RU2578387C2 - Gas turbine plant blades cooling device - Google Patents

Gas turbine plant blades cooling device Download PDF

Info

Publication number
RU2578387C2
RU2578387C2 RU2014121449/06A RU2014121449A RU2578387C2 RU 2578387 C2 RU2578387 C2 RU 2578387C2 RU 2014121449/06 A RU2014121449/06 A RU 2014121449/06A RU 2014121449 A RU2014121449 A RU 2014121449A RU 2578387 C2 RU2578387 C2 RU 2578387C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
anode
working
blades
gas turbine
turbine
Prior art date
Application number
RU2014121449/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2014121449A (en
Inventor
Владимир Андреевич Керножицкий
Алексей Васильевич Колычев
Виталий Алексеевич Алтунин
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ")
Владимир Андреевич Керножицкий
Алексей Васильевич Колычев
Виталий Алексеевич Алтунин
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 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ"), Владимир Андреевич Керножицкий, Алексей Васильевич Колычев, Виталий Алексеевич Алтунин filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ")
Priority to RU2014121449/06A priority Critical patent/RU2578387C2/en
Publication of RU2014121449A publication Critical patent/RU2014121449A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2578387C2 publication Critical patent/RU2578387C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: claimed device comprises the working and nozzle blades with the elements of their connection to the cooling system. Said cooling system is composed of an electrically conducting circuit connecting the anode with cathode. The cathode is composed of the working and nozzle blades of electrically conducting material and emission ply applied on their surface of conducting material that features the low electron output work. The anode is composed of electron-seeking material to select the electrons from the working fluid flow. Said electrically conducting circuit the current lead-out and electric load are connected in series between said anode and cathode. The anode is fitted through the electric insulation ply onto the turbine plant housing inner wall. Cooling element with coolant recycling channels is arranged outside said housing opposite the anode seat and in thermal contact therewith through the housing wall and connected to gas turbine compressor.
EFFECT: decreased temperature of all blades, higher efficiency of gas turbine.
2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к энергетическому машиностроению и может быть использовано при создании авиационной и ракетно-космической техники, в объектах атомной энергетики и судостроения, а также в областях, где требуется турбомашиное преобразование энергии.The invention relates to power engineering and can be used to create aviation and rocket and space technology, in nuclear facilities and shipbuilding, as well as in areas where turbomachine energy conversion is required.

В настоящее время при создании газотурбинных установок (ГТУ) предполагается существенное увеличение температуры рабочего тела перед турбиной, что приведет к повышению КПД ГТУ, а значит, и к экономии топлива. Поэтому необходимо разработка лопаток турбины, способных сохранять работоспособность при температурах порядка 1800 К. Для этого предполагается использовать сплавы и композиционные материалы на основе ниобия. Необходимость поддержания температуры лопаток на уровне 1800 К при одновременном увеличении температуры рабочего тела перед турбиной приводит к необходимости отвода от лопаток большого количества тепловой энергии. Однако существующие способы отвода тепловой энергии нагрева лопаток предполагают наличие в них специальных каналов для циркуляции теплоносителя и отверстий для вывода этого теплоносителя в газовый высокотемпературный поток рабочего тела, что приводит к усложнению конструкции лопаток и вала турбины, и, как следствие, к снижению надежности и увеличению стоимости и сложности изготовления лопаток и ГТУ в целом. Поэтому необходим поиск новых методов отвода тепла от высокотемпературных лопаток турбины, обеспечивающих высокий уровень надежности, а также невысокую сложность и стоимость изготовления этих лопаток.At present, when creating gas turbine units (GTU), it is expected that the temperature of the working fluid in front of the turbine will increase significantly, which will lead to an increase in the efficiency of the GTU, and hence to fuel economy. Therefore, it is necessary to develop turbine blades capable of maintaining operability at temperatures of the order of 1800 K. For this, it is proposed to use alloys and composite materials based on niobium. The need to maintain the temperature of the blades at the level of 1800 K while increasing the temperature of the working fluid in front of the turbine leads to the need to remove large amounts of thermal energy from the blades. However, the existing methods of removing the heat energy of heating the blades suggest that they have special channels for circulating the coolant and openings for withdrawing this coolant into the gas high-temperature flow of the working fluid, which leads to a complication of the design of the blades and turbine shaft, and, as a result, to a decrease in reliability and increase the cost and complexity of manufacturing vanes and gas turbines in general. Therefore, it is necessary to search for new methods of heat removal from high-temperature turbine blades, providing a high level of reliability, as well as low complexity and cost of manufacturing these blades.

