RO122421B1

RO122421B1 - Cooling system for a turbine-engine blades

Info

Publication number: RO122421B1
Application number: ROA200500660A
Authority: RO
Inventors: Cristian Bereandă
Original assignee: Cristian Bereandă
Priority date: 2005-07-26
Filing date: 2005-07-26
Publication date: 2009-05-29

Abstract

The invention relates to a cooling system employed in cooling turbine-engines, both for terrestrial and marine vehicles and for aircrafts. According to the invention, the system comprises a tight enclosure (3) confined by two roller bearings (2) wherefrom the cooling fluid is passed through a system of longitudinal and radial channels (6 and 7), respectively, which are bored into a blade shaft (1), further on the cooling agent passing through some nozzles (14) which project it into the blade cavity, or, in case of a solid blade, through some channels (17) cut therein, where the liquid evaporation takes place in contact with the heated metal, thereby the heat being absorbed, while the resulting vapours pass, as a consequence of their own pressure, into a central channel (10) of the blade and then, through a system of longitudinal and radial channels (8 and 9), respectively, provided inside the shaft (1), they pass to another tight enclosure (11) located at the other end of the shaft (1) and, finally, into a condenser (12).

Description

Invenția se referă la un sistem de răcire a palelor unui motor turbină, ce poate fi folosit atât pentru vehicule terestre și navale (turbine cu gaz), cât și pentru aeronave cu turboreactoare.The invention relates to a system for cooling the blades of a turbine engine, which can be used both for land and naval vehicles (gas turbines) and for aircraft with turbojets.

Sunt cunoscute soluții tehnice care aplică o răcire combinată (RO 59524), asigurată de curentul de aer rece admis, dublată de răcirea prin evaporare a combustibilului ce străbate un circuit interior, la nivelul palelor turbinei.Technical solutions are applied which apply a combined cooling (RO 59524), ensured by the allowed cold air current, doubled by the evaporative cooling of the fuel passing through an internal circuit, at the level of the turbine blades.

De asemenea, se mai cunoaște un sistem de răcire a palelor turbinei (US 2883151), care constă dintr-un schimbător de căldură amplasat chiar în interiorul arborelui principal al mașinii termice, căldura reziduală putând fi cedată combustibilului lichid ce urmează a fi ars în camera de combustie.There is also a turbine blade cooling system (US 2883151), which consists of a heat exchanger located right inside the main shaft of the heating machine, the residual heat can be transferred to the liquid fuel to be burned in the chamber. combustion.

Se mai cunosc soluțiile de răcire a părți lor fixe ale motoarelor de rachetă, folosindu-se chiar carburantul (K2 lichid). Apariția palelor cu cavitate interioară, la compresoarele turboreactoarelor, pune problema utilizării acestora și la turbină, folosindu-se cavitatea acestora, pentru răcire interioară.Solutions for cooling their fixed parts of rocket engines are also known, using even fuel (liquid K2). The appearance of the blades with internal cavity, at the turbojet compressors, poses the problem of their use and at the turbine, using their cavity, for internal cooling.

Dezavantajele soluțiilor prezentate constau în fiabilitatea scăzută, datorată complicației sistemelorde canalizație utilizate, necesitând dese întreruperi, pentru operații de întreținere.The disadvantages of the presented solutions are the low reliability, due to the complication of the sewer systems used, requiring frequent interruptions, for maintenance operations.

Problema tehnică pe care o rezolvă invenția de față este mărirea fiabilității motoarelor turbină și a randamentului de lucru al acestora.The technical problem solved by the present invention is to increase the reliability of turbine engines and their working efficiency.

Sistemul de răcire a palelor unui motor turbină, conform invenției, rezolvă problema tehnică enunțată, prin faptul că se compune dintr-un arbore principal, pe care sunt montate niște pale ale unei turbine, și care este lăgăruit într-o carcasă de turbomotor, pe ambele capete din zona turbinei, cu niște lagăre etanșate, montate în niște incinte etanșate, incinta cu lichid fiind în legătură cu palele, prin niște canale longitudinale și unele radiale, prin care circulă un agent de răcire pulverizat în palele turbinei, prin niște duze, producând răcirea prin vaporizarea acestuia, vapori dirijați apoi, printr-o conductă interioară palei, spre niște canale radiale și niște canale longitudinale din arborele principal, spre o incintă cu vapori, de unde sunt dirijați printr-o conductă, spre un schimbător de căldură, care poate fi o turbină cu abur ce pune în mișcare pompa de circulare, care continuă procesul, pompând agentul de răcire printr-o conductă în incinta cu lichid, iar când pentru răcire, se folosește o parte a carburantului din incinta cu vapori, aceștia sunt trimiși spre camera de ardere.The cooling system of the blades of a turbine engine, according to the invention, solves the stated technical problem, by the fact that it consists of a main shaft, on which are mounted some blades of a turbine, and which is inserted in a turbomotor housing, on both ends of the turbine area, with sealed bearings, mounted in sealed enclosures, the liquid enclosure being connected to the blades, through some longitudinal and some radial channels, through which a coolant pulverized in the turbine blades, through some nozzles, flows, producing cooling by vaporizing it, vapors then directed, through an inner duct of the blade, to some radial channels and some longitudinal channels from the main shaft, to a steam enclosure, from where they are directed through a pipe, to a heat exchanger, which may be a steam turbine that drives the circulating pump, which continues the process, pumping the coolant through a pipe into the liquid chamber, and when for cooling e, part of the fuel from the steam chamber is used, they are sent to the combustion chamber.

