RU2369749C1 - Two-stage turbine of has turbine engine - Google Patents

Two-stage turbine of has turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2369749C1
RU2369749C1 RU2008104006/06A RU2008104006A RU2369749C1 RU 2369749 C1 RU2369749 C1 RU 2369749C1 RU 2008104006/06 A RU2008104006/06 A RU 2008104006/06A RU 2008104006 A RU2008104006 A RU 2008104006A RU 2369749 C1 RU2369749 C1 RU 2369749C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
labyrinth seal
stage
seal
wall
turbine
Prior art date
Application number
RU2008104006/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2008104006A (en
Inventor
Валерий Алексеевич Кузнецов (RU)
Валерий Алексеевич Кузнецов
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
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 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" filed Critical Открытое акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority to RU2008104006/06A priority Critical patent/RU2369749C1/en
Publication of RU2008104006A publication Critical patent/RU2008104006A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2369749C1 publication Critical patent/RU2369749C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: two-stage turbine of has turbine engine comprises inner shelves of cooled second-stage nozzle vanes representing four-wall boxes with contact sites. Turbine interdisk space is sealed by front and rear intermediate disks that make together with aforesaid boxes a labyrinth seal. The said seal is divided into front seal arranged between front intermediate disk knife edges and mating surface of the box side wall with enlarged radial gap H, and rear seal. Contact sites are made on the front wall of the said box over its entire height. Front space of two-space nozzle vane communicates with slot-like space of front labyrinth seal with H/h=2…5, where H is radial gap of the front labyrinth seal, and h is that of the rear labyrinth seal.
EFFECT: higher reliability due to reduced temperature of vane contact sites and intermediate disk rim.
3 dwg

Description

Изобретение относится к двухступенчатым турбинам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.The invention relates to two-stage turbines of gas turbine engines of aviation and ground applications.

Известна двухступенчатая турбина газотурбинного двигателя, сопловые лопатки второй ступени в которой по внутренним полкам зафиксированы между собой радиальными цапфами, телескопически установленными в бандажном кольце. (С.А.Вьюнов. «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей». Москва, «Машиностроение», стр.183, рис.4.41а).A two-stage turbine of a gas turbine engine is known, the nozzle blades of the second stage in which, along the inner shelves, are fixed between themselves by radial trunnions telescopically mounted in the retaining ring. (S. A. Vyunov. “Design and Design of Aircraft Gas Turbine Engines.” Moscow, “Mechanical Engineering”, p. 183, Fig. 4.41a).

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за износа радиальных цапф и бандажного кольца при вибрации сопловых лопаток второй ступени.A disadvantage of the known design is its low reliability due to wear of the radial trunnions and retaining ring during vibration of the nozzle blades of the second stage.

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция двухступенчатой турбины газотурбинного двигателя, в которой внутренние полки сопловых лопаток второй ступени выполнены в форме четырехстенных коробок, зафиксированных между собой контактными площадками, расположенными на задней по течению потока газа боковой сплошной стенке коробки, а междисковая полость уплотнена с помощью переднего и заднего по потоку газа промежуточных дисков (патент RU №2151884).Closest to the claimed one is the design of a two-stage turbine of a gas turbine engine, in which the inner shelves of the nozzle blades of the second stage are made in the form of four-wall boxes fixed to each other by contact pads located on the rear continuous wall of the box along the gas flow, and the inter-disk cavity is sealed with the front and rear downstream gas intermediate discs (patent RU No. 2151884).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за наклепа и износа контактных площадок сопловых лопаток и повышенной температуры промежуточных дисков, омываемых по периферии высокотемпературным газом.A disadvantage of the known design adopted for the prototype is its low reliability due to the hardening and wear of the contact pads of the nozzle blades and the increased temperature of the intermediate disks washed around the periphery by high-temperature gas.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности двухступенчатой турбины газотурбинного двигателя путем снижения температуры контактных площадок сопловых лопаток второй ступени и обода промежуточных дисков.The technical problem solved by the invention is to increase the reliability of a two-stage turbine of a gas turbine engine by lowering the temperature of the contact pads of the second stage nozzle blades and the rim of the intermediate disks.

