RU2131977C1 - Enveloped blade for turbo-machine - Google Patents
Enveloped blade for turbo-machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2131977C1 RU2131977C1 RU97107690A RU97107690A RU2131977C1 RU 2131977 C1 RU2131977 C1 RU 2131977C1 RU 97107690 A RU97107690 A RU 97107690A RU 97107690 A RU97107690 A RU 97107690A RU 2131977 C1 RU2131977 C1 RU 2131977C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shell
- screen
- blade
- gap
- heat
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к газотурбостроению. The invention relates to the field of power engineering, in particular to gas turbine construction.
Известна (1) сопловая лопатка турбомашины, состоящая из охлаждаемого изнутри полого профильного несущего пера-стержня, неохлаждаемой профильной оболочки, обтекаемой рабочим телом и установленной с образованием зазора между оболочкой и стержнем, по меньшей мере одного экрана, выполненного с размещенными на его поверхности выступами. Known (1) is a nozzle blade of a turbomachine, consisting of an inside hollow profile bearing feather-rod, an uncooled profile shell, streamlined by the working fluid and installed with the formation of a gap between the shell and the rod, at least one screen made with protrusions placed on its surface.
Недостатком такой конструкции является наличие воздуха в герметичном (непроницаемом) зазоре. Воздух попадает в зазор естественным путем из атмосферы при технологической сборке лопатки. The disadvantage of this design is the presence of air in an airtight (impermeable) gap. Air enters the gap naturally from the atmosphere during the technological assembly of the blade.
Воздух в зазоре, являясь теплоносителем, обусловливает спонтанную (самопроизвольную) передачу теплоты теплопроводностью и конвекцией через пристеночные воздушные слои (2). Исследования показали, что дополнительное количество теплоты, передаваемое теплопроводностью и конвекцией, соизмеримо с количеством теплоты, спонтанно передаваемой через зазор излучением. The air in the gap, being a coolant, determines the spontaneous (spontaneous) transfer of heat by heat conduction and convection through the wall air layers (2). Studies have shown that the additional amount of heat transmitted by thermal conductivity and convection is commensurate with the amount of heat spontaneously transmitted through the gap by radiation.
Наличие дополнительных потоков теплоты через зазор приводит к повышенному расходу охладителя и соответственно к снижению КПД и удельной мощности газотурбинного двигателя ГТД (3). The presence of additional heat fluxes through the gap leads to an increased consumption of the cooler and, accordingly, to a decrease in the efficiency and specific power of the gas turbine engine of the gas turbine engine (3).
Конструкция (1) принята за прототип. Design (1) is taken as a prototype.
Цель изобретения - устранить дополнительные тепловые потоки через зазор, уменьшить расход охладителя на лопаточный аппарат турбины и таким путем повысить КПД и удельную мощность ГТД. The purpose of the invention is to eliminate additional heat fluxes through the gap, to reduce the flow rate of the cooler on the turbine blade apparatus, and in this way to increase the efficiency and specific power of the gas turbine engine.
Указанная цель достигается тем, что:
во-первых, один из двух элементов оболочковой лопатки турбомашины Флокс - неохлаждаемая оболочка или экран, установленный в зазоре, выполнен полым в виде профилированной колбы с двойными стенками, из пространства между которыми выкачан воздух, а в вакуумированном пространстве свободно установлен по меньшей мере один дополнительный экран, профилированный адекватно двойным стенкам колбы;
во-вторых, каждый из двух элементов оболочковой лопатки турбомишаны Флокс - неохлаждаемая оболочка и экран, установленный в зазоре, выполнен по меньшей мере из одного, указанного ниже, материала: конструкционная керамика и композиты, кварцевое стекло, тугоплавкие термостойкие металлические сплавы, углеграфиты и углекомпозиты;
в-третьих, по меньшей мере на одну поверхность оболочковой лопатки турбомашины Флокс нанесено термостойкое зеркальное покрытие с малой поглощательной и большой отражательной способностями;
в-четвертых, оболочковая лопатка турбомашины Флокс содержит по меньшей мере один компенсатор тепловых расширений;
в-пятых, на периферии пера-стержня оболочковой лопатки турбомашины Флокс установлен и закреплен по его периметру охлаждаемый несущий бурт-упор, воспринимающий центробежные силы от собственных масс неохлаждаемой оболочки и экрана, установленного в зазоре, возникающие при вращении оболочковой лопатки.This goal is achieved by the fact that:
firstly, one of the two elements of the shell blade of the Phlox turbomachine is an uncooled shell or a screen installed in the gap, made hollow in the form of a profiled bulb with double walls, from which air is pumped out from the space, and at least one additional free space is installed in the evacuated space screen profiled adequately to the double walls of the flask;
secondly, each of the two elements of the casing blade is Phlox turbomishan - an uncooled casing and a screen installed in the gap are made of at least one of the following materials: structural ceramics and composites, quartz glass, refractory heat-resistant metal alloys, carbon graphites and carbon composites ;
thirdly, at least one surface of the shell blade of the Phlox turbomachine is coated with a heat-resistant mirror coating with low absorption and high reflectivity;
fourthly, the shell blade of the Phlox turbomachine contains at least one compensator for thermal expansion;
fifthly, on the periphery of the feather-rod of the casing blade of the turbomachine Phlox, a cooled load-bearing support is installed and fixed around its perimeter, which receives centrifugal forces from the intrinsic masses of the uncooled casing and the screen installed in the gap that occur when the casing blade rotates.
