RU2511860C1 - Double-flow gas turbine engine, and adjustment method of radial gap in turbine of double-flow gas turbine engine - Google Patents

Double-flow gas turbine engine, and adjustment method of radial gap in turbine of double-flow gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2511860C1
RU2511860C1 RU2012138768/06A RU2012138768A RU2511860C1 RU 2511860 C1 RU2511860 C1 RU 2511860C1 RU 2012138768/06 A RU2012138768/06 A RU 2012138768/06A RU 2012138768 A RU2012138768 A RU 2012138768A RU 2511860 C1 RU2511860 C1 RU 2511860C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
air
circuit
cooling
stator
Prior art date
Application number
RU2012138768/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012138768A (en
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 RU2012138768/06A priority Critical patent/RU2511860C1/en
Publication of RU2012138768A publication Critical patent/RU2012138768A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2511860C1 publication Critical patent/RU2511860C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: adjustment method of a radial gap in a turbine of a double-flow gas turbine engine involves cooling of a rotor by high pressure air taken from a compressor and of a stator by air of the second circuit. Turbine stator cooling involves some part of air flow rate of the second circuit, which is taken using an air intake, and cooling air velocity in a turbine stator cooling circuit is increased. The radial gap is measured, and depending on its value the cooling air flow rate for turbine stator cooling is changed. The used air is discharged to the second circuit or after the turbine. The double-flow gas turbine engine includes a compressor, a combustion chamber and a cooled turbine. The turbine stator is made so that it is cooled by air of the second circuit. The supply system of stator cooling air is made in the form of an air intake installed in the second circuit and a flow control with a drive, as well as it includes an onboard computer and radial gap measurement sensors. Flow control drive and radial gap measurement sensors are connected through electrical connections to the onboard computer.
EFFECT: achieving effective control of radial gaps in a turbine in all modes; increasing engine thrust in takeoff and boost modes; improving efficiency and reliability of a turbine.
4 cl, 15 dwg

Description

Группа изобретений относится к двигателестроению, в том числе к авиационным и стационарным газотурбинным двигателям ГТД, имеющим два 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 of gas turbine engines, having two circuits, and can find application 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.A known turbine of a gas turbine engine according to the invention patent No. 2435039 IPC F01D 11/24, published April 27, 2008. The turbine housing includes a radial wall and contains a support for fastening the ring surrounding the turbine blades from its inner surface. 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 devices and impellers, and a turbine containing a housing and at least one stage with a nozzle apparatus and an impeller, as well as a means for adjusting radial clearances, according to at least 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 blades arranged so that they alternate with a plurality of movable blades 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.However, 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 11/24, прототип способа и устройства.A turbine engine with adjustable radial clearances according to the RF patent No. 2435039, IPC F01D 11/24, a prototype of the method and device, is also known.

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 корпуса, 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 enclosures.

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 двухконтурном газотурбинном двигателе, содержащем компрессор, камеру сгорания, турбину, содержащую, по меньшей мере, одну охлаждаемую ступень с сопловым аппаратом с полостями над ним и под ним, и по меньшей мере, один ротор турбины с охлаждаемым рабочим колесом и аппаратом закрутки перед ним, а также статор турбины, содержащий, по меньшей мере, один корпус турбины и кольцевую вставку над рабочим колесом турбины и систему регулирования радиального зазора, тем, что согласно изобретению статор турбины выполнен охлаждаемым воздухом второго контура, при этом система подачи охлаждающего статор воздуха выполнена в виде воздухозаборника, установленного во втором контуре, и регулятора расхода с приводом, и также содержит бортовой компьютер и датчики измерения радиального зазора, привод регулятора расхода, и датчики измерения радиального зазора соединены электрическими связями с бортовым компьютером. Кольцевая вставка может быть выполнена пустотелой. Внутренняя полость вставки может быть заполнена теплоаккумулирующим веществом.The solution of these problems was achieved in a double-circuit gas turbine engine containing a compressor, a combustion chamber, a turbine containing at least one cooled stage with a nozzle apparatus with cavities above and below it, and at least one turbine rotor with a cooled impeller and the spinning apparatus in front of it, as well as the turbine stator, comprising at least one turbine casing and an annular insert above the turbine impeller and a radial clearance control system, in accordance with the invention that the turbine stator flax cooled air of the second circuit, while the supply system of the cooling stator air is made in the form of an air intake installed in the second circuit and a flow regulator with a drive, and also contains an on-board computer and radial clearance measurement sensors, a flow regulator drive, and radial clearance measurement sensors are connected electrical connections to the on-board computer. The annular insert may be hollow. The internal cavity of the insert may be filled with a heat storage substance.

