RU2289029C2 - Device to supply cooling air to working of turbine wheel - Google Patents

Device to supply cooling air to working of turbine wheel Download PDF

Info

Publication number
RU2289029C2
RU2289029C2 RU2004117268/06A RU2004117268A RU2289029C2 RU 2289029 C2 RU2289029 C2 RU 2289029C2 RU 2004117268/06 A RU2004117268/06 A RU 2004117268/06A RU 2004117268 A RU2004117268 A RU 2004117268A RU 2289029 C2 RU2289029 C2 RU 2289029C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
air
mixing chamber
cavity
holes
blades
Prior art date
Application number
RU2004117268/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2004117268A (en
Inventor
Сергей Борисович Резник (UA)
Сергей Борисович Резник
Юрий Владленович Рублевский (UA)
Юрий Владленович Рублевский
Original Assignee
Государственное предприятие "Запорожское машиностроительное конструкторское бюро "Прогресс" им. акад. А.Г. Ивченко"
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 Государственное предприятие "Запорожское машиностроительное конструкторское бюро "Прогресс" им. акад. А.Г. Ивченко" filed Critical Государственное предприятие "Запорожское машиностроительное конструкторское бюро "Прогресс" им. акад. А.Г. Ивченко"
Publication of RU2004117268A publication Critical patent/RU2004117268A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2289029C2 publication Critical patent/RU2289029C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: mechanical engineering; turbines.
SUBSTANCE: proposed device to supply cooling air to working blades of turbine wheel contains air space limited by rear wall of nozzle assembly and communicating through preliminary air swirling devices with ring mixing chamber formed by ring base of rear wall of nozzle assembly, inner ring aligned with said wall and bottom and communicating with space at working blades. Preliminary swirling devices are made in from of through holes in ring base of rear wall of nozzle assembly. Entry of through holes through ring base of rear wall of nozzle assembly into mixing chamber is arranged at bottom of said mixing chamber.
EFFECT: improved efficiency of cooling of thermally and dynamically stressed of turbine wheel, increased strength of units and parts in field of centrifugal and thermal loads.
4 cl, 5 dwg

Description

Техническое решение относится к газотурбинной энергетике, в частности к устройствам подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам турбины.The technical solution relates to gas turbine power, in particular to devices for supplying cooling air to the turbine blades.

Известно устройство подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам турбины (см. описания по патентам - аналогам, приоритет 17.12.1977 фирмы Rolls Royce Великобритания - №2010404, МКИ F 01 D 5/18, США - №4275990, НКИ 416-95, заявлен 30. 11.1978, Франции - №2411959, МКИ F 01 D 5/18).A device for supplying cooling air to the turbine blades of the turbine is known (see descriptions for patents - analogues, priority 17/12/1977 by Rolls Royce United Kingdom - No. 2010404, MKI F 01 D 5/18, USA - No. 4275990, NCI 416-95, claimed 30 11.1978, France - No. 2411959, MKI F 01 D 5/18).

В устройстве предусмотрена воздушная полость, которая ограничена стенками коробчатой оболочки статора и полотном диска. Полость сообщена через сопла, выполняющие функцию предварительной закрутки охлаждающего воздуха (см. термин в ГОСТ 23851-79), и кольцевую канавку в ободе диска с каналами охлаждения рабочих лопаток.The device has an air cavity, which is limited by the walls of the box-shaped shell of the stator and the blade web. The cavity is communicated through nozzles that perform the function of pre-swirling cooling air (see the term in GOST 23851-79), and an annular groove in the rim of the disk with cooling channels for the working blades.

Такое устройство позволяет уменьшить энергетические затраты при подводе охлаждающего воздуха за счет направления его в сторону вращения ротора турбины.Such a device allows to reduce energy costs when supplying cooling air due to its direction in the direction of rotation of the turbine rotor.

В этом решении воздух имеет контакт с достаточно высокой температурой поверхности диска рабочего колеса. Это снижает эффективность охлаждения лопаток. В описании указано, что потери давления снижаются до минимума, однако поворот потока на 90 градусов, наоборот, создает сопротивление и увеличивает потери давления.In this solution, air has contact with a sufficiently high surface temperature of the impeller disk. This reduces the cooling efficiency of the blades. The description indicates that pressure losses are reduced to a minimum, however, a 90-degree rotation of the flow, on the contrary, creates resistance and increases pressure losses.

Известна также охлаждаемая воздухом турбина для газотурбинного двигателя (см. описания к патентам - аналогам, приоритет 07.09.1982 фирмы Rolls Royce - США - №4348157, НКИ 416-95, Франции - №2439872, МКИ F 01 D 7/18). Турбина содержит последовательно сопловой аппарат и рабочее колесо с лопатками. Под сопловым аппаратом образована полость подвода воздуха из-за компрессора из-под камеры сгорания.Also known is an air-cooled turbine for a gas turbine engine (see descriptions for patents - analogues, priority 07/07/1982 from Rolls Royce - USA - No. 4348157, NKI 416-95, France - No. 2439872, MKI F 01 D 7/18). The turbine sequentially contains a nozzle apparatus and an impeller with blades. Under the nozzle apparatus, an air supply cavity is formed due to the compressor from under the combustion chamber.

