaitées. Un seul orifice 46 a été représenté, mais flow resistance device. In this device, an orifice 46 has been formed to create the desired pressure drops. A single orifice 46 has been shown, but

on peut envisager de former plusieurs orifices. Comme le dis- we can consider forming several orifices. As the

positif de la figure 5, le dispositif de la figure 6 comporte un filtre 72 destiné à éviter que de petits débris viennent obstruer l'orifice 46. Des essais comparatifs ont révélé que l'écoulement dans les canaux de l'aube varie en fonction de H5/2 lorsqu'on utilise un dispositif de déversement à encoche en forme de V. Dans l'exemple représenté, l'orifice 46 est défini par une saillie formée dans le trajet d'écoulement cylindrique 58. On 5, the device of FIG. 6 comprises a filter 72 designed to prevent small debris from obstructing the orifice 46. Comparative tests have revealed that the flow in the dawn channels varies as a function of H5 / 2 when a V-shaped notch spill device is used. In the example shown, the orifice 46 is defined by a projection formed in the cylindrical flow path 58.

peut envisager d'autres façons de former cet orifice. may consider other ways to form this hole.

On a représenté figures 7 à 10 un troisième exemple de dispositif de résistance à l'écoulement construit conformément aux principes de l'invention. Ce dispositif prend ici la forme FIGS. 7 to 10 show a third example of a flow resistance device constructed in accordance with the principles of the invention. This device takes the form here

d'un certain nombre de chambres à tourbillon 81, 83, 85 et 87. a number of tourbillon chambers 81, 83, 85 and 87.

L'agent de refroidissement liquide qui se trouve dans l'enceinte de distribution 64 traverse le filtre 72 et se retrouve dans The liquid coolant which is in the distribution chamber 64 passes through the filter 72 and is found in

une première chambre à tourbillon 81 o il est soumis à tur- a first vortex chamber 81 where it is subjected to tur-

bulence de manière connue (voir les figures 8, 9 et 10). L'agent de refroidissement ainsi agité quitte la chambre à tourbillon 81 par l'intermédiaire d'une ouverture cylindrique 79 pour pénétrer bulence in a known manner (see FIGS. 8, 9 and 10). The coolant thus agitated leaves the vortex chamber 81 via a cylindrical opening 79 to penetrate

dans une deuxième chambre à tourbillon 83. in a second tourbillon room 83.

Comme on le voit figures 8, 9 et 10, l'agent de refroidis- As can be seen in FIGS. 8, 9 and 10, the coolant

sement liquide quitte la chambre à tourbillon 83 pour pénétrer dans la chambre à tourbillon 85 par l'intermédiaire d'un passage linéaire 77. Cet agent de refroidissement quitte la chambre à The liquid flow leaves the vortex chamber 83 to enter the vortex chamber 85 via a linear passage 77. This cooling agent leaves the chamber at

tourbillon 85 par l'ouverture 75 pour pénétrer dans une qua- swirl 85 through the opening 75 to penetrate a fourth

trième chambre a tourbillon 87 (voir figures 8, 9 et 10). Enfin, l'agent de refroidissement liquide quitte la chambre à tourbillon 87 par le passage 73 pour pénétrer dans la gorge 56 third swirl chamber 87 (see FIGS. 8, 9 and 10). Finally, the liquid coolant leaves the vortex chamber 87 through passage 73 to enter the groove 56

par l'intermédiaire de l'ouverture 58. through the opening 58.

Après cette description de structures et de fonctionnement After this description of structures and functioning

des dispositifs recommandés de résistance à l'écoulement, on décrira maintenant comment l'agent de refroidissement circule depuis la source d'agent de refroidissement liquide dans l'ensemble formé par l'aube mobile 10. Les aubes mobiles 10 sont soumises à une force propulsive créée par un fluide chaud qui se déplace dans une direction sensiblement parallèle à l'axe de rotation du disque de rotor 20. La force propulsive créée par le fluide chaud est transmise à l'arbre sur lequel est monté le disque de rotor 20, par l'intermédiaire des aubes mobiles et de ce disque de rotor, ce qui entraîne la turbine en rotation autour de l'axe de l'arbre. La vitesse de rotation élevée du rotor crée une force centrifuge importante qui entraîne l'agent de refroidissement liquide en direction radiale Recommended flow resistance devices will now describe how the coolant flows from the source of liquid coolant into the assembly formed by the moving blade 10. The blades 10 are subjected to a force. propellant created by a hot fluid that moves in a direction substantially parallel to the axis of rotation of the rotor disk 20. The propulsive force created by the hot fluid is transmitted to the shaft on which the rotor disk 20 is mounted, through the blades and rotor disc, which drives the turbine in rotation about the axis of the shaft. The high rotational speed of the rotor creates a large centrifugal force that drives the liquid coolant radially

