RU2159335C1 - Способ охлаждения рабочего колеса турбины многорежимного турбореактивного двигателя - Google Patents
Способ охлаждения рабочего колеса турбины многорежимного турбореактивного двигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2159335C1 RU2159335C1 RU99108860A RU99108860A RU2159335C1 RU 2159335 C1 RU2159335 C1 RU 2159335C1 RU 99108860 A RU99108860 A RU 99108860A RU 99108860 A RU99108860 A RU 99108860A RU 2159335 C1 RU2159335 C1 RU 2159335C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- gas
- power setting
- cooling
- channels
- Prior art date
Links
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области охлаждения турбореактивных двигателей. Для осуществления способа при переходе двигателя на крейсерский режим наряду с уменьшением расхода охлаждающего воздуха, поступающего в коллектор, подводят газ из проточной части турбины на вход системы охлаждения рабочего колеса турбины. При этом соотношение массовых расходов газа и воздуха выбирают в пределах 0,8 - 1,6. Центробежные силы, действующие в радиальных каналах диска и каналах рабочих лопаток рабочего колеса, снижают давление на входе системы охлаждения рабочего колеса. Полученная газовоздушная смесь поступает в радиальные каналы диска и рабочих лопаток, где, во-первых, относительно "дешевая" газовоздушная смесь достаточно эффективно охлаждает элементы рабочего колеса турбины и, во-вторых, "прогревая" их относительно максимального режима работы двигателя, уменьшает радиальные зазоры между лопаткой и корпусом турбины. Кроме того, следует отметить, что скорости течения газовоздушной смеси на крейсерском режиме и течения охлаждающего воздуха на максимальном режиме в каналах диска и рабочих лопаток близки друг к другу, а значит эффективность теплообмена на крейсерском режиме увеличивается. Использование изобретения позволяет повысить КПД турбины и снизить удельные расходы топлива на крейсерских режимах. 1 ил.
Description
Изобретение относится к области охлаждения турбореактивных двигателей а именно к способам охлаждения рабочих колес высокотемпературных турбин многорежимных авиационных двигателей.
Известен способ охлаждения рабочего колеса турбины многорежимного турбореактивного двигателя, включающий подачу охлаждающего воздуха в систему охлаждения рабочего колеса [1].
Однако в этом способе охлаждающий воздух расходуется в полной мере на всех режимах, что приводит к снижению КПД турбины.
Указанный недостаток частично решен в другом техническом решении, наиболее близком к изобретению, а именно, в способе охлаждения рабочего колеса турбины многорежимного турбореактивного двигателя, включающем подачу охлаждающего воздуха в систему охлаждения рабочего колеса и изменение его расхода по режимам работы двигателя [2].
В указанном способе охлаждающий воздух подают в систему охлаждения рабочего колеса на разных режимах по-разному. Так через одно сопловое устройство охлаждающий воздух поступает в систему охлаждения рабочего колеса на крейсерском режиме и через два полностью открытых сопловых устройства на максимальном, что позволяет несколько повысить коэффициент полезного действия (КПД).
Однако, и в этом решении на крейсерском режиме используется охлаждающий воздух, по своим параметрам рассчитанный на максимальный режим работы двигателя, то есть эффективность использования этого воздуха здесь невысока. Кроме того, эффективность охлаждения рабочих лопаток ухудшается вследствие снижения расхода охлаждающего воздуха, а следовательно, уменьшения скоростей течения воздуха в каналах лопатки, что ведет к снижению эффективности теплообмена. Это значит, что придется расходовать на охлаждение лопатки больше "дорогого" воздуха, взятого из проточной части двигателя за компрессором. Все это снижает КПД и увеличивает удельные расходы топлива.
Задача изобретения - повысить КПД турбины и снизить удельные расходы топлива на крейсерских режимах.
