RU2196239C2 - Система охлаждения турбины турбореактивного двигателя - Google Patents
Система охлаждения турбины турбореактивного двигателя Download PDFInfo
- Publication number
- RU2196239C2 RU2196239C2 RU2001109018A RU2001109018A RU2196239C2 RU 2196239 C2 RU2196239 C2 RU 2196239C2 RU 2001109018 A RU2001109018 A RU 2001109018A RU 2001109018 A RU2001109018 A RU 2001109018A RU 2196239 C2 RU2196239 C2 RU 2196239C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- nozzle
- cooling system
- heat exchanger
- engine
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Система охлаждения турбины турбореактивного двигателя содержит последовательно установленные коллектор с управляемыми клапанами на выходе, сообщенный своим входом с воздушной полостью камеры сгорания, многоканальный воздуховод, проходящий через внутренние полости сопловых лопаток, сопловой аппарат закрутки и каналы охлаждения рабочего колеса. Для двухконтурного турбореактивного двигателя система охлаждения снабжена воздухо-воздушным теплообменником, размещенным в воздушном тракте наружного контура. Сообщение коллектора с воздушной полостью камеры сгорания выполнено через охлаждаемые каналы теплообменника. Между выходом коллектора и многоканальным воздуховодом установлен дополнительный коллектор. Каждый канал воздуховода образован дефлектором, установленным в сопловой лопатке вдоль ее внутренней поверхности. Выходной канал соплового аппарата закрутки повернут в сторону вращения рабочего колеса, причем средняя линия этого колеса образует с продольной осью двигателя угол в интервале 60-85o. Изобретение позволяет снизить температуру рабочего колеса турбины и связанного с ним уменьшения радиального зазора между статором и рабочим колесом. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Description
Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к системам охлаждения турбин ТРД.
Известна система охлаждения турбины ТРД [1].
Из известных систем охлаждения наиболее близкой к предложенной является система охлаждения турбины ТРД, содержащая последовательно установленные коллектор с управляемыми клапанами на выходе, сообщенный своим входом с воздушной полостью камеры сгорания, многоканальный воздуховод, проходящий через внутренние полости сопловых лопаток, сопловой аппарат закрутки и каналы охлаждения рабочего колеса [2].
В указанной системе элементы турбины охлаждаются воздухом, отобранным за последней ступенью компрессора, который имеет самый высокий уровень температуры в газовоздушном тракте двигателя. Этот воздух подается на охлаждение рабочих лопаток через диск рабочего колеса в его средней и периферийной зонах. С другой стороны, теплоподвод к диску происходит из газовоздушного тракта турбины через рабочие лопатки и их замковую часть. Высокая температура охлаждающего воздуха приводит к росту температуры периферийной и средней зоны при относительно "холодной" ступице диска. Такая неравномерность температур в диске приводит к высокому уровню напряжений в нем, что уменьшает ресурс двигателя на максимальных режимах. Кроме того, высокая температура элементов рабочего колеса приводит к их значительным температурным расширениям, вследствие чего увеличивается радиальный зазор между статором и рабочим колесом.
Задачей изобретения является снижение температуры рабочего колеса турбины и связанного с ним уменьшения радиального зазора между статором и рабочим колесом. В схеме одноконтурного двигателя нет возможности снизить температуру воздуха, подаваемого на охлаждение рабочего колеса турбины, хотя имеется достаточный запас по давлению.
Наличие аппарата закрутки позволяет частично снизить температуру воздуха, подаваемого к рабочему колесу в том случае, когда воздух выпускается в направлении вращения рабочего колеса. В большей степени снижение температуры без использования дополнительного рабочего тела может быть осуществлено в схеме широко применяемых двухконтурных турбореактивных двигателей.