Решение указанных задач достигнуто в способе регулирования радиального зазора в турбине двухконтурного газотурбинного двигателя, включающем охлаждение ротора воздухом высокого давления, отбираемым из-за компрессора, и статора воздухом второго контура, тем, что согласно изобретению для охлаждения статора турбины используют часть расхода воздуха второго контра, который отбирают используя воздухозаборник и увеличивают скорость охлаждающего воздуха в тракте охлаждения статора турбины, измеряют радиальный зазор и в зависимости от его величины производят изменение расхода охлаждающего воздуха для охлаждения статора турбины, а использованный воздух сбрасывают во второй контур или после турбины.The solution of these problems has been achieved in a method for regulating the radial clearance in a turbine of a double-circuit gas turbine engine, which includes cooling the rotor with high-pressure air taken from the compressor and the stator with secondary air, because according to the invention, a part of the second counter air flow is used for cooling the turbine stator, which is selected using the air intake and increase the speed of cooling air in the cooling path of the turbine stator, measure the radial clearance and, depending on it, Values produce a change in the flow of cooling air to cool the turbine stator, and the used air is discharged into the secondary circuit or after the turbine.

Сущность изобретения представлена на чертежах (фиг.1-15), где:The invention is presented in the drawings (figures 1-15), 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 представлена вторая схема турбины и системы регулирования радиального зазора в турбине на примере одной ступени двухступенчатой турбины,- figure 3 presents the second diagram of the turbine and the control system of the radial clearance in the turbine on the example of one stage of a two-stage turbine,

- на фиг.4 приведен вид вставки,- figure 4 shows the view of the insert,

- на фиг.5 приведен вид А,- figure 5 shows a view A,

- на фиг.6 приведена схема охлаждения корпуса с одной стороны,- figure 6 shows the cooling circuit of the housing on the one hand,

- на фиг.7 приведена схема охлаждения корпуса с двух сторон,- Fig.7 shows a cooling circuit of the housing from two sides,

- на фиг.8 приведена кольцевая вставка с ребрами,- Fig.8 shows an annular insert with ribs,

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

- на фиг.10 приведена кольцевая вставка с покрытием из мягкого истираемого материала,- figure 10 shows the annular insert coated with a soft abradable material,

- на фиг.11 приведена кольцевая вставка с панелями из «сотовых уплотнений»,- figure 11 shows the annular insert with panels of "honeycomb seals",

- на фиг.12 приведен внешний вид воздухозаборника,- Fig.12 shows the appearance of the air intake,

- на фиг.13 приведен вид В,- Fig.13 shows a view In

- на фиг.14 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения ротора турбины в зависимости от температуры перед турбиной,- Fig.14 is a diagram of the change in air flow for cooling the turbine rotor depending on the temperature in front of the turbine,

- на фиг.15 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения статора турбины в зависимости от времени работы ГТД.- Fig.15 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 двухконтурного газотурбинного двигателя представлена на чертежах фиг. 1-15. Двухконтурный 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 a dual-circuit gas turbine engine is shown in the drawings of FIG. 1-15. A double-circuit gas turbine engine (GTE) contains an input device 1, with an input 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, содержит направляющий аппарат 20 и рабочие лопатки 21 и диски 22.The compressor 6 includes a housing 18, at least one stage 19, which, in turn, contains a guide apparatus 20 and rotor blades 21 and disks 22.

