RU191926U1

RU191926U1 - TURBINE NOZZLE DEVICE

Info

Publication number: RU191926U1
Application number: RU2019105750U
Authority: RU
Inventors: Вадим Николаевич Заваркин; Федор Васильевич Карпов; Ирина Александровна Немтырева
Original assignee: Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн"
Priority date: 2019-02-28
Filing date: 2019-02-28
Publication date: 2019-08-28

Abstract

Полезная модель относится к области турбостроения, в частности к сопловым лопаткам турбины высокого давления двигателя с противоточной камерой сгорания.Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение КПД турбины высокого давления, за счет снижения потерь кинетической энергии в рабочем колесе.Технический результат достигается тем, что в сопловом аппарате турбины, содержащем сопловые лопатки, разделенные межлопаточными каналами, в отличие от известного, раскрытие площади горла межлопаточного канала по высоте происходит от периферии ко втулке, при этом эффективный угол корневого сечения в два раза превышает эффективный угол периферийного сечения, за счет увеличенной ширины лопатки в корневом сечении относительно других сечений пера лопатки.The invention relates to the field of turbine construction, in particular to nozzle blades of a high-pressure turbine of an engine with a counter-flow combustion chamber. The technical result to which the utility model is aimed is to increase the efficiency of a high-pressure turbine by reducing the kinetic energy loss in the impeller. is achieved by the fact that in a nozzle apparatus of a turbine containing nozzle blades separated by interscapular channels, in contrast to the known one, opening of the neck area of the interscapular Nogo channel adjustment takes place from the periphery to the sleeve, wherein the effective angle of the root section is twice the effective angle of the peripheral section, due to increased blade width at the root section relative to other airfoil sections.

Description

Полезная модель относится к области турбостроения, в частности к сопловым лопаткам турбины высокого давления (ТВД) двигателя с противоточной камерой сгорания (КС).The utility model relates to the field of turbine construction, in particular to nozzle blades of a high pressure turbine (HPT) of an engine with a countercurrent combustion chamber (CS).

Турбина высокого давления в такой схеме находится непосредственно на изгибе выходного патрубка.The high pressure turbine in such a circuit is located directly on the bend of the outlet pipe.

Известен сопловой аппарат двухступенчатой ТВД с противоточной камерой сгорания («Технологическое обеспечение проектирования и производства газотурбинных двигателей» под редакцией Б.Н.Леонова и А.С.Новикова, изд. ОАО «Рыбинский Дом печати», 2000 г., рис. 1.26, стр. 28), содержащий сопловые лопатки, разделенные межлопаточными каналами. Для такой конструктивной схемы характерен большой поворот потока на 180° - перед сопловым аппаратом и непосредственно в самом сопловом аппарате первой ступени ТВД (СА1). При этом возникает эффект прилипания потока к корневой области проточной части за счет центробежных сил и гарантированно получается плохой угол натекания на рабочие лопатки (на корыто, вместо входной кромки), что вызывает отрыв потока на спинке рабочей лопатки и является причиной повышенного уровня потерь кинетической энергии. Самые большие потери имеют место в корневом сечении рабочей лопатки. Чем выше потери кинетической энергии, тем ниже КПД турбины.Known nozzle apparatus of a two-stage turbine engine with a counterflow combustion chamber ("Technological support for the design and production of gas turbine engines" edited by B.N. Leonov and A.S. Novikov, published by OJSC "Rybinsk Printing House", 2000, Fig. 1.26, p. 28), comprising nozzle vanes separated by interscapular channels. Such a design scheme is characterized by a large 180 ° rotation of the flow — in front of the nozzle apparatus and directly in the nozzle apparatus of the first stage of the turbine engine (CA1). In this case, the effect of the flow sticking to the root region of the flowing part due to centrifugal forces occurs and a poor angle of leakage onto the working blades (on the trough, instead of the inlet edge) is guaranteed, which causes the flow to break off at the back of the working blade and causes an increased level of kinetic energy loss. The largest losses occur in the root section of the scapula. The higher the kinetic energy loss, the lower the turbine efficiency.

Техническим результатом, на достижение которого направлена полезная модель, является повышение КПД турбины высокого давления, за счет снижения потерь кинетической энергии в рабочем колесе.The technical result, which the utility model aims to achieve, is to increase the efficiency of a high-pressure turbine, by reducing the loss of kinetic energy in the impeller.

Технический результат достигается тем, что в сопловом аппарате турбины, содержащем сопловые лопатки, разделенные межлопаточными каналами, в отличие от известного, раскрытие площади горла межлопаточного канала по высоте происходит от периферии ко втулке, при этом эффективный угол корневого сечения в два раза превышает эффективный угол периферийного сечения, за счет увеличенной ширины лопатки в корневом сечении относительно других сечений пера лопатки.The technical result is achieved by the fact that in a nozzle apparatus of a turbine containing nozzle blades separated by interscapular channels, in contrast to the known, the opening of the neck area of the interscapular channel in height occurs from the periphery to the sleeve, while the effective root section angle is twice the effective angle of the peripheral sections due to the increased width of the scapula in the root section relative to other sections of the pen blade.