Указанная задача решается тем, что известная система охлаждения турбины ТРД, содержащая последовательно установленные коллектор с управляемыми клапанами на выходе, сообщенный своим входом с воздушной полостью камеры сгорания, многоканальный воздуховод, проходящий через внутренние полости сопловых лопаток, сопловой аппарат закрутки и каналы охлаждения рабочего колеса, для двухконтурного турбореактивного двигателя снабжена воздухо-воздушным теплообменником, размещенным в воздушном тракте наружного контура, сообщение коллектора с воздушной полостью камеры сгорания выполнено через охлаждаемые каналы теплообменника, между выходом коллектора и многоканальным воздуховодом установлен дополнительный коллектор, при этом каждый канал воздуховода образован дефлектором, установленным в сопловой лопатке вдоль ее внутренней поверхности, а выходной канал соплового аппарата закрутки повернут в сторону вращения рабочего колеса, причем средняя линия этого канала образует с продольной осью двигателя угол в интервале 60÷85o. При этом теплообменник выполнен в виде отдельных секций, равномерно распределенных по периметру наружного контура двигателя. Дефлектор может быть выполнен перфорированным, а полость, образованная дефлектором и внутренней поверхностью сопловой лопатки, через щель в задней кромке сообщена с газовоздушным трактом турбины.
Наличие теплообменника, размещенного в наружном контуре, вход которого по охлаждаемому тракту сообщен с воздушной полостью камеры сгорания, а выход - с воздуховодом, позволяет значительно снизить температуру охлаждающего воздуха.
Выполнение воздуховода в виде дефлектора, установленного в сопловой лопатке вдоль ее внутренней поверхности, приводит, с одной стороны, к снижению потерь давления охлаждающего воздуха, что частично компенсирует потери давления в теплообменнике, а с другой снижает подогрев транзитного воздуха от сопловых лопаток.
В результате имеем минимальные потери давления в охлаждающем тракте при значительном снижении температуры охлаждающего воздуха, подаваемого в аппарат закрутки. Высокое давление воздуха, подаваемого в аппарат закрутки, обеспечивает высокую скорость этого воздуха в его выходных каналах, что приводит к дополнительному снижению его температуры. При этом максимальное снижение температуры реализуется в случае подачи воздуха в направлении вращения рабочего колеса в диапазоне углов 60÷85o.
На фиг.1 показан продольный разрез двигателя с системой охлаждения;
на фиг.2 - поперечное сечение сопловой лопатки с дефлектором;
на фиг. 3 - поперечное сечение сопловой лопатки с перфорированным дефлектором;
на фиг.4 - сечение по сопловому аппарату закрутки и рабочему колесу;
на фиг.5 - вид по стрелке С на секции теплообменника.
на фиг.2 - поперечное сечение сопловой лопатки с дефлектором;
на фиг. 3 - поперечное сечение сопловой лопатки с перфорированным дефлектором;
на фиг.4 - сечение по сопловому аппарату закрутки и рабочему колесу;
на фиг.5 - вид по стрелке С на секции теплообменника.
Система охлаждения ТРД содержит коллектор 1 с управляемыми клапанами 2, воздушную полость 3 камеры сгорания 4, многоканальный воздуховод 5, проходящий через внутренние полости 6 сопловых лопаток 7, сопловой аппарат закрутки 8, каналы охлаждения 9 рабочего колеса 10 турбины. Система охлаждения снабжена воздухо-воздушным теплообменником 11, размещенным в воздушном тракте 12 наружного контура 13. Сообщение коллектора 1 с воздушной полостью 3 камеры сгорания 4 выполнено через охлаждаемые каналы 14 теплообменника 11, а между выходом коллектора 1 и многоканальным воздуховодом 5 установлен дополнительный коллектор 15, при этом каждый канал 16 воздуховода 5 образован дефлектором 17, установленным в сопловой лопатке 7 вдоль ее внутренней поверхности 18.
Выходной канал 19 соплового аппарата закрутки 8 повернут в сторону вращения рабочего колеса 10, причем средняя линия 20 канала 19 образует с продольной осью 21 двигателя угол α в интервале 60÷85o. Сопловой аппарат закрутки 8 и рабочее колесо 10 образуют переднюю думисную полость 22 турбины. Рабочее колесо содержит каналы охлаждения 9 и рабочую лопатку 23, торец 24 которой отделен от статора 25 радиальным зазором 26.