et vers l'extérieur, dans les aubes. Lorsque l'agent de refroi- and outward, in the blades. When the cooling agent

dissement liquide pénètre dans le passage d'alimentation 94, il liquid drainage enters the feed passage 94 it

est entraîne radialement vers l'extérieur dans le tube d'équi- is radially outwardly in the feed tube

librage 96 et il se rassemble dans le canal de répartition 28. libring 96 and it gathers in the distribution channel 28.

Lorsqu'il atteint le niveau de débordement dans l'enceinte de distribution 64, l'agent de refroidissement traverse les dispositifs de résistance à l'écoulement 66, pénètre dans les When it reaches the level of overflow in the distribution enclosure 64, the coolant passes through the flow resistance devices 66, enters the

canaux 76, puis dans les canaux de refroidissement de talon 78. channels 76, then in the heel cooling channels 78.

L'agent de refroidissement progresse ensuite dans une direction sensiblement radiale dans les canaux de refroidissement de plateforme et de pale 30 et 32, pour parvenir à l'extrémité The coolant then progresses in a substantially radial direction in the platform and blade cooling channels 30 and 32, to reach the end.

de la pale 18.of the blade 18.

Dans l'exemple qui vient d'être décrit, le canal de répartition 28 se situe dans la jante de roue 20, sous l'aube In the example just described, the distribution channel 28 is located in the wheel rim 20, under the dawn

mobile 10.mobile 10.

Claims

An improved fluid cooling system for a gas turbine of the type comprising a turbine disk (20) mounted on a shaft rotatably supported in a housing, at least one radially oriented turbine blade (10). outwardly from the disc, the blade having a recess portion (12) mounted in the disc, a bead (14) radially extending the recess portion to a platform (16), and a

paddle (18) radially extending the platform outwards

characterized in that it comprises: (a) cooling channels (78, -30, 32) formed in the moving blade and extending into the blade, and

(b) dosing means receiving the coolant

liquid from a source and also distributing this cooling medium in the cooling channels, these dosing means consisting of resistance devices

at the flow (66), each earthing device

It is associated with a cooling channel (78) for dosing the liquid coolant which, received by the metering means, enters the cooling channel under consideration.

2. System according to claim 1, characterized in that each flow resistance device (66) defines

a sinuous path (88) formed by a number of bends.

3. System according to claim 1, characterized in that each flow resistance device (66) comprises

an orifice (46) for resistance to flow.

4. System according to claim 1, characterized in that each flow resistance device (66) comprises

several tourbillon chambers (81, 83, 85, 87).

5. System according to claim 1, characterized in that the metering means comprise: (1) a hollow cylindrical tube (48) provided with grooves (56) formed on its outer periphery at determined intervals, (2) a dispensing chamber Tube (64) formed in the cylindrical tube and extending beyond the grooved portion, (3) a pulling path and each groove, for resistance to passage to a channel (78) of

6. System according to whether each device a sinuous path (88) O '

7. System according

flow between the distribution enclosure

each journey being formed by a

the flow (66) and each groove (56) of the liquid coolant

dawn cooling.

claim 5, characterized in that the flow resistance (66) defines

formed by a number of elbows.

claim 5, characterized in that each flow resistance device (66) comprises

an orifice (46) for resistance to flow.

8. System according to claim 5, characterized in that each flow resistance device (66) comprises

several tourbillon chambers (81, 83, 85, 87).

9. System according to one of claims 1, 5, 6, 7, 8,

characterized in that it further comprises a filter (72) between the distribution chamber and each resistance device

at the flow.

10. System according to one of claims 1, 5, 6, 7, or

8, characterized in that the flow resistance devices (66) are located radially inwards with respect to the distribution enclosure (64):