RU2638099C2 - Охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки (варианты) - Google Patents

Охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки (варианты) Download PDF

Info

Publication number
RU2638099C2
RU2638099C2 RU2013119150A RU2013119150A RU2638099C2 RU 2638099 C2 RU2638099 C2 RU 2638099C2 RU 2013119150 A RU2013119150 A RU 2013119150A RU 2013119150 A RU2013119150 A RU 2013119150A RU 2638099 C2 RU2638099 C2 RU 2638099C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
retaining element
microchannels
cooling
unit according
cooling unit
Prior art date
Application number
RU2013119150A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2013119150A (ru
Inventor
Бенджамин Пол ЛЕЙСИ
Дэвид Эдвард ШИК
Дэвид Уэйн УЭБЕР
Original Assignee
Дженерал Электрик Компани
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 Дженерал Электрик Компани filed Critical Дженерал Электрик Компани
Publication of RU2013119150A publication Critical patent/RU2013119150A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2638099C2 publication Critical patent/RU2638099C2/ru

Links

Images

Classifications

    • 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
    • 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
    • F01D25/14Casings modified therefor
    • 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
    • F01D25/24Casings; Casing parts, e.g. diaphragms, casing fastenings
    • F01D25/26Double casings; Measures against temperature strain in casings
    • 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
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08Heating, heat-insulating or cooling means
    • 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
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/081Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
    • F01D5/084Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades the fluid circulating at the periphery of a multistage rotor, e.g. of drum type
    • 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
    • F01D5/22Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations
    • F01D5/225Blade-to-blade connections, e.g. for damping vibrations by shrouding
    • 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
    • F01D11/00Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/08Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages for sealing space between rotor blade tips and stator
    • 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
    • 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
    • F05D2260/201Heat transfer, e.g. cooling by impingement of a fluid
    • 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
    • F05D2260/204Heat transfer, e.g. cooling by the use of microcircuits

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки содержит внешний и внутренний бандажные элементы. Внешний бандажный элемент расположен внутри турбинной секции газотурбинной установки вблизи корпуса турбинной секции и имеет, по меньшей мере, один воздуховод для введения в этот элемент охлаждающей текучей среды. Внутренний бандажный элемент расположен во внутреннем радиальном направлении относительно внешнего бандажного элемента и жестко с ним соединен. Внутренний бандажный элемент имеет микроканалы, проходящие в окружном направлении, или осевом направлении, или в обоих этих направлениях, для охлаждения внутреннего бандажного элемента охлаждающей текучей средой из, по меньшей мере, одного воздуховода. Во внешнем бандажном элементе, или во внутреннем бандажном элементе, или в обоих этих элементах выполнены входные отверстия микроканалов для направления охлаждающей текучей среды из внешнего бандажного элемента в микроканалы и покрытие. Покрытие расположено вблизи внутренней поверхности внутреннего бандажного элемента и предназначено для герметичного закрытия микроканалов для защиты их от тракта горячего газа газотурбинной установки. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения и увеличение срока службы. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Description

