RU131416U1 - COOLED GAS TURBINE SHOVEL - Google Patents

COOLED GAS TURBINE SHOVEL Download PDF

Info

Publication number
RU131416U1
RU131416U1 RU2013102386/06U RU2013102386U RU131416U1 RU 131416 U1 RU131416 U1 RU 131416U1 RU 2013102386/06 U RU2013102386/06 U RU 2013102386/06U RU 2013102386 U RU2013102386 U RU 2013102386U RU 131416 U1 RU131416 U1 RU 131416U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
channel
diffuser
edge
partition
input edge
Prior art date
Application number
RU2013102386/06U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Юрьевич Рыкачев
Геннадий Васильевич Гловацкий
Original Assignee
Юрий Юрьевич Рыкачев
Геннадий Васильевич Гловацкий
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Юрьевич Рыкачев, Геннадий Васильевич Гловацкий filed Critical Юрий Юрьевич Рыкачев
Priority to RU2013102386/06U priority Critical patent/RU131416U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU131416U1 publication Critical patent/RU131416U1/en

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

1. Охлаждаемая лопатка, преимущественно высокотемпературных газовых турбин, содержащая канал входной кромки и перегородку, образующую также канал, соседствующий с каналом входной кромки, отличающаяся тем, что внутренняя стенка входной кромки, а также стенка канала входной кромки и канала, образованного перегородкой, выполнены криволинейными так, что образуют каналы диффузор-конфузорного типа.2. Охлаждаемая лопатка по п.1, отличающаяся тем, что канал входной кромки и канал, образованный перегородкой, расположены взаимно так, что места сужения площади проходного сечения канала входной кромки соседствуют с местами расширения площади проходного сечения канала, образованного перегородкой, и, наоборот, места расширения площади проходного сечения канала входной кромки соседствуют с местами сужения площади проходного сечения канала, образованного перегородкой.3. Охлаждаемая лопатка по п.1, отличающаяся тем, что в местах сужения и расширения канала входной кромки в стенке канала входной кромки выполнены отверстия для натекания охлаждающего воздуха на внутреннюю стенку входной кромки.4. Охлаждаемая лопатка по п.1, отличающаяся тем, что геометрические характеристики каналов лежат в следующих пределах:углы раскрытия диффузоров 4÷12°;длина диффузорной части (1÷3)d, где d - диаметр канала;отношение длин диффузорной и конфузорной частей 1:1÷3:1;диаметры отверстий натекания на входную кромку 0,3÷0,8 мм.1. The cooled blade, mainly of high-temperature gas turbines, containing a channel of the inlet edge and a partition, also forming a channel adjacent to the channel of the inlet edge, characterized in that the inner wall of the inlet edge, as well as the wall of the channel of the inlet edge and the channel formed by the partition, are made curved so that they form channels of the diffuser-confuser type. 2. The cooled blade according to claim 1, characterized in that the channel of the input edge and the channel formed by the partition are mutually arranged so that the places of narrowing the area of the passage section of the channel of the input edge are adjacent to the places of expansion of the area of the passage section of the channel formed by the partition, and, conversely, expanding the area of the passage section of the channel of the input edge is adjacent to the places of narrowing the area of the passage section of the channel formed by the partition. 3. The cooled blade according to claim 1, characterized in that in the places of narrowing and expansion of the channel of the input edge in the wall of the channel of the input edge, holes are made for leakage of cooling air to the inner wall of the input edge. The cooled blade according to claim 1, characterized in that the geometric characteristics of the channels lie in the following ranges: the angles of opening of the diffusers 4 ÷ 12 °; the length of the diffuser part (1 ÷ 3) d, where d is the diameter of the channel; the ratio of the lengths of the diffuser and confuser parts 1 : 1 ÷ 3: 1; diameters of leakage holes on the input edge 0.3 ÷ 0.8 mm.

Description

Полезная модель относится к области транспортного машиностроения, турбостроения и может найти применение в охлаждаемых лопатках высокотемпературных газовых турбин. Форсирование удельных параметров турбин авиационных ГТД и стационарных установок идет, главным образом, по пути повышения температуры и давления газа на входе в ступень турбины, что создает определенные проблемы в части работоспособности лопаток турбин. Эта тенденция пока опережает создание новых жаропрочных материалов, что вызывает повышенные требования к системе охлаждения (СО) турбинных лопаток и, как следствие - дальнейшее усложнение СО.The utility model relates to the field of transport engineering, turbine engineering and may find application in cooled blades of high-temperature gas turbines. The specific parameters of the aircraft turbine engine turbines and stationary units are boosted mainly by increasing the temperature and gas pressure at the inlet of the turbine stage, which creates certain problems in terms of the turbine blade working capacity. This trend is still ahead of the creation of new heat-resistant materials, which causes increased demands on the cooling system (CO) of turbine blades and, as a consequence, further complicates CO.