Заявляемое решение поясняется чертежами, на которых изображены: фиг. 1 - вид предлагаемой конструкции СА1 ТВД с противоточной КС; фиг. 2 - вид сопловой лопатки; фиг. 3 - схема геометрических размеров профилирования турбинной решетки, где b - хорда, В - ширина, t - шаг решетки, а_г - минимальное расстояние от выходной кромки до спинки лопатки.The claimed solution is illustrated by drawings, which depict: FIG. 1 is a view of the proposed design CA1 TVD with countercurrent flow control; FIG. 2 is a view of a nozzle blade; FIG. 3 is a diagram of the geometrical dimensions of profiling a turbine lattice, where b is the chord, B is the width, t is the lattice pitch, and _g is the minimum distance from the exit edge to the back of the blade.

Сопловой аппарат турбины (фиг. 1) содержит сопловые лопатки 1, разделенные межлопаточными каналами 2. Для снижения потерь кинетической энергии в рабочем колесе (РК), связанных с большим углом поворота потока в сопловом аппарате, предлагается изменить характер изменения раскрытия площади горла в сопловом аппарате, а именно раскрыть площадь горла (F_г) от периферии 3 ко втулке 4 за счет переменного по высоте эффективного угла (α_эф=f(F_г)), также увеличивающегося от периферии ко втулке, так как самые большие потери кинетической энергии в РК получаются именно в корневом сечении.The nozzle apparatus of the turbine (Fig. 1) contains nozzle blades 1 separated by interscapular channels 2. To reduce the loss of kinetic energy in the impeller (RK) associated with a large angle of rotation of the flow in the nozzle apparatus, it is proposed to change the nature of the change in the opening of the throat area in the nozzle apparatus namely, to reveal the throat area (F _g ) from the periphery 3 to the sleeve 4 due to the effective angle that is variable in height (α _eff = f (F _g )), also increasing from the periphery to the sleeve, since the largest kinetic energy loss in the Republic of Kazakhstan receive tsya it in the root section.

Традиционные методы профилирования лопаточных венцов (фиг. 3), такие как постоянство циркуляции окружной скорости или постоянство эффективного угла лопатки по высоте, приводят к тому, что раскрытие площади горла соплового аппарата (а_г) уменьшается от периферии ко втулке, как с противоточной камерой сгорания, или остается постоянной, как в турбинах с прямоточными камерами сгорания. Поэтому угол потока на выходе из соплового аппарата постоянен по высоте или изменяется незначительно и примерно равен 15…18°.Traditional methods of profiling blade rows (FIG. 3), such as permanence circulation circumferential speed or permanence effective blade angle adjustment, lead to the fact that the disclosure of the throat area of the nozzle (a _r) decreases from the periphery to the sleeve as a counterflow combustion chamber , or remains constant, as in turbines with once-through combustion chambers. Therefore, the flow angle at the exit of the nozzle apparatus is constant in height or varies slightly and is approximately equal to 15 ... 18 °.

Для уменьшения угла поворота потока в корневом сечении необходимо изменить характер распределения эффективного угла по высоте за счет раскрытия площади горла от периферии ко втулке. Согласно расчетам, изменение эффективного угла следующим образом:To reduce the angle of rotation of the flow in the root section, it is necessary to change the nature of the distribution of the effective angle along the height due to the disclosure of the throat area from the periphery to the sleeve. According to calculations, the change in the effective angle is as follows:

α_периф - 13°α _perip - 13 °

α_{ср. сеч.} - 15°α _{cf. sec.} - 15 °

α_втулка - 26°α _sleeve - 26 °

приводит к тому, что раскрытие площади горла втулки становится больше раскрытия площади горла периферии примерно в 2 раза - а_{г втулки}/а_г _периф≈2.leads to the fact that the opening of the throat area of the sleeve becomes larger than the opening of the throat area of the periphery by about 2 times - and _{g of the sleeve} / a _{g of} _peripheral ≈2.

Для того, чтобы избежать отрыва потока в корневом сечении 5 СА1 (фиг. 2), оно выполняется с увеличенной шириной относительно остальных сечений, при этом хорды в сечениях примерно одинаковы, что сохраняет аэродинамическое качество лопатки.In order to avoid flow separation in the root section 5 CA1 (Fig. 2), it is performed with an increased width relative to the remaining sections, while the chords in the sections are approximately the same, which preserves the aerodynamic quality of the blade.

Как показывают расчеты снижение потерь кинетической энергии в рабочем колесе при профилировании сопловых лопаток с отношением раскрытия площади горла на втулке к раскрытию площади горла на периферии приблизительно равным 2 (а_{г втулки}/а_г _периф≈2) составляет ~1% (с 6,8% до 5,7%), что приводит к выигрышу по КПД ТВД в ~0,5%.As calculations show, the reduction of kinetic energy losses in the impeller when profiling nozzle blades with the ratio of the opening of the neck area on the sleeve to the opening of the neck area at the periphery of approximately 2 (a _{g of the sleeve} / a _{g of} _peripheral ≈2) is ~ 1% (from 6.8 % to 5.7%), which leads to a gain in the efficiency of a theater of theater of ~ 0.5%.

Таким образом, предложенная конструкция соплового аппарата позволяет повысить КПД турбины высокого давления.Thus, the proposed design of the nozzle apparatus allows to increase the efficiency of the high pressure turbine.

Claims

A nozzle apparatus of a turbine containing nozzle blades separated by interscapular channels, characterized in that the disclosure of the neck area of the interscapular channel in height occurs from the periphery to the sleeve, while the effective root section angle is twice the effective angle of the peripheral section, due to the increased blade width in root section relative to other sections of the scapula pen.