RU2238411C1 - Cooled gas-turbine blade - Google Patents

Cooled gas-turbine blade Download PDF

Info

Publication number
RU2238411C1
RU2238411C1 RU2003116188A RU2003116188A RU2238411C1 RU 2238411 C1 RU2238411 C1 RU 2238411C1 RU 2003116188 A RU2003116188 A RU 2003116188A RU 2003116188 A RU2003116188 A RU 2003116188A RU 2238411 C1 RU2238411 C1 RU 2238411C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
holes
partition
blade
feather
cavity
Prior art date
Application number
RU2003116188A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003116188A (en
Inventor
И.В. Шевченко (RU)
И.В. Шевченко
М.С. Чёрный (RU)
М.С. Чёрный
Ю.Н. Пушкин (RU)
Ю.Н. Пушкин
Е.Ф. Слепцов (RU)
Е.Ф. Слепцов
Е.А. Фокин (RU)
Е.А. Фокин
Original Assignee
"МАТИ"-Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by "МАТИ"-Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского filed Critical "МАТИ"-Российский государственный технологический университет им. К.Э. Циолковского
Priority to RU2003116188A priority Critical patent/RU2238411C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2238411C1 publication Critical patent/RU2238411C1/en
Publication of RU2003116188A publication Critical patent/RU2003116188A/en

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: gas turbines.
SUBSTANCE: proposed blade has hollow feather built of front and rear spaces separated by means of partition and provided with perforated baffle plates. Holes are also made in wall of front space of feather. Radial rib with hole is provided on partition at rear space end. Ratio of hole areas in rear space baffle plate on tray and blade back ranges between 0.5 and 0.65.
EFFECT: reduced temperature field nonuniformity in sectional area of blade; reduced thermal stresses.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может найти применение в конструкции охлаждаемых лопаток.The invention relates to the field of transport engineering and may find application in the construction of cooled blades.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является лопатка газовой турбины, содержащая полое перо, состоящее из передней и задней полостей, разделенных перегородкой и имеющих дефлекторы с отверстиями; положение дефлекторов зафиксированы ребрами, а в стенке пера передней полости выполнены отверстия [1].Closest to the proposed invention is a gas turbine blade containing a hollow feather, consisting of front and rear cavities, separated by a partition and having deflectors with holes; the position of the deflectors is fixed by ribs, and holes are made in the wall of the feather of the front cavity [1].

Недостатком данной конструкции является высокая неравномерность температурного поля в поперечном сечении пера, вызванная тем, что разделительная перегородка имеет низкую температуру по сравнению со стенками, контактирующими с газовым потоком. Это приводит к значительным термическим напряжениям в материале лопатки и, как следствие, к ее разрушению по малоцикловой усталости.The disadvantage of this design is the high non-uniformity of the temperature field in the cross section of the pen, due to the fact that the dividing wall has a low temperature compared with the walls in contact with the gas stream. This leads to significant thermal stresses in the material of the blade and, as a consequence, to its destruction due to low-cycle fatigue.

Задачей изобретения является уменьшение неравномерности температурного поля поперечного сечения пера и, соответственно, уменьшение величины термических напряжений в конструкции.The objective of the invention is to reduce the unevenness of the temperature field of the cross section of the pen and, accordingly, to reduce the magnitude of thermal stresses in the structure.

Эта задача решается тем, что предлагаемая охлаждаемая лопатка газовой турбины содержит полое перо, состоящее из передней и задней полостей, разделенных перегородкой и снабженных дефлекторами с отверстиями, в стенке передней полоти пера выполнены отверстия, а на разделительной перегородке, со стороны задней полости, выполнено радиальное ребро с отверстиями, причем соотношение площадей отверстий в дефлекторе задней полости лопатки со стороны корыта и площади отверстий со стороны спинки находится в пределах от 0,5 до 0,65.This problem is solved in that the proposed cooled blade of a gas turbine contains a hollow feather, consisting of a front and rear cavities separated by a partition and provided with deflectors with holes, holes are made in the wall of the front canvas of the feather, and a radial rib with holes, and the ratio of the area of the holes in the deflector of the posterior cavity of the scapula from the side of the trough and the area of the holes from the back is in the range from 0.5 to 0.65.

