RU2519127C1 - Turbine of gas turbine engine and method for adjustment of radial clearance in turbine - Google Patents

Turbine of gas turbine engine and method for adjustment of radial clearance in turbine Download PDF

Info

Publication number
RU2519127C1
RU2519127C1 RU2013119144/06A RU2013119144A RU2519127C1 RU 2519127 C1 RU2519127 C1 RU 2519127C1 RU 2013119144/06 A RU2013119144/06 A RU 2013119144/06A RU 2013119144 A RU2013119144 A RU 2013119144A RU 2519127 C1 RU2519127 C1 RU 2519127C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
radial clearance
microwave radiation
radiation sources
radial
Prior art date
Application number
RU2013119144/06A
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 RU2013119144/06A priority Critical patent/RU2519127C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2519127C1 publication Critical patent/RU2519127C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: machine building.
SUBSTANCE: turbine of a bypass gas turbine engine comprises a cooled stage with a nozzle diaphragm with cavities above and below it and a turbine rotor with a cooled runner. The turbine stator comprises at least two turbine casings with cavities in-between and a radial clearance adjustment system including a ring insertion above the turbine runner. The cavity above the nozzle diaphragm is connected to a compressor output by an air bleed pipeline including a flow regulator. The radial clearance adjustment system comprises an on-board computer, sensors for radial clearance measurement and microwave radiation sources set above the insertion. The radial clearance measuring sensors and the microwave radiation sources are connected by electric links with the on-board computer. The microwave radiation sources are made so that to be able of heating the ring insertion. The radial clearance is measured and basing on its value the microwave radiation sources are switched on.
EFFECT: effective control of radial clearances in a turbine in all modes, increasing engine thrust in takeoff and afterburner modes, increasing turbine efficiency factor and reliability.
4 cl, 7 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 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 способа и устройства.Also known is a turbine engine with adjustable radial clearances according to the patent of Russian Federation No. 2435039, IPC F01D 11/04, a prototype of the method and 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 режимах, повышение КПД и надежности турбины.Objectives of the invention: effective regulation of radial clearances in the turbine in all modes, increasing engine thrust in take-off and afterburning modes, increasing the efficiency and reliability of the turbine.

Решение указанных задач достигнуто в турбине газотурбинного двигателя, содержащей по меньшей мере одну охлаждаемую ступень с сопловым аппаратом с полостями над ним и под ним и ротор турбины с охлаждаемым рабочим колесом, 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, система регулирования радиального зазора содержит бортовой компьютер, датчики измерения радиального зазора и источники СВЧ-излучения, установленные над вставкой, при этом датчики измерения радиального зазора и источники СВЧ-излучения соединены электрическими связями с бортовым компьютером. Кольцевая вставка может быть выполнена пустотелой. Внутренняя полость кольцевой вставки может быть заполнена теплоаккумулирующим веществом.The solution of these problems was achieved in a turbine of a gas turbine engine containing at least one cooled stage with a nozzle apparatus with cavities above and below it and a turbine rotor with a cooled impeller, as well as a turbine stator containing at least two turbine bodies with cavities between them and a radial clearance control system comprising an annular insert above the turbine impeller, in that, according to the invention, the cavity above the nozzle apparatus is connected by an air sampling pipe containing a regulator p the exit from the compressor, the radial clearance control system includes an on-board computer, radial clearance measurement sensors and microwave radiation sources mounted above the insert, while radial clearance measurement sensors and microwave radiation sources are connected by electrical connections to the on-board computer. The annular insert may be hollow. The inner cavity of the annular 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 и нагрев статора, тем, что согласно изобретению измеряют радиальный зазор и в зависимости от его величины производят включение источников СВЧ-излучения для нагрева кольцевой вставки.The solution to these problems has been achieved in a method for regulating the radial clearance in a turbine of a double-circuit gas turbine engine, including cooling the rotor and heating the stator, by the fact that according to the invention, the radial clearance is measured and, depending on its size, the microwave sources are turned on to heat the annular insert.

Сущность изобретения представлена на чертежах (фиг.1-7), где:The invention is presented in the drawings (figures 1-7), 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 устройства,- figure 3 shows a view of the device,

- на фиг.4 приведен вид устройства с кольцевой вставкой, имеющей покрытие,- figure 4 shows a view of a device with an annular insert having a coating,

- на фиг.5 приведен вид устройства и кольцевая вставка с панелями из «сотовых уплотнений»,- figure 5 shows a view of the device and an annular insert with panels of "honeycomb seals",

- на фиг.6 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения ротора турбины в зависимости от температуры перед турбиной,- figure 6 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.7 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения статора турбины в зависимости от времени работы ГТД.- Fig.7 shows a diagram of the change in air flow for cooling the turbine stator depending on the time of operation of the gas turbine engine.

