RU2634986C2 - Охлаждаемая стенка - Google Patents

Охлаждаемая стенка Download PDF

Info

Publication number
RU2634986C2
RU2634986C2 RU2014142552A RU2014142552A RU2634986C2 RU 2634986 C2 RU2634986 C2 RU 2634986C2 RU 2014142552 A RU2014142552 A RU 2014142552A RU 2014142552 A RU2014142552 A RU 2014142552A RU 2634986 C2 RU2634986 C2 RU 2634986C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
side wall
fillet
rib
turbulizing
cooling
Prior art date
Application number
RU2014142552A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014142552A (ru
Inventor
Сергей ЩУКИН
Роберт МАРМИЛИЧ
Original Assignee
Ансалдо Энерджиа Свитзерлэнд Аг
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 Ансалдо Энерджиа Свитзерлэнд Аг filed Critical Ансалдо Энерджиа Свитзерлэнд Аг
Publication of RU2014142552A publication Critical patent/RU2014142552A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2634986C2 publication Critical patent/RU2634986C2/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12Cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/187Convection cooling
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/12Fluid guiding means, e.g. vanes
    • F05D2240/127Vortex generators, turbulators, or the like, for mixing
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2212Improvement of heat transfer by creating turbulence
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/221Improvement of heat transfer
    • F05D2260/2214Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface
    • F05D2260/22141Improvement of heat transfer by increasing the heat transfer surface using fins or ribs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Охлаждаемая боковая стенка пера, горелки или камеры сгорания для отделения тракта потока горячего газа газовой турбины от охлаждающего потока, протекающего в основном направлении, которое параллельно поверхности боковой стенки, содержит по меньшей мере одно турбулизирующее ребро, продолжающееся от боковой стенки в охлаждающий поток. Турбулизирующее ребро содержит галтель у основания турбулизирующего ребра. Галтель по меньшей мере с одной стороны турбулизирующего ребра продолжается в боковую стенку с образованием выемки в боковой стенке, которая приводит к локальному уменьшению толщины боковой стенки, расположенной смежно турбулизирующему ребру. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения. 14 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к охлаждаемой стенке с турбулизаторами для улучшенной теплопередачи.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
В обычной газовой турбине компрессор сжимает воздух, который подают в камеру сгорания, смешивают с топливом и воспламеняют для генерирования газов сгорания, которые протекают к турбине, расположенной далее по потоку от нее. Турбина выделяет энергию из горячих газов сгорания для привода компрессора и генератора.
Обычные турбины включают в себя один или больше каскадов неподвижных лопаток и вращающихся лопаток, которые обычно выделяют энергию из газов сгорания в результате реакции. Камера сгорания, лопатки и направляющие лопатки обычно охлаждают воздухом, используя часть воздуха, подаваемую под давлением компрессором, для обеспечения приемлемого срока службы двигателя на газовой турбине. Однако любая часть сжатого воздуха, которая используется для охлаждения горячих деталей в тракте протекания газа (камера сгорания, лопатки, направляющие лопатки и т.д.), недоступна для сгорания, что снижает общую эффективность и мощность двигателя. В соответствии с этим желательно использовать как можно меньшее количество сжатого воздуха для охлаждения деталей в тракте протекания горячего газа, в частности рабочих лопаток и направляющих лопаток, в соответствии с обеспечением относительно длительного срока полезного использования деталей обдуваемых горячих газом, что обычно осуществляется благодаря элементам улучшения теплопередачи, таким как удлиненные турбулизирующие ребра на стороне охлаждения деталей в тракте протекания горячего газа.
Детали в тракте протекания горячего газа газотурбинного двигателя, такие как, например, участок аэродинамической поверхности, поверх которого протекают газы сгорания, обычно содержат охлаждаемые боковые стенки с внутренним каналом для подачи охлаждающего воздуха. Термин «деталь» в тракте протекания горячего газа, используемый здесь, должен означать любой элемент, помещенный в тракте потока газа в газотурбинном двигателе, по которому протекают горячие газы сгорания, такой как стенки горелки, стенки камеры сгорания или обкладка, а также лопатки ротора или лопатки статора. Лопатки ротора или лопатки статора просто называются лопатками в последующем описании.