В современных охлаждаемых лопатках высокотемпературных газовых турбин широко используются СО, где рабочим телом служит воздух, отбираемый из-за компрессора и, поступающий в систему каналов различной конфигурации, расположенных в пере лопатки. Наибольшее распространение получили так называемые «конвективно-пленочные» СО, где сочетаются организация защитной пелены воздухом, вытекающим из отверстий перфорации и конвективное охлаждение воздухом в соответствующих каналах внутри пера лопатки. При этом желательно, чтобы доля конвективного охлаждения была бы как можно больше, так как пленочное охлаждение нерационально как с точки зрения расхода воздуха, так и с точки зрения концентрации напряжений у отверстий перфорации.In modern cooled blades of high-temperature gas turbines, СО is widely used, where air is taken as a working medium, taken from the compressor and entering the system of channels of various configurations located in the blades. The most widely used are the so-called “convective-film” SOs, which combine the organization of a protective sheet with air flowing out of the perforation holes and convective cooling with air in the corresponding channels inside the feather blade. It is desirable that the proportion of convective cooling be as large as possible, since film cooling is irrational both from the point of view of air flow and from the point of view of stress concentration at the perforation holes.

Наиболее теплонагруженным элементом пера лопатки является входная кромка, где коэффициент теплоотдачи от газа в 2÷3 раза больше, чем на остальных частях профиля и поэтому на организацию ее охлаждения и направлено повышенное внимание проектировщиков. Однако, в силу конструктивных особенностей, в канале входной кромки расположить обычные интенсификаторы (ребра, канавки, лунки и т.п.) крайне затруднительно, что вызывает необходимость пленочного охлаждения со всеми его недостатками.The most heat-loaded element of the blade pen is the input edge, where the heat transfer coefficient from gas is 2–3 times greater than on the other parts of the profile, and therefore, the designers are focused on organizing its cooling. However, due to design features, it is extremely difficult to arrange conventional intensifiers (ribs, grooves, holes, etc.) in the channel of the input edge, which necessitates film cooling with all its drawbacks.

Кроме этого, применение интенсификаторов подобных типов для решения этой проблемы, как показывает опыт эффективно в области относительно малых значений Re=(3÷20)·103.In addition, the use of intensifiers of similar types to solve this problem, as experience shows, is effective in the field of relatively small values Re = (3 ÷ 20) · 10 3 .

Основная задача заявляемого технического решения - повышение эффективности охлаждения входной кромки, что благоприятно скажется на теплонапряженном состоянии всего пера, позволит снизить расход охлаждающего воздуха и увеличит ресурс лопатки.The main objective of the proposed technical solution is to increase the cooling efficiency of the input edge, which will favorably affect the heat-stressed state of the entire pen, will reduce the cooling air consumption and increase the blade life.

Наиболее близкими техническими решениями к заявляемому являются охлаждаемые лопатки с так называемой «возвратно-петлевой» СО, описываемые в патентах РФ №2283432 и №2285805 патенте США US 2007/0172355. Но канал входной кромки этих лопаток имеет гладкую поверхность и соответственно низкую интенсификацию охлаждения.The closest technical solutions to the claimed are cooled blades with the so-called "return-loop" WITH, described in RF patents No. 2283432 and No. 2285805 US patent US 2007/0172355. But the channel of the input edge of these blades has a smooth surface and, accordingly, low intensification of cooling.

Технический результат в заявляемой охлаждаемой лопатке, преимущественно высокотемпературных газовых турбин, достигается тем, что стенки канала входной кромки и перегородки, образующей соседний канал, выполнены особой криволинейной формы, что формирует так называемые «диффузор-конфузорные» каналы.The technical result in the inventive cooled blade, mainly of high-temperature gas turbines, is achieved by the fact that the walls of the channel of the input edge and the partition forming the adjacent channel are made of a special curved shape, which forms the so-called "diffuser-confuser" channels.

Известно, что интенсификации теплообмена можно достичь организацией течения теплоносителя под действием знакопеременного градиента давления. Такое течение реализуется в волнистых каналах, представляющих собой последовательность чередующихся конфузорных и диффузорных участков. Интенсивные вихреобразования, генерируемые в диффузорных участках, уносятся потоком и полезно используются в конфузорных участках. В конфузорных участках используется также эффект увеличения скоростей пристенных слоев жидкости. Это показали эксперименты, результаты которых представлены в следующих источниках [1]:It is known that the intensification of heat transfer can be achieved by organizing the flow of the coolant under the action of an alternating pressure gradient. Such a flow is realized in wavy channels, which are a sequence of alternating confusor and diffuser sections. Intensive vortexes generated in diffuser sections are carried away by the flow and are useful in confuser sections. In the confused areas, the effect of increasing the velocities of the near-wall fluid layers is also used. This was shown by experiments, the results of which are presented in the following sources [1]:

