RU174950U1

RU174950U1 - TURBINE NOZZLE DEVICE

Info

Publication number: RU174950U1
Application number: RU2016145476U
Authority: RU
Inventors: Сергей Михайлович Скирта; Яна Юрьевна Ильина; Владимир Алексеевич Никоненко; Кирилл Романович Пятунин; Наталия Владимировна Архарова
Original assignee: Общество с ограниченной ответственностью "Инжиниринговый центр "Газотурбинные технологии"
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2016-11-21
Publication date: 2017-11-13

Abstract

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности к высокотемпературным турбинам газотурбинных двигателей для летательных аппаратов, силовых агрегатов морских судов, приводных агрегатов в энергетической и газодобывающей отраслях.Техническим результатом полезной модели является снижение уровня вибронапряженности лопаток рабочего колеса турбины газотурбинного двигателя, за счет изменения количества лопаток соплового аппарата с четного на простое число с использованием двух групп, формируемых по количеству лопаток, а не по шагу расстановки. При этом одна из групп также содержит простое число сопловых лопаток.The utility model relates to the field of engine manufacturing, in particular, to high-temperature turbines of gas turbine engines for aircraft, power units of marine vessels, drive units in the energy and gas production sectors. nozzle apparatus blades from even to prime using two groups formed by the number of shovels Rather than placing step. Moreover, one of the groups also contains a simple number of nozzle blades.

Description

Полезная модель относится к области двигателестроения, в частности к высокотемпературным турбинам газотурбинных двигателей для летательных аппаратов, силовых агрегатов морских судов, приводных агрегатов в энергетической и газодобывающей отраслях.The utility model relates to the field of engine building, in particular to high-temperature turbines of gas turbine engines for aircraft, power units of marine vessels, drive units in the energy and gas industries.

Известен сопловой аппарат турбины газотурбинного двигателя, содержащий четное количество (z_CA) равномерно распределенных по окружности неподвижных (статорных) лопаток, образующих осевой зазор с подвижными (роторными) лопаточными венцами газовой турбины, расположенными как вверх, так и вниз по течению.A known nozzle apparatus of a turbine of a gas turbine engine containing an even number (z _CA ) of stationary (stator) vanes uniformly distributed around the circumference, forming an axial clearance with movable (rotor) vanes of the gas turbine, located both up and downstream.

Основным недостатком такой конструкции является то, что распределение линий частотного спектра возбуждения от четных и кратных гармоник лопаток статора, воспринимаемого лопатками ротора на отдельных частотах вращения, может быть весьма интенсивным. Следовательно, совпадение собственных частот роторных лопаток при данной частоте вращения с одной из указанных линий, может привести к появлению резонансных колебаний и вызвать поломку роторных лопаток.The main disadvantage of this design is that the distribution of the lines of the frequency spectrum of the excitation from the even and multiple harmonics of the stator blades, perceived by the rotor blades at individual rotation frequencies, can be very intense. Therefore, the coincidence of the eigenfrequencies of the rotor blades at a given rotation frequency with one of these lines can lead to the appearance of resonant oscillations and cause damage to the rotor blades.

Известен сопловой аппарат турбины, содержащий четное число лопаток с двухгрупповой разношагостью одинакового количества лопаток в каждой группе (Динамика авиационных газотурбинных двигателей. Под редакцией И.А. Биргера, Б.Ф. Шорра. М.: Машиностроение, 1981. С. 126-128).Known nozzle apparatus of a turbine containing an even number of blades with two-group spacing of the same number of blades in each group (Dynamics of aircraft gas turbine engines. Edited by IA Birger, BF Shorra. M .: Engineering, 1981. P. 126-128 )

Наиболее близким является сопловой аппарат турбины, содержащий z лопаток, расположенных в окружном направлении с двухгрупповой разношагостью, при этом в одной его половине расположена группа с четным числом z₁ лопаток, а во второй половине - группа с числом z₂ лопаток, (описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №274956, МПК F01D 9/02, опубл. 23.02.86. Бюл. №7).The closest is a turbine nozzle apparatus containing z blades located in the circumferential direction with two-group spacing, while in one half there is a group with an even number of z ₁ blades, and in the second half there is a group with z ₂ blades, (description of the invention USSR copyright certificate No. 274956, IPC F01D 9/02, publ. 23.02.86. Bull. No. 7).