Турбулизирующие ребра, обычно используемые в охлаждаемых аэродинамических профилях, обычно формируют как часть отливки лопатки и они выступают внутрь во внутренние каналы охлаждения лопатки, через которые поступает охлаждающий воздух. Ребра улучшают коэффициент конвекционной передачи тепла вдоль внутренней поверхности лопатки в результате разъединения или разрыва граничного слоя охлаждающего воздуха, который заставляют отделяться от внутренней поверхности и затем повторно соединяться с нею после ребра. Улучшение коэффициента теплопередачи обычно определено как коэффициент конвекционной передачи тепла, на которую влияют ребра, разделенный на коэффициент конвекционной передачи тепла через гладкую поверхность без турбулизирующих ребер, и имеет значения вплоть до в несколько раз от последнего. Обычно также ребра в других частях в тракте протекания горячего газа сформированы интегрально как часть детали, например, во время отливки.
Улучшение обычно связано с высотой или выступом ребер во внутренний канал, расстоянием между противоположными стенками внутреннего канала и расстоянием или промежутком в продольном направлении между ребрами. Примеры турбулизирующих ребер могут включать в себя ребра, расположенные перпендикулярно направлению охлаждающего потока, ребра, наклоненные относительно направления потока воздуха охлаждения, и ребра, расположенные на противоположных стенках внутреннего канала, которые расположены продольно либо в одну линию или со смещением относительно друг друга.
Турбулизирующие ребра обеспечивают локализованное улучшение, значение которого быстро уменьшается после каждого отдельного ребра. Для получения, в общем, однородного улучшения охлаждения вдоль поверхности охлаждаемой стенки ребра обычно расположены в виде однородной конфигурации, которая является однородной по высоте или степени продолжения во внутренний канал и однородной в отношении продольного промежутка.
Различные обычные турбулизирующие ребра позволяют достичь разные степени улучшения наряду с потерей давления, связанной с этим. Поскольку ребра выступают во внутренний канал и частично перекрывают свободный поток охлаждающего воздуха через него, они создают сопротивление для потока охлаждающего воздуха, в результате чего происходит потеря давления. Хотя более высокие ребра обычно повышают степень улучшения, также увеличивается падение давления, связанное с ними. В соответствии с этим эффективность турбулизирующих ребер можно оценивать их способностью обеспечения эффективного улучшения без нежелательной потери давления, связанной с ними.
Разрез охлаждаемой стенки 1, 2 с идеальным обычным турбулизирующим ребром для улучшения охлаждения, показан на фиг. 2. Охлаждающая стенка 1, 2 имеет толщину t стенки. Она имеет гладкую поверхность на горячей стороне 15 и турбулизирующие ребра 5, имеющие высоту h и ширину w, продолжающиеся в поток 14 охлаждения. Идеальные турбулизирующие ребра имеют острые углы на их концах и поддерживают хорошее улучшение теплопередачи. Они размещены на расстоянии друг от друга с шагом p.
Даже в таком случае идеальное турбулизирующее ребро на фиг. 2 приводит к хорошему улучшению теплопередачи, но его форма обычно не может быть реализована по практическим причинам. Изготовление острых углов обычно требует механической обработки. Однако большинство деталей, находящихся в контакте с горячим газом в газовой турбине, выполняют путем отливки и поэтому требуется обеспечить минимальные радиусы. Кроме того, части, находящиеся в контакте с горячим газом, обычно выполнены с покрытием. Материал покрытия проявляет тенденцию сглаживания острых углов и увеличения радиуса любой изогнутой поверхности. В действительности, охлаждаемая стенка 1, 2 с турбулизирующими ребрами 5 отклоняется от идеальной формы, показанной на фиг. 2, и ее турбулизирующие ребра 5 имеют закругленные углы. На фиг. 3 показан разрез охлаждаемой стенки 1, 2 с реальными обычными турбулизирующими ребрами 5 для улучшения охлаждения. У основания турбулизирующих ребер 5 сформированы галтели с радиусом R1, и концы закруглены с радиусом R2.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Один аспект настоящего изобретения состоит в том, чтобы предложить охлаждаемую стенку для газовой турбины, отделяющую путь потока горячих газов от охлаждающего потока, которая, по меньшей мере частично, компенсирует потери эффективности охлаждения турбулизирующих ребер из-за округленного контура конца и галтели у основания турбулизирующих ребер. Кроме того, такая охлаждаемая стенка, формирующая боковую стенку пера, теплового экрана, горелки или камеры сгорания, представляет собой цели изобретения. Дополнительные конфигурации изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения.