Внутренние кольца 18 и 20 с уплотнительными лабиринтами образуют кольцевую полость под сопловым аппаратом, сообщенную с кольцевой полостью у замков рабочих лопаток. Выше и ниже замков образованы две концентричные группы осевых кольцевых канавок, закрытых введенными в них кольцевыми буртами рабочего колеса, и в совокупности как уплотнения ограничивают полость у замков лопаток.The inner rings 18 and 20 with sealing labyrinths form an annular cavity under the nozzle apparatus, in communication with the annular cavity at the locks of the working blades. Above and below the locks, two concentric groups of axial annular grooves are formed, closed by the impeller annular collars introduced into them, and together as seals limit the cavity of the blade locks.

Эта полость сообщена со сквозной полостью смешения под венцом лопаток соплового аппарата, ограниченной упомянутыми кольцами 18 и 20 под сопловым аппаратом. Последние объединены во внутреннее основание соплового аппарата лопатками 19, работающими как средство предварительной закрутки охлаждающего воздуха, проходящего через сквозную полость смешения этого основания под сопловым аппаратом.This cavity is in communication with the through cavity of mixing under the rim of the blades of the nozzle apparatus, bounded by the said rings 18 and 20 under the nozzle apparatus. The latter are combined into the internal base of the nozzle apparatus by blades 19, which operate as a means of preliminary swirling of cooling air passing through the through cavity for mixing this base under the nozzle apparatus.

За стойками остается свободная часть этой сквозной кольцевой полости основания, сообщенная с ограниченной уплотнениями полостью, а через нее с дефлектором колеса турбины.Behind the uprights there remains the free part of this through annular base cavity, communicated with the cavity limited by the seals, and through it with the turbine wheel deflector.

В дефлекторе по числу рабочих лопаток образованы изогнутые в направлении вращения колеса трубки. Они дискретно направляют охлаждающий воздух к рабочим лопаткам у замков и их ножек.In the deflector, by the number of working blades, tube tubes bent in the direction of rotation are formed. They discretely direct cooling air to the working blades of the locks and their legs.

Такой дефлектор с трубками усложняет конструкцию колеса турбины. Известное устройство вероятно достаточно эффективно выполняет функцию охлаждения. В нем подводимый к замкам лопаток воздух огражден от полотна диска и меньше нагревается. Однако конструкция устройства очень сложна и предполагает многочисленную номенклатуру деталей. Вырезы в диске у каждой лопатки вызывают прочностные проблемы колеса, достаточно нагруженного как термически, так и динамически, а следовательно, снижается его надежность.Such a deflector with tubes complicates the design of the turbine wheel. The known device probably quite effectively performs the function of cooling. In it, the air supplied to the locks of the blades is fenced from the blade web and less heated. However, the design of the device is very complex and involves a wide range of parts. The cutouts in the disk at each blade cause strength problems of the wheel, sufficiently loaded both thermally and dynamically, and therefore, its reliability is reduced.

Из-за описанных выше особенностей применять в малоразмерных высоконагруженных газотурбинных двигателях рассмотренные известные технические решения практически невозможно.Due to the features described above, it is practically impossible to use the well-known technical solutions considered in small-sized highly loaded gas turbine engines.

Из описания к патенту США №3791758 (заявлено 01.05.1972 Secretary of State for Defence of the UK, US C1 416/116, МПК F 01 D 5/08) известно устройство подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам колеса турбины.From the description of US patent No. 3791758 (stated on 05/01/1972 Secretary of State for Defense of the UK, US C1 416/116, IPC F 01 D 5/08), a device for supplying cooling air to the working blades of a turbine wheel is known.

Известное устройство содержит окруженные сопловым аппаратом 24 воздушную полость 20 перед стенкой 20А (49 строка, столбик 2 описания) соплового аппарата и кольцевую камеру 50 смешения за указанной стенкой 20А. Таким образом камера 50 смешения отделена от воздушной полости 20.The known device comprises an air cavity 20 surrounded by a nozzle apparatus 24 in front of a wall 20A (line 49, description column 2) of the nozzle apparatus and an annular mixing chamber 50 behind said wall 20A. Thus, the mixing chamber 50 is separated from the air cavity 20.

Средства предварительной закрутки воздуха между указанными камерой 50 и полостью 20 выполнены в виде лопаточного аппарата 42.Means for preliminary swirling of air between the specified chamber 50 and the cavity 20 is made in the form of a scapular apparatus 42.

Кольцевая камера 50 смешения образована внутренним и наружным кольцевыми выступами соплового аппарата.The annular mixing chamber 50 is formed by the inner and outer annular protrusions of the nozzle apparatus.

При этом указанные сопла лопаточного аппарата 42, как средства закрутки, через камеру 50 смешения и диффузорную полость 39 сообщены с каналами 48 под замками 30 каждой рабочей лопатки 27.Moreover, these nozzles of the blade apparatus 42, as a means of swirling, through the mixing chamber 50 and the diffuser cavity 39 are in communication with the channels 48 under the locks 30 of each working blade 27.

Известное устройство также не может быть использовано в малоразмерных турбинах в силу невозможности выполнения "миниатюрного" лопаточного аппарата для предварительной закрутки и направления воздуха к рабочим лопаткам в виде сплошной закрученной пелены.The known device also cannot be used in small turbines due to the impossibility of performing a "miniature" blade apparatus for preliminary swirling and directing air to the working blades in the form of a continuous swirling shroud.