Изобретение поясняется соответствующими конструктивными схемами и графиками, которые представлены в следующем виде:
фиг. 1 - оболочковая лопатка турбомашины Флокс, в которой экран, установленный в зазоре, выполнен полым в виде профилированной колбы с двойными стенками;
фиг. 2 - оболочковая лопатка турбомашины Флокс, в которой неохлаждаемая оболочка выполнена полой в виде профилированной колбы с двойными стенками;
фиг. 3 - поперечный разрез оболочковой лопатки турбомашины Флокс, фиг. 4, соединение А-А фиг. 1, фиг. 5 - сечение Б-Б фиг. 2;
фиг. 6 - узел С фиг. 1.The invention is illustrated by the corresponding structural schemes and graphs, which are presented in the following form:
FIG. 1 - shell blade of a Phlox turbomachine, in which the screen installed in the gap is made hollow in the form of a profiled bulb with double walls;
FIG. 2 - shell blade of the Phlox turbomachine, in which the uncooled shell is hollow in the form of a profiled flask with double walls;
FIG. 3 is a cross-sectional view of a shell blade of a Phlox turbomachine; FIG. 4, compound AA of FIG. 1, FIG. 5 is a section BB of FIG. 2;
FIG. 6 - node C of FIG. 1.
фиг. 7 - графики зависимого КПД ГТД от начальной температуры газа Tг, где:
1' - график получен авторами применительно к предлагаемым оболочковым лопаткам турбомашины Флокс, фиг. 1 -6,
2' - график получен в (2, С.125, рис. 76 и 77) применительно к обычным охлаждаемым лопаткам турбины;
3' - точка экстремума на графике 2, определяющая предельную начальную температуру газа Tгз и максимально возможный КПД ГТД η3′;
4' - текущая точка на графике 1, определяющая при начальной температуре газа Tг4 КПД ГТД η4′, который непрерывно и монотонно возрастает при увеличении начальной температуры газа.FIG. 7 - graphs of the GTE dependent efficiency on the initial gas temperature T g , where:
1 'is a graph obtained by the authors as applied to the proposed shell blades of the Phlox turbomachine, FIG. 16,
2 '- the graph is obtained in (2, C.125, Fig. 76 and 77) as applied to conventional cooled turbine blades;
3 'is the extremum point on
4 'is the current point on
На фиг. 1 - 6 в обозначено:
1 - неохлаждаемая профильная оболочка;
2 - герметичный зазор между оболочкой 1 и стержнем 6;
3 - профилированная колба с двойными стенками;
4 - поток рабочего тела турбомашины;
5 - вакуумированное пространство внутри колбы 3;
6 - полое профилированное несущее перо-стержень;
7 - поток охладителя - охлаждающего воздуха, водяного пара и др.;
8 - компенсатор тепловых расширений;
9 - охлаждаемый несущий бурт-упор;
10 - дополнительный экран, установленный внутри профилированной колбы 3;
11 - экран, установленный в зазоре 2;
12 - термостойкое зеркальное покрытие с малой поглощательной и большой отражательной способностями.In FIG. 1 - 6 in indicated:
1 - uncooled profile shell;
2 - a tight gap between the
3 - profiled flask with double walls;
4 - flow of the working fluid of a turbomachine;
5 - evacuated space inside the
6 - hollow profiled supporting feather-rod;
7 - a stream of a cooler - cooling air, water vapor, etc .;
8 - compensator thermal expansion;
9 - cooled bearing collar;
10 - an additional screen installed inside the
11 is a screen installed in the
12 - heat-resistant mirror coating with low absorption and high reflectivity.