Турбина 11 содержит по меньшей мере один ротор 23 и статор 24. Турбина 11 имеет, 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, рабочее колесо 27 с рабочими лопатками 28 и диск 29. Ступеней 25 турбины 11 может быть и одна или 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 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 11 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 the turbine 11 with two stages 25, each of which, in turn, contains a nozzle apparatus 26, the impeller 27 with the 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 any number, and the radial clearance control tool is applied on one or more or all of the steps 25 of the turbine 11. The most efficient the use of radial clearance control in the first stages of the turbine 11 due to the high pressure drop across them.

Двухконтурный газотурбинный двигатель имеет два контура: первый 32 и второй 33. (фиг.1). Воздух второго контура 33 имеет более низкую температуру, чем воздух в компрессоре 6 из-за того, что при сжатии воздуха его температура возрастает Вследствие этого использовать воздух второго контура 33 для управления радиальными зазорами в турбине 11 предпочтительнее.The double-circuit gas turbine engine has two circuits: the first 32 and the second 33. (Fig. 1). The air of the second circuit 33 has a lower temperature than the air in the compressor 6 due to the fact that when the air is compressed, its temperature rises. As a result, it is preferable to use the air of the second circuit 33 to control the radial clearances in the turbine 11.

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 (первой), 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 (first), but can be applied to other (all) stages 25 of a turbine 11.

Рабочие лопатки 28 могут быть выполнены с бандажными полками (такой вариант на фиг.1…15 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 ... 15). 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.

Система охлаждения ротора 23 турбины 11 содержит аппарат закрутки 42, внутренний трубопровод подачи охлаждающего воздуха 43, внутреннюю полость 44, отверстие 45, внутреннюю полость 46 соплового аппарата 26, отверстия 47, верхнюю полость 48 втулки 49, трубопровод высокого давления 50, регулятор расхода 51. Другой конец трубопровода высокого давления 50 соединен с выходом из компрессора 6.The cooling system of the rotor 23 of the turbine 11 includes a swirl device 42, an internal cooling air supply pipe 43, an internal cavity 44, an opening 45, an internal cavity 46 of the nozzle device 26, openings 47, an upper cavity 48 of the sleeve 49, a high pressure pipe 50, a 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 установленные во втором контуре 33 над статором 24 турбины 11 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 воздухозаборников 52. Долее детально конструкция воздухозаборников 52 приведена на фиг.4, 14 и 15.In addition, the radial clearance control means has air intakes 52 installed in the second circuit 33 above the stator 24 of the turbine 11. Each air inlet 52 has an air intake pipe 53 and a flow regulator 54. The 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, from 2 to 12 air inlets 52 can be applied. For more details, the design of the air inlets 52 is shown in FIGS. 4, 14 and 15.

Воздухозаборник 52 кроме патрубка забора воздуха 53 и регулятора расхода 54 с приводом 55 содержит корпус 56, выполненный концентрично статору 24 турбины 11 и образующий полость 57 и выходной патрубок 58 для сброса воздуха. Наличие выходного патрубка 58 не обязательно. Такой вариант будет описан далее. Для интенсификации охлаждения на статоре 24 могут быть выполнены продольные ребра 59.The air intake 52 in addition to the air intake pipe 53 and the flow regulator 54 with the drive 55 includes a housing 56 made concentric with the stator 24 of the turbine 11 and forming a cavity 57 and an outlet pipe 58 for air discharge. The presence of the outlet pipe 58 is optional. This option will be described later. To intensify cooling, longitudinal ribs 59 can be made on stator 24.

