RU2614453C1

RU2614453C1 - Cooled high-pressure turbine

Info

Publication number: RU2614453C1
Application number: RU2015155643A
Authority: RU
Inventors: Юрий Иосифович Зыкунов; Юрий Александрович Канахин; Вадим Васильевич Максимов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО"
Priority date: 2015-12-24
Filing date: 2015-12-24
Publication date: 2017-03-28

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: cooled high-pressure turbine comprises the impeller in the form of a wheel disc with rotor blades with internal cooling cavities installed thereon, the channels supplying cooling air to the blades, the twisting nozzle apparatus, the bladeless diffuser, the blade-fixing locks and the attachable ring with booster blades. An annular protrusion with a labyrinth installed thereon is made on the impeller disc web. The bladeless diffuser is rigidly fixed on the twisting apparatus, and the attachable ring with booster blades is fixed under the disc rim via the bayonet connection and is equipped with a labyrinth made on the inner ring surface. The bladeless diffuser through cell ring sealings made on its walls is communicated with the labyrinth formed on the impeller annular protrusion and with the labyrinth made on the inner surface of the attachable ring. Grooves for blade-fixing locks are made In the disc rim and the blades feet. The channels supplying air in the blade are made in the form of a groove in the disc under the blade locks, and openings are made opposite the grooves in the disc in the blade-fixing locks from the attachable ring side. The cooling cavities of the blades are sequentally communicated with the channels supplying air in the blade, with the cavities under the attachable ring with booster blades and with the cavities of the bladeless diffuser and the twisting apparatus.

EFFECT: invention allows to improve the reliability and service life of the turbine disc, to reduce its weight, to increase the processability of the turbine components.

2 dwg

Description

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к охлаждаемым турбинам газотурбинных двигателей.The invention relates to the field of gas turbine engine manufacturing, namely to cooled turbines of gas turbine engines.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является охлаждаемая турбина высокого давления, содержащая рабочее колесо в виде диска колеса с установленными на нем рабочими лопатками с внутренними охлаждающими полостями, каналы подвода к лопаткам охлаждающего воздуха, сопловой аппарат закрутки и безлопаточный диффузор,The closest in technical essence and the achieved result is a cooled high-pressure turbine containing an impeller in the form of a wheel disk with impellers installed on it with internal cooling cavities, supply channels to the cooling air blades, a nozzle spin device and a bladeless diffuser,

/RU 2196233, МПК⁷ F01D 5/08. Опубликовано: 10.01.2003/./ RU 2196233, IPC ⁷ F01D 5/08. Published: January 10, 2003 /.

Недостатком известной турбины является наличие отверстий в ободе основного диска для подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам. При работе турбины возле отверстий появляются трещины, последние ограничивают ресурс диска. Другим недостатком является значительная масса покровного диска, которая вращается с диском рабочего колеса, что приводит к значительным потерям. Подача охлаждающего воздуха от аппарата закрутки к рабочему колесу турбины производится с большими потерями полного давления и высоким уровнем его температуры, поскольку безлопаточный диффузор обладает большим гидравлическим сопротивлением.A disadvantage of the known turbine is the presence of holes in the rim of the main disk for supplying cooling air to the blades. When the turbine is working, cracks appear near the holes, the latter limit the disk resource. Another disadvantage is the significant mass of the casing disk, which rotates with the impeller disk, which leads to significant losses. The supply of cooling air from the spin apparatus to the impeller of the turbine is carried out with large losses of full pressure and a high level of its temperature, since the bladeless diffuser has a large hydraulic resistance.

Задача изобретения - повышение эффективности охлаждения рабочего колеса турбины, повышение его технологической стойкости.The objective of the invention is to increase the cooling efficiency of the impeller of the turbine, increasing its technological stability.

Ожидаемый технический результат - уменьшение массы вращающегося диска, повышение надежности и ресурсов, улучшение охлаждения рабочего колеса турбины, упрощение технологии изготовления элементов турбины, снижение металлоемкости и удешевление их стоимости.The expected technical result is a decrease in the mass of the rotating disk, an increase in reliability and resources, an improvement in the cooling of the turbine impeller, a simplification of the manufacturing technology of the turbine elements, a reduction in the metal consumption and a reduction in the cost of them.