Несмотря на указанные недостатки устройство по патенту США №3791758 выбрано прототипом заявляемого устройства по общности решаемой задачи, близости технической сущности и возможности его дальнейшего усовершенствования для получения более прогрессивного технического результата.Despite these shortcomings, the device according to US patent No. 3791758 was selected as a prototype of the claimed device in terms of the generality of the problem being solved, the proximity of the technical nature and the possibility of its further improvement to obtain a more progressive technical result.

Перед авторами стояла задача создать устройство подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам турбины, назначение которого было бы направлено именно для малоразмерных высоконагруженных газотурбинных двигателей.The authors were faced with the task of creating a device for supplying cooling air to the working blades of the turbine, the purpose of which would be directed specifically to small-sized, highly loaded gas turbine engines.

При этом, по сравнению с прототипом, необходимо было получить совокупный технический результат, состоящий из нескольких взаимосвязанных и находящихся в причинно-следственной связи прогрессивных технических результатов, а именно:In this case, in comparison with the prototype, it was necessary to obtain an aggregate technical result, consisting of several interrelated and causally progressive technical results, namely:

- повышение эффективности охлаждения как рабочих лопаток, так и диска рабочего колеса в его наиболее нагруженной части в месте крепления замков лопаток особенно высоконагруженных турбин малоразмерных двигателей;- improving the cooling efficiency of both the rotor blades and the impeller disk in its most loaded part at the attachment point of the locks of the blades of especially high-loaded turbines of small engines;

- обеспечение (избегая дискретности струй охлаждающего воздуха) сплошной закрученной воздушной пелены, направленной на особо термически и динамически напряженную зону колеса турбины;- providing (avoiding discreteness of the cooling air jets) a continuous swirling air sheet directed at a particularly thermally and dynamically stressed zone of the turbine wheel;

- упрощение конструкции устройства малоразмерных турбин наряду с повышением технологичности их производства;- simplification of the design of small turbines while improving the manufacturability of their production;

- уменьшение номенклатуры необходимых деталей;- reduction of the range of necessary parts;

- повышение прочности узлов и деталей, находящихся в поле центробежных и термических нагрузок.- increasing the strength of components and parts located in the field of centrifugal and thermal loads.

Эта задача решается тем, что в известном устройстве подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам колеса турбины, содержащем ограниченную задней стенкой соплового аппарата воздушную полость, сообщенную средствами предварительной закрутки воздуха с кольцевой камерой смешения, образованной в указанной задней стенке соплового аппарата наружным и внутренним кольцами и дном и сообщенной с полостью у рабочих лопаток, произведено усовершенствование.This problem is solved in that in the known device for supplying cooling air to the working blades of the turbine wheel, containing an air cavity bounded by the rear wall of the nozzle apparatus, communicated by means of preliminary air swirling with an annular mixing chamber formed in the said rear wall of the nozzle apparatus by the outer and inner rings and the bottom and communicated with the cavity at the working blades, an improvement is made.

Усовершенствование заключается в том, что указанные средства предварительной закрутки выполнены в виде сквозных отверстий через наружное кольцо указанной камеры смешения.The improvement lies in the fact that these means of pre-twisting made in the form of through holes through the outer ring of the specified mixing chamber.

Внутреннее кольцо, ограничивающее камеру смешения, выполнено съемным.The inner ring bounding the mixing chamber is removable.

В сечении вдоль продольной оси каждого из отверстий последние на их входе внутрь камеры смешения ориентированы в окружном направлении на корыта рабочих лопаток колеса турбины.In a section along the longitudinal axis of each of the holes, the latter at their entrance into the mixing chamber are oriented in the circumferential direction to the troughs of the working blades of the turbine wheel.

Вход указанных сквозных отверстий через наружное кольцо внутрь указанной камеры смешения размещен у ее дна.The entrance of these through holes through the outer ring inside the specified mixing chamber is placed at its bottom.

При этом указанные отверстия в сечении вдоль продольной оси каждого размещены равномерно по окружности, как отдельными отверстиями, так и отдельными группами.Moreover, these holes in the section along the longitudinal axis of each are placed uniformly around the circumference, both separate holes and separate groups.

Это дает возможность при прохождении протяженности камеры смешения вместо множества отдельных дискретных, хотя и закрученных, струй воздуха из отверстий получить закрученную равномерную пелену воздуха на выходе из камеры смешения, натекающую к основаниям (замкам) и, при необходимости, в охлаждающие каналы рабочих лопаток.This makes it possible, when passing the length of the mixing chamber instead of many separate discrete, albeit swirling, jets of air from the openings, to obtain a swirling uniform veil of air at the outlet of the mixing chamber, flowing to the bases (locks) and, if necessary, to the cooling channels of the working blades.

Если указанные отверстия разместить равномерно по окружности группами по несколько отверстий, их диаметры можно увеличить, при этом соблюдая требование, чтобы количество охлаждающего воздуха, проходящего через них, составляло 1...2% от количества воздуха, в целом потребляемого двигателем.If these holes are placed evenly around the circumference in groups of several holes, their diameters can be increased, while observing the requirement that the amount of cooling air passing through them be 1 ... 2% of the amount of air consumed by the engine as a whole.