Статор 24 содержит корпус 60 с фланцем 61, кольцевую вставку 34, внутреннюю оболочку 62 и коническую оболочку 63, имеющую фланец 64 и радиальную стенку 65, соединенный с фланцами 61 и 66 корпуса 8 камеры сгорания 7. Соединение фланцев 61, 64 и 66 выполнено болтами 67.The stator 24 includes a housing 60 with a flange 61, an annular insert 34, an inner shell 62 and a conical shell 63 having a flange 64 and a radial wall 65 connected to the flanges 61 and 66 of the housing 8 of the combustion chamber 7. The connection of the flanges 61, 64 and 66 is made by bolts 67.

Второй вариант исполнения схемы охлаждении статора 24 турбины 11 приведен на фиг 8 и 9. Для реализации этого способа в корпусе 60 выполнены отверстия 68, соединяющие полость 57 с полостью 69 между корпусом 60 и кольцевой вставкой 34.The second embodiment of the cooling circuit of the stator 24 of the turbine 11 is shown in Figs. 8 and 9. To implement this method, openings 68 are made in the housing 60, connecting the cavity 57 with the cavity 69 between the housing 60 and the annular insert 34.

Корпус 60 имеет радиальную перегородку 70 с отверстиями 71, которая содержит «омега-образную» часть 72, которая сварочным швом 73 соединена с радиальной перегородкой 70. С другой стороны (внутренней) «омега-образной» части 72 радиальной перегородки 70 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 housing 60 has a radial baffle 70 with holes 71, which contains an "omega-shaped" part 72, which is connected by a weld seam 73 to the radial baffle 70. On the other side of the (inner) "omega-shaped" part 72 of the radial baffle 70, is welded by a weld 74 an annular part 75 with an annular 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, as noted above, is 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 одинаковыми время прогрева диска 29 и корпуса 60 турбины 11 и кольцевой вставки 34, и как следствие, предотвратить увеличение радиального зазора на режимах форсирования.Heat storage is carried out, as a rule, due to the heat of the phase transition. By selecting the volume of the heat-accumulating material 36, the heating time of the disk 29 and the housing 60 of the turbine 11 and the ring insert 34 can be made the same, and as a result, the increase in the radial clearance in the boosting modes can be prevented.

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 78, но это крайне нежелательно, т.к. отказ датчика может привести к аварийной ситуации.The main features of the turbine 11 are the presence of radial clearance measurement sensors 78 and the on-board computer 79, connected by electrical connections 80. Only one radial clearance measurement sensor 78 can be used, but this is extremely undesirable since Sensor failure can lead to an emergency.

На фиг.6 и 7 приведены две схемы охлаждения корпуса. На фиг.8 приведена кольцевая вставка 34 с ребрами 81 на кольцевой вставке 34 и/или 82 - на корпусе 60 с внутренней стороны. Применение ребер 81 и 82 интенсифицирует охлаждение кольцевых вставок 34. На фиг.9 приведена кольцевая вставка 34 с турбулизаторами 83, выполненными также на внешней поверхности кольцевой вставки 34. Турбулизаторы 83 могут быть выполнены в виде цилиндров небольшого размера или любой другой формы.6 and 7 show two cooling schemes of the housing. On Fig shows the annular insert 34 with ribs 81 on the annular insert 34 and / or 82 on the housing 60 from the inside. The use of ribs 81 and 82 intensifies the cooling of the annular inserts 34. Figure 9 shows the annular insert 34 with turbulators 83, also made on the outer surface of the annular insert 34. The turbulators 83 can be made in the form of small cylinders or any other shape.

На внутренней поверхности кольцевых вставок 34 может быть нанесено мягкое легкоистираемое покрытие 84, например, графит (фиг.10) или прикреплены вставки сотового уплотнения 85 (фиг.11).On the inner surface of the annular inserts 34, a soft, easy-to-abrade coating 84, for example graphite (Fig. 10), or honeycomb inserts 85 are attached (Fig. 11).