Sistemul de răcire, conform invenției, prezintă următoarele avantaje:The cooling system according to the invention has the following advantages:

- mărirea fiabilității prin simplitatea constructivă;- increasing reliability through constructive simplicity;

- răcirea palelor turbinei oferă posibilitatea ca aceasta să lucreze la temperaturi mai înalte și implicit crește randamentul;- cooling the turbine blades offers the possibility for it to work at higher temperatures and thus increases the efficiency;

- răcirea palelor oferă posibilitatea ca acestea să fie fabricate din materiale mai ieftine și chiar mai ușoare;- cooling of the blades offers the possibility for them to be made of cheaper and even lighter materials;

- poate fi folosită și pentru răcirea lagărelor arborelui principal.- can also be used to cool the main shaft bearings.

Se dau, în continuare, două exemple de realizare a invenției, în legătură și cu fig. 1 la 6, care reprezintă:Two examples of embodiments of the invention are given below in connection with FIG. 1 to 6, which represent:

- fig. 1, reprezentare schematică a sistemului de răcire, conform invenției;- fig. 1 is a schematic representation of the cooling system according to the invention;

- fig. 2, reprezentare schematică a unei variante a sistemului de răcire, conform invenției;- fig. 2 is a schematic representation of a variant of the cooling system according to the invention;

- fig. 3, reprezentare schematică cu ruptură, a unei secțiuni prin arborele principal;- fig. 3, schematic representation with rupture, of a section through the main shaft;

- fig. 4, reprezentare schematică a canalizațiilordin arbore și corespondența canalelor cu palele;- fig. 4, schematic representation of the shafts of the shaft and the correspondence of the channels with the blades;

- fig. 5, secțiune longitudinală și transversală pe diferite niveluri, într-o pală tubulară;- fig. 5, longitudinal and cross section on different levels, in a tubular blade;

- fig. 6, secțiune longitudinală și transversală pe diferite niveluri, într-o pală plină, cu canale alezate.- fig. 6, longitudinal and cross section on different levels, in a full blade, with bored channels.

RO 122421 Β1RO 122421 Β1

Sistemul de răcire a palelor unui motor turbină, conform invenției, este aplicat unui 1 motor cu turbină de gaze și este compus dintr-un arbore 1 principal, pe care sunt montate niște pale 22 ale unei turbine, montat prin lăgăruire într-o carcasă de turbomotor, pe ambele 3 capete din zona turbinei, prin niște lagăre 2 etanșate, montate în niște incinte 3 și 11 etanșate, incinta 3 etanșă cu lichid fiind în legătură cu palele 22, prin niște canale longitudinale 6 5 și unele radiale 7, prin care circulă un agent de răcire, pulverizat în palele 22 ale turbinei, prin niște duze 14, producând răcirea prin vaporizarea acestuia, vaporii fiind dirijați apoi, printr-o 7 conductă 10 interioară palei 22, spre niște canale radiale 9 și niște canale longitudinale 8 din arborele principal, spre o incintă 11 etanșă cu vapori, de unde sunt dirijați printr-o 9 conductă 16 spre un schimbător 12 de căldură, care poate fi o turbină cu abur ce pune în mișcare pompa 13 de circulare, care continuă procesul, pompând agentul de răcire, printr-o 11 conductă 15, în incinta 3 etanșă cu lichid.The blade cooling system of a turbine engine according to the invention is applied to a 1 gas turbine engine and consists of a main shaft 1, on which are mounted some blades 22 of a turbine, mounted by bearing in a housing turbomotor, on both 3 ends of the turbine area, through some sealed bearings 2, mounted in some sealed enclosures 3 and 11, the liquid sealed enclosure 3 being connected to the blades 22, through some longitudinal channels 6 5 and some radial ones 7, through which a coolant circulates, sprayed into the blades 22 of the turbine, through nozzles 14, producing cooling by vaporizing it, the vapors being then directed, through a duct 10 inside the blade 22, to some radial channels 9 and some longitudinal channels 8 of the main shaft, to a vapor-tight chamber 11, from where they are directed through a 9 pipe 16 to a heat exchanger 12, which may be a steam turbine that drives the circulating pump 13, which continues the process, p filling the coolant, through a pipe 15, in the liquid-tight chamber 3.