Известно «УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНВЕКТИВНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ДЕТАЛЕЙ ТУРБИНЫ» по патенту RU №2009331, которое включает перфорированный элемент, выполненный в виде пластины, ребра и штыри, кромками контактирующие с пластиной, при этом охлаждающий тракт выполнен высотой, уменьшающейся по ходу движения охлаждающей среды.It is known "DEVICE FOR CONVECTIVE COOLING OF TURBINE DETAILS" according to patent RU No. 2009331, which includes a perforated element made in the form of a plate, ribs and pins, edges contacting the plate, while the cooling path is made in height, decreasing in the direction of movement of the cooling medium.

Недостатком прототипа является наличие сложной системы каналов в рабочих и сопловых лопатках и в валу, что приводит к увеличению сложности изготовления рабочих и сопловых лопаток и, следовательно, снижению надежности ГТУ.The disadvantage of the prototype is the presence of a complex system of channels in the working and nozzle blades and in the shaft, which leads to an increase in the complexity of manufacturing the working and nozzle blades and, therefore, a decrease in the reliability of the gas turbine.

Технической задачей, вытекающей из современного уровня науки и техники, является повышение надежности рабочих и сопловых лопаток турбины в условиях взаимодействия с высокотемпературным потоком рабочего тела за счет организации отвода тепловой энергии от рабочих и сопловых лопаток турбины, с помощью других типов теплоносителей, например электронов при термоэлектронной эмиссии, и упрощение устройства рабочих и сопловых лопаток турбины с одновременным повышением на этой основе КПД ГТУ посредством увеличения температуры рабочего тела перед турбиной и преобразования части тепловой энергии нагрева рабочих и сопловых лопаток турбины в электрическую энергию.The technical problem arising from the modern level of science and technology is to increase the reliability of turbine working and nozzle blades under conditions of interaction with a high-temperature flow of the working fluid by organizing the removal of thermal energy from turbine working and nozzle blades using other types of coolants, for example, electrons with thermionic emission, and simplification of the arrangement of the working and nozzle blades of the turbine with a simultaneous increase on this basis of the efficiency of gas turbines by increasing the temperature of the working fluid Before the turbine and the conversion of the heat energy heating the rotor and nozzle turbine blades into electrical energy.