Технический результат достигается тем, что известная охлаждаемая турбина высокого давления, содержащая рабочее колесо в виде диска колеса с установленными на нем рабочими лопатками с внутренними охлаждающими полостями, каналы подвода к лопаткам охлаждающего воздуха, сопловой аппарат закрутки и безлопаточный диффузор, по предложению, турбина снабжена замками фиксаторами лопаток и приставным кольцом с подкачивающими лопатками, на полотне диска рабочего колеса выполнен кольцевой выступ с установленным на нем лабиринтом, безлопаточный диффузор жестко закреплен на аппарате закрутки, а приставное кольцо с подкачивающими лопатками с помощью байонетного соединения закреплено под ободом диска и снабжено лабиринтом, выполненным по внутренней поверхности кольца, безлопаточный диффузор посредством выполненных на его стенках сотовых кольцевых уплотнений сообщен с лабиринтом, выполненным на кольцевом выступе рабочего колеса, и с лабиринтом, выполненным по внутренней поверхности приставного кольца, в ободе диска и ножках лопаток выполнены пазы под замки фиксаторы лопаток, каналы подвода воздуха в лопатку выполнены в виде паза в диске под замком лопаток, а напротив пазов в диске в замках фиксаторах лопаток со стороны приставного кольца выполнены отверстия, при этом охлаждающие полости лопаток последовательно сообщены с каналами подвода воздуха в лопатку, с полостями под приставным кольцом с подкачивающими лопатками и с полостями безлопаточного диффузора и аппарата закрутки.The technical result is achieved by the fact that the known cooled high-pressure turbine, comprising an impeller in the form of a wheel disk with impellers with internal cooling cavities mounted on it, channels for supplying cooling air blades, nozzle swirl apparatus and a bladeless diffuser, is optionally equipped with locks blade clamps and an attachment ring with pumping vanes, an annular protrusion with a labyrinth mounted on it is made on the blade of the impeller disk, bladeless the diffuser is rigidly fixed to the swirling apparatus, and the attachment ring with booster vanes is attached under the rim of the disk with a bayonet fitting and provided with a labyrinth made on the inner surface of the ring, the bladeless diffuser is in communication with the labyrinth made on its walls of the ring seals made on the ring protrusion of the working wheels, and with a labyrinth made on the inner surface of the attachment ring, grooves under the locks for the locks of the blades are made in the rim of the disk and the legs of the blades, to the air inlet blades are made in the form of a groove in the disk under the blade lock, and opposite the grooves in the disk in the locks of the blade clamps on the side of the attached ring, holes are made, while the cooling cavities of the blades are connected in series with the channels for supplying air to the blade, with cavities under the attached ring with booster blades and with cavities of the bezlopochny diffuser and spin device.

В предложенном решении предусмотрено каналы подвода воздуха в лопатку выполнять в виде паза в диске под замком лопаток, что исключает выполнение отверстий в ободе диска и появление трещин возле них при работе турбины, а выполнение безлопаточного диффузора стационарным, жестко закрепленным на сопловом аппарате загрузки позволяет значительно уменьшить массу вращающегося диска. Разгрузка диска и предложенное выполнение каналов подвода воздуха повышают надежность диска рабочего колеса и увеличивают ресурс его работы.The proposed solution provides channels for supplying air to the blade in the form of a groove in the disk under the blade lock, which eliminates the holes in the rim of the disk and the appearance of cracks near them during the operation of the turbine, and the implementation of the bladeless diffuser stationary, rigidly fixed to the nozzle loading device can significantly reduce mass of a rotating disk. The unloading of the disk and the proposed implementation of the air supply channels increase the reliability of the impeller disk and increase its service life.

Стационарный безлопаточный диффузор выполняется из более тонкого металла, внутренний тракт его является «гидравлически гладким», что значительно уменьшает потери давления потока на местных сопротивлениях, увеличивается скорость повышения давления, достигается более высокая степень повышения давления, что обеспечивает более надежное охлаждение элементов турбины путем снижения температуры воздушного потока и увеличения его скорости в тракте охлаждения.The stationary bladeless diffuser is made of thinner metal, its internal path is “hydraulically smooth”, which significantly reduces flow pressure losses at local resistances, increases the pressure increase rate, and provides a higher degree of pressure increase, which provides more reliable cooling of the turbine elements by lowering the temperature air flow and increase its speed in the cooling path.

Конструкция диска и отдельно безлопаточного диффузора значительно менее металлоемки, не требуют сложных технологий при их изготовлении, а следовательно, достигается удешевление всей турбины.The design of the disk and separately the bladeless diffuser is significantly less metal-consuming, do not require complex technologies in their manufacture, and therefore, the cost of the entire turbine is reduced.

Фиг 1 - продольное сечение турбины высокого давления.Fig 1 is a longitudinal section of a high pressure turbine.

Фиг 2 - сечение А-А аппарата закрутки.Fig 2 is a section aa of the spinning apparatus.