Теплообменник 11 выполнен в виде отдельных секций 27, равномерно распределенных по периметру 28 наружного контура 13. Для высокотемпературных ТРД дефлектор 17 выполнен перфорированным отверстиями 29, а полость 30, образованная дефлектором 17 и внутренней поверхностью 18 сопловой лопатки 7 через щель 31 в задней кромке 32 сообщена с газовоздушным трактом 33 турбины.
Система охлаждения ТРД работает следующим образом.
Воздух из воздушной полости 3 камеры сгорания 4 поступает в охлаждаемые каналы 14 теплообменника 11, где он охлаждается более холодным воздухом воздушного тракта 12 наружного контура 13. После охлаждения воздух поступает в коллектор 1 по всему периметру. Далее из коллектора 1 воздух поступает через клапаны 2 в дополнительный коллектор 15, в котором он также распределяется по всему периметру, что позволяет равномерно запитать им многоканальный воздуховод 5. Воздух проходит через внутренние полости дефлекторов 17 сопловых лопаток 7 и поступает в сопловой аппарат закрутки 8, а из него выбрасывается в переднюю думисную полость 22 турбины. Давление в думисной полости 22 равно давлению в газовоздушном тракте 33 и значительно ниже уровня входного давления в сопловом аппарате закрутки 8. Выбрасывая охлаждающий воздух через выходные каналы 19 соплового аппарата закрутки 8, расширяют воздух до скорости, при которой статическое давление разгоняемого потока равно давлению в думисной полости 22. При таком расширении потока с падением давления падает и температура потока. Направляя поток разгоняемого воздуха в сторону вращения рабочего колеса, в относительном движении принимают охлаждающий поток воздуха в рабочее колесо 10 с более низкой температурой, чем была температура на входе в сопловой аппарат закрутки 8. Изменяя углы поворота потока α, можно изменять уровень температуры воздуха в охлаждающем тракте 9 рабочего колеса 10. При угле 60o реализуется режим "умеренного" охлаждения, а при угле 85o - режим "большого" охлаждения, дальнейшее увеличение угла α большего 85o - ограничено технологическими возможностями, а угол α, меньший 60o - температурной целесообразностью. Далее воздух поступает в каналы охлаждения 9 рабочего колеса 10, охлаждает его до уровня температур, близкого к температуре поступающего воздуха. Из каналов охлаждения 9 воздух, охладив рабочие лопатки, выбрасывается в газовоздушный тракт турбины.
Выполнение теплообменника в виде отдельных секций упрощает сборку и повышает ремонтопригодность, распределение секций по периметру наружного тракта улучшает условия обтекания секций, повышая их эффективность.
В случае применения дефлектора на высокотемпературных турбинах наилучший эффект по уменьшению потерь давления и снижению подогрева транзитного воздуха в сопловых лопатках достигается, если дефлектор выполняется перфорированным.
Установка дополнительного коллектора обеспечивает равномерное распределение охлаждающего воздуха по внутренним полостям дефлекторов независимо от количества сопловых лопаток и количества управляемых клапанов.
Охлаждение воздуха в теплообменнике, транспортировка его с минимальными потерями давления и подогрева через сопловые лопатки, а также расширение воздуха в передней думисной полости в направлении вращения приводит к значительному снижению температуры охлаждающего воздуха, что в свою очередь уменьшает температуру рабочего колеса, увеличивая тем самым ресурс и надежность ТРД. Понижение уровня температуры рабочего колеса уменьшает его расширение и позволяет уменьшить радиальный зазор между торцом лопатки и статором, увеличить КПД турбины и повысить экономичность двигателя.
Источники информации
1. Патент США 4807433, НКИ 60-39.29, опубл. 1989 г.
1. Патент США 4807433, НКИ 60-39.29, опубл. 1989 г.
2. Патент РФ 2159335, МКИ F 01 D 25/12, опубл. 2000 г.