Такое расположение направляющих отверстий более технологично по сравнению с равномерным круговым расположением отверстий меньшего диаметра.This arrangement of the guide holes is more technologically advanced than the uniform circular arrangement of the holes of a smaller diameter.

В обоих случаях обеспечивается непрерывность охлаждения и повышается его эффективность. По сравнению с прототипом конструкция устройства упрощается.In both cases, cooling is ensured and its efficiency is increased. Compared with the prototype, the design of the device is simplified.

В конкретной конструкции кольцевая камера смешения может быть выполнена между задней стенкой соплового аппарата и дополнительным кольцом, совмещенным с задней стенкой. Эта конструкция более технологична в производстве.In a particular design, an annular mixing chamber may be formed between the rear wall of the nozzle apparatus and an additional ring aligned with the rear wall. This design is more technological in production.

Всем этим в совокупности обеспечиваются вышеуказанные технические результаты заявляемого решения.All of this together provides the above technical results of the proposed solution.

Сущность заявляемого технического решения поясняется чертежами, где на:The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings, where:

- Фиг.1 дан продольный разрез турбины газотурбинного двигателя с подачей охлаждающего воздуха через сопловой аппарат;- Figure 1 is a longitudinal section of a turbine of a gas turbine engine with a supply of cooling air through a nozzle apparatus;

- Фиг.2 показан увеличенный фрагмент А (см. фиг.1) устройства подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам турбины газотурбинного двигателя;- Figure 2 shows an enlarged fragment A (see figure 1) of a device for supplying cooling air to the working blades of a turbine of a gas turbine engine;

- Фиг.3 даны увеличенные сечения (см. фиг.1) Б-Б вдоль осей сквозных отверстий и В-В через рабочие лопатки турбины, с их взаимным расположением;- Figure 3 shows enlarged sections (see figure 1) BB along the axes of the through holes and BB through the working blades of the turbine, with their relative position;

- Фиг.4 показан продольный разрез турбины газотурбинного двигателя с подачей охлаждающего воздуха из-под кольцевой прямоточной камеры сгорания;- Figure 4 shows a longitudinal section of a turbine of a gas turbine engine with a supply of cooling air from under an annular once-through combustion chamber;

- Фиг.5 дан продольный разрез турбины газотурбинного двигателя с подачей охлаждающего воздуха из-под противоточной камеры сгорания.- Figure 5 is a longitudinal section of a turbine of a gas turbine engine with a supply of cooling air from under a countercurrent combustion chamber.

Представленная на Фиг.1 конструкция заявляемого устройства подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам колеса турбины содержит корпус статора 1 с отверстиями 2 подвода воздуха. В корпусе статора 1 установлены полые лопатки 3 соплового аппарата турбины, далее, сопловые лопатки 3, размещенные вокруг воздушной полости 4 ресивера. За ними расположено колесо турбины с закрепленными в его диске 5 рабочими лопатками 6 с корытами 7.Presented in FIG. 1, the design of the inventive device for supplying cooling air to the working blades of a turbine wheel comprises a stator housing 1 with openings 2 for supplying air. Hollow blades 3 of the turbine nozzle apparatus are installed in the stator housing 1, further, nozzle blades 3 are placed around the air cavity 4 of the receiver. Behind them is a turbine wheel with rotor blades 6 fixed in its disk 5 with troughs 7.

Сопловые лопатки 3 имеют внутренние полки, объединенные в кольцевой внутренний бандаж 8, выступающий вдоль продольной оси (условно по потоку) к рабочим лопаткам 6 в диске 5 колеса турбины.The nozzle blades 3 have internal shelves, combined in an annular inner bandage 8, protruding along the longitudinal axis (relative to the flow) to the working blades 6 in the disk 5 of the turbine wheel.

Навстречу и концентрично внутри указанного кольцевого внутреннего бандажа 8 сопловых лопаток 3, в направлении продольной оси турбины расположены внутренние полки рабочих лопаток 6 диска 5 колеса турбины. Они образуют собой кольцевой бандаж 9 с общим кольцевым выступом 10, направленным (условно) против потока.Toward and concentrically inside the specified annular inner bandage 8 of the nozzle blades 3, in the direction of the longitudinal axis of the turbine are the internal shelves of the working blades 6 of the disk 5 of the turbine wheel. They form an annular bandage 9 with a common annular protrusion 10, directed (conditionally) against the flow.

Внутренний бандаж 8 сопловых лопаток 3 образует воздушную полость 4 ресивера совместно с кольцевым, U-образным в продольном сечении, внутренним корпусом 11, концентричным бандажу 8 и размещенным радиально внутри последнего.The inner bandage 8 of the nozzle blades 3 forms an air cavity 4 of the receiver together with an annular, U-shaped in longitudinal section, the inner casing 11, a concentric bandage 8 and placed radially inside the latter.

U-образный внутренний корпус 11 имеет кольцевые, переднюю 12 и заднюю 13, внутренние стенки, направленные радиально от продольной оси турбины. В каждой из стенок передней 12 и задней 13 выполнены радиально наружу от продольной оси кольцевые канавки: передняя канавка 14 и задняя канавка 15.The U-shaped inner casing 11 has annular, front 12 and rear 13, inner walls directed radially from the longitudinal axis of the turbine. In each of the walls of the front 12 and rear 13, annular grooves are made radially outward from the longitudinal axis: the front groove 14 and the rear groove 15.