1. «Исследование теплообмена и газодинамического сопротивления при турбулентном течении газа в поле продольного знакопеременного градиента давления.» - «ИФЖ», т.ХVI, 1969, №4. Авт.: А.А.Гухман, В.А.Кирпиков, В.В.Гутарев, И.М.Цирельман;1. "The study of heat transfer and gas-dynamic resistance in a turbulent gas flow in the field of a longitudinal alternating pressure gradient." - "IFZh", vol. ХVI, 1969, No. 4. Author: A.A. Gukhman, V.A. Kirpikov, V.V. Gutarev, I.M. Tsirelman;

2. Мигай В.К., Быстров П.Т. Интенсификация теплообмена в волнистых трубах. «Теплоэнергетика», 1976, №11, с.74…76.2. Migai V.K., Bystrov P.T. Intensification of heat transfer in corrugated pipes. "Heat Power Engineering", 1976, No. 11, p. 74 ... 76.

Далее следуют цитаты из вышеназванных источников:The following are quotes from the above sources:

«При течении газа по каналам с острыми кромками… наблюдается приближенная пропорциональность между числом Nu и Re0.8. При этом интенсивность теплообмена оказывается значительно выше (~ в 2,1-1,4 раза), чем при течении по прямолинейному каналу с постоянным по длине сечением (Nu=0,018 Re0.8). Для всех видов течения несколько большая интенсивность теплообмена имеет место в канале диффузор-конфузор 5:1. Наибольшая интенсивность теплообмена отвечает безотрывному течению.“When the gas flows through the channels with sharp edges ... there is an approximate proportionality between the number Nu and Re 0.8 . In this case, the heat transfer intensity is much higher (~ 2.1-1.4 times) than when flowing along a straight channel with a constant cross-sectional length (Nu = 0.018 Re 0.8 ). For all types of flow, a slightly higher heat transfer rate takes place in the diffuser-confuser channel 5: 1. The highest heat transfer rate corresponds to a continuous flow.

Опытные данные по теплообмену могут быть аппроксимированы зависимостью вида Nu=A1Re0.8…»The experimental data on heat transfer can be approximated by the dependence of the form Nu = A 1 Re 0.8 ... "

Ниже приводятся таблицы с геометрическими характеристиками каналов, исследуемых в работе [1].Below are tables with the geometric characteristics of the channels studied in [1].

Длина диффузорной части составляла 40 мм, соответственно отношение длины диффузорной части к ширине канала составила:The length of the diffuser part was 40 mm, respectively, the ratio of the length of the diffuser part to the channel width was:

- для ширины канала а=47.7 мм - L/a=0.84;- for the channel width a = 47.7 mm - L / a = 0.84;

- для ширины канала а=33.3 мм - L/a=-1.20;- for the channel width a = 33.3 mm - L / a = -1.20;

- для ширины канала а=16.8 мм - L/a=2.38;- for the channel width a = 16.8 mm - L / a = 2.38;

Таблица 1. Значение коэффициента A1Table 1. The value of the coefficient A1 Ширина канала а, ммChannel width a, mm 47.747.7 33.333.3 16.816.8 Диффузор-конфузорDiffuser-confuser 5:15: 1 2:12: 1 1:11: 1 5:15: 1 2:12: 1 1:11: 1 5:15: 1 2:12: 1 1:11: 1 А1 A 1 0.0380.038 0.0380.038 0.0380.038 0.0380.038 0.0340.034 0.0310.031 0.0310.031 0.0300.030 0.0260.026

И далее, [1]: «При течении газа по каналам со скругленными кромками опытные данные… могут быть представлены в виде зависимости Nu=Aren…». Значения величин А и n представлены в таблице 2.And further, [1]: “When gas flows through channels with rounded edges, the experimental data ... can be represented as the dependence Nu = Are n ...”. The values of the quantities A and n are presented in table 2.

Таблица 2. Значение коэффициента А и nTable 2. The value of the coefficient a and n Ширина канала а, ммChannel width a, mm 47.747.7 33.333.3 Диффузор-конфузорDiffuser-confuser 5:15: 1 2:12: 1 1:11: 1 1:21: 2 1:31: 3 5:15: 1 2:12: 1 АBUT 0.0490.049 0.0260.026 0.0490.049 0.0720.072 0.0940.094 0.0390.039 0.0390.039 nn 0.760.76 0.830.83 0.760.76 0.7150.715 0.680.68 0.790.79 0.790.79 Ширина канала а, ммChannel width a, mm 33.333.3 16.816.8 Диффузор-конфузорDiffuser-confuser 1:11: 1 1:21: 2 1:31: 3 5:15: 1 2:12: 1 1:11: 1 1:21: 2 1:31: 3 АBUT 0.0410.041 0.0690.069 0.0670.067 0.0160.016 0.0270.027 0.0400.040 0.0690.069 0.0410.041 nn 0.770.77 0.7050.705 0.7050.705 0.870.87 0.810.81 0.760.76 0.720.72 0.7350.735