На фиг.1 изображен продольный разрез лопатки; на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.Figure 1 shows a longitudinal section of the scapula; figure 2 is a section aa of figure 1.

Охлаждаемая лопатка газовой турбины содержит полое перо 1, состоящее из передней полости 2 и задней полости 3, разделенных между собой перегородкой 4. В передней полости 2 и задней полости 3 установлены дефлекторы 5 и 6. В дефлекторах 5 и 6 выполнены отверстия 7 и 8 для струйного охлаждения стенок пера 1. Стенки пера 1 в передней полости 2 имеют отверстия для 9 для пленочного охлаждения наружных стенок пера 1. Положение дефлектора 5 в передней полости 2 фиксируется поперечными ребрами 10 и 11, а положение дефлектора 6 в задней полости 3 фиксируется поперечными ребрами 12 и 13, выполненными соответственно со стороны спинки и корыта, и радиальным ребром 14, выполненным на перегородке 4 в задней полости 3. Радиальное ребро 14 обеспечивает фиксированную геометрию канала между дефлектором 6 и поверхностью перегородки 4. В радиальном ребре 14 выполнены отверстия 15. Площадь поперечного сечения отверстий 15 обеспечивает сохранение требуемого распределения расхода воздуха в каналах охлаждения по высоте пера 1. Соотношение площадей отверстий 8 в дефлекторе задней полости лопатки со стороны корыта и спинки находится в пределах от 0,5 до 0,65. В выходной щели 16 пера установлены три ряда цилиндрических штырей 17.The cooled blade of a gas turbine contains a hollow feather 1, consisting of a front cavity 2 and a rear cavity 3 separated by a partition 4. Deflectors 5 and 6 are installed in the front cavity 2 and the rear cavity 3. Holes 7 and 8 are made in the deflectors 5 and 6 for cooling the walls of the pen 1. The walls of the pen 1 in the front cavity 2 have openings 9 for film cooling of the outer walls of the pen 1. The position of the deflector 5 in the front cavity 2 is fixed by the transverse ribs 10 and 11, and the position of the deflector 6 in the back cavity 3 is fixed transversely ribs 12 and 13 made respectively from the back and trough, and a radial rib 14 made on the partition 4 in the back cavity 3. The radial rib 14 provides a fixed channel geometry between the deflector 6 and the surface of the partition 4. Holes 15 are made in the radial rib 14 The cross-sectional area of the holes 15 ensures the preservation of the required distribution of air flow in the cooling channels along the height of the pen 1. The ratio of the areas of the holes 8 in the deflector of the posterior cavity of the scapula from the side of the trough and back ranges from 0.5 to 0.65. Three rows of cylindrical pins 17 are installed in the exit slit 16 of the pen.

Система охлаждения лопатки работает следующим образом. Воздух поступает в дефлекторы 5 и 6. Через отверстия 7 в стенках дефлектора 5 воздух струями натекает на внутреннюю поверхность стенок пера 1, охлаждает их, движется между стенками дефлектора 5 и пера 1 и вытекает в проточную часть турбины через отверстия 9. В задней полости 3 воздух через отверстия 8 осуществляет струйное охлаждение стенок пера 1. Далее со стороны корыта воздух движется по каналам между ребрами 13 в сторону выходной кромки 16. Со стороны спинки часть воздуха движется в каналах между ребрами 12 в сторону перегородки 4, нагревает ее и через отверстия 15 поступает в каналы корыта, расположенные между ребрами 13. Другая часть воздуха движется по каналам между ребрами 12 в щель выходной кромки 16. В выходной щели 16 воздух проходит через три ряда штырей 17 и вытекает в проточную часть турбины.The cooling system of the blade works as follows. Air enters the deflectors 5 and 6. Through openings 7 in the walls of the deflector 5, air flows into the interior of the walls of the feather 1, sprays them, moves between the walls of the deflector 5 and feather 1 and flows into the turbine through the openings 9. In the rear cavity 3 the air through the openings 8 provides jet cooling of the walls of the pen 1. Then, from the side of the trough, the air moves along the channels between the ribs 13 towards the output edge 16. From the back side, part of the air moves in the channels between the ribs 12 towards the partition 4, heats it and Erez openings 15 enters the trough channels disposed between the ribs 13. Another portion of the air moving through the channels between the ribs 12 at the trailing edge slot 16. The outlet slot 16 the air passes through the three rows of pins 17 and flows into the flow part of the turbine.