В переднюю канавку 14 введено переднее кольцо 16, составленное из множества радиальных выступов бандажа 8 сопловых лопаток 3.A front ring 16 is inserted into the front groove 14 and is composed of a plurality of radial protrusions of the brace 8 of the nozzle vanes 3.

В заднюю канавку 15 введено заднее кольцо 17, составленное из множества задних радиальных выступов того же бандажа 8 сопловых лопаток 3.A rear ring 17 is introduced into the rear groove 15, which is composed of a plurality of rear radial protrusions of the same brace 8 of nozzle blades 3.

Задняя стенка13 U-образного корпуса 11, ограничивающего воздушную полость 4 ресивера, содержит наружный кольцевой осевой бурт 18, направленный под кольцевой выступ 10 рабочих лопаток 6 и размещенный концентрично последнему.The rear wall 13 of the U-shaped housing 11, bounding the air cavity 4 of the receiver, contains an outer annular axial collar 18, directed under the annular protrusion 10 of the blades 6 and placed concentrically to the latter.

Кольцевой внутренний бандаж 8 сопловых лопаток 3, осевой бурт 18 и размещенный между ними встречный выступ 10 в совокупности образуют своеобразное торцевое уплотнение на границе с газодинамическим трактом турбины.The annular inner bandage 8 of the nozzle blades 3, the axial collar 18 and the counter protrusion 10 located between them together form a kind of mechanical seal at the boundary with the gas-dynamic path of the turbine.

Задняя стенка 13 под осевым буртом 18 имеет концентрично последнему развитое в осевом направлении кольцевое основание 19.The rear wall 13 under the axial shoulder 18 has an annular base 19 concentrically developed for the latter in the axial direction.

При этом указанное кольцевое основание 19 размещено концентрично вокруг кольцевого выступа 20 диска 5 колеса турбины.While the specified annular base 19 is placed concentrically around the annular protrusion 20 of the disk 5 of the turbine wheel.

В кольцевом основании 19 образована вдоль продольной оси в виде кольцевой щели камера смешения 21, рассчитанная известными методами. Последняя открыта только в направлении колеса турбины. В то же время эта камера смешения 21 сообщена с воздушной полостью 4 ресивера через наружную стенку щели сквозными отверстиями 22 с их входом в указанную камеру смешения 21 в пределах объема последней.In the annular base 19 is formed along the longitudinal axis in the form of an annular gap mixing chamber 21, calculated by known methods. The latter is open only in the direction of the turbine wheel. At the same time, this mixing chamber 21 is in communication with the air cavity 4 of the receiver through the outer wall of the slot through holes 22 with their entrance into the specified mixing chamber 21 within the volume of the latter.

В то же время указанные сквозные отверстия 22 в сечении вдоль продольной оси каждого на их входе внутрь камеры смешения 21 ориентированы в окружном направлении на корыта 7 рабочих лопаток 6 турбины.At the same time, these through holes 22 in cross section along the longitudinal axis of each at their entrance into the mixing chamber 21 are oriented in the circumferential direction on the trough 7 of the turbine blades 6.

Как более технологичное решение устройства, камера смешения 21 может быть образована щелевым кольцевым пространством, замкнутым от воздушной полости 4 ресивера, между кольцевым основанием 19 и кольцом 23, дополнительно установленным изнутри этого кольцевого основания 19.As a more technologically advanced solution of the device, the mixing chamber 21 can be formed by a slotted annular space, closed from the air cavity 4 of the receiver, between the annular base 19 and the ring 23, additionally installed from the inside of this annular base 19.

На кольце 23 может быть выполнен радиальный заостренный бурт 24, направленный к кольцевому выступу 20 с образованием расчетного зазора 25.On the ring 23 can be made radial pointed shoulder 24, directed to the annular protrusion 20 with the formation of the design gap 25.

Тем самым организована полость 26 под выступом 10 бандажа 9 внутренних полок рабочих лопаток 6. Полость 26 сообщена через камеру смешения 21 с воздушной полостью 4 ресивера множеством указанных сквозных отверстий 22 в основании 19. Полость 26 через зазор 25 сообщена с полостью 27 под U-образным внутренним корпусом 11.Thus, the cavity 26 is arranged under the protrusion 10 of the bandage 9 of the internal shelves of the working blades 6. The cavity 26 is communicated through the mixing chamber 21 with the air cavity 4 of the receiver by a plurality of said through holes 22 in the base 19. The cavity 26 is connected through the gap 25 with the cavity 27 under the U-shaped inner case 11.

Благодаря тому, что указанные сквозные отверстия 22 на их входе внутрь камеры смешения 21 ориентированы в сечении вдоль продольной оси каждого в окружном направлении на корыта 7 рабочих лопаток колеса турбины, они обеспечивают предварительную закрутку воздуха.Due to the fact that these through holes 22 at their entrance into the mixing chamber 21 are oriented in section along the longitudinal axis of each in the circumferential direction on the trough 7 of the working blades of the turbine wheel, they provide a preliminary air swirl.