На фиг.12 и 13 приведена конструкция воздухозаборника 52, который содержит патрубок забора воздуха 53 и регулятор расхода 54, корпус 55 с полостью 57, которая отверстиями 68 соединена с полостью 57. Корпус 55 имеет два кронштейна 86, которыми он крепится при помощи болтов 87 к фланцу 88 корпуса 8 камеры сгорания 7. Регулятор расхода 54 может быть любой конструкции. Для примера приведен регулятор расхода 54 в виде цилиндра 89 с прямоугольными отверстиями 90. К цилиндру 89 присоединен вал 91 с приводом 55. Привод 55 электрической связью 79 соединен с бортовым компьютером 80. (фиг.14) и закреплен кронштейном 92 на корпусе 60.12 and 13 show the design of the air intake 52, which includes an air intake pipe 53 and a flow regulator 54, a housing 55 with a cavity 57, which is connected to the cavity 57 by openings 68. The housing 55 has two brackets 86, with which it is fastened with bolts 87 to the flange 88 of the housing 8 of the combustion chamber 7. The flow controller 54 may be of any design. For example, a flow controller 54 is shown in the form of a cylinder 89 with rectangular openings 90. A shaft 91 with a drive 55 is connected to the cylinder 89. The drive 55 is connected by an electrical connection 79 to the on-board computer 80. (Fig. 14) and is fixed by an arm 92 to the housing 60.

При этом целесообразно скорость движения воздуха в полости 57 увеличить по сравнению со скоростью воздуха во втором контуре 33. Это увеличит интенсивность теплообмена. Достигается этот результат уменьшением площади поперечного сечения зазора 57 по сравнению с площадью входа воздухозаборного патрубка 63.It is advisable to increase the air velocity in the cavity 57 in comparison with the air velocity in the second circuit 33. This will increase the heat transfer rate. This result is achieved by reducing the cross-sectional area of the gap 57 in comparison with the inlet area of the air intake pipe 63.

На фиг.14 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения ротора турбины 11 поз.93 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.14. На фиг.15 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 94…96). Позициями 97…99 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.93 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 flow rates g2 are given for cooling the turbine stator 11 in three sections of the gas turbine engine operation (in boost mode 94 ... 96). Positions 97 ... 99 show the actual change in air flow rate g2.

Во внутренней оболочке 62 могут быть выполнены отверстия 100, соединяющие полость 101 для подачи охлаждающего воздуха в полость 102 за турбиной 11 (фиг.4).Holes 100 may be formed in the inner shell 62, connecting the cavity 101 for supplying cooling air to the cavity 102 behind the turbine 11 (Fig. 4).

Работа турбины ГТД осуществляется следующим образом (фиг.1…15).The operation of the turbine GTE is as follows (figure 1 ... 15).

При резком изменении режима работы турбины газотурбинного двигателя, например, при его форсировании, температура продуктов сгорания перед турбиной возрастает. На номинальном режиме радиальный зазор 50, имеет расчетное значение, а на форсажном (максиальном) режиме радиальные зазоры 8 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 корпуса 60 и кольцевой вставки 34, 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 50, has a calculated value, and in the afterburner (maximum) mode, the radial clearance 8 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 are warmed 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 radial clearance control. 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 housing 60 and the annular insert 34, 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.In this case, 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 be connected only 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 p working 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 34. 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 51 и приводы 55 регуляторов расхода 54 электрическими связями 80 соединены с бортовым компьютером 79 для управления расходами охлаждающего воздуха g1 и g2 (фиг.11 и 12)Cooling air from the second circuit 33, passing through the air intake 52 and the flow control 54, enters the annular manifold 47, then through the bushings 46 into the cavity 45 and then through the holes 66 in the cavities 47 and 49 and cools the housing 38 ... 40 and the annular insert 34. Moreover, in order to maximize the system’s performance, it is necessary to use relatively “cold” air, which should be selected due to the intermediate stage of compressor 12 (Fig. 1). Flow regulators 51 and actuators 55 of flow regulators 54 by electrical connections 80 are connected to the on-board computer 79 to control the flow of cooling air g1 and g2 (11 and 12)