Конструкция газотурбинного двигателя представлена на фиг. 1-7. 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 FIG. 1-7. 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 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 и 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 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 with the working blades 28 and the disk 29. The steps 25 of the turbine 11 may be one or more 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 может быть одноконтурным или иметь два контура: первый 32 и второй 33 (фиг.1).A dual-circuit gas turbine engine can be single-circuit or have two circuits: the first 32 and second 33 (Fig. 1).

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 5. Кольцевая вставка 34 может быть выполнена сплошной или пустотелой, т.е. содержать полость 35. Кольцевая вставка 34 может быть сегментной и состоять из сегментов 36.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 5. The annular insert 34 can be solid or hollow, i.e. contain a cavity 35. The annular insert 34 may be segmented and consist of segments 36.

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 не показан). Рабочие лопатки 28 содержат замковую часть 37 (фиг.2). В диске 29 выполнены отверстия 38 для подвода к рабочим лопаткам 28 охлаждающего воздуха. Передний дефлектор 30 уплотнен относительно вала 13 и статорных деталей уплотнениями 39 относительно кольца 40 и уплотнением 41 относительно статорной детали 42. В переднем дефлекторе 30 выполнены отверстия 43 для подвода охлаждающего воздуха.The working blades 28 can be made with retaining shelves (this option is not shown). The working blades 28 contain a locking part 37 (figure 2). 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 13 and the stator parts with seals 39 relative to the ring 40 and the seal 41 relative to the stator part 42. Openings 43 for supplying cooling air are made in the front deflector 30.

Средство регулирования радиального зазора, кроме перечисленных ранее средств, содержит аппарат закрутки 44, внутренний трубопровод подачи охлаждающего воздуха 45, внутреннюю полость 46, отверстия 47, внутреннюю полость 48 соплового аппарата 26, отверстия 49, верхнюю полость 50 внутри кольцевого коллектора 51, отверстия 52, трубопровод высокого давления 53, регулятор расхода воздуха 54 с приводом 55. Другой конец трубопровода высокого давления 53 соединен с коллектором 56 на выходе из компрессора 6.The radial clearance control means, in addition to the previously listed means, includes a swirling device 44, an internal cooling air supply pipe 45, an internal cavity 46, openings 47, an internal cavity 48 of the nozzle apparatus 26, openings 49, an upper cavity 50 inside the annular manifold 51, openings 52, high pressure pipe 53, air flow regulator 54 with drive 55. The other end of the high pressure pipe 53 is connected to a manifold 56 at the outlet of the compressor 6.

Вал 13, диск 26 с дефлекторами 30 и 31 и рабочим колесом 27 образуют ротор 23 турбины 11 (фиг.2) Турбина 11, как указывалось ранее, имеет статор 24. Статор 24 содержит несколько корпусов (от двух и более).The shaft 13, the disk 26 with the deflectors 30 and 31 and the impeller 27 form the rotor 23 of the turbine 11 (figure 2) The turbine 11, as mentioned earlier, has a stator 24. The stator 24 contains several buildings (from two or more).

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 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 rodku 66 with holes 67 for air vent (1 and 2), a cooling turbine 24, a stator 11 (Figures 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 «омега-образную» часть 72, которая сварочным швом 73 соединена с первой радиальной перегородкой 64. С другой стороны (внутренней) «омега-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.

Основными особенностями турбины 11 является наличие датчиков измерения радиального зазора 78, источников СВЧ-излучения 79 и бортового компьютера 80, соединенных электрическими связями 81. Возможно применение только одного датчика измерения радиального зазора 78, но это крайне нежелательно, т.к. отказ датчика 78 может привести к аварийной ситуации.The main features of the turbine 11 is the presence of radial clearance measurement sensors 78, microwave radiation sources 79 and an on-board computer 80 connected by electrical connections 81. Only one radial clearance measurement sensor 78 can be used, but this is extremely undesirable since failure of the sensor 78 may lead to an emergency.

Бортовой компьютер 80 выполнен на базе современных цифровых процессоров.On-board computer 80 is based on modern digital processors.

На внутренней поверхности кольцевых вставок 34 может быть нанесено мягкое легкоистираемое покрытие 85, например графит (фиг.4), или прикреплены вставки сотового уплотнения 86 (фиг.5).On the inner surface of the annular inserts 34, a soft, easy-to-abrade coating 85, for example graphite (FIG. 4), or honeycomb inserts 86 are attached (FIG. 5).