В камере смешения 21 воздушные струи объединяются, смешиваются в общий кольцевой равномерный поток воздуха, набегающий на рабочие лопатки 6 и охлаждающий, в частности, их замки.In the mixing chamber 21, the air jets are combined, mixed into a common annular uniform air flow running onto the working blades 6 and cooling, in particular, their locks.

Заявляемое устройство может быть выполнено и с обеспечением воздушной полости 4 ресивера охлаждающим воздухом из-под оболочки камеры сгорания.The inventive device can be performed and providing the air cavity 4 of the receiver with cooling air from under the shell of the combustion chamber.

Обратимся к конструкции заявляемого устройства для газотурбинного двигателя с прямоточной камерой сгорания (см. Фиг.4).We turn to the design of the inventive device for a gas turbine engine with a once-through combustion chamber (see Figure 4).

В этом случае воздушная полость 29 под внутренней оболочкой 30 прямоточной камеры сгорания сообщена с воздушной полостью 4 под сопловыми лопатками 3, которая также сообщена с полостью 26 у рабочих лопаток 6 через выполняющие предварительную закрутку воздуха сквозные отверстия 22 в кольцевом основании 19 и камеру смешения 21.In this case, the air cavity 29 under the inner shell 30 of the direct-flow combustion chamber is in communication with the air cavity 4 under the nozzle blades 3, which is also in communication with the cavity 26 of the working blades 6 through the preliminary swirling through holes 22 in the annular base 19 and the mixing chamber 21.

В то же время кольцевое основание 19 своей передней стенкой 28 сочленено одновременно с внутренним бандажом 8 сопловых лопаток 3 и внутренней оболочкой 30 прямоточной камеры сгорания.At the same time, the annular base 19 with its front wall 28 is jointed simultaneously with the inner bandage 8 of the nozzle blades 3 and the inner shell 30 of the direct-flow combustion chamber.

В случае заявляемого устройства для газотурбинного двигателя с противоточной камерой сгорания (см. Фиг.5) воздушная полость 31 ограничена оболочкой 33 противоточной камеры сгорания.In the case of the inventive device for a gas turbine engine with a countercurrent combustion chamber (see Figure 5), the air cavity 31 is limited to the shell 33 of the counterflow combustion chamber.

Эта воздушная полость 31 сообщена с воздушной полостью 4 под сопловыми лопатками 3, которая также сообщена с полостью 26 у рабочих лопаток 6 через описанные отверстия 22 предварительной закрутки в кольцевом основании 19 и далее через камеру смешения 21, которая на выходе сообщена с полостью 26 перед рабочими лопатками 6, в частности у их замковых частей.This air cavity 31 is in communication with the air cavity 4 under the nozzle blades 3, which is also communicated with the cavity 26 of the working blades 6 through the described preliminary twist holes 22 in the annular base 19 and then through the mixing chamber 21, which is connected to the cavity 26 in front of the workers blades 6, in particular at their locking parts.

В этом случае кольцевое основание 19 своей передней стенкой 32 сочленено одновременно с кольцевым внутренним бандажом 8 сопловых лопаток 3 и оболочкой 33 камеры сгорания (Фиг.5).In this case, the annular base 19 with its front wall 32 is jointed simultaneously with the annular inner bandage 8 of the nozzle blades 3 and the shell 33 of the combustion chamber (Figure 5).

При этом в любой из описанных конструкций устройства вход внутрь камеры смешения 21 отверстий 22 предпочтительно размещен у дна 34 указанной камеры.Moreover, in any of the described device designs, the entrance into the mixing chamber 21 of the holes 22 is preferably located at the bottom 34 of the specified chamber.

Подвод охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам 6 турбины в любой из конструкций заявляемого устройства реализуется следующим образом.The supply of cooling air to the working blades 6 of the turbine in any of the structures of the claimed device is implemented as follows.

Обратимся к фиг.1. Охлаждающий воздух отбирается из-за компрессора либо из-за промежуточных ступеней компрессора и подводится известными средствами в воздушную полость 4 ресивера. Давление в воздушной полости ресивера 4 существенно превышает давление в полости камеры смешения 21.Turn to figure 1. Cooling air is taken off due to the compressor or due to intermediate stages of the compressor and is supplied by known means into the air cavity 4 of the receiver. The pressure in the air cavity of the receiver 4 significantly exceeds the pressure in the cavity of the mixing chamber 21.

Охлаждающий воздух из воздушной полости 4 ресивера поступает в камеру смешения 21 у ее дна 34 через направляющие воздух сквозные отверстия 22.Cooling air from the air cavity 4 of the receiver enters the mixing chamber 21 at its bottom 34 through the air guide through holes 22.

При этом струи воздуха в сечении вдоль продольной оси каждого отверстия 22 формируются в окружном направлении на корыта 7 рабочих лопаток 6.In this case, air jets in the section along the longitudinal axis of each hole 22 are formed in the circumferential direction on the trough 7 of the working blades 6.

Дискретные струи охлаждающего воздуха из отверстий 22, проходя от дна 34 камеры смешения 21 через ее полость к выходу, замыкаются в сплошную кольцевую воздушную пелену, которая далее направляется на охлаждение рабочих лопаток 6, в частности, к месту установки в диске 5 их замков.Discrete jets of cooling air from the holes 22, passing from the bottom 34 of the mixing chamber 21 through its cavity to the outlet, are closed in a continuous annular air curtain, which is then sent to cool the blades 6, in particular, to the place of installation of their locks in the disk 5.