Указанная задача достигается тем, что в способе охлаждения рабочего колеса турбины многорежимного турбореактивного двигателя, включающем подачу охлаждающего воздуха в систему охлаждения рабочего колеса и изменение его расхода по режимам работы двигателя, в нем на крейсерских режимах работы двигателя, наряду с уменьшением расхода охлаждающего воздуха, подводят газ из проточной части турбины на вход системы охлаждения рабочего колеса турбины, при этом соотношение массовых расходов газа и охлаждающего воздуха выбирают в пределах 0,8 - 1,6.
Новым здесь является то, что на крейсерских режимах работы, наряду с уменьшением расхода охлаждающего воздуха, подводят газ из проточной части турбины на вход системы охлаждения рабочего колеса турбины, при этом соотношение массовых расходов газа и охлаждающего воздуха выбирают в пределах 0,8 - 1,6.
Подмешивая газ из проточной части к охлаждающему воздуху перед его подачей в систему охлаждения рабочего колеса, мы, во-первых, в допустимых режимом работы двигателя пределах используем для охлаждения более дешевую охлаждаемую смесь для охлаждения рабочего колеса турбины, во-вторых, сохраняем эффективность теплообмена в охлаждающих каналах на уровне максимального режима, так как скорости течения смеси в каналах остаются близкими, и, в-третьих, несколько "прогревая" в разумных пределах рабочее колесо, мы уменьшаем радиальные зазоры между корпусом и рабочим колесом. Таким образом, удается поднять КПД турбины и уменьшить удельный расход топлива на самом протяженном по времени крейсерском режиме.
Из уровня техники неизвестны технические решения, в которых на крейсерских режимах работы двигателя, наряду с уменьшением расхода охлаждающего воздуха, подводят газ из проточной части турбины на вход системы охлаждения рабочего колеса турбины, при этом соотношение массовых расходов газа и охлаждающего воздуха выбирают в пределах 0,8 - 1,6. Поэтому можно сделать вывод о соответствии заявленного решения критериям "новизны" и изобретательского уровня".
На чертеже изображен продольный разрез устройства, реализующего способ охлаждения рабочего колеса турбины многорежимного турбореактивного двигателя.
Устройство содержит управляемые дроссели 1, установленные на корпусе, коллектор 3, полые лопатки 4 соплового аппарата 5 турбины, сопловое устройство 6 с внутренней полостью 7, диск 8 рабочего колеса 9, имеющего вентилируемую поверхность 10. В составе рабочего колеса 9 имеются внутренние радиальные охлаждающие каналы 11 диска 8 и каналы 12 рабочих лопаток 13. Сопловой аппарат 5 и рабочие лопатки 13 расположены в проточной части 14 турбины. Придисковая полость 15 и проточная часть 14 турбины сообщены между собой. Радиальные охлаждающие каналы 11 диска 8 и каналы 12 рабочих лопаток 13 составляют систему охлаждения рабочего колеса 9 с входом 16. В сопловых лопатках 4 имеются транзитные каналы 17.
Способ осуществляют следующим образом.
При работе двигателя на максимальном режиме полностью открывают управляемый дроссель 1 и охлаждающий воздух из коллектора 3 подают через транзитные каналы 17 полых лопаток 4 соплового аппарата 5 во внутреннюю полость 7 соплового устройства 6, откуда он поступает к поверхности 10 диска 8 рабочего колеса 9. При этом основная часть воздуха - 90% поступает в радиальные охлаждающие каналы 11 диска 8 и каналы 12 рабочих лопаток 13, а оставшаяся часть воздуха, составляющая 10%, поступает на вентиляцию боковой поверхности 11 диска 8 и вытесняется в проточную часть 14 турбины. Причем, давление в придисковой полости 15 практически не отличается от давления в проточной части 14 турбины ввиду отсутствия между последним и полостью 15 лабиринтных воздушных уплотнений.