Применение групповой разношагости во многих случаях не устраняет доминирующую гармонику и требует проведения подбора шага в группах, что зачастую затруднено или невозможно при доводке двигателя.The use of group divergence in many cases does not eliminate the dominant harmonic and requires the selection of a step in groups, which is often difficult or impossible when refining the engine.

Задачей полезной модели является создание конструкции соплового аппарата, позволяющей изменить вид и интенсивность доминирующей возбуждающей гармоники (равной z_CA), а именно предотвратить резонанс рабочих лопаток турбины газотурбинного двигателя.The objective of the utility model is to create a nozzle apparatus design that allows you to change the appearance and intensity of the dominant exciting harmonic (equal to z _CA ), namely, to prevent the resonance of the working blades of the turbine of a gas turbine engine.

Техническим результатом полезной модели является снижение уровня вибронапряженности лопаток рабочего колеса турбины газотурбинного двигателя, за счет изменения количества лопаток соплового аппарата с четного на простое число с использованием двух групп, формируемых по количеству лопаток, а не по шагу расстановки. При этом одна из групп также содержит простое число сопловых лопаток.The technical result of the utility model is to reduce the level of vibration stress of the blades of the impeller of a turbine of a gas turbine engine by changing the number of blades of the nozzle apparatus from an even to a simple number using two groups formed by the number of blades rather than by the spacing step. Moreover, one of the groups also contains a simple number of nozzle blades.

Технический результат достигается тем, что в сопловом аппарате турбины, содержащем z лопаток, расположенных в окружном направлении с двухгрупповой разношагостью, при этом в одной его половине расположена группа с четным числом z₁ лопаток, а во второй половине - группа с числом z₂ лопаток, в отличие от известного, во второй половине расположена группа с нечетным числом z₂ лопаток, при этом z и z₂ - простые числа.The technical result is achieved by the fact that in the nozzle apparatus of the turbine containing z blades located in the circumferential direction with two-group spacing, while in one half there is a group with an even number of z ₁ blades, and in the second half there is a group with the number z ₂ blades, in contrast to the known, in the second half there is a group with an odd number z _{2 of} blades, while z and z ₂ are prime numbers.

Полезная модель поясняется чертежами, на которых показаны:The utility model is illustrated by drawings, which show:

фиг .1 - схема расстановки лопаток соплового аппарата турбины;Fig. 1 - layout of the blades of the nozzle apparatus of the turbine;

фиг. 2 - спектр пульсаций статического давления на выходной кромке вышестоящей рабочей лопатки;FIG. 2 - spectrum of pulsations of static pressure at the output edge of a superior working blade;

фиг. 3 - амплитудно-частотная характеристика перепада статического давления, действующего на профиль вышестоящей рабочей лопатки.FIG. 3 - the amplitude-frequency characteristic of the differential pressure, acting on the profile of the higher working blades.

Сопловой аппарат турбины (фиг. 1) содержит количество z сопловых лопаток, где z - простое число. Лопатки разделены на две группы с четным и нечетным количеством лопаток. Лопатки установлены по окружности соплового аппарата с неравномерным расположением - двухгрупповая разношагость. При этом в одной половине соплового аппарата расположена группа с четным z₁ числом лопаток, а в другой половине - группа с простым числом z₂ лопаток.The nozzle apparatus of the turbine (Fig. 1) contains the number z of nozzle blades, where z is a prime number. The blades are divided into two groups with an even and odd number of blades. The blades are installed around the circumference of the nozzle apparatus with an uneven arrangement - two-group divergence. Moreover, in one half of the nozzle apparatus there is a group with an even z ₁ number of blades, and in the other half there is a group with a simple number z _{2 of} blades.