Также в работе [1] приводятся отношения тепловых потоков в диффузор-конфузорных каналах к тепловым потокам в канале с постоянным по длине сечением - коэффициент KQ:Also in [1], the ratios of heat fluxes in diffuser-confuser channels to heat fluxes in a channel with a constant cross-sectional length are given — coefficient K Q :

Таблица 3. Значение коэффициента KQ Table 3. The value of the coefficient K Q Ширина канала и, ммChannel width and, mm 47.747.7 33.333.3 Диффузор-конфузорDiffuser-confuser 5:15: 1 2:12: 1 1:11: 1 1:21: 2 1:31: 3 5:15: 1 2:12: 1 Re=10·103 Re = 10 · 10 3 1.521.52 1.621.62 1.601.60 1.601.60 1.621.62 1.551.55 1.581.58 Re=80·103 Re = 80 · 10 3 1.251.25 1.601.60 1.521.52 1.361.36 1.221.22 1.291.29 1.551.55 Ширина канала а, ммChannel width a, mm 33.333.3 16.816.8 Диффузор-конфузорDiffuser-confuser 1:11: 1 1:21: 2 1:31: 3 5:15: 1 2:12: 1 1:11: 1 1:21: 2 1:31: 3 Re=10-103 Re = 10-10 3 1.491.49 1.501.50 1.491.49 1.481.48 1.461.46 1.441.44 1.331.33 1.201.20 Re=80-103 Re = 80-10 3 1.441.44 1.341.34 1.211.21 1.301.30 1.461.46 1.341.34 1.211.21 1.121.12

Как видно из приведенных выше опытных данных, каналы типа «диффузор-конфузор» по сравнению с гладкими каналами имеют более высокую эффективность охлаждения во всем диапазоне поставленных экспериментов, что отражено в заключительной части [1]:As can be seen from the above experimental data, diffuser-confuser channels, in comparison with smooth channels, have higher cooling efficiency in the entire range of experiments, which is reflected in the final part [1]:

«Сопоставление опытных данных по теплообмену и сопротивлению для каналов диффузор-конфузор с расчетными для канала с постоянным по длине сечением, проведенное в соответствии с…, свидетельствует о высокой эффективности исследованных каналов.“Comparison of experimental data on heat transfer and resistance for diffuser-confuser channels with those calculated for a channel with a constant cross-sectional length, carried out in accordance with ..., indicates the high efficiency of the studied channels.

Для каналов диффузор-конфузор расход мощности, необходимый для продвижения теплоносителя (при фиксированных тепловом потоке и поверхности), и поверхность (при фиксированных тепловом потоке и расходе мощности) оказываются существенно меньше, чем для каналов с постоянным по длине поперечным сечением, а тепловой поток (при фиксированных расходе мощности и поверхности), наоборот, больше. … результаты сопоставления для каналов диффузор-конфузор со скругленными кромками, которые оказались значительно эффективнее, чем каналы с острыми кромками.For the diffuser-confuser channels, the power consumption necessary for moving the coolant (for a fixed heat flux and surface) and the surface (for a fixed heat flux and power consumption) turn out to be significantly less than for channels with a constant cross-sectional length, and the heat flux ( at a fixed power consumption and surface), on the contrary, more. ... comparison results for diffuser-confuser channels with rounded edges, which turned out to be much more effective than channels with sharp edges.

Таким образом, можно констатировать, что исследованные каналы, диффузор-конфузор весьма эффективны и могут быть с успехом использованы при конструировании теплообменных аппаратов».Thus, it can be stated that the studied channels, the diffuser-confuser are very effective and can be successfully used in the design of heat exchangers. "

Исследование теплообмена в диффузор-конфузорных каналах было продолжено в работе [2]. Геометрические характеристики исследованных труб показаны на фигуре 6 и приводятся в нижеследующей таблице 4.The study of heat transfer in diffuser-confuser channels was continued in [2]. The geometric characteristics of the studied pipes are shown in figure 6 and are given in the following table 4.