Указанная техническая задача решается тем, что рабочие и сопловые лопатки турбины выполняются из электропроводящего материала с высокой температурой плавления, например сплавов на основе ниобия, и на их поверхность нанесен слой из электропроводящего материала, характеризующийся низкой работой выхода электронов при нагреве, например диоксид тория (TrO2) или гексаборид лантала (LaB6). Эмиссионный слой обеспечивает эмиссию «горячих» электронов в рабочее тело, движущееся от источника тепловой энергии и обтекающее рабочие и сопловые лопатки турбины. Рабочие и сопловые лопатки турбины и эмиссионный слой в данном случае образуют катод. В ГТУ с заявляемым устройством охлаждения рабочих и сопловых лопаток турбины между источником тепловой энергии и холодильником (или выходным отверстием незамкнутой ГТУ) располагается элемент - анод из проводящего электроновоспринимающего материала, например диоксида тория (TrO2) или гексаборида лантала (LaB6). Анод предназначен для восприятия всех электронов эмиссии из рабочего тела, эмитированных в рабочее тело с эмиссионного слоя рабочих и сопловых лопаток турбины. Анод располагается на внутренней стенке корпуса ГТУ между источником тепловой энергии и холодильником. Форма и место расположения анода подбираются так, чтобы обеспечить попадание на анод всех электронов эмиссии из обтекающего его высокотемпературного потока рабочего тела. Анод в данном случае может быть выполнен в виде сетки или группы сеток. Анод электрически связан с катодом, образуя электрическую цепь. Для вывода электронов с анода используется токовывод. Между анодом и катодом в указанной электрической цепи последовательно располагается токовывод и электрическая нагрузка, где «горячие» электроны эмиссии совершают полезную работу. При этом электроны «охлаждаются», поскольку, совершая полезную работу в электрической нагрузке, электроны затрачивают ту энергию, которую они получили в нагреваемых рабочих и сопловых лопатках турбины. Часть тепловой энергии нагрева рабочих и сопловых лопаток турбины, унесенной электронами при термоэлектронной эмиссии с эмиссионного слоя, тратится на совершение полезной электрической работы в электрической нагрузке. То есть часть тепловой энергии нагрева рабочих и сопловых лопаток турбины преобразуется в электрическую энергию. Это в целом приводит к повышению КПД ГТУ.The indicated technical problem is solved in that the turbine blades and nozzles are made of an electrically conductive material with a high melting point, for example, niobium-based alloys, and a layer of an electrically conductive material is applied to their surface, characterized by a low electron work function when heated, for example, thorium dioxide (TrO 2 ) or lantalum hexaboride (LaB 6 ). The emission layer provides the emission of "hot" electrons into the working fluid, moving from a source of thermal energy and flowing around the turbine’s working and nozzle blades. The working and nozzle blades of the turbine and the emission layer in this case form a cathode. In a gas turbine with the claimed cooling device for working and nozzle turbine blades between the heat source and the refrigerator (or the outlet of an open gas turbine) there is an element - an anode of conductive electron-picking material, for example thorium dioxide (TrO 2 ) or lanthal hexaboride (LaB 6 ). The anode is designed to receive all emission electrons from the working fluid emitted into the working fluid from the emission layer of the working and nozzle blades of the turbine. The anode is located on the inner wall of the gas turbine unit between a heat source and a refrigerator. The shape and location of the anode are selected so as to ensure that all the emission electrons from the high-temperature flow of the working fluid flowing around it reach the anode. The anode in this case can be made in the form of a grid or a group of grids. The anode is electrically connected to the cathode, forming an electrical circuit. To output electrons from the anode, a current output is used. Between the anode and cathode in the indicated electrical circuit, a current output and an electrical load are arranged in series, where the “hot” emission electrons do useful work. In this case, the electrons are “cooled”, because, doing useful work in an electric load, the electrons spend the energy that they received in the heated working and nozzle blades of the turbine. Part of the thermal energy of heating the working and nozzle blades of a turbine carried away by electrons during thermionic emission from the emission layer is spent on useful electrical work in an electric load. That is, part of the thermal energy of heating the working and nozzle blades of the turbine is converted into electrical energy. This as a whole leads to an increase in the efficiency of gas turbines.

Для поддержания направленного движения электронов от анода к катоду в электрической цепи температуру анода необходимо поддерживать на уровне ниже температуры катода. Для этого анод располагается в тепловом контакте через слой электроизоляции, с системой охлаждения анода, подключенной к компрессору ГТУ, через каналы которой пропускают охлаждающее вещество, например воздух.To maintain the directional movement of electrons from the anode to the cathode in the electrical circuit, the temperature of the anode must be kept below the cathode temperature. For this, the anode is placed in thermal contact through an electrical insulation layer, with the anode cooling system connected to the gas turbine compressor, through whose channels a cooling substance, for example air, is passed.

В целом сущность заявляемого изобретения состоит в разработке потенциально новой системы электронного охлаждения рабочих и сопловых лопаток широкого класса ГТУ, применяемых в промышленных и оборонных областях.In general, the essence of the claimed invention consists in the development of a potentially new electronic cooling system for working and nozzle blades of a wide class of gas turbines used in industrial and defense fields.

Единым техническим результатом, достигаемым при реализации заявляемого изобретения, является снижение температуры рабочих и сопловых лопаток турбины за счет организации отвода тепловой энергии электронами при термоэлектронной эмиссии в высокотемпературный высокоскоростной поток рабочего тела. Вследствие этого не требуется устройства в рабочих и сопловых лопатках турбины каналов и отверстий для прохождения охлаждающих веществ, например воздуха, что приводит к повышению надежности, а также к снижению сложности и стоимости изготовления рабочих и сопловых лопаток турбины. При этом часть тепла нагрева рабочих и сопловых лопаток преобразуется в электрическую энергию, вследствие чего появляется возможность увеличить температуру рабочего тела перед турбиной, что означает повышение КПД заявляемым ГТУ по сравнению с аналогами и прототипом.A single technical result achieved by the implementation of the claimed invention is to reduce the temperature of the working and nozzle blades of the turbine by organizing the removal of thermal energy by electrons during thermionic emission into a high-temperature high-speed flow of the working fluid. As a result of this, devices and openings for the passage of cooling substances, for example air, are not required in the working and nozzle blades of the turbine turbine, which leads to an increase in reliability, as well as to a decrease in the complexity and cost of manufacturing the working and nozzle turbine blades. At the same time, part of the heat of heating of the working and nozzle blades is converted into electrical energy, as a result of which it becomes possible to increase the temperature of the working fluid in front of the turbine, which means an increase in the efficiency of the claimed gas turbine compared to analogues and prototype.