При работе турбины изменение количества и распределения статорных лопаток (неподвижных источников возмущения) в лопаточном венце позволяет модифицировать частотный спектр воспринимаемого ротором возбуждения, вызываемого неподвижными источниками возмущения. Происходит разложение резонансного пика на несколько составляющих и, как следствие, снижение общего уровня вибронапряженности лопаток рабочего колеса.During the operation of the turbine, a change in the number and distribution of stator blades (fixed sources of disturbance) in the blade blade allows you to modify the frequency spectrum of the excitation perceived by the rotor caused by fixed sources of disturbance. There is a decomposition of the resonant peak into several components and, as a result, a decrease in the overall level of vibration stress of the impeller blades.

Предлагаемая полезная модель была разработана для газотурбинного двигателя ГТД-110 для исключения резонансных вибраций по 48 гармонике. Сопловой аппарат (фиг. 1) содержит 47 лопаток с двухгрупповой разношагостью, при этом в одной половине лопаточного венца установлено 24 лопатки, а в другой - 23 лопатки.The proposed utility model was developed for the gas turbine engine GTD-110 to exclude resonance vibrations at 48 harmonics. The nozzle apparatus (Fig. 1) contains 47 blades with two-group differences, with 24 blades installed in one half of the blade rim and 23 blades in the other.

Для технической реализации предлагаемой полезной модели необходимо для части лопаточного венца с простым количеством лопаток доработать существующий корпус с целью их монтажа. Конструктивно лопатки монтируются в две половины корпуса, левую и правую соответственно.For the technical implementation of the proposed utility model, it is necessary for the part of the blade rim with a simple number of blades to modify the existing casing for the purpose of their installation. Structurally, the blades are mounted in two halves of the body, left and right, respectively.

При внедрении полезной модели в конструкцию статорных (неподвижных) венцов газовой турбины изменяется частота возбуждающей силы, вызывающая резонансные колебания в роторных венцах газовой турбины, что позволяет избежать разрушения рабочих лопаток. Данный факт подтверждается численным моделированием нестационарных явлений в газотурбинных двигателях.When a utility model is introduced into the design of the stator (fixed) rims of a gas turbine, the frequency of the exciting force changes, causing resonance vibrations in the rotor rims of the gas turbine, which avoids the destruction of the working blades. This fact is confirmed by numerical simulation of unsteady phenomena in gas turbine engines.

По результатам численного моделирования нестационарных явлений при использовании данной полезной модели получено снижение амплитуды пульсаций статического давления и амплитуды колебаний газодинамической нагрузки на 40% (фиг. 2, фиг. 3).According to the results of numerical modeling of non-stationary phenomena when using this utility model, a 40% decrease in the amplitude of static pressure pulsations and the amplitude of oscillations of the gas-dynamic load is obtained (Fig. 2, Fig. 3).

Полезная модель позволяет снизить вибронапряженность роторных лопаток без модификации их конструкции или геометрии, а только за счет изменения количества и распределения статорных лопаток (неподвижных источников возмущения) таким образом, чтобы в результате модифицировать частотный спектр воспринимаемого ротором возбуждения, вызываемого неподвижными источниками возмущения. Благодаря данной полезной модели нет необходимости делать ротор несимметричным. За счет этого облегчается проектирование и изготовление устройства в том отношении, что не возникает трудностей, связанных с вращением несимметричного ротора. В отличие от ротора, комплект источников возмущения является статичным и легко может быть выполнен несимметричным без создания особых проблем при проектировании или изготовлении.The utility model makes it possible to reduce the vibration stress of rotor blades without modifying their design or geometry, but only by changing the number and distribution of stator blades (fixed disturbance sources) in such a way as to modify the frequency spectrum of the excitation perceived by the rotor caused by stationary disturbance sources. Thanks to this utility model, there is no need to make the rotor asymmetrical. Due to this, the design and manufacture of the device is facilitated in the sense that there are no difficulties associated with the rotation of an asymmetric rotor. Unlike a rotor, a set of perturbation sources is static and can easily be performed asymmetrically without creating special problems during design or manufacture.

Claims

A nozzle apparatus of a turbine containing z blades located in the circumferential direction with two-group spacing, while in one half there is a group with an even number of z ₁ blades, and in the second half there is a group with z ₂ blades, characterized in that in the second half there is a group with an odd number z _{2 of} blades, while z and z ₂ are prime numbers.