При переходе двигателя на крейсерский режим прикрывают управляемый дроссель 1 и уменьшают на 60% относительный массовый расход закомпрессорного воздуха, поступающего в транзитные каналы 17. Подводят газ из проточной части 14 турбины на вход 16 системы охлаждения рабочего колеса 9. Центробежные силы, действующие в радиальных каналах 11 диска 8 и каналах 12 лопаток 13 рабочего колеса 9, снижают давление на входе 16 системы охлаждения рабочего колеса. Под воздействием этого происходит перераспределение рабочего тела в полости 15, взамен вытесняемых 10% охлаждающего воздуха происходит втекание газа из проточной части 14 в полость 15 в количестве, равном 50% от полного расхода охлаждающего воздуха. Вследствие этого в полости 15 образуется "подогретая" газовоздушная смесь, где отношение массового расхода газа к массовому расходу воздуха равно 1,2.
Полученная газовоздушная смесь поступает в радиальные каналы 11 диска 8 и каналы 12 лопаток 13, где, во-первых, относительно "дешевая" газовоздушная смесь достаточно эффективно охлаждает элементы рабочего колеса 9 турбины и, во-вторых, "прогревая" их относительно максимального режима работы двигателя, уменьшает радиальные зазоры между лопаткой и корпусом турбины. Кроме того, следует отметить, что скорости течения газовоздушной смеси на крейсерском режиме и течения охлаждающего воздуха на максимальном режиме в каналах 11 и 12 близки друг к другу, а значит эффективность теплообмена на крейсерском режиме по сравнению с прототипом здесь выше.
Расчеты показывают, что разогрев рабочего колеса 9, в среднем на 25% по отношению к исходному уровню, оставаясь на 12% ниже значений, соответствующих максимальному режиму, приводит к увеличению размеров рабочего колеса 9 и снижению относительного радиального зазора с 2,0% до 0,9%. При меньшем прикрытии управляемого дросселя 1, снижающем расход охлаждающего воздуха на 55%, отношение массовых расходов газа и охлаждающего воздуха = 0,8, что уменьшает относительный радиальный зазор до 1,5%. При снижении расхода охлаждающего воздуха на 65% отношение массовых расходов газа и охлаждающего воздуха = 1,6 и относительный радиальный зазор уменьшается до 0,5%. При этом повышается температура диска 8 и лопаток 13 рабочего колеса 9 до уровня, не превышающего 85 - 90% от максимального значения, допустимого при максимальной частоте вращения ротора.
Таким образом, предлагаемый способ поддерживает оптимальные условия теплообмена в охлаждающих каналах рабочих лопаток и оптимальный радиальный разор между корпусом и лопаткой турбины.
Реализация предлагаемого изобретения позволит существенно повысить эффективный КПД высоконапорных охлаждаемых турбин и снизить удельный расход топлива на крейсерском режиме на 1,5 - 2,0% по сравнению с известным прототипом. Кроме того, реализация предлагаемого изобретения освобождает от необходимости применения сложных устройств для управляемого обогрева корпуса турбины и воздушных лабиринтных уплотнений между боковыми поверхностями рабочего колеса и корпуса турбин.
Применение в предлагаемом способе устройств и приемов, которые каждый в отдельности применяются в промышленности, позволяет сделать вывод о соответствии предложения критерию "промышленная применимость".
Источники информации:
1. Патент США N 4275990, НКИ 416-95, опубл. 1981 г.
1. Патент США N 4275990, НКИ 416-95, опубл. 1981 г.
2. Патент США N 4807433, НКИ 60-39.29, опубл. 1989 г.