На фиг. 1 в разрезе представлена ГТУ, оснащенная заявляемым устройством охлаждения рабочих и сопловых лопаток турбины.In FIG. 1 is a sectional view of a gas turbine equipped with the inventive device for cooling working and nozzle turbine blades.

Представленная на фиг. 1 ГТУ имеет в своем составе следующие элементы: 1 - стартер, 2 - компрессор, 3 - источник тепловой энергии, 4 - сопловые лопатки турбины, 5 - рабочие лопатки турбины, 6 - эмиссионный слой, 7 - анод, 8 - токовывод, 9 - электроизоляция анода, 10 - проточная система охлаждения, 11 - каналы системы охлаждения анода, 12 - корпус ГТУ, 13 - полезная электрическая нагрузка, 14 - токосъем, 15 - вал турбины, 16 - ротор турбины, 17 - холодильник, 18 - электроизоляция сопловых лопаток, 19 - электропроводящая подложка статора.Presented in FIG. 1 GTU includes the following elements: 1 - starter, 2 - compressor, 3 - heat source, 4 - turbine nozzle blades, 5 - turbine working blades, 6 - emission layer, 7 - anode, 8 - current output, 9 - electrical insulation of the anode, 10 — flow-through cooling system, 11 — channels of the anode cooling system, 12 — GTU case, 13 — payload, 14 — current collector, 15 — turbine shaft, 16 — turbine rotor, 17 — refrigerator, 18 — nozzle blade electrical insulation , 19 - conductive stator substrate.

Устройство охлаждения рабочих и сопловых лопаток турбины ГТУ работает следующим образом.The cooling device of the working and nozzle blades of the turbine GTU works as follows.

Запуск стартера 1 приводит к вращению компрессора 2, на который начинает подаваться рабочее тело, например воздух. После компрессора рабочее тело поступает в источник тепловой энергии 3, например в камеру сгорания или в ядерный реактор. Нагретое до высоких температур в источнике тепловой энергии 3 рабочее тело поступает на сопловые лопатки 4 и рабочие лопатки 5 турбины. При взаимодействии нагретого рабочего тела с рабочими лопатками 4 турбины создается крутящий момент, приложенный к турбине. Часть энергии рабочего тела тратится на раскрутку компрессора 2, а часть - на совершение полезной механической работы, например на раскрутку ротора электрогенератора. При этом сопловые 4 и рабочие 5 лопатки турбины нагреваются до температур (1600-2100 К), при которых с эмиссионного слоя 6 начинают выходить «горячие» электроны. Происходит термоэлектронная эмиссия электронов в высокотемпературный поток рабочего тела. В этом случае электроны эмиссии забирают с собой часть тепловой энергии нагрева рабочих 5 и сопловых 4 лопаток турбины, что приводит к охлаждению этих лопаток. Причем отвод тепла электронами может превышать величину в 1.5 МВт/м2, что в совокупности с отводом тепла излучением позволит поднять температуру рабочего тела перед турбиной до уровня порядка 2700 К при сохранении температуры лопаток турбины на уровне 1600-2100 К. Для сравнения, одна из самых совершенных ГТУ, произведенная компанией Mitsubishi Heavy Industries, имеет температуру рабочего тела перед турбиной на уровне 1900 К (см., например, http://www.mhi.co.jp/en/news/story/1105261435.html).Starting the starter 1 leads to the rotation of the compressor 2, which begins to be supplied with a working fluid, such as air. After the compressor, the working fluid enters the heat source 3, for example, into the combustion chamber or into a nuclear reactor. Heated to high temperatures in the source of thermal energy 3, the working fluid enters the nozzle blades 4 and the working blades 5 of the turbine. In the interaction of the heated working fluid with the working blades 4 of the turbine creates a torque applied to the turbine. Part of the energy of the working fluid is spent on the promotion of compressor 2, and part on the implementation of useful mechanical work, for example, on the promotion of the rotor of an electric generator. In this case, the nozzle 4 and the working 5 turbine blades are heated to temperatures (1600-2100 K), at which “hot” electrons start to come out from the emission layer 6. Thermionic emission of electrons into the high-temperature flow of the working fluid occurs. In this case, the emission electrons take with them part of the thermal energy of heating the working 5 and nozzle 4 turbine blades, which leads to cooling of these blades. Moreover, the heat removal by electrons can exceed a value of 1.5 MW / m 2 , which, together with the heat removal by radiation, will make it possible to raise the temperature of the working fluid in front of the turbine to a level of about 2700 K while maintaining the temperature of the turbine blades at 1600-2100 K. For comparison, one of The most advanced gas turbines manufactured by Mitsubishi Heavy Industries has a working fluid temperature in front of the turbine at 1900 K (see, for example, http://www.mhi.co.jp/en/news/story/1105261435.html).