Предпосылки изобретения
[0001] Изобретение, описанное в настоящем документе, относится к газотурбинным установкам и, в частности, к охлаждающим бандажным узлам турбины для таких газотурбинных установок.
[0002] В газовой турбине камера сгорания преобразует химическую энергию топлива или топливно-воздушной смеси в тепловую энергию. Тепловая энергия переносится текучей средой, часто сжатым воздухом, от компрессора к турбине, в которой тепловая энергия преобразуется в механическую энергию. Во время этого процесса преобразования горячий газ поднимается вверх и протекает через части турбины, служащие в качестве тракта для горячего газа. Высокие температуры вдоль тракта для горячего газа могут нагревать элементы турбины, приводя к разрушению элементов.
[0003] Бандажи турбин представляют собой пример элемента, который подвергается воздействию тракта горячего газа и часто содержит две отдельные части, такие как внутренний бандаж и внешний бандаж. Внутренний бандаж и внешний бандаж обычно изготавливаются из двух различных материалов, которые слабо соединены друг с другом. Слабое соединение может быть осуществлено путем перемещения скольжением внутреннего бандажа по направляющей внешнего бандажа или путем скрепления внутреннего бандажа и направляющей внешнего бандажа. Такая конструкция обеспечивает возможность выполнения внешнего бандажа, который остается холодным во время работы, из менее дорогостоящих материалов, но приводит к протечке охлаждающего потока из бандажа турбины, основываясь на допуске существенно отличающихся друг от друга коэффициентов расширения между горячим внутренним бандажом и холодным наружным бандажом.
Сущность изобретения
[0004] В соответствии с одним аспектом изобретения охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки содержит внешний бандажный элемент, расположенный внутри турбинной секции газотурбинной установки вблизи корпуса турбины и имеющий по меньшей мере один воздуховод для приема воздушного потока. Также имеется внутренний бандажный элемент, расположенный в радиальном внутреннем направлении относительно внешнего бандажного элемента и жестко с ним соединенный, причем внутренний бандажный элемент имеет микроканалы, проходящие в окружном направлении, или осевом направлении, или в обоих этих направлениях, для охлаждения внутреннего бандажного элемента воздушным потоком из указанного по меньшей мере одного воздуховода.
[0005] В соответствии с другим аспектом изобретения охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки содержит внешний бандажный элемент, расположенный внутри турбинной секции газотурбинной установки вблизи корпуса турбины. Также предусмотрен внутренний бандажный элемент, расположенный в радиальном внутреннем направлении относительно внешнего бандажного элемента и имеющий микроканалы, при этом внешний бандажный элемент и внутренний бандажный элемент выполнены из одного материала. Кроме того, предусмотрен отбойник, имеющий отверстия для направления воздуха к указанным микроканалам.
[0006] В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки содержит внешний бандажный элемент, расположенный внутри турбинной секции газотурбинной установки вблизи корпуса турбины. Также имеется внутренний бандажный элемент, расположенный в радиальном внутреннем направлении относительно внешнего бандажного элемента и жестко с ним соединенный, причем внутренний бандажный элемент имеет микроканалы для охлаждения внутреннего бандажного элемента. Кроме того, предусмотрен отбойник, имеющий отверстия для направления воздуха к указанным микроканалам.
[0007] Эти и другие преимущества и признаки станут более очевидными из последующего описания, взятого совместно с чертежами.
Краткое описание чертежей
[0008] Рассматриваемое изобретение особо отмечается и отчетливо заявляется в формуле изобретения в заключение описания. Эти и другие признаки и преимущества изобретения очевидны из следующего подробного описания, взятого совместно с прилагаемыми чертежами, на которых:
[0009] Фиг.1 изображает схему газотурбинной установки;
[0010] Фиг.2 представляет собой охлаждающий бандажный узел турбины, выполненный в соответствии с первым вариантом выполнения, имеющий внутренний бандажный элемент и внешний бандажный элемент;
[0011] Фиг.3 представляет собой охлаждающий бандажный узел турбины, выполненный в соответствии с первым вариантом, изображенный на Фиг.2, в котором внутренний бандажный элемент и внешний бандажный элемент выполнены из одного материала;
[0012] Фиг.4 представляет собой охлаждающий бандажный узел турбины, выполненный в соответствии со вторым вариантом выполнения;
[0013] Фиг.5 представляет собой охлаждающий бандажный узел турбины, выполненный в соответствии с третьим вариантом выполнения;
[0014] Фиг.6 представляет собой охлаждающий бандажный узел турбины, выполненный в соответствии с четвертым вариантом выполнения; и
[0015] Фиг.7 представляет собой охлаждающий бандажный узел турбины, выполненный в соответствии с пятым вариантом выполнения.
[0016] Подробное описание объясняет варианты выполнения изобретения с его преимуществами на примере со ссылкой на чертежи.
Подробное описание изобретения