Такая охлаждаемая стенка для разделения потока горячих газов в газовой турбине от канала охлаждающего потока содержит по меньшей мере одно турбулизирующее ребро, продолжающееся от стенки в канал охлаждения. Турбулизирующее ребро, кроме того, имеет галтель у основания турбулизирующего ребра с радиусом галтели и обычно закругленные углы на конце с определенным радиусом конца. В соответствии с первым вариантом осуществления галтель по меньшей мере с одной стороны турбулизирующего ребра продолжается в охлаждающую стенку. Галтель обычно имеет определенный радиус и формирует выемку на охлаждающей стенке. Галтель или выступ приводит к локальному уменьшению толщины стенки, расположенной рядом с ребром. Галтель формирует гладкий переход со стороны ребра до охлаждающей стенки, где сторона ребра обычно расположена вертикально относительно охлаждающей стенке. Галтель может иметь форму дуги. Центральный угол этой дуги больше чем 90°. Обычно дуга представляет собой дугу окружности. Один конец дуги расположен по касательной к стороне ребра. Другой конец дуги расположен под углом, который направлен в сторону от горячей стороны боковой стенки.
Предложенное уменьшение толщины локальной стенки благодаря галтели, формирующей плавную дугу рядом с ребром, позволяет поддерживать целостность лопатки и вместе с этим не приводит к заметному увеличению потери давления. Высота активатора табулятора может быть выбрана, используя оптимальный процесс производства (отливка, покрытие), при этом недостатки могут быть исключены. В соответствии с одним вариантом осуществления уменьшение толщины локальной стенки из-за галтели продолжается вплоть до 50% шага между двумя соседними ребрами. В соответствии с другим вариантом осуществления уменьшение толщины локальной стенки из-за галтели продолжается вплоть до 20% шага между двумя соседними ребрами.
Галтель продолжается в охлаждаемую стенку с глубиной проникновения для дальнейшего улучшения теплопередачи.
При работе охлаждающий поток протекает через канал охлаждающего потока. В соответствии с вариантом осуществления галтель на стороне ниже по потоку от турбулизирующего ребра относительно охлаждающего потока при работе продолжается в охлаждаемую стенку.
Обычно охлаждающий поток протекает в основном направлении, которое параллельно поверхности охлаждаемой стенки.
В соответствии с дополнительным вариантом осуществления переход между галтелью, который продолжается в охлаждаемую стенку, и началом последующего турбулизирующего ребра охлаждаемой стенки является линейным.
В альтернативном варианте осуществления переход между галтелью, которая продолжается в боковую стенку, и началом последующего турбулизирующего ребра изогнут с кривизной, которая меньше, чем кривизна галтели.
Кроме того, галтель, продолжающаяся в охлаждаемую стенку на стороне выше по потоку от турбулизирующего ребра, может быть предусмотрена для дополнительного улучшения теплопередачи. В соответствии с этим с обеих сторон турбулизирующего ребра может быть предусмотрена галтель, продолжающаяся в боковую стенку.
Галтель на стороне выше по потоку продолжается в охлаждаемую стенку на глубину проникновения.
Глубина проникновения с обеих сторон галтели может быть одинаковой в соответствии с одним вариантом осуществления.
Охлаждаемая стенка с галтелью, которая продолжается в боковую стенку, выше по потоку и вниз по потоку от турбулизирующего ребра, имеет область перехода между галтелями, которые продолжаются в боковую стенку, и соседним участком стенки, который имеет полную толщину стенки. В соответствии с одним вариантом осуществления такой переход выполнен линейным. В соответствии с альтернативным вариантом осуществления этот переход изогнут с кривизной, которая меньше, чем кривизна галтели.
Помимо улучшения турбулентности, индуцируемой турбулизирующим ребром, галтель, продолжающаяся в боковую стенку, также увеличивает эффективную поверхность теплопередачи. Таким образом, галтель увеличивает коэффициент теплопередачи и эффективную поверхность теплопередачи.
Для компенсации отрицательного влияния закругленного конца и галтели у основания турбулизирующего ребра галтель должна иметь минимальную глубину проникновения в охлаждаемую стенку. Однако глубина проникновения уменьшает механическую прочность стенки, ограничивая таким образом глубину проникновения. В соответствии с одним вариантом осуществления проникновение галтели в охлаждаемую стенку составляет от 0,5 до 1,5 радиуса галтели. В дополнительном варианте осуществления глубина проникновения меньше, чем радиус галтели.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления глубина проникновения непосредственно связана с толщиной охлаждаемой стенки. Здесь глубина проникновения ограничена ¼ толщины (t) стенки. В конкретном варианте осуществления глубина проникновения ограничена диапазоном от 2% до 20% толщины охлаждаемой стенки.