На фиг. 1 - 6 видно, что в зазоре 2, между оболочкой 1 и стержнем 6, свободно установлен экран 11, который в данном случае выполнен полым в виде профилированной колбы с двойными стенками 3, из пространства 5 между которыми выкачан воздух. Оболочка 1 и экран 11 в виде колбы с двойными стенками 3 могут быть выполнены по меньшей мере из одного указанного ниже материала: конструкционной керамики и композитов, кварцевого стекла, тугоплавких и жаропрочных металлов, углеграфитов и углекомпозитов. На разрезе А-А видно, что на поверхности двойных стенок 3 нанесены термостойкие зеркальные покрытия 11, 12 с малой поглощательной и большой отражательной способностями. Одна из двойных стенок 3 содержит компенсаторы тепловых расширений 8. Оболочковая лопатка турбомашины Флокс содержит охлаждаемый несущий бурт-упор 9, скрепленный с несущим пером-стержнем 6. In FIG. 1 to 6, it can be seen that in the
На фиг. 7 представлены графики зависимости КПД ГТД от начальной температуры газа Тг. График 1' с текущей точкой 4' получен авторами путем расчетного эксперимента, выполненного применительно к оболочковой лопатке турбомашины Флокс, фиг. 1 - 6. График 2' с точкой экстремума 3' заимствован из источника (2) и относится к обычным охлаждаемым турбинным лопаткам.In FIG. 7 shows graphs of the dependence of the efficiency of a gas turbine engine on the initial gas temperature T g . The graph 1 'with the current point 4' was obtained by the authors by a calculation experiment performed with respect to the shell blade of the Phlox turbomachine, FIG. 1 - 6. Graph 2 'with an extremum point of 3' is borrowed from source (2) and refers to ordinary cooled turbine blades.
Оболочковая лопатка турбомашины Флокс, конструктивная схема которой представлена на фиг. 1,3,4, работает следующим образом. The shell blade of the Phlox turbomachine, the structural diagram of which is shown in FIG. 1,3,4, works as follows.
От потока рабочего тела 4 в единицу времени отводится количество теплоты Qг, которое передается теплопроводностью, конвекцией и излучением потоку охладителя 7 через оболочку 1, зазор 2, двойные стенки 3, вакуумированное пространство 5 и перо-стержень 6. Система экранов 3 с зеркальными покрытиями 12 и вакуумированное пространство 5 в совокупности являются весьма эффективной и надежной тепловой защитой (изоляцией) (3.С.366). Эта защита обусловливает резкое и весьма значительное уменьшение мощности теплового потока Qг, что приводит к такому же резкому и весьма значительному уменьшению расхода Qохл охладителя 7.The amount of heat Q g is transferred from the flow of the working
Уменьшение теплового потока Qг и расхода охладителя Qохл обусловливает кардинальное качественное и количественное изменение свойств газотурбинного двигателя, что иллюстрируют графики на фиг. 1, 7, в результате получена благоприятная монотонно-возрастающая зависимость 1', характерная для адиабатных (неохлаждаемых) ГТД, вместо весьма неблагоприятной зависимости 2', имеющей пределы по КПД ГТД η3′ и по начальной температуре газа Тгз (2, С. 125).Reduced heat flux Q i and Q OHL coolant flow causes drastic change in the qualitative and quantitative properties of the turbine engine, which illustrate graphs of FIG. 1, 7, as a result, a favorable monotonically increasing dependence 1 'was obtained, which is characteristic of adiabatic (uncooled) gas turbine engines, instead of a very unfavorable dependence 2', which has limits on the gas-turbine engine efficiency η 3 ′ and on the initial gas temperature T gz (2, С. 125).
Тепловые расширения, возникающие при работе оболочковой лопатки в турбомашине, уравновешиваются без поломок конструкции компенсаторами тепловых расширений 8. Thermal expansions arising during the operation of a casing blade in a turbomachine are balanced without structural damage by compensators of
При вращении рабочих лопаток турбомашины возникают центробежные силы собственных масс. Эти силы от масс оболочки 1 и экрана 11, выполненного в виде колбы с двойными стенками 3, уравновешиваются буртом-упором 9, который скреплен с несущим пером-стержнем 6 и который обуславливает возникновение в элементах 1 и 3 напряжений сжатия. Напряжениям сжатия указанные выше материалы хорошо противостоят (4, с. 59-62). When the rotor blades of a turbomachine rotate, centrifugal forces of their own masses arise. These forces from the masses of the
На фиг. 2,3,5 видно, что оболочка 1 выполнена полой в виде профилированной колбы с двойными стенками 3, из пространства 5 между которыми выкачан воздух, а в вакуумированном пространстве 5 свободно установлен дополнительный экран 10. На поверхности двойных стенок 3 и дополнительного экрана 10 нанесены термостойкие зеркальные покрытия 12 с малой поглощательной и большой отражательной способности. Одна из двойных стенок 3 содержит компенсаторы тепловых расширений 8, которые на фиг. 2 не показаны. Оболочковая лопатка турбомашины содержит экран 11, установленный в зазоре 2, и охлаждаемый несущий бурт-упор 9, скрепленный с несущим пером-стержнем 6. In FIG. 2,3,5 it is seen that the
Оболочка 1, выполненная полой в виде профилированной колбы с двойными стенками 3, из пространства 5 между которыми выкачан воздух, а в вакуумированном пространстве 5 свободно установлен дополнительный экран 10, является такой же весьма эффективной и надежной тепловой защитой (изоляцией), как и защита (изоляция), рассмотренная выше и представленная на фиг. 1, а и фиг. 3 в с разрезом А-А. The
Источники информации. Sources of information.