Claims (3)
1. Система охлаждения турбины, содержащая последовательно установленные коллектор с управляемыми клапанами на выходе, сообщенный своим входом с воздушной полостью камеры сгорания, многоканальный воздуховод, проходящий через внутренние полости сопловых лопаток, сопловой аппарат закрутки и каналы охлаждения рабочего колеса, отличающаяся тем, что для двухконтурного турбореактивного двигателя она снабжена воздухо-воздушным теплообменником, размещенным в воздушном тракте наружного контура, сообщение коллектора с воздушной полостью камеры сгорания выполнено через охлаждаемые каналы теплообменника, между выходом коллектора и многоканальным воздуховодом установлен дополнительный коллектор, при этом каждый канал воздуховода образован дефлектором, установленным в сопловой лопатке вдоль ее внутренней поверхности, а выход канала соплового аппарата закрутки повернут в сторону вращения рабочего колеса, причем средняя линия этого канала образует с продольной осью двигателя угол в интервале 60-85o.
2. Система охлаждения турбины по п. 1, отличающаяся тем, что теплообменник выполнен в виде отдельных секций, равномерно распределенных по периметру наружного контура двигателя.
3. Система охлаждения турбины по п. 1, отличающаяся тем, что дефлектор выполнен перфорированным, а полость, образованная дефлектором и внутренней поверхностью сопловой лопатки, через щель в задней кромке сообщена с газовоздушным трактом турбины.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001109018A RU2196239C2 (ru) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | Система охлаждения турбины турбореактивного двигателя |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2001109018A RU2196239C2 (ru) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | Система охлаждения турбины турбореактивного двигателя |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2196239C2 true RU2196239C2 (ru) | 2003-01-10 |
Family
ID=20248012
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2001109018A RU2196239C2 (ru) | 2001-04-05 | 2001-04-05 | Система охлаждения турбины турбореактивного двигателя |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2196239C2 (ru) |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2514818C1 (ru) * | 2013-02-27 | 2014-05-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Охлаждаемая турбина |
RU2518729C1 (ru) * | 2013-04-04 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Охлаждаемая турбина |
RU2518768C1 (ru) * | 2013-04-04 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Охлаждаемая турбина |
RU2525379C1 (ru) * | 2013-05-15 | 2014-08-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Способ охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя и устройство для его осуществления |
RU2529269C1 (ru) * | 2013-06-19 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение ОАО "УМПО" | Двухконтурный газотурбинный двигатель |
RU2562361C1 (ru) * | 2014-04-14 | 2015-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Способ охлаждения рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя |
RU2583492C2 (ru) * | 2014-03-28 | 2016-05-10 | Открытое Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Мотор" | Устройство подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины |
RU2599413C2 (ru) * | 2011-04-28 | 2016-10-10 | Сименс Акциенгезелльшафт | Канал для охлаждения корпуса |
RU2605143C1 (ru) * | 2015-07-17 | 2016-12-20 | Валерий Николаевич Сиротин | Система охлаждения двух турбин высокого давления турбореактивного двухконтурного двигателя самолета |
RU2639443C1 (ru) * | 2017-01-24 | 2017-12-21 | Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Охлаждаемая турбина двухконтурного газотурбинного двигателя |
RU2665823C1 (ru) * | 2017-03-01 | 2018-09-04 | Валерий Николаевич Сиротин | Турбореактивный двигатель с системой охлаждения двух турбин высокого давления |
RU2691202C1 (ru) * | 2018-07-05 | 2019-06-11 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Способ охлаждения соплового аппарата турбины низкого давления (ТНД) газотурбинного двигателя и сопловый аппарат ТНД, охлаждаемый этим способом, способ охлаждения лопатки соплового аппарата ТНД и лопатка соплового аппарата ТНД, охлаждаемая этим способом |