Взаимодействие галтели, продолжающейся в охлаждаемую стенку с турбулизирующим ребром, зависит от ширины конца турбулизатора, его высоты и шага между последовательными турбулизирующими ребрами. Для того чтобы показать заметный положительный эффект, отношение ширины конца турбулизатора к шагу между соседними турбулизирующими ребрами не должно быть слишком большим. Кроме того, требуется минимальное расстояние между турбулизаторами. Предпочтительно, ширина конца турбулизатора составляет от 5% до 20% шага между двумя последовательными турбулизирующими ребрами.
В одном варианте осуществления охлаждаемая стенка выполнена как охлаждаемая стенка узла охлаждения, которая отделяет канал охлаждающего потока от тракта потока горячего газа. Галтели, продолжающиеся в канал охлаждающего потока, наилучшим образом улучшают эффект турбулизирующего ребра, если высота турбулизирующего ребра составляет от 5% до 20% высоты расположенного рядом канала охлаждающего потока.
В соответствии с одним вариантом осуществления турбулизирующие ребра выполнены за одно целое с охлаждаемой стенкой. Обычно боковую стенку и турбулизирующие ребра отливают как одну деталь.
Помимо самой охлаждаемой стенки конкретные варианты осуществления охлаждаемой стенки представляют собой цель данного изобретения.
В конкретном варианте осуществления охлаждаемая стенка с турбулизирующими ребрами выполнена как боковая стенка пера. Перо имеет первую боковую стенку и противоположную вторую боковую стенку, которые соединены на входной кромке и на выходной кромке и продолжаются продольно от хвостовика до венца. Перо дополнительно содержит внутренний канал охлаждающего потока, который продолжается продольно между указанными первой и второй боковыми стенками для направления охлаждающей среды для охлаждения пера. Само перо представляет собой часть лопатки турбины.
В альтернативном варианте осуществления охлаждаемая стенка выполнена как тепловой экран в тракте горячих газов газовой турбины или как боковая стенка горелки или камеры сгорания газовой турбины.
Кроме того, охлаждаемая стенка может содержать поверхностное покрытие на стороне канала охлаждающего потока. Обычно такое поверхностное покрытие выполнено, как противоокислительное покрытие.
Сторона тракта горячего газа охлаждаемой части обычно покрыта покрытием теплового барьера.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Изобретение, его свойства, а также его преимущества будут более подробно описаны ниже со ссылкой на приложенные чертежи. На чертежах представлено последующее:
На фиг. 1 показан пример системы управления газовой турбиной, содержащей компрессор, камеру сгорания и турбину.
На фиг. 2 показан разрез охлаждаемой стенки с идеальным обычным турбулизирующим ребром для улучшения охлаждения.
На фиг. 3 показан разрез охлаждаемой стенки с реальным обычным турбулизирующим ребром для улучшения охлаждения.
На фиг. 4 показан разрез примерного варианта осуществления турбулизирующего ребра с галтелью, продолжающейся в охлаждаемую стенку ниже по потоку от турбулизирующего ребра для улучшения охлаждения.
На фиг. 5 показан разрез примерного варианта осуществления турбулизирующего ребра с галтелью, продолжающейся в охлаждающую стенку ниже по потоку от турбулизирующего ребра, и галтелью, продолжающейся в охлаждаемую стенку для улучшения охлаждения выше по потоку от турбулизирующего ребра.
На фиг. 6 показан пример поперечного сечения пера с внутренними охлаждающими каналами и турбулизирующими ребрами на боковых стенках.
На фиг. 7 показана примерная компоновка турбулизирующих ребер на боковой стенке пера газовой турбины.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Одинаковые или функционально идентичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями ниже. Указанные значения и размеры представляют собой только примерные значения и не составляют ограничение такими размерами или вариантами осуществления.
На фиг. 1 показан пример газовой турбины 10. Компрессор 8 сжимает поступающий воздух 6. Сжатый воздух направляют в камеру 9 сгорания, смешивают с топливом 12 и воспламеняют для генерирования газов сгорания, которые протекают в турбину 11, расположенную ниже по потоку. Турбина выделяет энергию из горячих газов сгорания для привода в движение компрессора и генератора 13. Тепло выхлопных газов 7 обычно дополнительно используется в последующем HRSG (паровом генераторе для восстановления тепла), который генерирует пар для пароводяного цикла или для технологического тепла (не показано). Стенки части, включающие в себя канал потока горячих газов сгорания, такие как, например, стенки горелки, обкладки и тепловые экраны, а также лопатки, подверженные воздействию горячих газов в турбине 11, обычно охлаждаются средой охлаждения, такой как воздух или пар охлаждения. Для улучшения теплопередачи на стороне охлаждения можно применять турбулизирующие ребра.