Таблица 4.Table 4. Номер вариантаOption Number Геометрические характеристики исследованных трубGeometric characteristics of the studied pipes Lд, ммL d , mm Lк, ммL to , mm dэ, ммd e mm h, ммh mm h/dэ, ммh / d e , mm βд, градβ d , deg βк, градβ to , hail 1one 88 1616 17.717.7 22 0.1130.113 14fourteen 7.17.1 22 1616 88 17.717.7 22 0.1130.113 7.17.1 14fourteen 33 88 1616 15.815.8 1one 0.06330.0633 7.17.1 3.63.6 4four 1616 88 15.815.8 1one 0.06330.0633 3.63.6 7.17.1 55 88 1616 19.219.2 0.50.5 0.0260.026 3.63.6 1.81.8 66 1616 88 19.219.2 0.50.5 0.0260.026 1.81.8 3.63.6

Опытные данные по теплообмену приведены на фигуре 7. Видно, что интенсивность теплообмена возрастает с увеличением угла раскрытия диффузора и конфузора. Результаты экспериментальных исследований выражены в заключении [2]:Experimental data on heat transfer are shown in figure 7. It can be seen that the heat transfer intensity increases with an increase in the opening angle of the diffuser and confuser. The results of experimental studies are expressed in the conclusion [2]:

«Расчеты показывают, что при равных потерях на гидравлическое сопротивление теплосъем увеличивается в рассматриваемом случае на 70% по сравнению с гладкой трубой. Благодаря высокой эффективности трубы данного типа могут найти широкое применение в теплообменниках широкого класса…»“Calculations show that with equal losses in hydraulic resistance, the heat removal in the case under consideration is increased by 70% compared to a smooth pipe. Due to the high efficiency of this type of pipe can be widely used in a wide class of heat exchangers ... "

Опираясь на приведенные выше выдержки из документов, отражающих экспериментальные результаты, можно считать, что в канале входной кромки, выполненном по схеме «диффузор-конфузор», будет иметь место интенсификация теплообмена значительно более высокая (примерно в 1,7), чем в гладком канале.Based on the above excerpts from documents reflecting the experimental results, we can assume that in the channel of the input edge, made according to the "diffuser-confuser" scheme, there will be a significant increase in heat transfer (about 1.7) than in a smooth channel .

При этом, исходя из конструктивных и технологических соображений, можно принять следующие геометрические характеристики диффузор-конфузорных каналов: отношение длин диффузор-конфузор - от 1:1 до 3:1, углы раскрытия: диффузора βд - от 4° до 12°; длина диффузорной части (1.0÷3.0)·d, где d - диаметр канала.In this case, based on structural and technological considerations, the following geometric characteristics of the diffuser-confuser channels can be adopted: the ratio of the lengths of the diffuser-confuser is from 1: 1 to 3: 1, the opening angles of the diffuser β d are from 4 ° to 12 °; the length of the diffuser part (1.0 ÷ 3.0) · d, where d is the diameter of the channel.

Указанные цифры приняты из следующих соображений. Эксперименты, проведенные с диффузор-конфузорными каналами, показали их эффективность с точки зрения повышения теплообмена во всем исследуемом диапазоне, поэтому ограничения могут быть приняты лишь для конкретной конструкции лопатки в процессе ее доводки. Углы раскрытия диффузора и длины диффузорной части также могут быть конкретизированы исходя из технологических соображений и размеров лопатки. Длина диффузорной части может быть оценена по результатам экспериментов работы [1] - исходя из величины L/a, где а принят за диаметр канала.The indicated figures are taken from the following considerations. The experiments carried out with diffuser-confuser channels showed their effectiveness in terms of increasing heat transfer in the entire studied range, therefore, the restrictions can be accepted only for the concrete design of the blade in the process of finishing it. The opening angles of the diffuser and the length of the diffuser part can also be specified based on technological considerations and the dimensions of the blade. The length of the diffuser part can be estimated from the results of experiments in [1] - based on the value of L / a, where a is taken as the diameter of the channel.

Также, для увеличения коэффициента теплоотдачи к охладителю, на внутренней стенке канала входной кромки делают отверстия, через которые охладитель натекает на внутреннюю поверхность входной кромки. Этот эффект называется «лобовым натеканием» и отличается тем, что значительно повышает коэффициент теплоотдачи, который пропорционален, при прочих равных условиях, скорости натекающей струи. Скорость струи, в свою очередь, определяется перепадом давления на отверстии.Also, to increase the coefficient of heat transfer to the cooler, holes are made on the inner wall of the channel of the inlet edge through which the cooler flows onto the inner surface of the inlet edge. This effect is called “frontal leakage” and differs in that it significantly increases the heat transfer coefficient, which is proportional, ceteris paribus, to the velocity of the leaking jet. The speed of the jet, in turn, is determined by the pressure drop across the hole.