Сущность изобретения заключается в том, что в двухступенчатой турбине газотурбинного двигателя, внутренние полки охлаждаемых сопловых лопаток второй ступени в которой выполнены в форме четырехстенных коробок с контактными площадками, а междисковая полость уплотнена передним и задним по потоку воздуха промежуточными дисками, образующими с коробками лабиринтное уплотнение, согласно изобретению, уплотнение разделено на переднее между гребешками переднего промежуточного диска и ответной поверхностью передней боковой стенки коробки с увеличенным радиальным зазором Н и на заднее уплотнение, при этом контактные площадки выполнены на передней по потоку боковой стенке коробки и по всей высоте этой стенки, а передняя полость двуполостной сопловой лопатки на выходе соединена через канал между контактными площадками соседних лопаток со щелевой полостью переднего лабиринтного уплотнения, при этом H/h=2…5, где:The essence of the invention lies in the fact that in a two-stage turbine of a gas turbine engine, the internal shelves of the cooled nozzle blades of the second stage in which are made in the form of four-wall boxes with contact pads, and the interdisk cavity is sealed with front and rear intermediate air disks forming a labyrinth seal with the boxes, according to the invention, the seal is divided into the front between the combs of the front intermediate disk and the mating surface of the front side wall of the box with increased radial clearance H and the rear seal, while the contact pads are made on the upstream side wall of the box and along the entire height of this wall, and the front cavity of the two-cavity nozzle vanes at the outlet is connected through the channel between the contact areas of adjacent vanes with the slot cavity of the front labyrinth seal , while H / h = 2 ... 5, where:

Н - радиальный зазор по переднему лабиринтному уплотнению;N - radial clearance along the front labyrinth seal;

h - радиальный зазор по заднему лабиринтному уплотнению.h is the radial clearance along the rear labyrinth seal.

Разделение лабиринтного уплотнения на переднее между гребешками переднего промежуточного диска и ответной поверхностью передней боковой стенки коробки с увеличенным радиальным зазором и на заднее уплотнение позволяет уменьшить зависимость расхода охлаждающего воздуха через переднюю полость второй сопловой лопатки от величины радиального зазора в лабиринтном уплотнении, так как в случае существенного уменьшения радиального зазора по заднему лабиринтному уплотнению (например, при работе на переходных режимах) охлаждающий воздух может истекать через переднее лабиринтное уплотнение с увеличенными радиальными зазорами, что повышает надежность двухступенчатой турбины газотурбинного двигателя.Separation of the labyrinth seal on the front between the combs of the front intermediate disk and the mating surface of the front side wall of the box with an increased radial clearance and on the rear seal reduces the dependence of the cooling air flow through the front cavity of the second nozzle blade on the radial clearance in the labyrinth seal, since in the case of a significant reduce the radial clearance in the rear labyrinth seal (for example, when operating in transient conditions) the cooling air can can flow through the front labyrinth seal with increased radial clearances, which increases the reliability of a two-stage turbine of a gas turbine engine.

Выполнение контактных площадок на передней по потоку боковой стенке коробки и по всей высоте этой стенки позволяет снизить паразитные утечки газа через осевые зазоры между внутренними полками соседних сопловых лопаток второй ступени, так как контактные площадки в этом случае работают как уплотнительные элементы, что повышает КПД и надежность турбины.The implementation of the contact pads on the upstream side wall of the box and along the entire height of this wall allows to reduce parasitic gas leakage through the axial gaps between the inner shelves of adjacent second stage nozzle blades, since the contact pads in this case work as sealing elements, which increases efficiency and reliability turbines.