Применение теплоаккумулирующего материала 36 выравнивает тепловые инерции ротора 23 и статора 24, При увеличении радиального зазора датчики измерения радиального зазора 78 фиксируют этот факт, и бортовой компьютер 79 по каналу связи 80 подает команду на привод 55 регулятора расхода 54 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 36 equalizes the thermal inertia of the rotor 23 and stator 24. With an increase in the radial clearance, the radial clearance sensors 78 record this fact, and the on-board computer 79 sends a command to the drive 55 of the flow controller 54 to increase the flow of cooling air through the communication channel 80. 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 provide 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 systems for regulating the radial clearance without preliminary heating of the turbine engine or significantly reduce the warm-up time of the gas 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 или стационарного двигателя с крейсерского на форсажный режим. Это особенно важно для военных самолетов.5. Almost instantly transfer the operation mode of the gas turbine engine of an aircraft or stationary 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 (4)

1. Двухконтурный газотурбинный двигатель, содержащий компрессор, камеру сгорания, турбину, содержащую, по меньшей мере, одну охлаждаемую ступень с сопловым аппаратом с полостями над ним и под ним, и по меньшей мере один ротор турбины с охлаждаемым рабочим колесом и аппаратом закрутки перед ним, а также статор турбины, содержащий, по меньшей мере один корпус турбины и кольцевую вставку над рабочим колесом турбины и систему регулирования радиального зазора, отличающийся тем, что статор турбины выполнен охлаждаемым воздухом второго контура, при этом система подачи охлаждающего статор воздуха выполнена в виде воздухозаборника, установленного во втором контуре, и регулятора расхода с приводом, и также содержит бортовой компьютер и датчики измерения радиального зазора, привод регулятора расхода, и датчики измерения радиального зазора соединены электрическими связями с бортовым компьютером.1. A double-circuit gas turbine engine containing a compressor, a combustion chamber, a turbine containing at least one cooled stage with a nozzle apparatus with cavities above and below it, and at least one turbine rotor with a cooled impeller and a spin apparatus in front of it as well as a turbine stator comprising at least one turbine casing and an annular insert above the turbine impeller and a radial clearance control system, characterized in that the turbine stator is made of cooled secondary air, In this case, the supply system of the cooling air stator is made in the form of an air intake installed in the second circuit and a flow regulator with a drive, and also contains an on-board computer and radial clearance measurement sensors, a flow regulator drive, and radial clearance measurement sensors are electrically connected to the on-board computer. 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. 4. Способ регулирования радиального зазора в турбине двухконтурного газотурбинного двигателя по любому из пп.1…3, включающий охлаждение ротора воздухом высокого давления, отбираемым из-за компрессора, и статора воздухом второго контура, отличающийся тем, что для охлаждения статора турбины используют часть расхода воздуха второго контура, который отбирают, используя воздухозаборник, и увеличивают скорость охлаждающего воздуха в тракте охлаждения статора турбины, измеряют радиальный зазор и в зависимости от его величины производят изменение расхода охлаждающего воздуха для охлаждения статора турбины, а использованный воздух сбрасывают во второй контур или после турбины. 4. The method of regulating the radial clearance in the turbine of a dual-circuit gas turbine engine according to any one of claims 1 to 3, comprising cooling the rotor with high pressure air drawn from the compressor and the stator by secondary air, characterized in that a part of the flow rate is used to cool the turbine stator air of the second circuit, which is taken using the air intake, and the cooling air speed is increased in the cooling path of the turbine stator, the radial clearance is measured and, depending on its size, ix cooling air flow for cooling the turbine stator, and air used in the second reset circuit or after the turbine.
RU2012138768/06A 2012-09-10 2012-09-10 Double-flow gas turbine engine, and adjustment method of radial gap in turbine of double-flow gas turbine engine RU2511860C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012138768/06A RU2511860C1 (en) 2012-09-10 2012-09-10 Double-flow gas turbine engine, and adjustment method of radial gap in turbine of double-flow gas turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012138768/06A RU2511860C1 (en) 2012-09-10 2012-09-10 Double-flow gas turbine engine, and adjustment method of radial gap in turbine of double-flow gas turbine engine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012138768A RU2012138768A (en) 2014-03-20
RU2511860C1 true RU2511860C1 (en) 2014-04-10