На фиг. 4 показан разрез примерного варианта осуществления турбулизирующего ребра 5 с галтелью, которая продолжается в охлаждаемую стенку 1, 2 для улучшения охлаждения ниже по потоку от турбулизирующего ребра 5. Первоначальная форма охлаждаемой стенки 1, 2 перед применением галтели обозначена пунктирной линией. Галтель с радиусом R1 проникает в охлаждаемую стенку на глубину проникновения δ, в результате чего по меньшей мере частично компенсируется отрицательный эффект закругленных углов конца и галтели. Между основанием галтели, которое продолжается в охлаждаемую стенку 1, 2, до начала последующего турбулизирующего ребра 5, показан линейный переход в этом примере, то есть радиус кривизны R3 равен бесконечности. Также может быть предусмотрена кривизна с конечным радиусом или можно использовать комбинацию изогнутого и линейного участков на переходе.
На фиг. 5 показан разрез второго примерного варианта осуществления турбулизирующего ребра 5. В этом примере галтель продолжается в охлаждаемую стенку 1, 2 для улучшения охлаждения ниже по потоку от турбулизирующего ребра 5, и галтель продолжается в охлаждаемую стенку 1, 2 для улучшения охлаждения выше по потоку от турбулизирующего ребра 5. В показанном примере обе галтели с радиусом R1 проникают на глубину δ проникновения в охлаждаемую стенку 1, 2. Галтель имеет форму дуги с центральным углом Φ, который больше чем 90°. Первоначальная форма охлаждаемой стенки 1, 2 перед применением галтели обозначена пунктирной линией. От основания галтели, которое продолжается в охлаждаемую стенку 1, 2, в данном примере показан переход до первоначальной толщины стенки охлаждаемой стенки 1, 2. Переход состоит из линейного участка, после чего следует кривизна с конечным радиусом R3.
На фиг. 6 показан примерный вид поперечного сечения пера 3. Перо 3 имеет первую боковую стенку 1 и противоположную вторую боковую стенку 2, которые соединены вместе на входной кромке и выходной кромке и продолжаются продольно от хвостовика до венца. Перо 1 дополнительно содержит внутренние каналы 4 охлаждающего потока, которые продолжаются продольно между указанными первой и второй охлаждаемыми боковыми стенками 1, 2 для подачи охлаждающего потока 14, для охлаждения пера 3. Внутренние каналы 4 охлаждающего потока содержат турбулизирующие ребра 5 на первой охлаждаемой боковой стенке 1 и на второй охлаждаемой боковой стенке 2.
На фиг. 7 (продольный разрез А-А на фиг. 6) показана примерная компоновка турбулизирующих ребер 5 на охлаждаемой боковой стенке 2 пера 3 газовой турбины. Перо 5 включает в себя внутренние каналы, которые продолжаются продольно между первой охлаждаемой боковой стенкой 1 и второй охлаждаемой боковую стенкой 2 для направления охлаждающей среды в канал 4 охлаждающего потока, для охлаждения пера 3. Более конкретно, воздух охлаждения как охлаждающую среду обычно направляют из компрессора 8 в газовую турбину 10 (фиг. 1) через хвостовик лопатки и вверх в перо 3. Каналы 4 охлаждающего потока, представленные в примерном варианте осуществления, включают в себя канал входной кромки, который продолжается от хвостовика вверх через перо 3 до венца; извилистый канал, который продолжается от хвостовика вверх через перо 3 до венца, в котором охлаждающий поток поворачивается на 180° в возвратный канал и протекает продольно вниз. Кроме того, показанное перо содержит канал выходной кромки, который продолжается до венца. В этом примере турбулизирующие ребра 5 расположены в первых трех каналах охлаждения. Примеры других возможных поперечных сечений B-B и C-C турбулизирующих ребер 5 показаны на фиг. 2 и 3 для идеальных и реальных обычных турбулизирующих ребер, а также в качестве примерных вариантов осуществления на фиг. 4 и 5.
Таким образом, специалисту в данной области техники следует понимать, что настоящее изобретение может быть воплощено в других конкретных формах без выхода за пределы его сущности или существенных характеристик. Раскрытые в настоящее время варианты осуществления поэтому рассматриваются во всех отношениях как иллюстративные, а не как ограничительные. Объем изобретения обозначен скорее приложенной формулой изобретения, чем представленным выше описанием, и все изменения, которые попадают в пределы значения и диапазон его эквивалентности, предназначены для охвата ею.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
1, 2 - Охлаждаемая стенка
3 - Перо
4 - Канал охлаждающего потока
5 - Турбулизирующее ребро
6 - Поступающий воздух
7 - Выходной газ
8 - Компрессор
9 - Камера сгорания
10 - Газовая турбина
11 - Турбина
12 - Топливо
13 - Генератор
14 - Охлаждающий поток
15 - Горячая сторона
h - Высота турбулизирующего ребра
H - Высота канала охлаждающего потока
P - Шаг
R1 - Радиус галтели
R2 - Радиус угла конца турбулизатора
R3 - Радиус изогнутого соединения
w - Ширина турбулизирующего ребра
δ - Глубина проникновения