На фиг.6 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения ротора турбины 11 поз.87 в зависимости от температуры перед турбиной - Tг, из которого следует, что расход воздуха g1, охлаждающего ротор 23 турбины 11, должен увеличиваться с ростом температуры продуктов сгорания перед турбиной Tг. Эта зависимость может быть линейной, например, как показано на фиг.6. На фиг.7 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 88, 89 и 90). Позициями 91, 92 и 93 показано реальное изменение расхода воздуха g2.Figure 6 shows a diagram of the change in air flow for cooling the rotor of the turbine 11 pos.87 depending on the temperature in front of the turbine - Tg, from which it follows that the air flow 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 can be linear, for example, as shown in Fig.6. Figure 7 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 88, 89, and 90). Positions 91, 92 and 93 show the actual change in air flow rate g2.

В промежуточном корпусе 59 выполнены отверстия 94, соединяющие полости 69 и 56 для подачи охлаждающего воздуха в полости 68, 69 и 70 (фиг.4).In the intermediate casing 59, holes 94 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…7).The operation of the turbine GTE is as follows (figure 1 ... 7).

При резком изменении режима работы турбины газотурбинного двигателя, например при его форсировании, температура продуктов сгорания перед турбиной возрастает. На номинальном режиме радиальный зазор 60, имеет расчетное значение, а на форсажном (максиальном) режиме радиальные зазоры 5 в первоначальный момент при отсутствии регулирования резко бы 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 60, has a calculated value, and in the afterburner (maximum) mode, the radial clearance 5 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 housings 57 ... 59, which will prevent an increase in the radial clearance.

Проходящий по трубопроводу высокого давления 53 через регулятор расхода 54 охлаждающий воздух охлаждает диск 29 турбины 11 и рабочие лопатки 28.Passing through the high pressure pipe 53 through the flow regulator 54 cooling air cools the disk 29 of the turbine 11 and the blades 28.

При этом изменение расхода охлаждающего воздуха через регулятор расхода 54 осуществляют только в зависимости от режима работы двигателя Tг и изменением расхода этого воздуха не управляют радиальным зазором, так как увеличение расхода этого воздуха уменьшает КПД турбины 11. При этом трубопровод высокого давления 53 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 54 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 53 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).

При увеличении радиального зазора датчики измерения радиального зазора 78 фиксируют этот факт, и бортовой компьютер 80 по каналу связи 84 приводу 55 регулятора расхода 54 на увеличение расхода охлаждающего воздуха и одновременно на коммутатор 82 для включения источников СВЧ-излучения 79. Источники СВЧ-излучения 79 практически мгновенно и равномерно прогревают кольцевую вставку 34. Это предотвращает касание рабочих лопаток 28 об кольцевую вставку. При превышении заданного зазора источниками СВЧ-излучения 79 бортовой компьютер 80 отключает их.With an increase in the radial clearance, the radial clearance sensors 78 record this fact, and the on-board computer 80 via the communication channel 84 to the drive 55 of the flow controller 54 to increase the flow rate of cooling air and simultaneously to the switch 82 to turn on microwave sources 79. Sources of microwave radiation 79 practically instantly and evenly heat up the annular insert 34. This prevents the blades 28 from touching the annular insert. If the specified gap is exceeded by microwave sources 79, the on-board computer 80 turns them off.

Источники СВЧ-излучения 79 работают кратковременно и прогревают небольшую массу, поэтому затраты энергии невелики.Sources of microwave radiation 79 are short-term and warm up a small mass, so the energy costs are low.

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.When 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 radial clearance control systems 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 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 (4)