[0017] На Фиг.1 газотурбинная установка схематически показана номером позиции 10. Газотурбинная установка 10 содержит компрессор 12, камеру 14 сгорания, турбину 16, вал 18 и топливную форсунку 20. Следует понимать, что один вариант выполнения газотурбинной установки 10 может содержать несколько компрессоров 12, камер 14 сгорания, турбин 16, валов 18 и топливных форсунок 20. Компрессор 12 и турбина 16 соединены посредством вала 18. Вал 18 может представлять собой один вал или нескольких сегментов вала, соединенных друг с другом с образованием вала 18.
[0014] Для запуска газотурбинной установки 10 камера 14 сгорания использует горючее жидкое и/или газообразное топливо, такой как природный газ или обогащенный водородом синтез-газ. Например, топливные форсунки 20 находятся в проточном сообщении с источником воздуха и источником 22 топлива. Топливные форсунки 20 создают воздушно-топливную смесь и выпускают воздушно-топливную смесь в камеру 14 сгорания, в результате чего происходит сгорание, которое создает горячие выхлопные газы под давлением. Камера 14 сгорания направляет горячий газ под давлением через переходной патрубок в сопловой аппарат турбины (или «сопловой аппарат первой ступени»), а остальные ступени рабочих лопаток и сопловых лопаток вызывают вращение лопаток турбины в корпусе 24 турбины. При вращении лопаток турбины вал 18 также вращается, сжимая, тем самым, воздух, когда тот проходит в компрессор 12. В варианте выполнения элементы тракта для горячего газа расположены в турбине 16, в которой поток горячего газа, протекающий через элемент, приводит к ползучести, окислению, износу и термической усталости элементов турбины. Управление температурой элементов, подверженных воздействию горячего газа, может уменьшить режим усталости в них, причем коэффициент полезного действия газотурбинной установки 10 увеличивается с увеличением температуры горения. По мере увеличения температуры горения элементы тракта для горячего газа должны быть должным образом охлаждены для удовлетворения требований к сроку службы и для эффективного выполнения требуемой функциональности.
[0019] На Фиг.2 и 3 показан разрез первого варианта выполнения охлаждающего бандажного узла 100 турбины. Бандажный узел представляет собой пример элемента, расположенного в турбине 16 вблизи корпуса 24 турбины и подверженного воздействию тракта горячего газа, подробно описанного выше. Охлаждающий бандажный узел 100 содержит внутренний бандажный элемент 102, внутренняя поверхность 104 которого расположена вблизи тракта горячего газа в турбине 16. Охлаждающий узел 100 также содержит внешний бандажный элемент 106, который расположен в целом вблизи относительно холодной текучей среды и/или воздуха в турбине 16. Для улучшения охлаждения всего охлаждающего бандажного узла 100 по меньшей мере один воздуховод 105, образованный в внешнем бандажном элементе 106 для направления холодной текучей среды и/или воздуха в охлаждающий узел 100. В частности, внутри элемента 106 может быть предусмотрена камера 108 для приема и направления холодной текучей среды и/или воздуха к микроканалам 110, расположенным внутри внутреннего бандажного элемента 103. Внутренняя поверхность 104 содержит слой, расположенный вблизи микроканалов 110, охватывая, тем самым, микроканалы 110, чтобы защитить их от прямого воздействия тракта горячего газа. Покрывающий слой, расположенный ближе всего к каналу, может содержать нанесенное распылением связующее покрытие, покрывающее открытие канала, тонкий слой металла, припаянный или приваренный поверх одного или нескольких отверстий, или любой другой подходящий способ для герметичного закрытия микроканала(ов). Этот слой может также содержать теплозащитное покрытие ("ТВС"), и может представлять собой любой подходящий теплозащитный материал. Например, ТВС может представлять собой диоксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия, и может быть нанесен с помощью физического осаждения из паровой фазы или в процессе термического напыления. В качестве альтернативы, ТВС может представлять собой керамику, такую как, например, тонкий слой оксида циркония, модифицированный другими тугоплавкими оксидами, такими как оксиды, сформированные из элементов IV, V и VI группы, или оксидами, модифицированными элементами лантанидов, такими как La, Nd, Gd, Yb и тому подобными. Этот слой может варьироваться по толщине от приблизительно 0,4 мм до приблизительно 1,5 мм, однако следует иметь в виду, что толщина может варьироваться в зависимости от конкретного применения.
[0020] Внутренний бандажный элемент 102 жестко соединен с внешним бандажным элементом 106 таким образом, что достигается непосредственное плотное соединение. Соединение может быть выполнено с помощью различных доступных механических креплений или процессов, таких как, например, болты, склеивание, сварка или пайка. Крепеж и процессы приведены лишь для иллюстративных целей, при этом следует понимать, что может быть использован любой крепеж или процесс, который обеспечивает непосредственное плотное соединение между элементами 102 и 106. Пониженная протечка охлаждающей текучей среды и/или воздуха из охлаждающего узла 100 в тракт для горячего газа улучшает охлаждение охлаждающего узла 100 и обеспечивает газ с более высокой температурой для преобразования тепловой энергии в механическую энергию в турбине 16. Такое снижение протечки осуществляется за счет соединения заподлицо между элементами 102 и 106. Элементы 102 и 106 могут быть выполнены из двух различных материалов (Фиг.2) или из одного однородного материала (Фиг.З). Один однородный материал может быть задействован благодаря адекватному охлаждению узла 100, более конкретно адекватному охлаждению элемента 102.