Если заявляемое устройство выполнено, как на Фиг.4 или 5 с обеспечением полости 4 охлаждающим воздухом из-под оболочки камеры сгорания, принцип подачи охлаждающего воздуха в камеру 4 и прохождения его через отверстия 22 и далее из камеры смешения 21 в полость 26 полностью идентичен вышеописанному.If the inventive device is made, as in Fig. 4 or 5, providing the cavity 4 with cooling air from under the shell of the combustion chamber, the principle of supplying cooling air to the chamber 4 and passing it through the openings 22 and further from the mixing chamber 21 into the cavity 26 is completely identical to the above .

Принцип работы и эффективность устройства такие же в случае с забором воздуха из полости 31 под оболочкой 33 противоточной камерой сгорания.The principle of operation and efficiency of the device are the same in the case of air intake from the cavity 31 under the shell 33 countercurrent combustion chamber.

При этом перетекание среды из прилегающих полостей в полость 26 подвода охлаждающего воздуха ограничивают:In this case, the flow of medium from adjacent cavities into the cavity 26 for supplying cooling air is limited:

- со стороны газодинамического тракта турбины - система цилиндрических гребешков, включающая в совокупности кольцевой выступ 8, осевой бурт 18 и размещенный между ними встречный выступ 10;- from the side of the gas-dynamic path of the turbine — a system of cylindrical scallops, including in total an annular protrusion 8, an axial shoulder 18 and a counter protrusion 10 located between them;

- со стороны полости 27 - радиальный бурт 24 и выступ диска 20, также образующие своеобразное уплотнение.- from the side of the cavity 27 - radial shoulder 24 and the protrusion of the disk 20, also forming a kind of seal.

Эффективность σ охлаждения предлагаемого устройства выше, чем эффективность системы с дискретными струями.The cooling efficiency σ of the proposed device is higher than the efficiency of a system with discrete jets.

При этом температура воздуха на входе в рабочую лопатку 6 существенно снижается, что подтверждено известным газодинамическим расчетом:In this case, the air temperature at the inlet to the working blade 6 is significantly reduced, which is confirmed by the well-known gas-dynamic calculation:

Figure 00000002
Figure 00000002

где Т*w - температура воздуха на входе в рабочую лопаткуwhere T * w - air temperature at the entrance to the working blade

Т* - полная температура охлаждающего воздухаT * - full temperature of cooling air

u1 - окружная скорость ротора на радиусе подводаu 1 - peripheral speed of the rotor at the radius of the supply

сu - окружная составляющая скорости подводимого воздухаwith u - circumferential component of the velocity of the supplied air

cр - теплоемкость воздухаc p - heat capacity of air

r - коэффициент восстановленияr is the recovery coefficient

σ - эффективность системы подвода.σ is the efficiency of the supply system.

То, что закручивающие отверстия размещены на их входе в камеру смешения у ее дна, наиболее эффективно обеспечивает превращение отдельных струй в воздушную пелену. Тем самым обеспечивается подвод охлаждающего воздуха к рабочей лопатке в виде сплошной струи, закрученной в том же направлении, что и корыта рабочих лопаток, т.е. по вращению ротора.The fact that the twisting holes are placed at their entrance to the mixing chamber at its bottom most effectively ensures the conversion of individual jets into an air curtain. This ensures the supply of cooling air to the working blade in the form of a continuous jet swirling in the same direction as the troughs of the working blades, i.e. rotor rotation.

Устранение дискретности натекания охлаждающего воздуха позволяет снизить его температуру на входе в рабочую лопатку на 20-30°С. Это, в конечном счете, повышает надежность не только турбины, но и надежность и экономичность двигателя в целом.Elimination of discreteness of leakage of cooling air allows to reduce its temperature at the inlet to the working blade by 20-30 ° C. This ultimately improves the reliability of not only the turbine, but also the reliability and efficiency of the engine as a whole.

Расход охлаждающего воздуха не более 1...2% от потребляемого двигателем в целом.The consumption of cooling air is not more than 1 ... 2% of the total consumed by the engine.

Применяемость заявляемого технического решения подтверждена положительными результатами испытаний опытных образцов авиационных двигателей ТВ3-117 ВМА-СБМ1, Д-27, АИ-450, разработанных ГП "ЗМКБ Прогресс" имени А.Г.Ивченко.The applicability of the proposed technical solution is confirmed by the positive test results of prototypes of aircraft engines TV3-117 VMA-SBM1, D-27, AI-450, developed by the GP "ZMKB Progress" named after A. G. Ivchenko.