Этот перепад давления можно увеличить, если и стенку входной кромки, и стенку соседнего канала выполнить криволинейными, как показано на фигуре 1. Охладитель, проходя попеременно участки с переменной площадью сечения, будет двигаться с соответственно переменной скоростью. В соответствие с уравнением Бернулли, там, где скорость потока выше, давление будет меньше, и наоборот, где скорость потока меньше, будет выше давление. Так как в соседних каналах чередование проходных площадей сечений противоположно, то на одном уровне сечения наблюдается в одном канале увеличение площади (и падение давления), а в другом канале - соответственно уменьшение площади (и рост давления). То есть наблюдается увеличение перепада давления, и, соответственно, увеличение скорости набегающей струи и увеличение интенсификации теплообмена.This pressure drop can be increased if both the wall of the inlet edge and the wall of the adjacent channel are curved, as shown in figure 1. The cooler, passing alternately sections with a variable cross-sectional area, will move with a correspondingly variable speed. In accordance with the Bernoulli equation, where the flow rate is higher, the pressure will be less, and vice versa, where the flow rate is lower, the pressure will be higher. Since the alternation of the passage areas of the cross sections is opposite in adjacent channels, an increase in area (and pressure drop) is observed in one channel in one channel and a decrease in area (and pressure increase) in the other channel, respectively. That is, there is an increase in the pressure drop, and, accordingly, an increase in the speed of the oncoming jet and an increase in the intensification of heat transfer.

Геометрия стенки входной кромки и геометрия перегородки (отношение длин диффузор-конфузор и углы раскрытия диффузора и конфузора) соответствуют геометрии канала входной кромки. Отверстия в перегородке, исходя из имеющегося опыта проектирования и изготовления рабочих лопаток современных авиационных двигателей, в диапазоне хорды от 30 мм до 70 мм, следует выполнить соответственно диаметром 0.30÷0.8 мм.The geometry of the wall of the input edge and the geometry of the partition (the ratio of the lengths of the diffuser-confuser and the opening angles of the diffuser and confuser) correspond to the geometry of the channel of the input edge. The holes in the partition, based on the experience of designing and manufacturing the working blades of modern aircraft engines, in the chord range from 30 mm to 70 mm, should be made with a diameter of 0.30 ÷ 0.8 mm, respectively.

На фигуре 1 представлена охлаждаемая лопатка (сечение по средней линии), у которой и канал входной кромки 1 с криволинейной внутренней стенкой 3, и соседний канал 2, образуемый криволинейной перегородкой 5, имеют диффузор-конфузорную форму. 6 - прямая перегородка. Стрелками показано движение охлаждающего воздуха.The figure 1 shows a cooled blade (cross section along the midline), in which both the channel of the inlet edge 1 with the curved inner wall 3 and the adjacent channel 2, formed by the curved partition 5, have a diffuser-confuser shape. 6 - direct septum. The arrows indicate the movement of cooling air.

На фигуре 2 показано в увеличенном масштабе место С из фигуры 1. Здесь: 3 - криволинейная внутренняя стенка канала входной кромки; 4 -входная кромка лопатки; 5 - криволинейная перегородка, образующая диффузорно-конфузорный канал; 6 - следующая, уже прямая перегородка; 7 - отверстие в месте сужения проходной площади канала входной кромки (но расширения проходной площади соседнего канала); 8 - отверстие в месте расширения проходной площади канала входной кромки (с противоположными характеристиками отверстию 7).Figure 2 shows, on an enlarged scale, the place C of figure 1. Here: 3 - curved inner wall of the channel of the input edge; 4-input edge of the scapula; 5 - curved septum forming a diffuser-confusor channel; 6 - the next, already direct partition; 7 - hole in the narrowing of the passage area of the channel of the input edge (but the expansion of the passage area of the adjacent channel); 8 - hole in the area of expansion of the passage area of the channel of the input edge (with opposite characteristics of the hole 7).

На фигуре 3 показан разрез по В-В фигуры 1 вдоль оси канала входной кромки. Стрелками показано движение охлаждающего воздуха.The figure 3 shows a section along bb of figure 1 along the axis of the channel of the input edge. The arrows indicate the movement of cooling air.

На фигуре 4 показан разрез по среднему сечению пера лопатки. Стрелкой показано натекание на входную кромку через отверстия 7 из мест с увеличенной площадью проходного сечения и соответственно с перепадом давления, направленным в сторону входной кромки.The figure 4 shows a section along the middle section of the pen blade. The arrow shows the leakage onto the inlet edge through the openings 7 from places with a larger passage area and, accordingly, with a pressure drop directed towards the inlet edge.

На фигуре 5 место входной кромки показано в увеличенном масштабе. Стрелками показано движение охлаждающего воздуха, который, втекая в канал входной кромки 1 через отверстия 7 сужения проходной площади канала входной кромки, обтекая стенку входной кромки, частично эвакуируется через отверстия 8 в местах расширения проходной площади канала входной кромки (см. фиг.2), а частично через отверстие в торце лопатки.In figure 5, the location of the input edge is shown on an enlarged scale. The arrows show the movement of cooling air, which, flowing into the channel of the inlet edge 1 through openings 7 of the narrowing of the passage area of the channel of the inlet edge, flowing around the wall of the inlet edge, is partially evacuated through openings 8 in the places of the expansion of the passage area of the channel of the inlet edge (see Fig. 2), and partially through the hole in the end of the scapula.