Family

ID=50279891

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012138768/06A RU2511860C1 (en) 2012-09-10 2012-09-10 Double-flow gas turbine engine, and adjustment method of radial gap in turbine of double-flow gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2511860C1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112417658B (en) * 2020-11-11 2024-03-29 南京航空航天大学 Design point parameter cycle modeling method for double-external culvert variable cycle engine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1809127A1 (en) * 1977-07-13 1993-04-15 Motornyj Z Gas-turbine engine turbine
RU2151886C1 (en) * 1998-08-04 2000-06-27 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Stator of multistage gas turbine
RU2159335C1 (en) * 1999-04-28 2000-11-20 Открытое акционерное общество "А.Люлька-Сатурн" Method of cooling turbine wheel rotor of multimode turbojet engine
RU2435039C2 (en) * 2005-09-23 2011-11-27 Снекма Case for turbine, turbine and turbo-machine containing such turbine

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1809127A1 (en) * 1977-07-13 1993-04-15 Motornyj Z Gas-turbine engine turbine
RU2151886C1 (en) * 1998-08-04 2000-06-27 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Stator of multistage gas turbine
RU2159335C1 (en) * 1999-04-28 2000-11-20 Открытое акционерное общество "А.Люлька-Сатурн" Method of cooling turbine wheel rotor of multimode turbojet engine
RU2435039C2 (en) * 2005-09-23 2011-11-27 Снекма Case for turbine, turbine and turbo-machine containing such turbine

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
GB 2104966 A, МПК F01D11/08, 16.03.1983, весь документ. Иноземцев А.А., Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок, Москва, Машиностроение, 2008, Т. 2, 366 с., с. 214, 256. Нихамкин М.А., Конструкция основных узлов двигателя ПС-90А, Пермский государственный технический университет, Пермь, 1997, 92 с., с. 79. *
весь документ. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012138768A (en) 2014-03-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5022817A (en) Thermostatic control of turbine cooling air
US7823389B2 (en) Compound clearance control engine
US10927763B2 (en) Conditioned low pressure compressor compartment for gas turbine engine
US10487739B2 (en) Cooling system for a turbine engine
US7740443B2 (en) Transpiration clearance control turbine
US9995314B2 (en) Cooling system for a turbine engine
US11067003B2 (en) Fluid cooling structure for an electric machine of a gas turbine engine
US10202867B2 (en) Modulated turbine cooling system
JP2015522762A (en) Active gap control system
US11306658B2 (en) Cooling system for a turbine engine
JP2017089626A (en) Gas turbine engine with vane having cooling air turning nozzle
RU2506435C2 (en) Gas turbine engine and method for radial clearance adjustment in gas turbine
RU2504663C2 (en) Gas turbine engine turbine
RU2499145C1 (en) Turbine of bypass gas turbine engine
RU2496991C1 (en) Bypass gas turbine
RU2501956C1 (en) Bypass gas turbine engine, method of radial gap adjustment in turbine of bypass gas turbine engine
RU2511860C1 (en) Double-flow gas turbine engine, and adjustment method of radial gap in turbine of double-flow gas turbine engine
RU2499894C1 (en) Bypass gas turbine engine
RU2499892C1 (en) Gas turbine engine turbine
RU2500895C1 (en) Gas turbine engine turbine
RU2499891C1 (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
RU2490474C1 (en) Turbine of gas-turbine engine