1. Заявка N 95118242/06 (031978) от 26.10.95. Сопловая лопатка турбомашины. Авторы: Тихоплав В.Ю. и др. 1. Application N 95118242/06 (031978) from 10.26.95. Nozzle blade of a turbomachine. Authors: Tikhoplav V.Yu. and etc.
2. Г. Г. Жаров, Л.С.Венцюлис. Судовые высокотемпературные газотурбинные установки, - Л.: Судостроение, 1973, с. 359. 2. G. G. Zharov, L. S. Venciulis. Ship high-temperature gas turbine installations, - L .: Sudostroenie, 1973, p. 359.
3. В.П.Исаченко, В.А.Осипова, А.С.Сукомел, Теплопередача, Изд. 2-е. -М.: Энергия, 1969, с. 440. 3. V.P. Isachenko, V.A. Osipova, A.S. Sukomel, Heat Transfer, Publishing House. 2nd. -M.: Energy, 1969, p. 440.
4. П.Б.Михайлов-Михеев. Справочник по металлическим материалам турбино- и моторостроения. М.-Л.: Машгиз, 1961, с. 838. 4. P. B. Mikhailov-Mikheev. Handbook of metallic materials for turbine and engine building. M.-L .: Mashgiz, 1961, p. 838.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97107690A RU2131977C1 (en) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | Enveloped blade for turbo-machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97107690A RU2131977C1 (en) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | Enveloped blade for turbo-machine |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97107690A RU97107690A (en) | 1999-05-10 |
RU2131977C1 true RU2131977C1 (en) | 1999-06-20 |
Family
ID=20192834
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97107690A RU2131977C1 (en) | 1997-05-06 | 1997-05-06 | Enveloped blade for turbo-machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2131977C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2448258C2 (en) * | 2006-01-03 | 2012-04-20 | Дженерал Электрик Компани | Gas turbine engine blade assembly and gas turbine stator with said assembly |
RU2773167C1 (en) * | 2021-08-18 | 2022-05-31 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Nozzle blade of a turbine of a gas turbine engine |
-
1997
- 1997-05-06 RU RU97107690A patent/RU2131977C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2448258C2 (en) * | 2006-01-03 | 2012-04-20 | Дженерал Электрик Компани | Gas turbine engine blade assembly and gas turbine stator with said assembly |
RU2773167C1 (en) * | 2021-08-18 | 2022-05-31 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Nozzle blade of a turbine of a gas turbine engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US5598697A (en) | Double wall construction for a gas turbine combustion chamber | |
US6769866B1 (en) | Turbine blade and method for producing a turbine blade | |
US4411594A (en) | Support member and a component supported thereby | |
US5181827A (en) | Gas turbine engine shroud ring mounting | |
US4207027A (en) | Turbine stator aerofoil blades for gas turbine engines | |
CA1101058A (en) | Radiant energy power source for jet aircraft and missiles | |
US20110103939A1 (en) | Turbine rotor blade tip and shroud clearance control | |
CA2232897A1 (en) | Gas turbine cooling moving blade | |
CA2928976C (en) | System for thermally isolating a turbine shroud | |
CA2076120A1 (en) | System and method for improved engine cooling | |
US6918749B2 (en) | Compressor with aluminum housing and at least one aluminum rotor | |
CA2151761A1 (en) | Expansion Turbine for Cryogenic Rectification System | |
RU2131977C1 (en) | Enveloped blade for turbo-machine | |
US6711902B2 (en) | Integrated cycle power system and method | |
GB2051962A (en) | Turbine Shroud Ring Support | |
CN112857045A (en) | Vertical high temperature furnace vacuum seal reflecting screen furnace structure | |
US3271004A (en) | Turbine vane adapted for high temperature operation | |
US4081967A (en) | Closed cycle solar generator | |
JP4294736B2 (en) | Gas turbine equipment with combustion chamber lined with ceramic blocks | |
US20180372112A1 (en) | Heat exchange system for a turbomachine and an associated method thereof | |
US3382920A (en) | Radiator structure with variable emissivity | |
JPS5817324B2 (en) | Heat shielding structure of metal structure in contact with high temperature gas atmosphere in gas turbine | |
RU2118462C1 (en) | Turbomachine rotating blade | |
US20050120719A1 (en) | Internally insulated turbine assembly | |
JPH08226304A (en) | Ceramic stator blade |