Claims (16)

1. Охлаждаемая боковая стенка (1, 2) пера, горелки или камеры сгорания для отделения тракта потока горячего газа газовой турбины от охлаждающего потока (14), протекающего в основном направлении, которое параллельно поверхности боковой стенки (1, 2), содержащей по меньшей мере одно турбулизирующее ребро (5), продолжающееся от боковой стенки (1, 2) в охлаждающий поток (14), причем турбулизирующее ребро (5) содержит галтель у основания турбулизирующего ребра (5),
отличающаяся тем, что галтель по меньшей мере с одной стороны турбулизирующего ребра (5) продолжается в боковую стенку (1, 2) с образованием выемки в боковой стенке (1, 2), которая приводит к локальному уменьшению толщины боковой стенки (1, 2), расположенной смежно турбулизирующему ребру (5).
2. Боковая стенка (1, 2) по п. 1, отличающаяся тем, что по меньшей мере галтель на нижней по потоку стороне турбулизирующего ребра (5) относительно охлаждающего потока (14) при работе продолжается в боковую стенку (1, 2).
3. Боковая стенка (1, 2) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что переход между галтелью, которая продолжается в боковую стенку (1, 2), и началом последующего турбулизирующего ребра (5) выполнен линейным.
4. Боковая стенка (1, 2) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что переход между галтелью, которая продолжается в боковую стенку (1, 2), и началом последующего турбулизирующего ребра (5) выполнен изогнутым с кривизной, которая меньше, чем кривизна галтели.
5. Боковая стенка (1, 2) по п. 1, отличающаяся тем, что на обеих сторонах турбулизирующего ребра (5) выполнена галтель, продолжающаяся в боковую стенку (1, 2).
6. Боковая стенка (1, 2) по п. 5, отличающаяся тем, что переход между галтелью, которая продолжается в боковую стенку (1, 2), и соседним участком стенки, имеющим полную толщину (t) стенки, выполнен линейным.
7. Боковая стенка (1, 2) по п. 5, отличающаяся тем, что переход между галтелью, которая продолжается в боковую стенку (1, 2), и соседним участком стенки, имеющим полную толщину (t) стенки, выполнен изогнутым с кривизной, которая меньше, чем кривизна галтели.
8. Боковая стенка (1, 2) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что галтель имеет радиус (R1) и проникает в боковую стенку (1, 2) на глубину (δ) проникновения, которая составляет от 0,5 до 1,5 радиуса (R1) галтели.
9. Боковая стенка (1, 2) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что глубина (δ) проникновения галтели, продолжающейся в боковую стенку (1, 2), меньше, чем радиус (R1) галтели.
10. Боковая стенка (1, 2) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что глубина (δ) проникновения галтели, продолжающейся в боковую стенку (1, 2) меньше, чем 1/4 толщины (t) стенки.
11. Боковая стенка (1, 2) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что турбулизирующее ребро (5) имеет ширину (w), причем по меньшей мере два турбулизирующих ребра (5) расположены с шагом (L) между двумя последовательными турбулизирующими ребрами (5), при этом ширина (w) турбулизирующего ребра составляет от 5% до 20% шага (L) между двумя последовательными турбулизирующими ребрами (5).
12. Боковая стенка (1, 2) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что боковая стенка (1, 2) охлаждающего узла отделяет канал (4) охлаждающего потока от тракта потока горячего газа, при этом высота (h) турбулизирующего ребра составляет от 5% до 20% высоты (H) канала (4) охлаждающего потока.
13. Боковая стенка (1, 2) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что турбулизирующие ребра (5) выполнены за одно целое с боковой стенкой (1, 2) и/или боковая стенка (1, 2) и турбулизирующие ребра (5) выполнены как одна литая деталь.
14. Боковая стенка (1, 2) по п. 1 или 2, отличающая тем, что боковая стенка (1, 2) пера (3) содержит первую боковую стенку (1) и противоположную вторую боковую стенку (2), соединенные вместе на входной кромке и выходной кромке и продолжающиеся продольно от хвостовика до венца, и внутренний канал (4) охлаждающего потока, продолжающийся продольно между указанными первой и второй боковыми стенками (1, 2) для направления охлаждающей среды для охлаждения пера (3).
15. Боковая стенка (1, 2) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что представляет собой тепловой экран в тракте горячего газа газовой турбины или боковую стенку горелки или камеры сгорания газовой турбины.
RU2014142552A 2012-03-22 2013-03-21 Охлаждаемая стенка RU2634986C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP12160876.4 2012-03-22
EP12160876 2012-03-22
PCT/EP2013/055985 WO2013139938A1 (en) 2012-03-22 2013-03-21 Cooled wall