На фигуре 6 схематично показан диффузор-конфузорный канал с принятыми обозначениями геометрических характеристик.Figure 6 schematically shows a diffuser-confuser channel with the accepted designations of geometric characteristics.

На фигуре 7 представлены результаты экспериментов, выполненных по работе [2]. Сравнивается эффективность теплообмена в волнистых трубах с различной геометрией диффузор-конфузорных каналов. Цифрами обозначены номера вариантов в соответствии с таблицей 4 и фигурой 6. На оси абсцисс приведены значения чисел Рейнольдса (Re·10-3), а на оси ординат - числа Нуссельта (Nu).The figure 7 presents the results of experiments performed according to [2]. The heat transfer efficiency in corrugated pipes with different geometry of diffuser-confuser channels is compared. The numbers indicate the numbers of options in accordance with Table 4 and Figure 6. On the abscissa axis are the Reynolds numbers (Re · 10 -3 ), and on the ordinate axis are the Nusselt numbers (Nu).

Механизм охлаждения входной кромки в соответствии с предлагаемым решением можно представить следующим образом.The cooling mechanism of the input edge in accordance with the proposed solution can be represented as follows.

Течение газа по диффузору (т.е. в поле положительного градиента давления сопровождается существенным увеличением коэффициента турбулентного обмена количеством движения. При этом, в соответствии с концепцией идентичности носителей количества движения и теплоты, следует ожидать заметной интенсификации теплообмена.The gas flow through the diffuser (that is, in the field of a positive pressure gradient is accompanied by a significant increase in the coefficient of turbulent exchange of momentum. Moreover, in accordance with the concept of identity of the carriers of the momentum and heat, one should expect a noticeable intensification of heat transfer.

Вместе с тем, течение газа по конфузору (то есть в поле продольного отрицательного градиента давления) связано с уменьшением интенсивности теплообмена, которое объясняется прекращением генерации турбулентности и вырождением остаточной турбулентности под действием отрицательных градиентов давления. Таким образом, в канале, представляющем собой последовательное чередование диффузоров с малыми углами расширения и конфузоров, энергия турбулентности, накопленная потоком в диффузоре, полезным образом используется в конфузоре. Разумеется, протяженность диффузорных частей канала даже при малых углах расширения должна быть ограничена для предотвращения отрыва потока - эффекта, приводящего к большим энергетическим потерям. Окончательная геометрия СО определяется в процессе доводки конструкции, и некоторые размеры могут иметь отличия от вышеуказанных.At the same time, the gas flow through the confuser (i.e., in the field of a longitudinal negative pressure gradient) is associated with a decrease in heat transfer intensity, which is explained by the cessation of turbulence generation and the degeneration of residual turbulence under the influence of negative pressure gradients. Thus, in the channel, which is a sequential alternation of diffusers with small expansion angles and confusers, the turbulence energy accumulated by the flow in the diffuser is usefully used in the confuser. Of course, the length of the diffuser parts of the channel, even at small expansion angles, should be limited to prevent flow separation, an effect leading to large energy losses. The final geometry of the CO is determined during the refinement of the structure, and some sizes may differ from the above.

Таким образом, использование заявляемой охлаждаемой лопатки газовой турбины позволяет за счет лучшего охлаждения входной кромки лопатки при тех же расходах охлаждающего воздуха по сравнению с существующими аналогами повысить температуру газа на входе в турбину и увеличить удельные параметры двигателя, или при той же температуре газа продлить ресурс лопатки, а, следовательно и двигателя.Thus, the use of the inventive cooled blade of a gas turbine allows, due to better cooling of the inlet edge of the blade with the same cooling air flow rates compared to existing analogues, increase the gas temperature at the turbine inlet and increase the specific engine parameters, or at the same gas temperature, extend the life of the blade , and, consequently, the engine.

Claims (4)