[0021] Охлаждение элементов 106 и 102 достигается путем приема воздушного потока охлаждающей текучей среды и/или воздуха из источника текучей среды (не показан), такого как камера и/или насос. Источник текучей среды обеспечивает охлаждающую текучую среду, которая может включать воздух, раствор воды и/или газ. Охлаждающая текучая среда представляет собой любую подходящую текучую среду, которая охлаждает элементы турбины и выбранные области газового тракта, такие как области высокой температуры и давления охлаждающего узла 100. Например, источник охлаждающей текучей среды представляет собой источник сжатого воздуха из компрессора 12, причем сжатый воздух отводится из источника воздуха, который направляется в камеру 14 сгорания. Таким образом, источник сжатого воздуха обходит камеру 14 сгорания и используется для охлаждения узла 100.
[0022] Охлаждающая текучая среда протекает из источника текучей среды через указанный по меньшей мере один воздуховод 105 в камеру 108 элемента 106. После этого охлаждающая текучая среда, или воздушный поток, направляется во входные отверстия 112 микроканалов, которые ведут к микроканалам 110. Отбойник 114, расположенный внутри охлаждающего узла 100 турбины, имеет отверстия 116, которые обеспечивают струйный эффект принудительного охлаждения и приводят охлаждающую текучую среду в столкновение с отверстиями 112 микроканалов. В проиллюстрированном варианте выполнения входные отверстия 112 проходят по существу в радиальном направлении от элемента 106, а более конкретно, от камеры 108, по направлению к элементу 102, а более конкретно, к микроканалам 110. Следует иметь в виду, что входные отверстия 112 могут проходить в альтернативных направлениях и могут быть совмещены под углами, например, в различных конфигурациях. Независимо от точного совмещения входных отверстий 112, охлаждающая текучая среда или воздушный поток направляется в микроканалы 110, выполненные в элементе 102 в целях охлаждения. Микроканалы 110 проходят вдоль по меньшей мере части элемента 102 и обычно вдоль внутренней поверхности 104. Совмещение микроканалов 110 может быть выполнено в различных направлениях, в том числе в осевом и окружном направлениях, или в их комбинации, по отношению, например, к газотурбинной установке 10. Микроканалы 110 расположены вдоль внутренней поверхности 104, в зависимости от их близости к тракту горячего газа, что особенно восприимчиво к рассмотренным выше проблемам, связанным с относительно высокой температурой материала. Несмотря на то, что изобретение описано в связи с бандажом турбины, следует понимать, что различные другие элементы турбины, находящиеся в непосредственной близости от тракта для горячего газа, могут получать выгоду от наличия таких микроканалов. Такие элементы могут включать, но не ограничиваются этим, сопловые лопатки, рабочие лопатки и направляющие диски турбины, в дополнение к описанным в настоящем документе бандажам турбины.
[0023] Соответственно, микроканалы 110 уменьшают количество сжатого воздуха, используемого для охлаждения, благодаря улучшению охлаждения охлаждающим узлом 100 турбины, в частности, внутри элемента 102. В результате увеличенное количество сжатого воздуха направляется в камеру 14 сгорания для преобразования в механическую мощность, чтобы повысить общую производительность и коэффициент полезного действия газотурбинной установки 10, одновременно увеличивая срок службы элемента турбины путем уменьшения термической усталости. Кроме того, непосредственное плотное совмещение элемента 102 с элементом 106 уменьшает смещение и тепловое расширение элементов 102 и 106 с различными скоростями, что снижает утечку охлаждающей текучей среды в тракт для горячего газа.
[0024] На Фиг.4 изображен второй вариант выполнения охлаждающего бандажного узла 200 турбины. Изображенный вариант выполнения, а также дополнительные варианты выполнения, описанные ниже, включают аналогичные признаки, что и первый вариант выполнения, описанный подробно выше, которые не будет повторяться в деталях, за исключением тех случаев, когда это необходимо. Кроме того, как и в случае с дополнительными вариантами выполнения, описанными ниже, будут использоваться те же самые номера позиций. Входные отверстия 112 микроканалов выполнены как в элементе 106, так и в элементе 102 таким образом, что отверстия расположены на одной линии соответствующим образом, чтобы сформировать входные отверстия 112, которые ведут к микроканалам 110. В варианте выполнения, в котором используется отбойник 114, ударное воздействие охлаждающей текучей среды или воздушного потока передается к элементу 106, совместно со столкновением с входными отверстиями 112. Такая конфигурация улучшает охлаждение элемента 106, одновременно эффективно охлаждая элемент 102.