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014142552A RU2014142552A (ru) 2016-05-20
RU2634986C2 true RU2634986C2 (ru) 2017-11-08

Family

ID=47915229

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014142552A RU2634986C2 (ru) 2012-03-22 2013-03-21 Охлаждаемая стенка

Country Status (6)

Country Link
US (1) US9835088B2 (ru)
EP (1) EP2828483B1 (ru)
JP (1) JP6231071B2 (ru)
CN (1) CN104204411B (ru)
RU (1) RU2634986C2 (ru)
WO (1) WO2013139938A1 (ru)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2828483B1 (en) * 2012-03-22 2019-03-20 Ansaldo Energia Switzerland AG Gas turbine component with a cooled wall
US20160025010A1 (en) * 2013-03-26 2016-01-28 United Technologies Corporation Turbine engine and turbine engine component with cooling pedestals
US9551229B2 (en) * 2013-12-26 2017-01-24 Siemens Aktiengesellschaft Turbine airfoil with an internal cooling system having trip strips with reduced pressure drop
EP3099975B1 (en) 2014-01-31 2019-11-13 United Technologies Corporation Gas turbine engine combustor liner panel with synergistic cooling features
EP3212894A2 (en) * 2014-10-31 2017-09-06 General Electric Company Engine component assembly
US10156157B2 (en) * 2015-02-13 2018-12-18 United Technologies Corporation S-shaped trip strips in internally cooled components
US20180306038A1 (en) * 2015-05-12 2018-10-25 United Technologies Corporation Airfoil impingement cavity
US10053990B2 (en) * 2016-05-12 2018-08-21 General Electric Company Internal rib with defined concave surface curvature for airfoil
JP2018009550A (ja) * 2016-07-15 2018-01-18 川崎重工業株式会社 ガスタービンエンジンの冷却構造およびその製造方法
US10480327B2 (en) * 2017-01-03 2019-11-19 General Electric Company Components having channels for impingement cooling
KR102433720B1 (ko) * 2017-01-10 2022-08-19 두산에너빌리티 주식회사 가스 터빈의 블레이드 또는 베인의 컷백
KR20180082118A (ko) * 2017-01-10 2018-07-18 두산중공업 주식회사 가스 터빈의 블레이드 또는 베인의 컷백
US10787932B2 (en) * 2018-07-13 2020-09-29 Honeywell International Inc. Turbine blade with dust tolerant cooling system
US11397059B2 (en) * 2019-09-17 2022-07-26 General Electric Company Asymmetric flow path topology
US11962188B2 (en) 2021-01-21 2024-04-16 General Electric Company Electric machine
JP2023165485A (ja) * 2022-05-06 2023-11-16 三菱重工業株式会社 タービン翼及びガスタービン

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU364747A1 (ru) * 1971-07-08 1972-12-28 Охлаждаемая лопатка турбол1ашины
US6142734A (en) * 1999-04-06 2000-11-07 General Electric Company Internally grooved turbine wall
US20030049127A1 (en) * 2000-03-22 2003-03-13 Peter Tiemann Cooling system for a turbine blade
RU87748U1 (ru) * 2009-06-24 2009-10-20 Елена Викторовна Преснова Рабочее колесо газовой турбины
US20110033312A1 (en) * 2009-08-06 2011-02-10 Ching-Pang Lee Compound cooling flow turbulator for turbine component