în funcționare, lichidul de răcire care ajunge în incinta 3, mărginită de rulmenții 2 13 etanșați sau de lagăre etanșe, intră prin canalele 6 longitudinale din interiorul axului, apoi prin canalele 7 radiale intră în palele 22 prevăzute cu niște duze 14, care proiectează lichidul 15 în jet subțire sau în mai multe jeturi, ca în fig. 1, în cavitatea palei, în cazul palelor cu cavitate tubulară, fig. 5, sau în interiorul unor canale 17, 18 alezate în pală, cum apar ilustrate în 17 fig. 6. Datorită mișcării de rotație și a forței centrifuge, lichidul se împrăștie pe întreaga suprafață a cavității sau a canalului alezat interior și se evaporă rapid, absorbind căldura. 19 Datorită acțiunii forței centrifuge, nu este necesară o presiune mare în incinta 3, putându-se astfel folosi ca lagăre, rulmenți etanșați. După transformarea lichidului în vapori, aceștia, prin 21 propria lor presiune, vor trece prin canalul 10 central al palei 22, respectiv 18, în cazul palelor alezate, apoi prin canalele radiale 9, în canalul 8 longitudinal central al axului 1. După 23 trecerea în canalul 8 longitudinal, vaporii ajung în incinta 11, apoi prin conducta 16, într-un condensator 12, de unde lichidul de răcire se recirculă. în caz că vaporii au presiune 25 suficientă, aceasta poate fi utilizată, de exemplu, pentru antrenarea chiar a pompei 13 de recirculare a lichidului. 27In operation, the coolant which reaches the enclosure 3, bordered by sealed bearings 2 13 or sealed bearings, enters through the longitudinal channels 6 inside the shaft, then through the radial channels 7 enters the blades 22 provided with nozzles 14, which project the liquid 15 in a thin jet or in several jets, as in fig. 1, in the blade cavity, in the case of blades with tubular cavity, fig. 5, or inside bladed bore channels 17, 18, as illustrated in FIG. 6. Due to the rotational motion and the centrifugal force, the liquid spreads over the entire surface of the cavity or the inner bore channel and evaporates rapidly, absorbing heat. 19 Due to the action of the centrifugal force, no high pressure is required in the chamber 3, thus sealed bearings can be used as bearings. After the transformation of the liquid into vapors, they, through their own pressure, will pass through the central channel 10 of the blade 22 and 18, respectively, in the case of reamed blades, then through the radial channels 9, into the central longitudinal channel 8 In the longitudinal channel 8, the vapors reach the chamber 11, then through the pipe 16, into a condenser 12, from where the coolant recirculates. In case the vapors have sufficient pressure, it can be used, for example, to drive even the liquid recirculation pump 13. 27

O variantă prezentată aici propune utilizarea ca agent de răcire, chiar a carburantului sau a unei părți a acestuia. în acest caz, sistemul este mai simplu: după evaporare, vaporii 29 se introduc direct în camera de ardere, prin presiune proprie, conform fig. 2.A variant presented here proposes the use as a coolant, even of the fuel or a part of it. In this case, the system is simpler: after evaporation, the vapors 29 are introduced directly into the combustion chamber, by their own pressure, according to fig. 2.

O altă variantă prezentată aici propune folosirea unor canale alezate în interiorul palei 31 pentru lichidul de răcire, caz în care, rezistența mecanică a palei este neafectată, fig. 6.Another variant presented here proposes the use of bored channels inside the blade 31 for the coolant, in which case the mechanical strength of the blade is unaffected, fig. 6.

Claims

A system for cooling the blades of a turbine engine, used to propel naval, land or air vehicles, characterized in that it consists of a pump (13) 37 for circulating fluid which is transmitted by means of a pipe ( 15), in a sealed enclosure (3), where there are some sealed bearings (2), which support one end of a shaft (1) of the engine, from where the coolant enters through some channels (6) longitudinal and radial channels (7) made inside the shaft (1) through which the coolant 41 flows to the blades (22) of the turbine, inside which it is sprayed, through nozzles (14), producing cooling by vaporizing it, vapors being then directed, through a pipe (10 or 18) 43 inside the blade (22), to some radial channels (9) and some longitudinal channels (8) of the main shaft, to a sealed vapor chamber (11), from where through another 45 pipes (16) they relax in a shift heat exchanger (12), which may be a steam turbine driving the circulating pump (13). 47 RO 122421 Β1

1

2. Turbine engine blade cooling system, characterized in that, in the variant in which the liquid fuel is used as a coolant or part of it, 3 the fuel pump sends liquid fuel through a pipe (15) -a sealed enclosure (3), where there are sealed bearings (2) supporting an end of an engine shaft (1) 5, from which liquid fuel enters through longitudinal channels (6) and radial channels (7) , made inside the shaft (1), which it passes towards the blades (22) 7 of the turbine, inside which it is sprayed by means of nozzles (14), producing cooling by its vaporization, vapors which are then directed through a pipe ( 10 or 18) inside the blade 9 (22), towards some radial channels (9) and some longitudinal channels (8) from the main shaft, towards a sealed vapor chamber (11), from where they reach, through another pipe (16 ), in 11 engine combustion chamber (4).