Соединение на выходе передней полости лопатки через канал между контактными площадками соседних лопаток со щелевой полостью переднего лабиринтного уплотнения позволяет организовать наддув лабиринтного уплотнения между внутренней полкой сопловой лопатки второй ступени и промежуточными дисками охлаждающим воздухом высокого давления, что значительно снижает расход высокотемпературного газа через лабиринтное уплотнение с соответствующим снижением температуры обода промежуточных дисков и повышением их надежности. Одновременно снижается температура контактных площадок, наддуваемых охлаждающим воздухом. Такое многократное использование охлаждающего воздуха позволяет наиболее полно использовать его хладоресурс и минимизировать ухудшение параметров газотурбинного двигателя при отборе воздуха на охлаждение турбины.The connection at the outlet of the front cavity of the blade through the channel between the contact pads of adjacent blades with the slot cavity of the front labyrinth seal allows you to organize a labyrinth seal between the inner shelf of the second stage nozzle blade and the intermediate disks with high pressure cooling air, which significantly reduces the flow of high-temperature gas through the labyrinth seal with the corresponding lowering the temperature of the rim of the intermediate disks and increasing their reliability. At the same time, the temperature of the pads pressurized by cooling air is reduced. Such repeated use of cooling air makes it possible to use its coolant to the fullest extent and minimize the deterioration of the parameters of the gas turbine engine during the selection of air for cooling the turbine.

При H/h<2 возможно «запирание» расхода охлаждающего воздуха, протекающего через переднюю полость сопловой лопатки второй ступени, особенно на переходных режимах работы газотурбинного двигателя, что может вызвать перегрев и поломку сопловой лопатки второй ступени.With H / h <2, it is possible to “lock” the flow rate of cooling air flowing through the front cavity of the second stage nozzle blade, especially during transient operation of the gas turbine engine, which can cause overheating and breakage of the second stage nozzle blade.

При H/h>5 снижается надежность двухступенчатой турбины газотурбинного двигателя из-за увеличенного подмешивания высокотемпературного газа к охлаждающему воздуху, с разогревом и снижением надежности промежуточных дисков.At H / h> 5, the reliability of a two-stage turbine of a gas turbine engine decreases due to the increased mixing of high-temperature gas with cooling air, with heating and a decrease in the reliability of the intermediate disks.

На фиг.1 изображен продольный разрез двухступенчатой турбины газотурбинного двигателя.Figure 1 shows a longitudinal section of a two-stage turbine of a gas turbine engine.

На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.Figure 2 is a section aa in figure 1.

На фиг.3 - элемент 1 на фиг.1 в увеличенном виде.Figure 3 - element 1 in figure 1 in an enlarged view.