1. Охлаждаемая лопатка, преимущественно высокотемпературных газовых турбин, содержащая канал входной кромки и перегородку, образующую также канал, соседствующий с каналом входной кромки, отличающаяся тем, что внутренняя стенка входной кромки, а также стенка канала входной кромки и канала, образованного перегородкой, выполнены криволинейными так, что образуют каналы диффузор-конфузорного типа.1. The cooled blade, mainly of high-temperature gas turbines, containing a channel of the inlet edge and a partition, also forming a channel adjacent to the channel of the inlet edge, characterized in that the inner wall of the inlet edge, as well as the wall of the inlet edge channel and the channel formed by the partition, are made curved so that form channels diffuser-confuser type. 2. Охлаждаемая лопатка по п.1, отличающаяся тем, что канал входной кромки и канал, образованный перегородкой, расположены взаимно так, что места сужения площади проходного сечения канала входной кромки соседствуют с местами расширения площади проходного сечения канала, образованного перегородкой, и, наоборот, места расширения площади проходного сечения канала входной кромки соседствуют с местами сужения площади проходного сечения канала, образованного перегородкой.2. The cooled blade according to claim 1, characterized in that the channel of the inlet edge and the channel formed by the partition are mutually arranged so that the places of narrowing the area of the passage section of the channel of the input edge are adjacent to the places of expansion of the area of the passage section of the channel formed by the partition, and vice versa , places to expand the area of the passage section of the channel of the input edge are adjacent to the places of narrowing the area of the passage section of the channel formed by the partition. 3. Охлаждаемая лопатка по п.1, отличающаяся тем, что в местах сужения и расширения канала входной кромки в стенке канала входной кромки выполнены отверстия для натекания охлаждающего воздуха на внутреннюю стенку входной кромки.3. The cooled blade according to claim 1, characterized in that in the places of narrowing and expansion of the channel of the input edge in the channel wall of the input edge, holes are made for leakage of cooling air to the inner wall of the input edge. 4. Охлаждаемая лопатка по п.1, отличающаяся тем, что геометрические характеристики каналов лежат в следующих пределах:4. The cooled blade according to claim 1, characterized in that the geometric characteristics of the channels are in the following ranges: углы раскрытия диффузоров 4÷12°;opening angles of diffusers 4 ÷ 12 °; длина диффузорной части (1÷3)d, где d - диаметр канала;the length of the diffuser part (1 ÷ 3) d, where d is the diameter of the channel; отношение длин диффузорной и конфузорной частей 1:1÷3:1;the ratio of the lengths of the diffuser and confuser parts 1: 1 ÷ 3: 1; диаметры отверстий натекания на входную кромку 0,3÷0,8 мм.
Figure 00000001
the diameters of the leakage holes on the input edge of 0.3 ÷ 0.8 mm
Figure 00000001
RU2013102386/06U 2013-01-21 2013-01-21 COOLED GAS TURBINE SHOVEL RU131416U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013102386/06U RU131416U1 (en) 2013-01-21 2013-01-21 COOLED GAS TURBINE SHOVEL

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013102386/06U RU131416U1 (en) 2013-01-21 2013-01-21 COOLED GAS TURBINE SHOVEL

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU131416U1 true RU131416U1 (en) 2013-08-20

Family

ID=49163180

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013102386/06U RU131416U1 (en) 2013-01-21 2013-01-21 COOLED GAS TURBINE SHOVEL

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU131416U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2666385C1 (en) * 2015-01-09 2018-09-07 Сименс Акциенгезелльшафт Gas turbine element with film cooling

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2666385C1 (en) * 2015-01-09 2018-09-07 Сименс Акциенгезелльшафт Gas turbine element with film cooling
US10352174B2 (en) 2015-01-09 2019-07-16 Siemens Aktiengesellschaft Film-cooled gas turbine component

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6607566B2 (en) Air-cooled engine surface cooler
EP3073219A1 (en) Tube in cross-flow conduit heat exchanger
US9097470B2 (en) Internal liquid separating hood-type condensation heat exchange tube
JP2017122435A (en) Methods of cooling fluid using annular heat exchanger
CN109989831B (en) Heat exchanger with integrated diffuser
EP3441602A1 (en) Heat sink of a turbomachine
JP2017122434A (en) Heat exchanger for embedded engine applications
JP2011220364A (en) Discharge elbow provided with guide vane
JP2017125491A (en) Heat exchanger for embedded engine applications: curvilinear plate
Kusterer et al. Heat transfer enhancement for gas turbine internal cooling by application of double swirl cooling chambers
CN101779001A (en) Blade cooling structure of gas turbine
EP2299058A2 (en) Cooled blade or vane and corresponding fluid flow conduit
JP2017129116A (en) Heat exchanger for embedded engine applications: transduct segments
CN108533332B (en) Turbine nozzle and radial turbine provided with turbine nozzle
RU131416U1 (en) COOLED GAS TURBINE SHOVEL
CN105408586A (en) Turbine blade having heat sinks that have the shape of aerofoil profile
JP2013024468A (en) Heat transfer tube array structure for heat exchanger
Bhatkar et al. An experimental analysis of liquid air jet pump
CN110986624B (en) Parallel flow heat exchanger
Ahmad et al. Enhancement of heat transfer effectiveness of tabular air to air heat exchanger used in gas turbine engine–A CFD analysis of the problem
CN109556441B (en) Abnormal plate-fin cooler
RU2675733C1 (en) Heat exchanging surface
US10619853B2 (en) Micro turbine generator with guide vane structure
US12025387B2 (en) Turning vanes and heat exchangers and methods of making the same
US20210041188A1 (en) Turning vanes and heat exchangers and methods of making the same

Legal Events

Date Code Title Description
MM1K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20130918