Соотношение площадей отверстий дефлектора 8 со стороны корыта и спинки 0,5-0,65 обеспечивает движение нагретого воздуха по поверхности перегородки 4, из каналов со стороны спинки. Таким образом, достигается увеличение температуры перегородки 4 и, соответственно, выравнивание температурного поля.The ratio of the area of the holes of the deflector 8 from the side of the trough and the back 0.5-0.65 provides the movement of heated air on the surface of the partition 4, from the channels from the back. Thus, an increase in the temperature of the partition 4 and, accordingly, the alignment of the temperature field is achieved.

Выбор соотношения площадей отверстий со стороны корыта Sот.кор и спинки Sот.сп обусловлен необходимостью уменьшения температуры перегородки при сохранении требуемого уровня эффективности охлаждения θ, прилежащего к выходной кромке (θ=(Т * г л)/(Т * г в), где Тг* - температура газа, Тл - температура поверхности лопатки, Тв - температура воздуха). При этом суммарный расход воздуха через лопатку должен оставаться неизменным. Расчеты и эксперименты (фиг.3) позволили определить диапазон Sот.кор/Sот.сп, обеспечивающий максимальное уменьшение неравномерности температурного поля поперечных сечений пера.The choice of the ratio of the area of the holes on the side of the trough S from the core and the back S from the sp is due to the need to reduce the temperature of the partition while maintaining the required level of cooling efficiency θ adjacent to the output edge (θ = (T * g -T l ) / (T * g -T c ), where T g * is the gas temperature, T l is the temperature of the surface of the blade, T c is the air temperature). In this case, the total air flow through the blade should remain unchanged. Calculations and experiments (Fig. 3) made it possible to determine the range S from .cor / S from .

Экспериментальные исследования на турбине показали, что обеспечивается уменьшение неравномерности температурного поля поперечного сечения лопатки на 70К и, соответственно, уменьшение термических напряжений на 23%.Experimental studies on the turbine showed that a decrease in the unevenness of the temperature field of the cross section of the blade by 70K and, accordingly, a decrease in thermal stresses by 23%.

Источник информацииSourse of information

1. Копелев С.З. Проектирование проточной части турбин авиационных двигателей. - М.: Машиностроение, 1984, стр.172, рис.7.2.1. Kopelev S.Z. Design of the flow part of aircraft engine turbines. - M.: Mechanical Engineering, 1984, p. 172, Fig. 7.2.

Claims (1)

Охлаждаемая лопатка газовой турбины, содержащая полое перо, состоящее из передней и задней полостей, разделенных перегородкой и снабженных дефлекторами с отверстиями, в стенке передней полости пера выполнены отверстия, отличающаяся тем, что на разделительной перегородке со стороны задней полости выполнено радиальное ребро с отверстиями, а соотношение площадей отверстий в дефлекторе задней полости лопатки со стороны корыта и спинки находится в пределах от 0,5 до 0,65.The cooled blade of a gas turbine containing a hollow feather, consisting of a front and rear cavities, separated by a partition and provided with deflectors with holes, holes are made in the wall of the front cavity of the feather, characterized in that a radial rib with holes is made on the separation partition from the back cavity side, and the ratio of the area of the holes in the deflector of the posterior cavity of the scapula from the side of the trough and the back is in the range from 0.5 to 0.65.
RU2003116188A 2003-06-03 2003-06-03 Cooled gas-turbine blade RU2238411C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003116188A RU2238411C1 (en) 2003-06-03 2003-06-03 Cooled gas-turbine blade