Двухступенчатая турбина 1 газотурбинного двигателя состоит из статора 2 с сопловыми лопатками первой ступени 3 и сопловыми лопатками второй ступени 4, а также из ротора 5 с рабочими колесами первой ступени 6 и второй ступени 7, междисковая полость 8 между которыми уплотнена передним по потоку газа 9 промежуточным диском 10 и задним промежуточным диском 11. Перо 12 сопловой лопатки второй ступени 4 выполнено охлаждаемым и разделено радиальной перегородкой 13 на переднюю 14 и заднюю 15 по потоку газа 9 внутренние полости. Задняя внутренняя полость 15 соединена на входе с промежуточной ступенью компрессора (не показано), а передняя внутренняя полость 14 соединена на входе с полостью 16 воздуха высокого давления. Такое раздельное охлаждение сопловой лопатки второй ступени позволяет экономить энергетически дорогой воздух высокого давления, что способствует улучшению параметров газотурбинного двигателя и повышению надежности турбины. Внутренняя полка 17 сопловой лопатки второй ступени 4 выполнена в форме четырехстенной коробки 18, на сплошной передней по потоку 9 стенке 19 которой расположены контактные площадки 20 и 21, выполненные по всей высоте передней стенки 19. Внутренняя поверхность 22 передней стенки 19 образует совместно с уплотнительными гребешками 23 переднего промежуточного диска 10 переднее лабиринтное уплотнение 24, а внутренняя стенка 25 коробки 18 вместе с сотовым уплотнением 26 образуют совместно с уплотнительными гребешками 27 переднего промежуточного диска 10 и заднего промежуточного диска 11 заднее лабиринтное уплотнение 28. Передняя внутренняя полость 14 сопловой лопатки второй ступени 4 на выходе через переходный канал 29 и через канал 30 между контактными площадками 20, 21 соединена со щелевой полостью 31 переднего лабиринтного уплотнения 24. Для компенсации теплового расширения внутренние полки 17 сопловых лопаток второй ступени 4 выполнены с осевыми зазорами 32.A two-stage turbine 1 of a gas turbine engine consists of a stator 2 with nozzle blades of the first stage 3 and nozzle blades of the second stage 4, as well as a rotor 5 with impellers of the first stage 6 and second stage 7, the interdisk cavity 8 between which is sealed by an intermediate gas stream 9 intermediate the disk 10 and the rear intermediate disk 11. The feather 12 of the nozzle blade of the second stage 4 is made cooled and divided by the radial partition 13 into the front 14 and rear 15 along the gas stream 9 internal cavities. The rear internal cavity 15 is connected at the inlet to an intermediate stage of the compressor (not shown), and the front internal cavity 14 is connected at the inlet to the high pressure air cavity 16. Such separate cooling of the nozzle blade of the second stage allows you to save energy-expensive high-pressure air, which helps to improve the parameters of the gas turbine engine and increase the reliability of the turbine. The inner shelf 17 of the nozzle blade of the second stage 4 is made in the form of a four-wall box 18, on the continuous front wall 9 of the wall 19 which are located contact pads 20 and 21, made along the entire height of the front wall 19. The inner surface 22 of the front wall 19 forms together with the sealing combs 23 of the front intermediate disk 10, the front labyrinth seal 24, and the inner wall 25 of the box 18 together with the honeycomb seal 26 form together with the sealing combs 27 of the front intermediate disk 10 and the rear intermediate disk 11, the rear labyrinth seal 28. The front inner cavity 14 of the second stage nozzle blade 4 at the outlet through the transition channel 29 and through the channel 30 between the contact pads 20, 21 is connected to the slotted cavity 31 of the front labyrinth seal 24. To compensate for thermal expansion, the inner shelves 17 nozzle blades of the second stage 4 are made with axial clearances 32.

Работает устройство следующим образом.The device operates as follows.

При работе двухступенчатой турбины 1 газотурбинного двигателя сопловые лопатки второй ступени 4 контактируют между собой контактными площадками 20 и 21, что предотвращает вибрацию и поломку лопаток 4. При длительной эксплуатации на рабочей поверхности контактных площадок 20 и 21 мог бы образоваться наклеп, что привело бы к износу контактных площадок и к появлению вибронапряжений на лопатках 4. Однако этого не происходит, так как охлаждаемые площадки 20 и 21 на протяжении всего ресурса сохраняют высокую твердость, что исключает их наклеп и износ, что, в свою очередь, повышает надежность турбины.When the two-stage turbine 1 of the gas turbine engine is operating, the nozzle blades of the second stage 4 are in contact with each other by the contact pads 20 and 21, which prevents vibration and breakage of the blades 4. During long-term operation on the working surface of the contact pads 20 and 21, a rivet could form, which would lead to wear contact pads and the appearance of vibration stresses on the blades 4. However, this does not happen, since the cooled pads 20 and 21 throughout the resource retain high hardness, which eliminates their hardening and wear, which, in turn, increases the reliability of the turbine.

Claims (1)