1. Турбина газотурбинного двигателя, содержащая по меньшей мере одну охлаждаемую ступень с сопловым аппаратом с полостями над ним и под ним и ротор турбины с охлаждаемым рабочим колесом, 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, отличающаяся тем, что полость над сопловым аппаратом соединена трубопроводом отбора воздуха, содержащим регулятор расхода с выходом из компрессора, система регулирования радиального зазора содержит бортовой компьютер, датчики измерения радиального зазора и источники СВЧ-излучения, установленные над вставкой, при этом датчики измерения радиального зазора и источники СВЧ-излучения соединены электрическими связями с бортовым компьютером, причем источники СВЧ-излучения выполнены с возможностью прогревать кольцевую вставку.1. A turbine of a gas turbine engine, comprising 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 turbine stator comprising at least two turbine bodies with cavities between them and a control system a radial clearance containing an annular insert above the impeller of the turbine, 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, a reg the radial clearance measuring device comprises an on-board computer, radial clearance measurement sensors and microwave radiation sources mounted above the insert, wherein the radial clearance measurement sensors and microwave radiation sources are electrically connected to the on-board computer, the microwave radiation sources being configured to heat the annular insert . 2. Двухконтурный газотурбинный двигатель, содержащий турбину по п.1, отличающийся тем, что кольцевая вставка выполнена пустотелой.2. A dual-circuit gas turbine engine containing a turbine 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 п.1, включающий охлаждение ротора и нагрев статора, отличающийся тем, что измеряют радиальный зазор и в зависимости от его величины производят включение источников СВЧ-излучения для нагрева кольцевой вставки. 4. The method for controlling the radial clearance in the turbine of a double-circuit gas turbine engine according to claim 1, including cooling the rotor and heating the stator, characterized in that the radial clearance is measured and, depending on its size, the microwave sources are turned on to heat the annular insert.
RU2013119144/06A 2013-04-24 2013-04-24 Turbine of gas turbine engine and method for adjustment of radial clearance in turbine RU2519127C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119144/06A RU2519127C1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Turbine of gas turbine engine and method for adjustment of radial clearance in turbine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013119144/06A RU2519127C1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Turbine of gas turbine engine and method for adjustment of radial clearance in turbine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2519127C1 true RU2519127C1 (en) 2014-06-10

Family

ID=51216604

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013119144/06A RU2519127C1 (en) 2013-04-24 2013-04-24 Turbine of gas turbine engine and method for adjustment of radial clearance in turbine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2519127C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11156455B2 (en) 2018-09-26 2021-10-26 General Electric Company System and method for measuring clearance gaps between rotating and stationary components of a turbomachine

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2574190A (en) * 1946-07-30 1951-11-06 Winston R New Turbine apparatus
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
EP1953348A2 (en) * 2007-01-10 2008-08-06 United Technologies Corporation Instrument port seal for RF measurement
US7455495B2 (en) * 2005-08-16 2008-11-25 United Technologies Corporation Systems and methods for monitoring thermal growth and controlling clearances, and maintaining health of turbo machinery applications
RU2435039C2 (en) * 2005-09-23 2011-11-27 Снекма Case for turbine, turbine and turbo-machine containing such turbine

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2574190A (en) * 1946-07-30 1951-11-06 Winston R New Turbine apparatus
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
US7455495B2 (en) * 2005-08-16 2008-11-25 United Technologies Corporation Systems and methods for monitoring thermal growth and controlling clearances, and maintaining health of turbo machinery applications
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
EP1953348A2 (en) * 2007-01-10 2008-08-06 United Technologies Corporation Instrument port seal for RF measurement

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11156455B2 (en) 2018-09-26 2021-10-26 General Electric Company System and method for measuring clearance gaps between rotating and stationary components of a turbomachine

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN107893701B (en) Method and apparatus for under-cowl split cooling
US11092013B2 (en) Modulated turbine cooling system
US10927763B2 (en) Conditioned low pressure compressor compartment for gas turbine engine
US7823389B2 (en) Compound clearance control engine
US5022817A (en) Thermostatic control of turbine cooling air
RU2538988C2 (en) Gas turbine ring fastening device, assembly comprising turbine ring and device for its fastening, turbine and turbomotor
US10487739B2 (en) Cooling system for a turbine engine
EP2375005B1 (en) Method for controlling turbine blade tip seal clearance
RU2506435C2 (en) Gas turbine engine and method for radial clearance adjustment in gas turbine
RU2504663C2 (en) Gas turbine engine turbine
EP3239476B1 (en) Case clearance control system and corresponding gas turbine engine
RU2519127C1 (en) Turbine of gas turbine engine and method for adjustment of radial clearance in 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
RU2535453C1 (en) Gas turbine engine and method for radial clearance adjustment in gas turbine
RU2496991C1 (en) Bypass gas turbine
RU2499892C1 (en) Gas turbine engine turbine
RU2500895C1 (en) Gas turbine engine turbine
RU2553919C2 (en) Gas-turbine engine
RU2499894C1 (en) 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
RU2499891C1 (en) Gas turbine engine turbine
RU2532737C1 (en) Gas turbine engine
RU2500894C1 (en) Gas turbine engine turbine
RU2738523C1 (en) Control method of radial clearances of turbine of double-flow gas turbine engine and device for implementation thereof