Claims (1)
- Способ охлаждения рабочего колеса турбины многорежимного турбореактивного двигателя, включающий подачу охлаждающего воздуха в систему охлаждения рабочего колеса и изменение его расхода по режимам работы двигателя, отличающийся тем, что на крейсерских режимах работы двигателя наряду с уменьшением расхода охлаждающего воздуха подводят газ из проточной части турбины на вход системы охлаждения рабочего колеса турбины, при этом соотношение массовых расходов газа и охлаждающего воздуха выбирают в пределах 0,8 - 1,6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99108860A RU2159335C1 (ru) | 1999-04-28 | 1999-04-28 | Способ охлаждения рабочего колеса турбины многорежимного турбореактивного двигателя |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU99108860A RU2159335C1 (ru) | 1999-04-28 | 1999-04-28 | Способ охлаждения рабочего колеса турбины многорежимного турбореактивного двигателя |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2159335C1 true RU2159335C1 (ru) | 2000-11-20 |
Family
ID=20219163
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU99108860A RU2159335C1 (ru) | 1999-04-28 | 1999-04-28 | Способ охлаждения рабочего колеса турбины многорежимного турбореактивного двигателя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2159335C1 (ru) |
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2450144C1 (ru) * | 2011-03-16 | 2012-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Газотурбинный двигатель |
RU2450143C1 (ru) * | 2011-03-16 | 2012-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Газотурбинный двигатель |
RU2450141C1 (ru) * | 2011-03-16 | 2012-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Газотурбинный двигатель |
RU2450142C1 (ru) * | 2011-03-16 | 2012-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Газотурбинный двигатель |
RU2459967C1 (ru) * | 2011-04-05 | 2012-08-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Двухконтурный газотурбинный двигатель |
RU2501956C1 (ru) * | 2012-07-31 | 2013-12-20 | Николай Борисович Болотин | Двухконтурный газотурбинный двигатель, способ регулирования радиального зазора в турбине двухконтурного газотурбинного двигателя |
RU2506435C2 (ru) * | 2012-05-11 | 2014-02-10 | Николай Борисович Болотин | Газотурбинный двигатель и способ регулирования радиального зазора в турбине газотурбинного двигателя |
RU2511860C1 (ru) * | 2012-09-10 | 2014-04-10 | Николай Борисович Болотин | Двухконтурный газотурбинный двигатель и способ регулирования радиального зазора в турбине двухконтурного газотурбинного двигателя |
RU2529269C1 (ru) * | 2013-06-19 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение ОАО "УМПО" | Двухконтурный газотурбинный двигатель |
RU2599413C2 (ru) * | 2011-04-28 | 2016-10-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Канал для охлаждения корпуса |
RU2614460C1 (ru) * | 2015-12-28 | 2017-03-28 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Система управления расходом воздуха для охлаждения турбины двухконтурного турбореактивного двигателя |
RU2615091C2 (ru) * | 2012-02-14 | 2017-04-03 | Сименс Акциенгезелльшафт | Направляющая лопатка турбины, снабженная дроссельным элементом |
RU2627490C1 (ru) * | 2016-11-15 | 2017-08-08 | Ильдар Хайдарович Бадамшин | Способ повышения ресурса газотурбинного двигателя по числу запусков |
RU2668590C1 (ru) * | 2017-11-02 | 2018-10-02 | Ильдар Хайдарович Бадамшин | Способ повышения ресурса газотурбинного двигателя по числу запусков |
RU2733682C1 (ru) * | 2020-03-23 | 2020-10-06 | Николай Борисович Болотин | Способ охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя и устройство для его реализации |
RU2733681C1 (ru) * | 2020-03-23 | 2020-10-06 | Николай Борисович Болотин | Способ охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя и устройство для его реализации |
-
1999
- 1999-04-28 RU RU99108860A patent/RU2159335C1/ru active
Cited By (18)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2450143C1 (ru) * | 2011-03-16 | 2012-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Газотурбинный двигатель |
RU2450141C1 (ru) * | 2011-03-16 | 2012-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Газотурбинный двигатель |
RU2450142C1 (ru) * | 2011-03-16 | 2012-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Газотурбинный двигатель |
RU2450144C1 (ru) * | 2011-03-16 | 2012-05-10 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Газотурбинный двигатель |