Claims (4)

1. Устройство подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам колеса турбины, содержащее ограниченную задней стенкой соплового аппарата воздушную полость, сообщенную средствами предварительной закрутки воздуха с кольцевой камерой смешения, образованной кольцевым основанием задней стенки соплового аппарата, внутренним кольцом, совмещенным с указанной стенкой, и дном и сообщенной с полостью у рабочих лопаток, отличающееся тем, что средства предварительной закрутки выполнены в виде сквозных отверстий в кольцевом основании задней стенки соплового аппарата.1. A device for supplying cooling air to the working blades of a turbine wheel, comprising an air cavity bounded by the rear wall of the nozzle apparatus and communicated by means of preliminary air swirling with an annular mixing chamber formed by the annular base of the rear wall of the nozzle apparatus, an inner ring aligned with said wall, and the bottom and communicated with the cavity of the working blades, characterized in that the means of pre-twisting made in the form of through holes in the annular base of the rear wall and nozzle apparatus. 2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что вход сквозных отверстий через кольцевое основание задней стенки соплового аппарата в камеру смешения размещен у дна указанной камеры смешения.2. The device according to claim 1, characterized in that the entrance of the through holes through the annular base of the rear wall of the nozzle apparatus into the mixing chamber is located at the bottom of the specified mixing chamber. 3. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что указанные отверстия в радиальной плоскости размещены равномерно по окружности.3. The device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that said holes in the radial plane are evenly spaced around the circumference. 4. Устройство по любому из пп.1 и 2, отличающееся тем, что указанные отверстия в радиальной плоскости размещены равномерно по окружности отдельными группами.4. The device according to any one of claims 1 and 2, characterized in that said holes in the radial plane are arranged uniformly around the circumference in separate groups.
RU2004117268/06A 2004-02-05 2004-06-07 Device to supply cooling air to working of turbine wheel RU2289029C2 (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
UA2004020814 2004-02-05
UA2004020814 2004-02-05

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2004117268A RU2004117268A (en) 2005-12-10
RU2289029C2 true RU2289029C2 (en) 2006-12-10

Family

ID=35868400

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004117268/06A RU2289029C2 (en) 2004-02-05 2004-06-07 Device to supply cooling air to working of turbine wheel

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2289029C2 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2460886C1 (en) * 2011-04-26 2012-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") Turbine rotor
RU2462600C2 (en) * 2007-06-25 2012-09-27 Сименс Акциенгезелльшафт Turbine design and method to cool band installed near turbine blade edge
RU2520255C1 (en) * 2013-01-25 2014-06-20 Егор Владимирович Пименов Steam turbine
RU2615567C2 (en) * 2012-01-04 2017-04-05 Дженерал Электрик Компани Holding bracket for turbo machine impeller tubes supporting and turbo machine element (versions)
RU2618153C2 (en) * 2013-02-14 2017-05-02 Сименс Энерджи, Инк. Gas turbine engine with ambient air cooling device comprising preliminary swirler

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2462600C2 (en) * 2007-06-25 2012-09-27 Сименс Акциенгезелльшафт Turbine design and method to cool band installed near turbine blade edge
US8550774B2 (en) 2007-06-25 2013-10-08 Siemens Aktiengesellschaft Turbine arrangement and method of cooling a shroud located at the tip of a turbine blade
RU2460886C1 (en) * 2011-04-26 2012-09-10 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") Turbine rotor
RU2615567C2 (en) * 2012-01-04 2017-04-05 Дженерал Электрик Компани Holding bracket for turbo machine impeller tubes supporting and turbo machine element (versions)
RU2520255C1 (en) * 2013-01-25 2014-06-20 Егор Владимирович Пименов Steam turbine
RU2618153C2 (en) * 2013-02-14 2017-05-02 Сименс Энерджи, Инк. Gas turbine engine with ambient air cooling device comprising preliminary swirler

Also Published As

Publication number Publication date
RU2004117268A (en) 2005-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2619963C2 (en) Tangential combustion chamber with vaneless turbine for gas turbine engine
KR930007612Y1 (en) Gas turbine engine
US11226098B2 (en) Film-cooled multi-walled structure with one or more indentations
US3602605A (en) Cooling system for a gas turbine
JP5947515B2 (en) Turbomachine with mixing tube element with vortex generator
CN110030045B (en) Turbine engine with annular cavity
EP1260673A2 (en) Turbine cooling circuit
KR102126882B1 (en) Nozzle assembly, combustor and gas turbine including the same
US9032738B2 (en) Gas turbine compressor with bleed path
KR102153065B1 (en) Ring segment and gas turbine having the same
US5109671A (en) Combustion apparatus and method for a turbine engine
JP7320466B2 (en) Gas turbine fuel injection system
KR20200037691A (en) Turbine blade having cooling hole at winglet and gas turbine comprising the same
RU2289029C2 (en) Device to supply cooling air to working of turbine wheel
KR102000835B1 (en) Gas Turbine Blade
KR20200042622A (en) Turbine vane and turbine blade and gas turbine comprising the same
EP3421726A1 (en) Picture frame for connecting a can combustor to a turbine in a gas turbine and gas turbine comprising a picture frame
US11149557B2 (en) Turbine vane, ring segment, and gas turbine including the same
KR101965505B1 (en) Ring segment of turbine blade and turbine and gas turbine comprising the same
JP6961340B2 (en) Rotating machine
WO2017190967A1 (en) A combustor assembly with impingement plates for redirecting cooling air flow in gas turbine engines
JP2019082263A (en) Gas turbine combustor and gas turbine
JP2017089618A (en) Wheel space purge flow mixing chamber
CN113107679A (en) Transition section part for composite tangential air inlet of small gas turbine
KR101937588B1 (en) Cooling blade of turbine and turbine and gas turbine comprising the same