RU2009331C1

RU2009331C1 - Turbine part convective cooling device

Info

Publication number: RU2009331C1
Authority: RU
Inventors: Г.Н. Бурцева
Original assignee: Научно-производственное предприятие "Завод им.В.Я.Климова"
Priority date: 1990-09-27
Filing date: 1990-09-27
Publication date: 1994-03-15

Abstract

FIELD: cooling systems. SUBSTANCE: perforated member is made in the form of a plate, a rib and pins which edges are engageable with the plate. The cooling circuit height reduces down the cooling medium flow. EFFECT: improved structure. 3 dwg

Description

Изобретение относится к газовым турбинам, в частности к охлаждению лопаток и корпусов высокотемпературных газовых турбин. The invention relates to gas turbines, in particular to the cooling of blades and bodies of high temperature gas turbines.

В настоящее время широкое применение получили конвективный и конвективно-пленочный способы охлаждения. Однако, при конвективно-пленочном охлаждении выдув охладителя в проточную часть турбины приводили к существенным потерям КПД как ступени, так и всей турбины в целом. At present, convective and convective-film cooling methods are widely used. However, with convective-film cooling, blowing the cooler into the turbine duct led to significant losses in efficiency of both the stage and the turbine as a whole.

Существующие варианты конвективного охлаждения отличаются низким уровнем эффективности и, следовательно, не всегда минимальными расходами охладителя. Existing options for convective cooling are characterized by a low level of efficiency and, therefore, not always the minimum cost of a cooler.

Известна конструкция конвективного охлаждения лопатки соплового аппарата, выбранная в качестве прототипа (патент США N 3628880). A known design of convective cooling of the blades of the nozzle apparatus, selected as a prototype (US patent N 3628880).

Охлаждающий воздух через ряд отверстий в перфорированном элементе натекает на внутреннюю поверхность лопатки соплового аппарата с расположенными на ней ребрами. При этом, между ребрами и элементом существует контакт и постоянная высота ребра определяет площадь для прохода охлаждающей среды в реберном канале. Cooling air through a series of holes in the perforated element flows onto the inner surface of the blades of the nozzle apparatus with ribs located on it. In this case, there is contact between the ribs and the element and the constant height of the ribs determines the area for the passage of the cooling medium in the rib channel.

В рассматриваемом прототипе такая конструкция имеет место как со стороны спинки лопатки, так и со стороны корытца. In the prototype under consideration, such a design takes place both from the back of the scapula and from the side of the trough.

Воздушный поток, пройдя перфорированный элемент и минуя реберный канал, поступает в штыревой сужающийся канал, образованный внутренними стенками корытной и спиночной части лопатки. Необходимо отметить, что он является общим, как для потока охладителя со стороны спинки, так и со стороны корытца, т. е. в нем происходит слияние потоков спинки и корытца. Далее поток движется в направлении выпуска. The air stream, passing the perforated element and bypassing the costal canal, enters the pin narrowing channel formed by the inner walls of the trough and back of the scapula. It should be noted that it is common both for the flow of the cooler from the back and from the side of the trough, i.e., it merges the flows of the back and trough. Further, the flow moves in the direction of release.

Однако, площадь для прохода охлаждающей среды особенно на начальных участках штыревого канала достаточно велика и обеспечить необходимый уровень эффективности охлаждения на этом участке не представляется возможным. However, the area for passage of the cooling medium, especially in the initial sections of the pin channel, is large enough and it is not possible to provide the necessary level of cooling efficiency in this section.

Целью изобретения является повышение надежности и экономичности охлаждения. The aim of the invention is to increase the reliability and efficiency of cooling.

Указанная цель достигается тем, что устройство для конвективного охлаждения деталей турбины содержит перфорированный элемент в виде тонкой пластины, контактирующей с ребрами, расположенными на охлаждаемой поверхности, и совместно образующими тракт системы охлаждения. This goal is achieved in that the device for convective cooling of turbine parts contains a perforated element in the form of a thin plate in contact with fins located on the surface to be cooled, and together forming the path of the cooling system.

По ходу течения охладителя за ребрами расположен штыревой канал, в котором штыри концами контактируют с пластиной, образуя продолжение тракта системы охлаждения. Along the flow of the cooler, a pin channel is located behind the fins, in which the pins end contact with the plate, forming a continuation of the cooling system path.

При этом с целью повышения эффективности охлаждения весь тракт прохода охладителя в реберном и штыревом каналах выполнен с уменьшающейся по ходу движения высотой. Moreover, in order to increase the cooling efficiency, the entire path of the cooler passage in the rib and pin channels is made with decreasing height along the direction of travel.