Далее электроны захватываются потоком рабочего тела и начинают перемещаться вместе с ним. Таким образом, вблизи эмиссионного слоя 6 ликвидируется пространственный отрицательный заряд, наличие которого препятствовало бы дальнейшей термоэлектронной эмиссии с эмиссионного слоя 6. Это позволяет иметь высокую плотность тока эмиссии с эмиссионного слоя рабочих 5 и сопловых 4 лопаток турбины, а следовательно, и более интенсивное охлаждение указанных рабочих и сопловых лопаток.Further, the electrons are captured by the flow of the working fluid and begin to move with it. Thus, near the emission layer 6, a spatial negative charge is eliminated, the presence of which would prevent further thermionic emission from the emission layer 6. This makes it possible to have a high emission current density from the emission layer of the working 5 and nozzle 4 turbine blades, and, consequently, more intensive cooling of these working and nozzle blades.

При движении рабочего тела с электронами эмиссии происходит их восприятие анодом 7, выполненным из электроновоспринимающего материала. Анод 7 (фиг. 1) располагается на стенках корпуса ГТУ. Анод 7 в общем случае имеет форму и расположение, обеспечивающее восприятие всех электронов эмиссии из потока рабочего тела ГТУ.When the working fluid moves with emission electrons, they are perceived by the anode 7 made of electron-picking material. Anode 7 (Fig. 1) is located on the walls of the casing of the gas turbine. The anode 7 in the general case has a shape and arrangement that ensures the perception of all emission electrons from the flow of the gas turbine working fluid.

От анода электроны направляются к токовыводу 8, от которого электроны попадают в электрическую нагрузку 13. В электрической нагрузке 13 электроны совершают полезную работу, затрачивая энергию, которая является частью тепловой энергии нагрева рабочих и сопловых лопаток турбины, полученную электронами в сопловых 4 и рабочих 5 лопатках турбины и которую они забрали при термоэлектронной эмиссии с эмиссионного слоя 6. Совершение полезной работы в электрической нагрузке приводит к «охлаждению» электронов. Таким образом, часть тепловой энергии нагрева сопловых 4 и рабочих 5 лопаток турбины преобразуется в полезную электрическую энергию, что повышает КПД заявляемой ГТУ по сравнению с аналогами и прототипом.From the anode, the electrons are directed to the current output 8, from which the electrons enter the electrical load 13. In the electrical load 13, the electrons do useful work, spending energy, which is part of the thermal energy of heating the working and nozzle blades of the turbine, obtained by the electrons in the nozzle 4 and 5 working blades turbines and which they took during thermionic emission from the emission layer 6. The performance of useful work in electrical load leads to the “cooling” of electrons. Thus, part of the thermal energy of heating the nozzle 4 and the working 5 of the turbine blades is converted into useful electrical energy, which increases the efficiency of the claimed gas turbine compared to analogues and prototype.