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003116188A RU2238411C1 (en) 2003-06-03 2003-06-03 Cooled gas-turbine blade

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2238411C1 true RU2238411C1 (en) 2004-10-20
RU2003116188A RU2003116188A (en) 2004-11-20

Family

ID=33538037

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003116188A RU2238411C1 (en) 2003-06-03 2003-06-03 Cooled gas-turbine blade

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2238411C1 (en)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2573085C2 (en) * 2010-06-23 2016-01-20 Сименс Акциенгезелльшафт Gas turbine blade
RU2663966C1 (en) * 2017-11-14 2018-08-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Gas turbine guide vane cooled blade
RU183620U1 (en) * 2017-10-27 2018-09-28 Публичное акционерное общество "МОТОР СИЧ" COOLED GAS TURBINE SHOVEL
RU2686244C1 (en) * 2018-11-13 2019-04-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Cooled blade of gas turbine
RU2704511C2 (en) * 2015-07-20 2019-10-29 Сафран Хеликоптер Энджинз High pressure nozzle vane blade comprising insert with variable geometry
RU2732531C1 (en) * 2019-10-11 2020-09-21 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Cooled blade of gas turbine
RU2814335C2 (en) * 2019-03-22 2024-02-28 Сафран Эркрафт Энджинз Gas turbine engine blade equipped with optimized cooling system

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2573085C2 (en) * 2010-06-23 2016-01-20 Сименс Акциенгезелльшафт Gas turbine blade
RU2704511C2 (en) * 2015-07-20 2019-10-29 Сафран Хеликоптер Энджинз High pressure nozzle vane blade comprising insert with variable geometry
RU183620U1 (en) * 2017-10-27 2018-09-28 Публичное акционерное общество "МОТОР СИЧ" COOLED GAS TURBINE SHOVEL
RU2663966C1 (en) * 2017-11-14 2018-08-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Gas turbine guide vane cooled blade
RU2686244C1 (en) * 2018-11-13 2019-04-24 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Cooled blade of gas turbine
RU2814335C2 (en) * 2019-03-22 2024-02-28 Сафран Эркрафт Энджинз Gas turbine engine blade equipped with optimized cooling system
RU2732531C1 (en) * 2019-10-11 2020-09-21 Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Cooled blade of gas turbine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US6981840B2 (en) Converging pin cooled airfoil
US4616976A (en) Cooled vane or blade for a gas turbine engine
US7690892B1 (en) Turbine airfoil with multiple impingement cooling circuit
US6254334B1 (en) Method and apparatus for cooling a wall within a gas turbine engine
JP4856417B2 (en) Turbine wall
EP0971095B1 (en) A coolable airfoil for a gas turbine engine
US6379118B2 (en) Cooled blade for a gas turbine
JP5383270B2 (en) Gas turbine blade
US8920111B2 (en) Airfoil incorporating tapered cooling structures defining cooling passageways
EP0392664B1 (en) Cooled turbine blade and combined cycle power plant having gas turbine with this cooled turbine blade
US7513739B2 (en) Cooling circuits for a turbomachine moving blade
US6832889B1 (en) Integrated bridge turbine blade
US7556476B1 (en) Turbine airfoil with multiple near wall compartment cooling
US20170030198A1 (en) Method for cooling a turbo-engine component and turbo-engine component
KR20010105148A (en) Nozzle cavity insert having impingement and convection cooling regions
US20070128034A1 (en) Zigzag cooled turbine airfoil
EP3006670B1 (en) Turbine blades having lifted rib turbulator structures
EP1052373B1 (en) Pressure compensated turbine nozzle
JPS6148609B2 (en)
CA2497755A1 (en) Microcircuit cooling for a turbine airfoil
EP3124745A1 (en) Turbo-engine component with film cooled wall
CN103161513A (en) Improved nozzle vane for a gas turbine engine
JPH07189603A (en) Turbine cooled blade and cooling member
US5813827A (en) Apparatus for cooling a gas turbine airfoil
RU2238411C1 (en) Cooled gas-turbine blade

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20090604