На фиг. 1 изображено устройство для охлаждения верхней полки соплового аппарата, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - сечение В-В на фиг. 1. In FIG. 1 shows a device for cooling the upper flange of a nozzle apparatus, general view; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1; in FIG. 3 is a section BB in FIG. 1.

Устройство представляет собой суживающийся практически по всему ходу течения охладителя тракт, который состоит из каналов 1, образованных внутренней поверхностью полки с выступающими на ней ребрами 2 и контактирующей с ними тонкой пластины 3 с выполненными отверстиями 4. За реберными каналами расположена следующая часть тракта - штыревой канал 5, образованный внутренней поверхностью полки с находящимися на ней штырями и пластиной, имеющей контакт с ними. The device is a path tapering along almost the entire course of the flow of the cooler, which consists of channels 1 formed by the inner surface of the shelf with ribs 2 protruding on it and a thin plate 3 in contact with them with holes 4. Behind the rib channels, the next part of the path is located - the pin channel 5, formed by the inner surface of the shelf with the pins on it and a plate in contact with them.

Воздух, поступающий на охлаждение полки, душируется на часть ее поверхности. Отдельные струйки, выходящие из отверстий 4, расположенных на наклонной по отношению к полке пластине 3, постепенно собираются в поток. Его сужающийся тракт представляет собой сначала каналы 1, образованные охлаждаемой поверхностью с выступающими над ней ребрами 2, контактирующими с пластиной 3, а затем зоны с расположенными в них штырями-турбулизаторами 5. Воздушный поток, минуя реберный канал, поступает в тракт, образованный охлаждаемой поверхностью и той же пластиной 3, соединенных между собой штырями, и движется в направлении выпуска. The air entering the cooling shelf is choked on part of its surface. Separate trickles emerging from the holes 4 located on the plate 3 inclined with respect to the shelf are gradually collected in the stream. Its tapering path is first channels 1 formed by a cooled surface with ribs 2 protruding above it, in contact with the plate 3, and then zones with turbulizer pins 5 located therein. Air flow, bypassing the costal canal, enters the path formed by the cooled surface and the same plate 3, interconnected by pins, and moves in the direction of release.

Благодаря применению этого устройства увеличивается плотность воздушного потока на единицу поверхности в зоне душирования, появляется направленное, постоянно возрастающее по скорости движение потока, текущего как в штыревой канал, так и в самом канале. Использование турбулизирующих штырей существенно повышает уровень коэфициентов теплоотдачи со стороны охладителя в этой зоне. Thanks to the use of this device, the density of the air flow per unit surface in the showering zone increases, a directional, constantly increasing speed movement of the flow appears, both in the pin channel and in the channel itself. The use of turbulizing pins significantly increases the level of heat transfer coefficients from the cooler in this zone.

Использование сужающегося штыревого канала в зонах с высокими коэффициентами теплоотдачи со стороны газа в сочетании с дозированной струйной системой охлаждения в реберном канале постоянно уменьшающейся площади позволяет не только понизить температуру охлаждаемой детали и градиент температур по ней, но и уменьшить расход хладоагента. Все это, в конечном итоге, приводит к повышению экономичности и надежности как турбины, так и всей установки в целом. (56) Копелев С. З. , Гуров С. В. Тепловое состояние элементов конструкции авиационных двигателей. М. , Машиностроение, 1978 г. , с. 208. The use of a tapering pin channel in areas with high heat transfer coefficients on the gas side in combination with a metered jet cooling system in the rib channel of a constantly decreasing area allows not only to lower the temperature of the cooled part and the temperature gradient along it, but also to reduce the refrigerant consumption. All this, ultimately, leads to increased efficiency and reliability of both the turbine and the entire installation as a whole. (56) Kopelev S.Z., Gurov S.V. Thermal state of structural elements of aircraft engines. M., Mechanical Engineering, 1978, with. 208.

Скубачевский Г. С. Авиационные газотурбинные двигатели. Конструкция и расчет деталей. М. , Машиностроение, 1981, с. 550. Skubachevsky G. S. Aircraft gas turbine engines. Design and calculation of parts. M., Mechanical Engineering, 1981, p. 550.

Патент Франции N 2071665, кл. F 01 D 5/00, опубл. 1969. French patent N 2071665, cl. F 01 D 5/00, publ. 1969.

Claims

DEVICE FOR CONVECTIVE COOLING OF TURBINE DETAILS, containing a perforated element forming a path with the inner surface of the part to be cooled communicated through perforation holes to the source of the cooling medium, sequentially arranged ribs are made in the path on the inner surface of the part to be cooled, which form channels with the perforated element adjacent to their edges, and pins, characterized in that, in order to increase the reliability and efficiency of cooling, the perforated element is made in the form of ASTINA, pins are attached to the ends of the plate, and the path formed height that decreases along the cooling medium movement.