Для поддержания направленного движения от анода 7 к рабочим 4 и сопловым 5 лопаткам турбины и эмиссионному слою 6 (катоду) по электрической цепи температуру анода поддерживают на уровне ниже температуры катода, для чего анод через слой электроизоляции анода 9 располагается в термическом контакте с проточной системой охлаждения анода 10 с каналами 11, в которых циркулирует охлаждающее вещество, поступающее от компрессора, например воздух.To maintain directional movement from the anode 7 to the working 4 and nozzle 5 blades of the turbine and the emission layer 6 (cathode) along the electric circuit, the temperature of the anode is kept below the cathode temperature, for which the anode through thermal insulation layer of the anode 9 is in thermal contact with the flow cooling system the anode 10 with channels 11, in which the coolant coming from the compressor, for example air, circulates.

После электрической нагрузки 13 «остывшие» электроны через токосъем 14, поступают на вал 15 и далее к ротору 16, рабочим лопаткам 5 и вновь к эмиссионному слою 6. Вал 15 и ротор 16 выполнены из электропроводящего материала. Токосъем 14 может быть механическим, жидкометаллическим или плазменным. Токосъем 14 обеспечивает переход электронов с участка цепи, ведущего от полезной нагрузки 13 на быстровращающийся вал 15.After the electric load 13, the "cooled" electrons through the current collector 14, enter the shaft 15 and then to the rotor 16, the working blades 5 and again to the emission layer 6. The shaft 15 and the rotor 16 are made of electrically conductive material. The current collector 14 may be mechanical, liquid metal or plasma. The current collector 14 provides the transition of electrons from the portion of the circuit leading from the payload 13 to the rapidly rotating shaft 15.

В случае с сопловыми лопатками 4 после полезной электрической нагрузки 13 электроны поступают в электрическую подложку статора 18 турбины, на сопловые лопатки 4 и эмиссионный слой 6, и цикл охлаждения сопловых лопаток повторяется заново. При этом сопловые лопатки 4 и электрическая подложка статора 18 электроизолируются от корпуса 12 ГТУ посредством электроизоляции 19.In the case of nozzle blades 4, after a useful electrical load 13, the electrons enter the electrical substrate of the turbine stator 18, to the nozzle blades 4 and the emission layer 6, and the cooling cycle of the nozzle blades is repeated again. In this case, the nozzle blades 4 and the electrical substrate of the stator 18 are electrically insulated from the casing 12 of the gas turbine by means of electrical insulation 19.

При возвращении «остывших» электронов в эмиссионный слой 6 цикл охлаждения повторяется заново.When the "cooled" electrons return to the emission layer 6, the cooling cycle is repeated again.

Одновременно рабочее тело после прохождения анода 7 поступает в холодильник 17, от которого направляется на компрессор и цикл работы ГТУ повторяется заново.At the same time, after passing through the anode 7, the working fluid enters the refrigerator 17, from which it is sent to the compressor and the gas turbine operation cycle is repeated again.

Технический эффект, достигаемый в результате применения заявляемого изобретения, состоит в том, что за счет отвода тепловой энергии электронами при термоэлектронной эмиссии обеспечивается снижение температуры рабочих и сопловых лопаток турбины, при одновременном повышении температуры рабочего тепла перед турбиной. Одновременно часть этой тепловой энергии преобразуется в электрическую энергию. В результате повышается КПД ГТУ в целом. Например, расчеты показывают, что при рабочей температуре лопаток на уровне 1600-2100 К появляется возможность повысить температуру рабочего тела перед турбиной до величины порядка 2700 К. А отсутствие в конструкции рабочих и сопловых лопаток турбины каналов для циркуляции охлаждающих веществ и отверстий для вывода этих веществ в поток рабочего тела приводит к повышению надежности этих лопаток, снижению сложности и стоимости их изготовления, что повышает надежность и стоимость ГТУ в целом.The technical effect achieved by the application of the claimed invention is that due to the removal of thermal energy by electrons during thermionic emission, the temperature of the working and nozzle blades of the turbine is reduced, while the temperature of the working heat in front of the turbine is increased. At the same time, part of this thermal energy is converted into electrical energy. As a result, the efficiency of gas turbines in general increases. For example, the calculations show that at the working temperature of the blades at a level of 1600-2100 K, it becomes possible to increase the temperature of the working fluid in front of the turbine to a value of about 2700 K. And the absence in the design of the working and nozzle blades of the turbine of the channel for the circulation of cooling substances and openings for the output of these substances into the flow of the working fluid leads to an increase in the reliability of these blades, a decrease in the complexity and cost of their manufacture, which increases the reliability and cost of gas turbines in general.

Таким образом, благодаря новой совокупности отличительных признаков решаются поставленные задачи и достигается указанный выше технический результат.Thus, thanks to a new set of distinctive features, the tasks are solved and the above technical result is achieved.

Заявляемая система охлаждения рабочих и сопловых лопаток турбины ГТУ, отражает более высокий уровень науки и техники, обладает повышенной надежностью и КПД. Заявляемую ГТУ можно использовать при создании авиационной и ракетно-космической техники, в том числе в двигателестроении, а также на объектах атомной энергетики и судостроении.The inventive cooling system of the working and nozzle blades of the turbine GTU, reflects a higher level of science and technology, has increased reliability and efficiency. The inventive gas turbine can be used in the creation of aviation and rocket and space technology, including in engine building, as well as in nuclear facilities and shipbuilding.

Реализация заявляемой ГТУ может быть получена при модернизации существующих ГТУ причем трудоемкость данной модернизации относительно невелика, поскольку отличительные признаки заявляемого изобретения могут быть интегрированы в конструкции существующих ГТУ без существенных изменений этих конструкций.The implementation of the claimed gas turbine can be obtained by modernizing existing gas turbines and the complexity of this modernization is relatively small, since the distinguishing features of the claimed invention can be integrated into the design of existing gas turbines without significant changes to these structures.

Claims (2)

1. Устройство охлаждения лопаток турбины газотурбинной установки, включающее рабочие и сопловые лопатки с элементами их подключения к системе охлаждения, отличающееся тем, что система охлаждения представляет собой электропроводящую схему, соединяющую анод и катод, причем катод выполнен в виде рабочих и сопловых лопаток из электропроводящего материала и нанесенного на их поверхность эмиссионного слоя из электропроводящего материала, характеризующегося низкой работой выхода электронов при нагреве, а анод - в виде выполненного из электроновоспринимающего материала элемента, воспринимающего электроны из потока рабочего тела, при этом в электропроводящей схеме между анодом и катодом электрически последовательно располагаются токовывод, электрическая нагрузка, причем анод располагается через слой электроизоляции на внутренней стенке корпуса ГТУ, а снаружи стенки корпуса ГТУ напротив места установки анода в тепловом контакте с ним через стенку корпуса ГТУ установлен охлаждающий элемент с каналами циркуляции охлаждающего вещества, подключенный к компрессору ГТУ.1. The cooling device of the turbine blades of a gas turbine installation, including working and nozzle blades with elements for their connection to the cooling system, characterized in that the cooling system is an electrically conductive circuit connecting the anode and cathode, and the cathode is made in the form of working and nozzle blades of an electrically conductive material and an emission layer of electrically conductive material deposited on their surface, characterized by a low work function of electrons when heated, and the anode is in the form of of the receptor material of the element receiving the electrons from the flow of the working fluid, while in the electrically conductive circuit between the anode and the cathode there are electrically sequentially current output, an electrical load, the anode being located through the electrical insulation layer on the inner wall of the gas turbine housing, and outside the wall of the gas turbine housing opposite the installation location thermal contact with him through the wall of the casing of the gas turbine installed cooling element with channels of circulation of the coolant connected to the compressor of the gas turbine. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что эмиссионный слой и анод выполнены из диоксида тория (Tr2O) или гексаборида лантала (LaB6). 2. The device according to claim 1, characterized in that the emission layer and the anode are made of thorium dioxide (Tr 2 O) or lantalum hexaboride (LaB 6 ).
RU2014121449/06A 2014-05-27 2014-05-27 Gas turbine plant blades cooling device RU2578387C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014121449/06A RU2578387C2 (en) 2014-05-27 2014-05-27 Gas turbine plant blades cooling device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014121449/06A RU2578387C2 (en) 2014-05-27 2014-05-27 Gas turbine plant blades cooling device

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014121449A RU2014121449A (en) 2015-12-10
RU2578387C2 true RU2578387C2 (en) 2016-03-27

Family

ID=54843044

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014121449/06A RU2578387C2 (en) 2014-05-27 2014-05-27 Gas turbine plant blades cooling device

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2578387C2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769546C1 (en) * 2021-02-05 2022-04-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") Gas turbine engine blade temperature measuring device
RU2809514C1 (en) * 2022-08-08 2023-12-12 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) Method for supplying and removing heat in thermoacoustic engine and device for its implementation

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1034093A1 (en) * 1982-04-09 1983-08-07 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср Method of producing thermal electron emission
RU2071058C1 (en) * 1992-04-08 1996-12-27 Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им.Н.Ф.Гамалеи РАМН Method of preparing affine sorbent for c-reactive protein isolation
RU2185002C2 (en) * 2000-06-26 2002-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Прикладные научные разработки" Thermionic power generating cell
RU2347291C1 (en) * 2007-07-19 2009-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Thermoemission electrogenerating module of nuclear reactor core with direct energy conversion
RU2390872C1 (en) * 2009-04-16 2010-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Thermionic generator

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1034093A1 (en) * 1982-04-09 1983-08-07 Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср Method of producing thermal electron emission
RU2071058C1 (en) * 1992-04-08 1996-12-27 Научно-исследовательский институт эпидемиологии и микробиологии им.Н.Ф.Гамалеи РАМН Method of preparing affine sorbent for c-reactive protein isolation
RU2185002C2 (en) * 2000-06-26 2002-07-10 Общество с ограниченной ответственностью "Прикладные научные разработки" Thermionic power generating cell
RU2347291C1 (en) * 2007-07-19 2009-02-20 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Thermoemission electrogenerating module of nuclear reactor core with direct energy conversion
RU2390872C1 (en) * 2009-04-16 2010-05-27 Федеральное государственное унитарное предприятие "Государственный научный центр Российской Федерации - Физико-энергетический институт имени А.И. Лейпунского" Thermionic generator

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2769546C1 (en) * 2021-02-05 2022-04-04 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова (БГТУ "ВОЕНМЕХ") Gas turbine engine blade temperature measuring device
RU2809514C1 (en) * 2022-08-08 2023-12-12 Федеральное Государственное Автономное Образовательное Учреждение Высшего Образования "Самарский Национальный Исследовательский Университет Имени Академика С.П. Королева" (Самарский Университет) Method for supplying and removing heat in thermoacoustic engine and device for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014121449A (en) 2015-12-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10566877B2 (en) Method and assembly of a power generation system
JP5898880B2 (en) Turbulent arrangement of thermoelectric elements using waste heat generated from a turbine engine
US9638105B2 (en) Turbine engine incorporating thermoelectric generators
US20190014687A1 (en) Cooling system in hybrid electric propulsion gas turbine engine
RU2015113440A (en) MODULAR TRANSPORTED NUCLEAR GENERATOR
JP2011094626A (en) Device and method for cooling turbine engine
JP2011094615A (en) Clearance control of turbine rotor blade tip and shroud
EP2674593A2 (en) Active control of bucket cooling supply for a turbine by means of an adjustable gas flow valve comprising a shape memory material
Yi et al. Self-pumped air-cooling design for a high-speed high-specific-power motor
US20170159563A1 (en) Method and system for pre-cooler exhaust energy recovery
RU2573551C2 (en) Gas turbine plant blades cooling
US3524086A (en) Magnetohydrodynamic apparatus
RU2578387C2 (en) Gas turbine plant blades cooling device
EP3075986A1 (en) Heat pipe temperature management system for wheels and buckets in a turbomachine
US20190115518A1 (en) Energy conversion system for a turbo engine, gear boxes or bearing housings and a turbo engine
Hebala et al. Improved propulsion motor design for a twelve passenger all-electric aircraft
RU151082U1 (en) GAS-TURBINE UNIT TURBINE COOLING COOLING DEVICE
US11070101B2 (en) Method and apparatus for cooling an rotor assembly
Gieras et al. High speed machines
US20180356091A1 (en) A system for generating electrical power from low temperature steam
Grondahl et al. Performance benefit assessment of ceramic components in an MS9001FA gas turbine
RU2611596C1 (en) Thermionic converter
Seydel Performance Potential Analysis of Heavy-Duty Gas Turbines in Combined Cycle Power Plants
US10340048B2 (en) Passive safety system for removing decay heat and method of passively increasing a coolant flow using the same
RU173179U1 (en) DEVICE FOR PROTECTING THE WALLS OF THE VACUUM CAMERA OF THE TOKAMAK REACTOR DIVOR

Legal Events

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

Effective date: 20170528