Охлаждаемая турбина содержит рабочее колесо 1, диск 2, рабочие лопатки 3, установленные на ободе 4 диска 2, с помощью, например: елочных замков, выполненных на ножке 5, лопатки 3, замки фиксаторы 6, приставное кольцо 7 с подкачивающими лопатками, кольцо 7 закреплено под ободом диска 4 с помощью байонетного соединения 8. От радиального проскальзывания байонетное соединение 8 фиксируется специальным крепежным элементом (на чертеже не показано). На полотне диска 2 рабочего колеса выполнен кольцевой выступ 9, а по внутренней поверхности приставного кольца 7 и кольцевому выступу 9 установлены лабиринты 10. Стенки без лопаточного диффузора 11 и 18 жестко закреплены на аппарате закрутки 12 с выходными каналами в виде профилированных сопел 19, направленных в сторону вращения рабочего колеса. Безлопаточный диффузор посредством выполненных на его стенках сотовых кольцевых уплотнений 13 и 17 контактирует с зубьями лабиринтов 10 и 16. В ободе 4 диска и ножках 5 лопаток выполнены пазы 14 под замки фиксаторы 6 лопаток, а каналы для подачи воздуха в лопатку выполнены в виде паза 15 в диске под замком 6 лопаток, причем напротив пазов 15 в диске в замках фиксаторах 6 лопаток со стороны приставного кольца 7 выполнены отверстия.The cooled turbine contains an impeller 1, disk 2, rotor blades 3 mounted on the rim 4 of the disk 2, using, for example: Christmas-tree locks made on the leg 5, blades 3, locks latches 6, attachment ring 7 with boost vanes, ring 7 fixed under the rim of the disk 4 using the bayonet joint 8. From radial slipping the bayonet joint 8 is fixed with a special fastener (not shown). On the blade disk of the impeller 2, an annular protrusion 9 is made, and labyrinths are installed on the inner surface of the attachment ring 7 and the annular protrusion 9. Walls without a blade diffuser 11 and 18 are rigidly fixed to the swirl apparatus 12 with output channels in the form of profiled nozzles 19 directed into the direction of rotation of the impeller. The bladeless diffuser by means of the honeycomb ring seals 13 and 17 made on its walls is in contact with the teeth of the labyrinths 10 and 16. In the rim 4 of the disk and the legs of the 5 blades, grooves 14 for locks of the blades 6 are made, and the channels for supplying air to the blade are made in the form of groove 15 in the disk under the lock 6 blades, and opposite the grooves 15 in the disk in the locks of the latches 6 of the blades on the side of the attachment ring 7 holes are made.

При работе турбины воздух из соплового аппарата закрутки 12 поступает в профилированные сопела 19 направленные в сторону вращения рабочего колеса. На выходе из сопел воздушный поток поворачивается, закручивается и проходит между стенками 11 и 18 безлопаточного диффузора под обод к полотну диска. Далее воздух следует через пазы байонетного соединения 8 в полость между ободом 4 и приставным кольцом 7 и через отверстия фиксирующих замков 6 попадает в пазы 15 под подошвы рабочих лопаток 3. Кольца сотовых уплотнений 13 и 17 и зубья лабиринтов 10 и 16, контактируют между собой и обеспечивают минимальные потери воздуха.During the operation of the turbine, air from the nozzle spin device 12 enters the profiled nozzles 19 directed towards the rotation of the impeller. At the exit of the nozzles, the air flow turns, swirls and passes between the walls 11 and 18 of the bladeless diffuser under the rim to the disk web. Further, air follows through the grooves of the bayonet connection 8 into the cavity between the rim 4 and the attachment ring 7 and through the holes of the locking locks 6 into the grooves 15 under the soles of the blades 3. The rings of the honeycomb seals 13 and 17 and the teeth of the labyrinths 10 and 16 are in contact with each other and provide minimal air loss.

Предлагаемая турбина обеспечивает повышение надежности и ресурса диска, поскольку в диске отсутствуют отверстия в ободе диска и уменьшена масса вращающегося диска, в самой турбине улучшается охлаждение рабочего колеса турбины, а при ее изготовлении достигается упрощение технологии изготовления ее элементов, снижение металлоемкости и удешевление стоимости.The proposed turbine provides increased reliability and resource of the disk, since there are no openings in the disk of the rim of the disk and the mass of the rotating disk is reduced, cooling of the impeller of the turbine is improved in the turbine itself, and during its manufacture a simplification of the manufacturing technology of its elements, reduction of metal consumption and cost reduction are achieved.

Claims

Cooled high-pressure turbine, comprising an impeller in the form of a wheel disk with rotor blades mounted on it with internal cooling cavities, cooling air blades supply channels, a nozzle swirl apparatus and a bladeless diffuser, characterized in that it is equipped with blades locks and an attachment ring with pumping vanes, an annular protrusion with a labyrinth mounted on it is made on the blade of the impeller disk, the bladeless diffuser is rigidly fixed to the spin device, and The main ring with booster blades is attached under the rim of the disk with a bayonet connection and is equipped with a labyrinth made on the inner surface of the ring, the diffuserless blades are in communication with the labyrinth made on the annular protrusion of the impeller and the labyrinth made along the inner surface of the attachment ring, in the rim of the disk and the legs of the blades, grooves are made for locks to fix the blades, the channels for supplying air to the blade are made in the form of a groove in a suit under the lock of the blades, and opposite the grooves in the disk in the locks of the fixation of the blades on the side of the attachment ring, holes are made, while the cooling cavities of the blades are connected in series with the channels for supplying air to the blade, with the cavities under the attachment ring with pumping vanes and with cavities of the bladeless diffuser and apparatus twists.