RU2459967C1 (ru) * | 2011-04-05 | 2012-08-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Двухконтурный газотурбинный двигатель |
US9759092B2 (en) | 2011-04-28 | 2017-09-12 | Siemens Aktiengesellschaft | Casing cooling duct |
RU2599413C2 (ru) * | 2011-04-28 | 2016-10-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Канал для охлаждения корпуса |
US9856738B2 (en) | 2012-02-14 | 2018-01-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Turbine guide vane with a throttle element |
RU2615091C2 (ru) * | 2012-02-14 | 2017-04-03 | Сименс Акциенгезелльшафт | Направляющая лопатка турбины, снабженная дроссельным элементом |
RU2506435C2 (ru) * | 2012-05-11 | 2014-02-10 | Николай Борисович Болотин | Газотурбинный двигатель и способ регулирования радиального зазора в турбине газотурбинного двигателя |
RU2501956C1 (ru) * | 2012-07-31 | 2013-12-20 | Николай Борисович Болотин | Двухконтурный газотурбинный двигатель, способ регулирования радиального зазора в турбине двухконтурного газотурбинного двигателя |
RU2511860C1 (ru) * | 2012-09-10 | 2014-04-10 | Николай Борисович Болотин | Двухконтурный газотурбинный двигатель и способ регулирования радиального зазора в турбине двухконтурного газотурбинного двигателя |
RU2529269C1 (ru) * | 2013-06-19 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение ОАО "УМПО" | Двухконтурный газотурбинный двигатель |
RU2614460C1 (ru) * | 2015-12-28 | 2017-03-28 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Система управления расходом воздуха для охлаждения турбины двухконтурного турбореактивного двигателя |
RU2627490C1 (ru) * | 2016-11-15 | 2017-08-08 | Ильдар Хайдарович Бадамшин | Способ повышения ресурса газотурбинного двигателя по числу запусков |
RU2668590C1 (ru) * | 2017-11-02 | 2018-10-02 | Ильдар Хайдарович Бадамшин | Способ повышения ресурса газотурбинного двигателя по числу запусков |
RU2733682C1 (ru) * | 2020-03-23 | 2020-10-06 | Николай Борисович Болотин | Способ охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя и устройство для его реализации |
RU2733681C1 (ru) * | 2020-03-23 | 2020-10-06 | Николай Борисович Болотин | Способ охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя и устройство для его реализации |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2159335C1 (ru) | Способ охлаждения рабочего колеса турбины многорежимного турбореактивного двигателя | |
RU2387846C1 (ru) | Способ охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя и устройство для его реализации | |
US8307662B2 (en) | Gas turbine engine temperature modulated cooling flow | |
US7823389B2 (en) | Compound clearance control engine | |
CN109723558A (zh) | 包括热管理系统的燃气涡轮发动机及其操作方法 | |
US7000404B2 (en) | Heat exchanger on a turbine cooling circuit | |
EP0790390B1 (en) | Turbomachine rotor blade tip sealing | |
US8087249B2 (en) | Turbine cooling air from a centrifugal compressor | |
US7775764B2 (en) | Gas turbine engine rotor ventilation arrangement | |
JP2017120082A (ja) | 圧縮機およびタービンの冷却のための方法およびシステム | |
EP2055895A2 (en) | Turbomachine rotor disk | |
US10844730B2 (en) | Centrifugal airfoil cooling modulation | |
JP2017106462A (ja) | 並列および直列流れでネットワーク形成されるogv熱交換器 | |
CA2963914A1 (en) | Centrifugal compressor diffuser passage boundary layer control | |
JP2011256859A (ja) | 流動混合通気システム | |
EP1988260B1 (en) | Method and system for regulating a cooling fluid within a turbomachine in real time | |
EP2497904B1 (en) | Gas turbine engine rotor cooling with swirled cooling air | |
EP3409900A1 (en) | Clearance control arrangement and corresponding gas turbine engine | |
EP3109435B1 (en) | Intercooled cooling air with heat exchanger packaging | |
US6305157B1 (en) | Gas turbine engine | |
RU2323359C1 (ru) | Система охлаждения газовой турбины турбореактивного двухконтурного двигателя с дополнительным сжатием воздуха в малогабаритном вентиляторе | |
JPH11257156A (ja) | 航空機推進用ガスタ―ビンエンジンを作動する方法 | |
RU2525379C1 (ru) | Способ охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя и устройство для его осуществления | |
US11808210B2 (en) | Intercooled cooling air with heat exchanger packaging | |
US11293298B2 (en) | Heat transfer coefficients in a compressor case for improved tip clearance control system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20080312 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130729 |