RU2706524C1 (ru) * | 2018-12-07 | 2019-11-19 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Система охлаждения затурбинных элементов трехконтурного турбореактивного двигателя |
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 |
-
2001
- 2001-04-05 RU RU2001109018A patent/RU2196239C2/ru active
Cited By (16)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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 |
RU2514818C1 (ru) * | 2013-02-27 | 2014-05-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Охлаждаемая турбина |
RU2518729C1 (ru) * | 2013-04-04 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Охлаждаемая турбина |
RU2518768C1 (ru) * | 2013-04-04 | 2014-06-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Охлаждаемая турбина |
RU2525379C1 (ru) * | 2013-05-15 | 2014-08-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Способ охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя и устройство для его осуществления |
RU2529269C1 (ru) * | 2013-06-19 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение ОАО "УМПО" | Двухконтурный газотурбинный двигатель |
RU2583492C2 (ru) * | 2014-03-28 | 2016-05-10 | Открытое Акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Мотор" | Устройство подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины |
RU2562361C1 (ru) * | 2014-04-14 | 2015-09-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Способ охлаждения рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя |
RU2605143C1 (ru) * | 2015-07-17 | 2016-12-20 | Валерий Николаевич Сиротин | Система охлаждения двух турбин высокого давления турбореактивного двухконтурного двигателя самолета |
RU2639443C1 (ru) * | 2017-01-24 | 2017-12-21 | Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Охлаждаемая турбина двухконтурного газотурбинного двигателя |
RU2665823C1 (ru) * | 2017-03-01 | 2018-09-04 | Валерий Николаевич Сиротин | Турбореактивный двигатель с системой охлаждения двух турбин высокого давления |
RU2691202C1 (ru) * | 2018-07-05 | 2019-06-11 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Способ охлаждения соплового аппарата турбины низкого давления (ТНД) газотурбинного двигателя и сопловый аппарат ТНД, охлаждаемый этим способом, способ охлаждения лопатки соплового аппарата ТНД и лопатка соплового аппарата ТНД, охлаждаемая этим способом |
RU2706524C1 (ru) * | 2018-12-07 | 2019-11-19 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Система охлаждения затурбинных элементов трехконтурного турбореактивного двигателя |
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 |
---|---|---|
RU2196239C2 (ru) | Система охлаждения турбины турбореактивного двигателя | |
US5584651A (en) | Cooled shroud | |
US5555721A (en) | Gas turbine engine cooling supply circuit | |
EP0768448B1 (en) | Cooled turbine vane assembly | |
US8205458B2 (en) | Duplex turbine nozzle | |
US6672072B1 (en) | Pressure boosted compressor cooling system | |
JP3621523B2 (ja) | ガスタービンの動翼冷却装置 | |
US7823389B2 (en) | Compound clearance control engine | |
US7836703B2 (en) | Reciprocal cooled turbine nozzle | |
US6585482B1 (en) | Methods and apparatus for delivering cooling air within gas turbines | |
US8381533B2 (en) | Direct transfer axial tangential onboard injector system (TOBI) with self-supporting seal plate | |
US7870743B2 (en) | Compound nozzle cooled engine | |
JP4486201B2 (ja) | 優先冷却タービンシュラウド | |
RU2447302C2 (ru) | Двигатель с компаундным охлаждением турбины | |
US6050079A (en) | Modulated turbine cooling system | |
RU2290515C2 (ru) | Устройство для регулировки зазора в газовой турбине | |
US7722315B2 (en) | Method and system to facilitate preferentially distributed recuperated film cooling of turbine shroud assembly | |
US4541774A (en) | Turbine cooling air deswirler | |
CN1270066C (zh) | 燃气轮机和操纵燃气轮机的方法 | |
KR20110065559A (ko) | 터빈 냉각 시스템 | |
WO1996013652A1 (en) | Gas turbine vane with enhanced cooling | |
JP2002349287A (ja) | タービン冷却回路 | |
US6357999B1 (en) | Gas turbine engine internal air system | |
GB2075123A (en) | Turbine cooling air deswirler | |
RU2733681C1 (ru) | Способ охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя и устройство для его реализации |
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 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |