RU2499894C1 - Bypass gas turbine engine - Google Patents

Bypass gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2499894C1
RU2499894C1 RU2012120040/06A RU2012120040A RU2499894C1 RU 2499894 C1 RU2499894 C1 RU 2499894C1 RU 2012120040/06 A RU2012120040/06 A RU 2012120040/06A RU 2012120040 A RU2012120040 A RU 2012120040A RU 2499894 C1 RU2499894 C1 RU 2499894C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
radial clearance
stage
cavities
compressor
Prior art date
Application number
RU2012120040/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
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 Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Priority to RU2012120040/06A priority Critical patent/RU2499894C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2499894C1 publication Critical patent/RU2499894C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: proposed engine comprises compressor with at least one stage, combustion chamber with fire tube, turbine including at least one cooled stage with distributor with cavities above and under it. Turbine rotor incorporated cooled impeller and swirler arranged there ahead. Turbine stator comprises at least two turbine casings with cavities there between and radial clearance adjustment system including ring insert arranged above the impeller. Cavity above distributor is communicated via air bleed pipeline including flow rate controller with compressor outlet. One of said cavities between turbine casings is communicated via pipeline including second flow rate controller with compressor mid stage. Radial clearance adjustment means comprises radial clearance transducers and onboard computer electrically connected with flow rate controllers and radial clearance transducers.
EFFECT: efficient control over radial clearance, higher takeoff and augmenter thrust, efficiency and reliability.
3 cl, 16 dwg

Description

Группа изобретений относится к двигателестроению, в том числе к авиационным и стационарным газотурбинным двигателям (ГТД), имеющим дна контура, и может найти применение в авиастроении, судостроении, на газоперекачивающих станциях и для пиковых энергетических установок в качестве привода для электрогенератора, предназначенного для выработки электроэнергии.The group of inventions relates to engine building, including aircraft and stationary gas turbine engines (GTE), having the bottom of the circuit, and can be used in aircraft building, shipbuilding, gas pumping stations and for peak power plants as a drive for an electric generator designed to generate electricity .

Известна турбина газотурбинного двигателя по патенту на изобретение №2435039, МПК F01D 11/24, опубл. 27.04.08 г. Корпус турбины включает радиальную стенку и содержит со стороны своей внутренней поверхности опору для крепления кольца, окружающего подвижные лопатки турбины. Опора содержит периферийную стенку, окружающую кольцо соосно с ним. Корпус включает в себя множество перфораций, обеспечивающих подачу воздуха для равномерной вентиляции наружной поверхности периферийной стенки. Перфорации образованы через радиальную стенку корпуса, проходящую радиально внутрь. Стенка по существу охватывает вентиляционную камеру, которая также образована внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью периферийной стенки опоры. Вентиляционная камера включает в себя небольшое отверстие между радиальным ребром опоры и внутренней поверхностью радиальной стенки для выпуска воздуха из камеры.Known turbine for a gas turbine engine according to the patent for invention No. 2435039, IPC F01D 11/24, publ. 04/27/08, the turbine housing includes a radial wall and contains on the side of its inner surface a support for fixing the ring surrounding the movable blades of the turbine. The support comprises a peripheral wall surrounding the ring coaxially with it. The housing includes many perforations that provide air for uniform ventilation of the outer surface of the peripheral wall. Perforations are formed through the radial wall of the housing, passing radially inward. The wall essentially encompasses the ventilation chamber, which is also formed by the inner surface of the housing and the outer surface of the peripheral wall of the support. The ventilation chamber includes a small hole between the radial rib of the support and the inner surface of the radial wall to release air from the chamber.

Недостатки - конструктивная сложность и невозможность регулирования радиального зазора на всех режимах работы двигателя.Disadvantages - structural complexity and the inability to regulate the radial clearance in all engine operating modes.

Известен газотурбинный двигатель по патенту РФ на изобретение №2304221, МПК F01D 11/14, опубл. 10.08.07 г. Этот ГТД содержит компрессор, имеющий несколько осевых ступеней, содержащих корпус, направляющие аппараты и рабочие колеса, и турбину, содержащую корпус и как минимум одну ступень с сопловым аппаратом и рабочим колесом, а также средство регулирования радиальных зазоров по меньшей мере одной ступени компрессора и/или турбины.Known gas turbine engine according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2304221, IPC F01D 11/14, publ. 08.10.07, This gas turbine engine contains a compressor having several axial stages containing a housing, guiding apparatuses and impellers, and a turbine comprising a housing and at least one stage with a nozzle apparatus and an impeller, as well as at least radial clearance control means one stage of the compressor and / or turbine.

Недостатки - низкая эффективность регулирования радиального зазора, особенно на переходных режимах, при форсировании или дроссилировании двигателя, конструктивная сложность устройства регулирования радиального зазора.Disadvantages - low efficiency of regulation of the radial clearance, especially in transition modes, when forcing or throttling the engine, the structural complexity of the device for regulating the radial clearance.

Газовая турбина, например турбина высокого давления для турбомашины, такая как раскрытая в публикации патент Франции №2688539, обычно содержит множество неподвижных лопаток, расположенных так, что они чередуются с множеством подвижных лопаток, находящихся на пути горячего газа, поступающего из камеры сгорания турбомашины. Движущиеся лопатки турбины окружены по всей их периферии стационарным кольцевым узлом. Стационарный кольцевой узел образует проход, вдоль которого горячий газ течет через лопатки турбины.A gas turbine, such as a high-pressure turbine for a turbomachine, such as the French patent publication No. 2688539 disclosed in France, typically contains a plurality of fixed vanes arranged so that they alternate with a plurality of movable vanes located in the path of the hot gas coming from the combustion chamber of the turbomachine. Moving turbine blades are surrounded around their periphery by a stationary annular assembly. The stationary annular assembly forms a passage along which hot gas flows through the turbine blades.

Чтобы повысить эффективность такой турбины, как известно, уменьшают зазор, который существует между вершинами движущихся лопаток турбины и обращенными к ним частями стационарного кольцевого узла, до величины, которая будет по возможности наименьшей.In order to increase the efficiency of such a turbine, as is known, the gap that exists between the vertices of the moving turbine blades and the parts of the stationary annular assembly facing them is reduced to the value that is as small as possible.

Для этого разработаны средства, которые обеспечивают возможность изменения диаметра стационарного кольцевого узла.For this, tools have been developed that provide the ability to change the diameter of the stationary annular assembly.

Тем не менее это решение считается недостаточным, если опора, к которой крепят кольцо, также подвержена по ее периферии неравномерной термической деформации, когда такая деформация приводит к деформации кольца турбины.Nevertheless, this solution is considered insufficient if the support to which the ring is attached is also exposed at its periphery to uneven thermal deformation, when such deformation leads to deformation of the turbine ring.

Известна также турбина ГТД с регулируемыми радиальными зазорами по патенту РФ №2435039, МПК F01D 11/04, прототип устройства.Also known is a turbine engine with adjustable radial clearances according to the patent of the Russian Federation No. 2435039, IPC F01D 11/04, a prototype device.

Этот способ регулирования радиального зазора в турбине включает охлаждение и/или нагрев ротора и/или статора.This method of controlling the radial clearance in a turbine includes cooling and / or heating the rotor and / or stator.

Эта турбина содержит внешний, внутренний и промежуточный корпусы, ступень с сопловым аппаратом и рабочим колесом с кольцевой вставкой над рабочим колесом, а также средство регулирования радиальных зазоров по меньшей мере одной ступени турбины, при этом кольцевая вставка над рабочими колесами закреплена на промежуточном и внешнем корпусах.This turbine contains an outer, inner and intermediate case, a stage with a nozzle apparatus and an impeller with an annular insert above the impeller, and also means for regulating the radial clearances of at least one stage of the turbine, while the annular insert above the impellers is fixed on the intermediate and external cases .

Недостатки способа и устройства - резкое увеличение радиального зазора при форсировании двигателя из-за быстрого прогрева корпуса.The disadvantages of the method and device is a sharp increase in the radial clearance during engine boosting due to the rapid heating of the housing.

Техническим результатом, достигнутым при создании изобретения, является поддержание радиальных зазоров постоянными на всех режимах работы турбины.The technical result achieved during the creation of the invention is to maintain radial clearances constant in all modes of operation of the turbine.

Группа изобретений относится к газотурбинным двигателям.The group of inventions relates to gas turbine engines.

Задачи создания изобретения: эффективное регулирование радиальных зазоров в турбине на всех режимах, повышение тяги двигателя на взлетном и форсажном режиме, повышение КПД и надежности турбины.Objectives of the invention: effective regulation of radial clearances in the turbine in all modes, increasing engine thrust in the take-off and afterburning mode, increasing the efficiency and reliability of the turbine.

Решение указанных задач достигнуто в газотурбинном двигателе, содержащем компрессор, имеющий по меньшей мере одну ступень, камеру сгорания, содержащую жаровую трубу, установленную с зазором относительно корпуса камеры сгорания, турбину, содержащую по меньшей мере одну охлаждаемую ступень с сопловым аппаратом с полосами над ним и под ним, и ротор турбины с охлаждаемым рабочим колесом и аппаратом закрутки перед ним, а также статор турбины, содержащий по меньшей мере два корпуса турбины с полостями между ними и систему регулирования радиального зазора, содержащую кольцевую вставку над рабочим колесом турбины, тем, что согласно изобретению полость над сопловым аппаратом соединена трубопроводом отбора воздуха, содержащим регулятор расхода, с выходом из компрессора, а одна из полостей между корпусами турбины соединена трубопроводом, содержащим второй регулятор расхода, с промежуточной ступенью компрессора, система регулирования радиального зазора содержит бортовой компьютер и датчики измерения радиальною зазора, регулятор расхода, приводы клапанов и датчики измерения радиального зазора соединены электрическими связями.The solution of these problems was achieved in a gas turbine engine containing a compressor having at least one stage, a combustion chamber containing a heat pipe installed with a gap relative to the body of the combustion chamber, a turbine containing at least one cooled stage with a nozzle apparatus with strips above it and beneath it, and a turbine rotor with a cooled impeller and a spinning apparatus in front of it, as well as a turbine stator containing at least two turbine bodies with cavities between them and a radial regulation system a gap, containing an annular insert above the impeller of the turbine, in that according to the invention, the cavity above the nozzle apparatus is connected by an air intake pipe containing a flow regulator to the compressor outlet, and one of the cavities between the turbine bodies is connected by a pipe containing a second flow regulator, with intermediate compressor stage, the radial clearance control system contains an on-board computer and radial clearance measurement sensors, a flow regulator, valve actuators and measurement sensors Dial clearance are connected by electrical connections.

Сущность изобретения представлена на чертежах (фиг.1-16), где:The invention is presented in the drawings (figures 1-16), where:

- на фиг.1 приведена схема ГТД,- figure 1 shows a diagram of a gas turbine engine,

- на фиг.2 представлена схема турбины и системы регулирования радиального зазора в турбине на примере одной ступени двухступенчатой турбины,- figure 2 presents a diagram of a turbine and a radial clearance control system in a turbine using the example of one stage of a two-stage turbine,

- на фиг.3 приведен вид А,- figure 3 shows a view A,

- на фиг.4 приведен разрез Б-Б,- figure 4 shows a section bB,

- на фиг.5 приведена схема установки кольцевой вставки,- figure 5 shows the installation diagram of the annular insert,

- на фиг.6 приведена пустотелая вставка,- Fig.6 shows a hollow insert,

- на фиг.7 приведена вставка с теплоаккумулирующим наполнителем,- Fig.7 shows an insert with heat-storage filler,

- на фиг.8 приведен вид кольцевой вставки с отверстиями в ней,- Fig.8 shows a view of an annular insert with holes in it,

- на фиг.9 приведена кольцевая вставка с ребрами,- figure 9 shows the annular insert with ribs,

- на фиг.10 приведена кольцевая вставка с турбулизаторами,- figure 10 shows the annular insert with turbulators,

- на фиг.11 приведена кольцевая вставка с покрытием из мягкого истираемого материала, вид А,- figure 11 shows the annular insert coated with a soft abradable material, type A,

- на фиг.12 приведена кольцевая вставка с панелями из «сотовых уплотнений»,- Fig.12 shows an annular insert with panels of "honeycomb seals",

- на фиг.13 приведен внешний вид воздухозаборника,- Fig.13 shows the appearance of the air intake,

- на фиг.14 приведен вид В,- Fig.14 shows a view In

- на фиг.15 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения ротора турбины в зависимости от температуры перед турбиной,- Fig.15 shows a diagram of the change in air flow for cooling the turbine rotor depending on the temperature in front of the turbine,

- на фиг.16 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения статора турбины в зависимости от времени работы ГТД.- Fig.16 shows a diagram of the change in air flow for cooling the turbine stator depending on the operation time of the gas turbine engine.

Конструкция газотурбинного двигателя представлена на чертежах фиг.1-16. Газотурбинный двигатель (ГТД) содержит входное устройство 1, с входным обтекателем 2, вентилятор 3, основной корпус 4, сопло 5, компрессор 6, камеру сгорания 7 с корпусом 8, жаровой трубой 9 и форсунками 10, турбину 11, валы 12 и 13, опоры 14…17 (фиг.1). Валов в турбине 11 может быть не только два, но и один или три.The design of the gas turbine engine is shown in the drawings of figures 1-16. A gas turbine engine (GTE) comprises an input device 1, with an intake fairing 2, a fan 3, a main body 4, a nozzle 5, a compressor 6, a combustion chamber 7 with a body 8, a flame tube 9 and nozzles 10, a turbine 11, shafts 12 and 13, supports 14 ... 17 (figure 1). The shafts in the turbine 11 can be not only two, but also one or three.

Компрессор 6 содержит корпус 18 по меньшей мере одну ступень 19, которая в свою очередь направляющий аппарат 20, рабочие лопатки 21 и диски 22.The compressor 6 includes a housing 18 at least one stage 19, which in turn is a guide apparatus 20, rotor blades 21 and disks 22.

Турбина 11 содержит по меньшей мере один ротор 23 и статор 24. Турбина 11 имее по меньшей мере одну ступень 25. На фиг.1 приведена турбина 11 с двумя ступенями 25, каждая из которых в свою очередь содержит сопловой аппарат 26 и рабочее колесо 27 с рабочими лопатками 28 и диск 29. Ступеней 25 турбины 11 может быть и одна более двух. Сопловой аппарат 26 и рабочие лопатки 28 выполнены охлаждаемыми, например перфорированными. Диск 29 имеет с обеих сторон передний и задний дефлекторы 30 и 31. Ступеней 25 турбины 11, как упоминалось ранее, может быть одна, три или сколько угодно, а средство регулирования радиального зазора применено на одной, или нескольких, или всех ступенях 25 турбины 11. Наиболее эффективно применение средства регулирования радиального зазора на первых ступенях турбины из-за высокого перепада давления на них.The turbine 11 contains at least one rotor 23 and the stator 24. The turbine 11 has at least one stage 25. Figure 1 shows a turbine 11 with two stages 25, each of which in turn contains a nozzle apparatus 26 and an impeller 27 s working blades 28 and the disk 29. The steps 25 of the turbine 11 may be one or more than two. The nozzle apparatus 26 and the working blades 28 are made cooled, for example perforated. The disk 29 has front and rear deflectors 30 and 31 on both sides. The steps 25 of the turbine 11, as mentioned earlier, can be one, three, or as many as you want, and the radial clearance control tool is used on one, or several, or all stages 25 of the turbine 11 The most effective is the use of radial clearance control in the first stages of the turbine due to the high pressure drop across them.

Двухконтурный газотурбинный двигатель имеет два контура: первый 32 и второй 33 (фиг.1). Воздух второго контура имеет более низкую температуру, чем воздух в компрессоре из-за того, что при сжатии воздуха его температура возрастает. Вследствие этого использовать воздух второго контура для управления радиальными зазорами в турбине предпочтительнее.The dual-circuit gas turbine engine has two circuits: the first 32 and the second 33 (figure 1). The air of the second circuit has a lower temperature than the air in the compressor due to the fact that when the air is compressed, its temperature rises. As a consequence, it is preferable to use secondary air to control radial clearances in the turbine.

Турбина 11 содержит средство регулирования радиального зазора. Средство регулирования радиального зазора содержит кольцевую вставку 34, установленную внутри статора 24 над рабочими лопатками 28 турбины 11 с образованием радиального зазора δ. Кольцевая вставка 34 может быть выполнена сплошной (фиг.5) или пустотелой (фиг.6), т.е. содержать полость 35. Полость 35 может быть заполнена теплоаккумулирующим веществом 36. Теплоаккумулирующее вещество 36 - это материал, имеющий высокую теплоемкость и теплоту фазового перехода, например, на основе ацетата натрия.The turbine 11 comprises means for adjusting the radial clearance. The radial clearance control means comprises an annular insert 34 mounted inside the stator 24 above the rotor blades 28 of the turbine 11 to form a radial clearance δ. The annular insert 34 can be solid (Fig. 5) or hollow (Fig. 6), i.e. contain a cavity 35. The cavity 35 may be filled with a heat storage substance 36. A heat storage substance 36 is a material having a high heat capacity and a phase transition heat, for example, based on sodium acetate.

Далее изобретение описано на примере одной первой ступени 25 турбины высокого давления, но может быть применено и на других (всех) ступенях 25 турбины 11.The invention is further described by the example of one first stage 25 of a high pressure turbine, but can be applied to the other (all) stages 25 of the turbine 11.

Рабочие лопатки 28 могут быть выполнены с бандажными полками (такой вариант на фиг.1…16 не показан). Рабочие лопатки 28 содержат замковую часть 37. В диске 29 выполнены отверстия 38 для подвода к рабочим лопаткам 28 охлаждающего воздуха. Передний дефлектор 30 уплотнен относительно вала 8 и статорных деталей уплотнениями 39 и 40. В переднем дефлекторе 30 выполнены отверстия 41 для подвода охлаждающего воздуха.The working blades 28 can be made with retaining shelves (this option is not shown in figure 1 ... 16). The working blades 28 contain a locking part 37. In the disk 29, holes 38 are made for supplying cooling air to the working blades 28. The front deflector 30 is sealed relative to the shaft 8 and the stator parts with seals 39 and 40. In the front deflector 30, holes 41 are made for supplying cooling air.

Средство регулирования радиального зазора кроме перечисленных ранее средств содержит аппарат закрутки 42, внутренний трубопровод подачи охлаждающего воздуха 43, внутреннюю полость 44, отверстии 45, внутреннюю полость 46 соплового аппарата 26, отверстия 47, верхнюю полость 48 внутри кольцевого коллектора 49, трубопровод высокого давления 50, регулятор расхода воздуха 51. Другой конец трубопровода высокого давления 50 соединен с выходом из компрессора 6.The radial clearance control means, in addition to the previously listed means, includes a swirl device 42, an internal cooling air supply pipe 43, an internal cavity 44, holes 45, an internal cavity 46 of the nozzle device 26, openings 47, an upper cavity 48 inside the annular manifold 49, a high pressure pipe 50, air flow regulator 51. The other end of the high pressure pipe 50 is connected to the outlet of the compressor 6.

Кроме того, средство регулирования радиального зазора имеет воздухозаборники 52. Каждый воздухозаборник 52 имеет патрубок забора воздуха 53 и регулятор расхода 54. Воздухозаборники 52 установлены во втором контуре 33 и предназначены для дозированного забора охлаждающего воздуха из второго контура 33. Всего может быть применено от 2-х до 12-ти воздухозаборников 52. Далее детально конструкция воздухозаборников 52 приведена на фиг.13 и 14. Воздухозаборники 52 соединены втулками 55 с основной полостью 56. Из основной полости 56 производится распределение воздуха для охлаждения статора 24 турбины 11 (фиг.2).In addition, the radial clearance control means has air inlets 52. Each air inlet 52 has an air intake pipe 53 and a flow regulator 54. Air inlets 52 are installed in the second circuit 33 and are designed for dosed intake of cooling air from the second circuit 33. In total, 2- x up to 12 air inlets 52. The construction of air inlets 52 is shown in detail in FIGS. 13 and 14. The air inlets 52 are connected by bushings 55 to the main cavity 56. From the main cavity 56, the zduha for cooling the stator 24 of the turbine 11 (Figure 2).

Вал 8, диск 26 с дефлекторами 30 и 31 и рабочим колесом 29 образуют ротор 23 турбины 11 (фиг.2). Турбина 11, как указывалось ранее, имеет статор 24. Статор 24 содержит несколько корпусов (от двух и более). Далее приведено описание турбины 11 с тремя корпусами: внешним корпусом 57, внутренним корпусом 58 и установленным между ними промежуточным корпусом 59. При этом промежуточный корпус 59 имеет коническую форму (форму усеченного конуса) с радиальным фланцем 60, соединенным с фланцем 61 внешнего корпуса 57. Кроме того, промежуточный корпус 59 имеет переднюю радиальную перегородку 62, установленную с кольцевым зазором 63 внутри внешнего корпуса 57 Внешний корпус 57 имеет первую радиальную перегородку 64 с прямоугольными окнами 65 и вторую радиальную перегородку 66 с отверстиями 67 для сброса воздуха (фиг.1 и 2), охлаждающего статор 24 турбины 11 (фиг.2 и 5). В результате в статоре 24 турбины 11 образованы четыре полости 68, 69, 70 и 71.The shaft 8, the disk 26 with the deflectors 30 and 31 and the impeller 29 form the rotor 23 of the turbine 11 (figure 2). The turbine 11, as previously indicated, has a stator 24. The stator 24 contains several buildings (from two or more). The following is a description of a turbine 11 with three casings: an outer casing 57, an inner casing 58, and an intermediate casing 59 installed between them. The intermediate casing 59 has a conical shape (truncated cone shape) with a radial flange 60 connected to the flange 61 of the outer casing 57. In addition, the intermediate casing 59 has a front radial baffle 62 mounted with an annular gap 63 inside the outer casing 57. The outer casing 57 has a first radial baffle 64 with rectangular windows 65 and a second radial baffle rod 66 with holes 67 for venting air (FIGS. 1 and 2) cooling the stator 24 of the turbine 11 (FIGS. 2 and 5). As a result, four cavities 68, 69, 70 and 71 are formed in the stator 24 of the turbine 11.

Первая радиальная перегородка 64 содержит «омего-образную» часть 72, которая сварочным швом 73 соединена с первой радиальной перегородкой 64. С другой стороны (внутренней) «омего-образной» части 72 первой радиальной перегородки 64 сварочным швом 74 приварена кольцевая деталь 75 с кольцевым пазом 76 для размещения в нем кольцевого выступа 77, имеющегося на кольцевой вставке 34 для ее центрирования.The first radial baffle 64 comprises an "omega-shaped" part 72, which is connected by a weld seam 73 to the first radial baffle 64. On the other side of the (internal) "omega-shaped" part 72 of the first radial baffle 64, an annular part 75 is welded with an annular a groove 76 for accommodating therein an annular protrusion 77 provided on the annular insert 34 for centering it.

Теплоаккумулирующий материал 36 - это, как отмечалось выше, материал, который имеет высокую теплоемкость и высокую удельную теплоту фазового перехода. Примером такого материала может служить тригидрат ацетата натрия.The heat storage material 36 is, as noted above, a material that has a high heat capacity and a high specific heat of phase transition. An example of such a material is sodium acetate trihydrate.

Теплофизические свойства этого материала:Thermophysical properties of this material:

- теплота плавления 220 кДж/кг,- heat of fusion 220 kJ / kg,

- теплоемкость твердой фазы 2 кДж/кг,- heat capacity of the solid phase 2 kJ / kg,

- теплоемкость жидкой фазы 2,8 кДж/кг.- heat capacity of the liquid phase 2.8 kJ / kg

Аккумулирование тепла осуществляется как правило за счет теплоты фазового перехода. Подбором объема теплоаккумулирующего материла 36 можно сделать одинаковым время прогрева диска 29 и корпусов турбины 57…59 и, как следствие, предотвратить увеличение радиального зазора на режимах форсирования.Heat storage is usually carried out due to the heat of the phase transition. By selecting the volume of the heat-accumulating material 36, it is possible to make the heating time of the disk 29 and turbine bodies 57 ... 59 the same and, as a result, to prevent an increase in the radial clearance in the boost modes.

Основными особенностями турбины 11 является наличие датчиков измерения радиального зазора 78 и бортового компьютера 79, соединенных электрическими связями 80. Возможно применение только одного датчика измерения радиального зазора 77, но это крайне нежелательно, т.к. отказ датчика может привести к аварийной ситуации.The main features of the turbine 11 is the presence of radial clearance measurement sensors 78 and an on-board computer 79 connected by electrical connections 80. Only one radial clearance measurement sensor 77 can be used, but this is extremely undesirable, because Sensor failure can lead to an emergency.

На фиг.4 представлен вариант сборки статора 23 турбины 11 ГТД. В конструкции статора 21 турбины 11 могут быть применены отверстия 81, выполненные в промежуточном корпусе 59 и 82, выполненные в кольцевой вставке 34.Figure 4 presents the Assembly of the stator 23 of the turbine 11 of the turbine engine. In the design of the stator 21 of the turbine 11 can be applied holes 81 made in the intermediate casing 59 and 82, made in the annular insert 34.

На фиг.7 приведена кольцевая вставка 34 с ребрами 83, применение которых интенсифицирует охлаждение кольцевых вставок 34. На фиг.8 приведена кольцевая вставка 34 с турбулизаторами 84, выполненными также на внешней поверхности кольцевой вставки 34. Турбулизаторы 84 могут быть выполнены в виде цилиндров небольшого размера.7 shows an annular insert 34 with ribs 83, the use of which intensifies the cooling of the annular inserts 34. Fig. 8 shows an annular insert 34 with turbulators 84, also made on the outer surface of the annular insert 34. The turbulators 84 can be made in the form of small cylinders size.

На внутренней поверхности кольцевых вставок 34 может быть нанесено мягкое легкоистираемое покрытие 85, например графит (фиг.11), или прикреплены вставки сотового уплотнения 86 (фиг.12).On the inner surface of the annular inserts 34, a soft, easy-to-abrade coating 85, for example graphite (Fig. 11), or honeycomb inserts 86 are attached (Fig. 12).

На фиг.13 и 14 приведена конструкция воздухозаборника 52, который содержит патрубок забора воздуха 53 и регулятор расхода 54, коллектор 87 с полостью 88, которая втулками 55 соединена с полостью 56. Коллектор 87 имеет два кронштейна 89, которыми он крепится при помощи болтов 90 к фланцу 91 корпуса 8 камеры сгорания 4. Регулятор расхода 54 может быть любой конструкции. Для примера приведен регулятор расхода 54 в виде цилиндра 92 с прямоугольными отверстиями 93. К цилиндру 92 присоединен вал 94 с приводом 95. Привод 95 электрической связью 80 соединен с бортовым компьютером 79 (фиг.14).13 and 14 show the design of the air intake 52, which includes an air intake pipe 53 and a flow regulator 54, a manifold 87 with a cavity 88, which is connected by a sleeve 55 to the cavity 56. The manifold 87 has two brackets 89, which it is attached with bolts 90 to the flange 91 of the housing 8 of the combustion chamber 4. The flow regulator 54 may be of any design. For example, a flow controller 54 is shown in the form of a cylinder 92 with rectangular openings 93. A shaft 94 with a drive 95 is connected to the cylinder 92. The drive 95 is connected by an electrical connection 80 to the on-board computer 79 (Fig. 14).

На фиг.15 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения ротора турбины 11 поз.96 в зависимости от температуры перед турбиной - Тг, из которого следует, что расход воздуха g1, охлаждающего ротор 23 турбины 11 должен увеличиваться с ростом температуры продуктов сгорания перед турбиной Тг. Эта зависимость может быть линейной, например, как показано на фиг.15. На фиг.16 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения статора турбины в зависимости от времени работы ГТД. Для наглядности приведены расчетные расходы охлаждающего воздуха g2 для охлаждения статора турбины 11 на трех участках работы ГТД (на режиме форсирования 97, 98 и 99). Позициями 100,101 и 102 показано реальное изменение расхода воздуха g2.On Fig shows a diagram of the change in air flow for cooling the rotor of the turbine 11 pos.96 depending on the temperature in front of the turbine - Tg, from which it follows that the flow rate of air g1 cooling the rotor 23 of the turbine 11 should increase with increasing temperature of the combustion products in front of the turbine Tg . This dependence may be linear, for example, as shown in FIG. On Fig shows a diagram of the change in air flow for cooling the turbine stator depending on the operation time of the gas turbine engine. For clarity, the calculated cooling air consumption g2 for cooling the turbine stator 11 in three sections of the gas turbine engine operation (in boost mode 97, 98, and 99) is shown. Positions 100,101 and 102 show the actual change in air flow rate g2.

В промежуточном корпусе 39 выполнены отверстия 103, соединяющие полости 69 и 56, для подачи охлаждающего воздуха в полости 68, 69 и 70 (фиг.4).In the intermediate housing 39, holes 103 are made connecting the cavities 69 and 56 for supplying cooling air to the cavities 68, 69 and 70 (Fig. 4).

Работа турбины ГТД осуществляется следующим образом (фиг.1…16).The operation of the turbine GTE is as follows (figure 1 ... 16).

При резком изменении режима работы турбины газотурбинного двигателя, например при его форсировании, температура продуктов сгорания перед турбиной возрастает. На номинальном режиме радиальный зазор δ0 имеет расчетное значение, а на форсажном (максимальном) режиме радиальные зазоры (в первоначальный момент) при отсутствии регулирования бы резко возрастали. При форсировании ГТД температура продуктов сгорания резко возрастает.При этом прогреваются корпуса турбины 57…59 и диск 29 с рабочими лопатками 28. Но масса диска 29 турбины 11 намного больше массы всех корпусов 57...59, поэтому зазор бы возрастал без применения средства регулирования радиального зазора. Наличие пустотелой кольцевой вставки 34, заполненной теплоаккумулирующим материалом 36, замедлит прогрев пустотелой кольцевой вставки 34 и корпусов 57…59, что предотвратит увеличение радиального зазора.With a sharp change in the operating mode of the turbine of a gas turbine engine, for example, when it is forced, the temperature of the combustion products in front of the turbine increases. In the nominal mode, the radial clearance δ0 has a calculated value, and in the afterburner (maximum) mode, the radial clearance (at the initial moment) in the absence of regulation would increase sharply. When forcing a gas turbine engine, the temperature of the combustion products rises sharply. In this case, the turbine bodies 57 ... 59 and the disk 29 with rotor blades 28 warm up. But the mass of the disk 29 of the turbine 11 is much larger than the mass of all the bodies 57 ... 59, so the gap would increase without the use of control radial clearance. The presence of a hollow annular insert 34 filled with heat-accumulating material 36 will slow down the heating of the hollow annular insert 34 and the housings 57 ... 59, which will prevent an increase in the radial clearance.

Проходящий по трубопроводу высокого давления 50 через регулятор расхода 51 охлаждающий воздух охлаждает диск 29 турбины 11 и рабочие лопатки 28.Passing through the high pressure pipe 50 through the flow regulator 51, the cooling air cools the disk 29 of the turbine 11 and the blades 28.

При этом изменение расхода охлаждающего воздуха через регулятор расхода 51 осуществляют только в зависимости от режима работы двигателя Тг и изменением расхода этого воздуха не управляют радиальным зазором, так как увеличение расхода этого воздуха уменьшает КПД турбины 11. При этом трубопровод высокого давления 50 может быть подключен только к выходу из компрессора 6 (т.е. за его последней ступенью в противном случае давления охлаждающего воздуха будет недостаточно для охлаждения перфорированного соплового аппарата 26 и перфорированных рабочих лопаток 28 турбины 11.Moreover, the change in the flow rate of cooling air through the flow regulator 51 is carried out only depending on the operating mode of the engine Tg and the change in the flow rate of this air is not controlled by the radial clearance, since an increase in the flow rate of this air reduces the efficiency of the turbine 11. In this case, the high pressure pipe 50 can only be connected to the exit of the compressor 6 (i.e., beyond its last stage, otherwise the cooling air pressure will not be enough to cool the perforated nozzle apparatus 26 and perforated side blades 28 of the turbine 11.

Охлаждающий воздух из второго контура 33, проходящий через воздухозаборник 52 и регуляторы расхода 54 поступает в кольцевой коллектор 47, потом через втулки 46 в полость 45 и далее через отверстия 66 в полости 47 и 49 и охлаждает корпуса 38...40 и кольцевую вставку 29. При этом для того, чтобы эффективность работы системы была максимальной, необходимо применять относительно «холодный» воздух, который следует отбирать из-за промежуточной ступени компрессора 12 (фиг.1). Регуляторы расхода 61 и 63 электрическими связями 37 соединены с бортовым компьютером 36 для управления расходами охлаждающего воздуха g1 и g2 (фиг.11 и 12)The cooling air from the secondary circuit 33 passing through the air intake 52 and the flow regulators 54 enters the annular manifold 47, then through the bushings 46 into the cavity 45 and then through the openings 66 in the cavities 47 and 49 and cools the casings 38 ... 40 and the annular insert 29 In this case, in order to maximize the efficiency of the system, it is necessary to use relatively "cold" air, which should be taken due to the intermediate stage of the compressor 12 (Fig. 1). Flow controllers 61 and 63 are connected by electrical connections 37 to the on-board computer 36 to control the flow of cooling air g1 and g2 (11 and 12)

Применение теплоаккумулирующего материала 51 выравнивает тепловые инерции ротора 19 и статора 21. При увеличении радиального зазора датчики измерения радиального зазора 35 фиксируют этот факт, и бортовой компьютер 36 по каналу связи 37 подает команду второму регулятору расхода 63 на увеличение расхода охлаждающего воздуха. При уменьшении величины радиального зазора ниже допустимого предела, наоборот, расход охлаждающего воздуха уменьшают. В результате предложенная система может очень точно поддерживать радиальные зазоры постоянными практически на всех режимах.The use of heat-accumulating material 51 equalizes the thermal inertia of the rotor 19 and stator 21. With an increase in the radial clearance, the radial clearance measurement sensors 35 record this fact, and the on-board computer 36 instructs the second flow regulator 63 to increase the flow rate of cooling air via the communication channel 37. If the radial clearance decreases below the permissible limit, on the contrary, the cooling air flow is reduced. As a result, the proposed system can very accurately maintain radial clearances constant in almost all modes.

Применение группы изобретений позволило:The use of a group of inventions allowed:

1. Обеспечить эффективное плавное регулирование радиальных зазоров в турбине газотурбинного двигателя на всех режимах.1. To provide effective smooth regulation of radial clearances in the turbine of a gas turbine engine in all modes.

2. Обеспечить увеличение мощности двигателя на форсажных (максимальных) режимах за счет уменьшения радиального зазора на этих режимах.2. To ensure an increase in engine power in afterburner (maximum) modes by reducing the radial clearance in these modes.

3. Обеспечить надежный взлет самолета с двигателями, оборудованными такими системами регулирования радиального зазора, без предварительного прогрева ГТД или значительно уменьшить время прогрева ГТД. Это необходимо для военных самолетов.3. Ensure reliable take-off of the aircraft with engines equipped with such radial clearance control systems without preliminary heating of the turbine engine or significantly reduce the warm-up time of the gas turbine engine. This is necessary for military aircraft.

4. Обеспечить надежный взлет самолета при высокой температуре окружающей среды, т.е. в условиях, когда взлетная тяга ГТД уменьшается.4. Ensure reliable take-off at high ambient temperatures, ie in conditions when the takeoff thrust of the gas turbine engine decreases.

5. Практически мгновенно переводить режим работы ГТД авиационного двигателя с крейсерского на форсажный режим. Это особенно важно для военных самолетов.5. Almost instantly transfer the operation mode of the gas turbine engine from cruising to afterburning mode. This is especially important for military aircraft.

6. Упростить конструкцию элементов системы регулирования радиального зазора, уменьшить ее вес и разместить вне тракта ГТД в зоне низких температур, что повысит надежность турбины.6. Simplify the design of the elements of the radial clearance control system, reduce its weight and place the gas turbine engine outside the tract in the low temperature zone, which will increase the reliability of the turbine.

Claims (3)

1. Двухконтурный газотурбинный двигатель, содержащий компрессор, имеющий по меньшей мере одну ступень, камеру сгорания, содержащую жаровую трубу установленную с зазором относительно корпуса камеры сгорания, турбину, содержащую по меньшей мере одну охлаждаемую ступень с сопловым аппаратом с полостями над ним и под ним, и ротор турбины с охлаждаемым рабочим колесом и аппаратом закрутки перед ним, а также статор турбины, содержащий по меньшей мере два корпуса турбины с полостями между ними и систему регулирования радиального зазора, содержащую кольцевую вставку над рабочим колесом турбины, отличающийся тем, что полость над сопловым аппаратом соединена трубопроводом отбора воздуха, содержащим регулятор расхода с выходом из компрессора, а одна из полостей между корпусами турбины соединена трубопроводом, содержащим второй регулятор расхода с промежуточной ступенью компрессора, система регулирования радиального зазора содержит бортовой компьютер и датчики измерения радиального зазора, регулятор расхода, приводы клапанов и датчики измерения радиального зазора соединены электрическими связями.1. A double-circuit gas turbine engine containing a compressor having at least one stage, a combustion chamber containing a heat pipe installed with a gap relative to the housing of the combustion chamber, a turbine containing at least one cooled stage with a nozzle apparatus with cavities above and below it, and a turbine rotor with a cooled impeller and a spinning apparatus in front of it, and a turbine stator comprising at least two turbine bodies with cavities between them and a radial clearance control system, comprising an annular insert above the turbine impeller, characterized in that the cavity above the nozzle apparatus is connected by an air intake pipe containing a flow regulator with an outlet from the compressor, and one of the cavities between the turbine bodies is connected by a pipeline containing a second flow regulator with an intermediate compressor stage, a control system radial clearance contains an on-board computer and radial clearance measurement sensors, a flow regulator, valve actuators and radial clearance measurement sensors are connected electrical connections. 2. Двухконтурный газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что кольцевая вставка выполнена пустотелой.2. The dual-circuit gas turbine engine according to claim 1, characterized in that the annular insert is made hollow. 3. Двухконтурный газотурбинный двигатель по п.2, отличающийся тем, что внутренняя полость вставки заполнена теплоаккумулирующим веществом. 3. The dual-circuit gas turbine engine according to claim 2, characterized in that the inner cavity of the insert is filled with a heat-accumulating substance.
RU2012120040/06A 2012-05-11 2012-05-11 Bypass gas turbine engine RU2499894C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012120040/06A RU2499894C1 (en) 2012-05-11 2012-05-11 Bypass gas turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012120040/06A RU2499894C1 (en) 2012-05-11 2012-05-11 Bypass gas turbine engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2499894C1 true RU2499894C1 (en) 2013-11-27

Family

ID=49710549

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012120040/06A RU2499894C1 (en) 2012-05-11 2012-05-11 Bypass gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2499894C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2647944C1 (en) * 2017-03-07 2018-03-21 Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" Gas turbine engine with birotate fan

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2104966A (en) * 1981-06-26 1983-03-16 United Technologies Corp Closed loop control for tip clearance of a gas turbine engine
RU2210674C2 (en) * 1997-07-18 2003-08-20 Сосьете Насьональ Д'Этюд э де Констрюксьон де Мотер Д'Авиасьон "СНЕКМА" Round housing cooling or heating device
RU2316662C1 (en) * 2006-04-03 2008-02-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Gas-turbine engine
RU2387846C1 (en) * 2008-10-29 2010-04-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") Method to cool by-pass gas turbine engine vanes and device to this end
RU2435039C2 (en) * 2005-09-23 2011-11-27 Снекма Case for turbine, turbine and turbo-machine containing such turbine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2104966A (en) * 1981-06-26 1983-03-16 United Technologies Corp Closed loop control for tip clearance of a gas turbine engine
RU2210674C2 (en) * 1997-07-18 2003-08-20 Сосьете Насьональ Д'Этюд э де Констрюксьон де Мотер Д'Авиасьон "СНЕКМА" Round housing cooling or heating device
RU2435039C2 (en) * 2005-09-23 2011-11-27 Снекма Case for turbine, turbine and turbo-machine containing such turbine
RU2316662C1 (en) * 2006-04-03 2008-02-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Gas-turbine engine
RU2387846C1 (en) * 2008-10-29 2010-04-27 Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") Method to cool by-pass gas turbine engine vanes and device to this end

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2647944C1 (en) * 2017-03-07 2018-03-21 Акционерное общество "ОДК-Авиадвигатель" Gas turbine engine with birotate fan

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107893701B (en) Method and apparatus for under-cowl split cooling
US11092013B2 (en) Modulated turbine cooling system
EP3228836B1 (en) Conditioned low pressure compressor compartment for gas turbine engine
EP1923539B1 (en) Gas turbine with active tip clearance control
US5022817A (en) Thermostatic control of turbine cooling air
US10487739B2 (en) Cooling system for a turbine engine
US11067003B2 (en) Fluid cooling structure for an electric machine of a gas turbine engine
CA2949293A1 (en) Gas turbine engine fluid cooling systems and methods of assembling the same
US20120227375A1 (en) Gas turbine engine
JP2017072123A (en) Integral oil tank heat exchanger
JP2017150483A (en) Active HPC clearance control
RU2506435C2 (en) Gas turbine engine and method for radial clearance adjustment in gas turbine
RU2504663C2 (en) Gas turbine engine turbine
RU2501956C1 (en) Bypass gas turbine engine, method of radial gap adjustment in turbine of bypass gas turbine engine
RU2499145C1 (en) Turbine of bypass gas turbine engine
RU2496991C1 (en) Bypass gas turbine
RU2499894C1 (en) Bypass gas turbine engine
RU2499892C1 (en) Gas turbine engine turbine
RU2511860C1 (en) Double-flow gas turbine engine, and adjustment method of radial gap in turbine of double-flow gas turbine engine
RU2499891C1 (en) Gas turbine engine turbine
RU2500895C1 (en) Gas turbine engine turbine
RU2519127C1 (en) Turbine of gas turbine engine and method for adjustment of radial clearance in turbine
RU2553919C2 (en) Gas-turbine engine
RU2535453C1 (en) Gas turbine engine and method for radial clearance adjustment in gas turbine
RU2532737C1 (en) Gas turbine engine