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4660630A (en) * 1985-06-12 1987-04-28 Wolverine Tube, Inc. Heat transfer tube having internal ridges, and method of making same
US5695320A (en) * 1991-12-17 1997-12-09 General Electric Company Turbine blade having auxiliary turbulators
US5353865A (en) * 1992-03-30 1994-10-11 General Electric Company Enhanced impingement cooled components
US6067712A (en) * 1993-12-15 2000-05-30 Olin Corporation Heat exchange tube with embossed enhancement
US5738493A (en) * 1997-01-03 1998-04-14 General Electric Company Turbulator configuration for cooling passages of an airfoil in a gas turbine engine
DE59709153D1 (de) * 1997-07-03 2003-02-20 Alstom Switzerland Ltd Prallanordnung für ein konvektives Kühl-oder Heizverfahren
GB2360086B (en) * 2000-01-18 2004-01-07 Rolls Royce Plc Air impingment cooling system suitable for a gas trubine engine
EP1283326B1 (de) * 2001-08-09 2005-12-21 Siemens Aktiengesellschaft Kühlung einer Turbinenschaufel
US6612808B2 (en) * 2001-11-29 2003-09-02 General Electric Company Article wall with interrupted ribbed heat transfer surface
US8556583B2 (en) * 2007-08-30 2013-10-15 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Blade cooling structure of gas turbine
US8167560B2 (en) * 2009-03-03 2012-05-01 Siemens Energy, Inc. Turbine airfoil with an internal cooling system having enhanced vortex forming turbulators
US8402764B1 (en) * 2009-09-21 2013-03-26 Florida Turbine Technologies, Inc. Transition duct with spiral cooling channels
GB201114745D0 (en) * 2011-08-26 2011-10-12 Rolls Royce Plc Wall elements for gas turbine engines
EP2828483B1 (en) * 2012-03-22 2019-03-20 Ansaldo Energia Switzerland AG Gas turbine component with a cooled wall

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU364747A1 (ru) * 1971-07-08 1972-12-28 Охлаждаемая лопатка турбол1ашины
US6142734A (en) * 1999-04-06 2000-11-07 General Electric Company Internally grooved turbine wall
US20030049127A1 (en) * 2000-03-22 2003-03-13 Peter Tiemann Cooling system for a turbine blade
RU87748U1 (ru) * 2009-06-24 2009-10-20 Елена Викторовна Преснова Рабочее колесо газовой турбины
US20110033312A1 (en) * 2009-08-06 2011-02-10 Ching-Pang Lee Compound cooling flow turbulator for turbine component

Also Published As

Publication number Publication date
US20150003975A1 (en) 2015-01-01
JP6231071B2 (ja) 2017-11-15
RU2014142552A (ru) 2016-05-20
CN104204411B (zh) 2016-09-28
EP2828483B1 (en) 2019-03-20
US9835088B2 (en) 2017-12-05
WO2013139938A1 (en) 2013-09-26
CN104204411A (zh) 2014-12-10
JP2015511679A (ja) 2015-04-20
EP2828483A1 (en) 2015-01-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2634986C2 (ru) Охлаждаемая стенка
US10711619B2 (en) Turbine airfoil with turbulating feature on a cold wall
JP6283462B2 (ja) タービンエーロフォイル
US10533427B2 (en) Turbine airfoil having flow displacement feature with partially sealed radial passages
EP3002412A1 (en) Internal cooling of gas turbine engine components
US10180067B2 (en) Mate face cooling holes for gas turbine engine component
US20140086724A1 (en) Gas turbine engine component
RU189517U1 (ru) Рабочая лопатка газовой турбины
US10001019B2 (en) Turbine rotor blade
KR101509385B1 (ko) 스월링 냉각 채널을 구비한 터빈 블레이드 및 그 냉각 방법
US10830061B2 (en) Turbine airfoil with internal cooling channels having flow splitter feature
US20160245095A1 (en) Turbine rotor blade
JP6435188B2 (ja) タービン翼における構造的構成および冷却回路
CN106150561B (zh) 涡轮翼型件扰流器布置
JP2015521706A (ja) 鋳造されたプラットフォーム冷却回路を有するタービン翼形部
RU2425982C2 (ru) Лопатка газовой турбины
US20180223671A1 (en) Turbine airfoil with internal impingement cooling feature
US9759071B2 (en) Structural configurations and cooling circuits in turbine blades
US20210025278A1 (en) Turbine rotor airfoil and corresponding method for reducing pressure loss in a cavity within a blade
US10900361B2 (en) Turbine airfoil with biased trailing edge cooling arrangement
JP4831816B2 (ja) ガスタービンの翼冷却構造
JP2019529767A (ja) ガスタービン用のインピンジメント冷却特徴
US8388304B2 (en) Turbine airfoil cooling system with high density section of endwall cooling channels
JP6211697B2 (ja) タービンブレード
EP3933173A1 (en) Inserts for airfoils of gas turbine engines

Legal Events

Date Code Title Description
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant
HZ9A Changing address for correspondence with an applicant