Двухступенчатая турбина газотурбинного двигателя, внутренние полки охлаждаемых сопловых лопаток второй ступени в которой выполнены в форме четырехстенных коробок с контактными площадками, а междисковая полость уплотнена передним и задним по потоку воздуха промежуточными дисками, образующими с коробками лабиринтное уплотнение, отличающаяся тем, что уплотнение разделено на переднее между гребешками переднего промежуточного диска и ответной поверхностью передней боковой стенки коробки с увеличенным радиальным зазором Н и на заднее уплотнение, при этом контактные площадки выполнены на передней по потоку боковой стенке коробки и по всей высоте этой стенки, а передняя полость двуполостной сопловой лопатки на выходе соединена через канал между контактными площадками соседних лопаток со щелевой полостью переднего лабиринтного уплотнения, при этом H/h=2…5,
где Н - радиальный зазор по переднему лабиринтному уплотнению,
h - радиальный зазор по заднему лабиринтному уплотнению.
A two-stage turbine of a gas turbine engine, the internal shelves of the cooled nozzle blades of the second stage in which are made in the form of four-wall boxes with contact pads, and the inter-disk cavity is sealed with front and rear intermediate air disks forming the labyrinth seal with the boxes, characterized in that the seal is divided into the front between the combs of the front intermediate disk and the mating surface of the front side wall of the box with an increased radial clearance H and the rear densification, while the contact pads are made on the upstream side wall of the box and along the entire height of this wall, and the front cavity of the two-cavity nozzle vane at the outlet is connected through the channel between the contact pads of adjacent vanes with the slot cavity of the front labyrinth seal, with H / h = 2 ... 5,
where N is the radial clearance along the front labyrinth seal,
h is the radial clearance along the rear labyrinth seal.
RU2008104006/06A 2008-02-01 2008-02-01 Two-stage turbine of has turbine engine RU2369749C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008104006/06A RU2369749C1 (en) 2008-02-01 2008-02-01 Two-stage turbine of has turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2008104006/06A RU2369749C1 (en) 2008-02-01 2008-02-01 Two-stage turbine of has turbine engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2008104006A RU2008104006A (en) 2009-08-10
RU2369749C1 true RU2369749C1 (en) 2009-10-10

Family

ID=41049109

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2008104006/06A RU2369749C1 (en) 2008-02-01 2008-02-01 Two-stage turbine of has turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2369749C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2549397C1 (en) * 2013-12-30 2015-04-27 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" High temperature gas turbine
US9238969B2 (en) 2010-09-29 2016-01-19 Siemens Aktiengesellschaft Turbine assembly and gas turbine engine

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9238969B2 (en) 2010-09-29 2016-01-19 Siemens Aktiengesellschaft Turbine assembly and gas turbine engine
RU2576754C2 (en) * 2010-09-29 2016-03-10 Сименс Акциенгезелльшафт Turbine system and gas turbine engine
RU2549397C1 (en) * 2013-12-30 2015-04-27 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" High temperature gas turbine

Also Published As

Publication number Publication date
RU2008104006A (en) 2009-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10502072B2 (en) Compartmentalization of cooling air flow in a structure comprising a CMC component
US20240159151A1 (en) Airfoil for a turbine engine
JP6938610B2 (en) Clearance control ring assembly
US8961132B2 (en) Secondary flow arrangement for slotted rotor
JP4995368B2 (en) Internally cooled blade tip shroud
JP2007120501A (en) Interstage seal, turbine blade, and interface seal between cooled rotor and stator of gas turbine engine
JP2004076726A (en) Bleeding case for compressor
CA2687800A1 (en) Turbine cooling air from a centrifugal compressor
JP2011512479A (en) Impeller and turbocharger
US9121298B2 (en) Finned seal assembly for gas turbine engines
JP2015517630A (en) Nozzle with extended tab
JP2014532831A (en) Asymmetric radial spline seals for gas turbine engines
JP2015535565A (en) Turbine shroud mounting and sealing configuration
JP2016516933A (en) Turbine shroud with spline seal
US20180142564A1 (en) Combined turbine nozzle and shroud deflection limiter
JP2014148974A (en) Gas turbine engine integrated heat exchanger
US20190003326A1 (en) Compliant rotatable inter-stage turbine seal
US20130266427A1 (en) Sealing system for a turbomachine
EP2586968A2 (en) Secondary flow arrangement for slotted rotor
US10450874B2 (en) Airfoil for a gas turbine engine
RU2484258C2 (en) Device for flow movement in gas turbine engine
US8210821B2 (en) Labyrinth seal for turbine dovetail
US10060288B2 (en) Multi-flow cooling passage chamber for gas turbine engine
RU2369749C1 (en) Two-stage turbine of has turbine engine
RU2263809C2 (en) Multistage gas turbine

Legal Events

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

Effective date: 20120202