[0025] На Фиг.5 изображен третий вариант выполнения охлаждающего бандажного узла 300 турбины. Третий вариант выполнения фокусирует области столкновения на областях, которые не имеют входных отверстий 112 микроканалов. Это достигается путем смещения отверстий 116 отбойника 114 относительно входных отверстий 112 микроканалов.
[0026] На Фиг.6 изображен четвертый вариант выполнения охлаждающего бандажного узла 400 турбины. Четвертый вариант выполнения содержит по меньшей мере один дополнительный фиксирующий крепежный элемент 402, который выполняет функцию дополнительного приспособления для крепления элемента 102 к элементу 106. Дополнительный фиксирующий крепежный элемент 402 расположен на элементе 102 и содержит крючки, зажимы или т.п., чтобы контактировать с элементом 106. В случае когда первичные фиксирующие элементы, используемые для прочного присоединения элемента 102 к элементу 106, выходят из строя, дополнительный фиксирующий крепежный элемент 402 поддерживает соединение в рабочем состоянии.
[0027] На Фиг.7 изображен пятый вариант выполнения охлаждающего бандажного узла 500 турбины. Входные отверстия 112 микроканалов размещены вдоль проходящей в радиальном направлении наружной стороны элемента 102, при этом припаянный материал между элементом 102 и элементом 106 образует уплотнение для закрытия микроканалов 110.
[0028] В отношении всех описанных выше вариантов выполнения микроканалы 110 могут быть выполнены любым подходящим способом, например путем отливки по выплавляемым моделям при формировании элемента 102. Другой иллюстративный способ формирования микроканалов 110 включает удаление материала из элемента 102 после того, как тот был сформирован. Удаление материала с образованием микроканалов 110 может включать любой подходящий способ, например использование струи воды, фрезерование, лазер, электроэрозионную обработку, любую их комбинацию или другой подходящий способ механической обработки или травления. При использовании процесса удаления сложные и извилистые узоры могут быть использованы для формирования микроканалов 110, основываясь на геометрии элемента и других ориентированных на конкретное приложение факторов, улучшая, тем самым, способность охлаждения для элемента тракта для горячего газа, такого как охлаждающего узла 100. Кроме того, в элементе 102 и предположительно в элементе 106 может быть выполнено любое число указанных микроканалов, в зависимости от требуемых характеристик охлаждения и других ограничений приложения.
[0029] Микроканалы 110 могут быть одинаковым или отличающимися друг от друга по размере или форме. В соответствии с некоторыми вариантами выполнения, микроканалы 110 могут иметь ширину в диапазоне от приблизительно 100 микрон (мкм) до 3 миллиметров (мм) и глубину в диапазоне от приблизительно 100 мкм до 3 мм, как будет обсуждаться ниже. Например, микроканалы 110 могут иметь ширину и/или глубину в диапазоне от приблизительно 150 мкм до 1,5 мм, в диапазоне от приблизительно 250 мкм до 1,25 мм, или в диапазоне от приблизительно 300 мкм до 1 мм. В некоторых вариантах выполнения микроканалы могут иметь ширину и/или глубины, меньшую, чем приблизительно 50, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 450, 500, 600, 700 или 750 мкм. Несмотря на то, что микроканалы проиллюстрированы как имеющие квадратное или прямоугольное поперечное сечение, микроканалы 110 могут иметь любую форму, которая может быть сформирована с использованием прорезания канавок, травления или аналогичных способов. Действительно, микроканалы 110 могут иметь круглую, полукруглую, изогнутую или треугольную, ромбовидную форму поперечного сечения, в дополнение к или вместо квадратного или прямоугольного сечения, как показано на чертеже. Ширина и глубина может варьироваться по всей длине. Таким образом, раскрытые срезы, пазы, канавки или углубления могут иметь прямую или изогнутую геометрию, соответствующую таким поперечным сечениям. Более того, в некоторых вариантах выполнения микроканалы могут иметь варьируемую площадь поперечного сечения. В микроканалах также могут быть предусмотрены усилители теплопередачи, такие как турбулизаторы или лунки.
[0030] Несмотря на то, что изобретение было подробно описано в связи с ограниченным количеством вариантов выполнения, должно быть понятно, что оно не ограничивается этими описанными вариантами выполнения. Напротив, изобретение может быть видоизменено, чтобы включать любое количество вариаций, изменений, замен или эквивалентных конструкций, до сих пор не описанных, но которые подпадают под сущность и объем изобретения. Кроме того, несмотря на то, что были описаны различные варианты выполнения изобретения, следует понимать, что аспекты изобретения могут включать лишь некоторые из описанных вариантов выполнения. Таким образом, изобретение не следует рассматривать как ограниченное приведенным выше описанием, оно ограничивается только объемом прилагаемой формулы изобретения.

Claims (30)

1. Охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки, содержащий:
внешний бандажный элемент, расположенный внутри турбинной секции газотурбинной установки вблизи корпуса турбинной секции и имеющий по меньшей мере один воздуховод для введения в этот элемент охлаждающей текучей среды,
внутренний бандажный элемент, расположенный во внутреннем радиальном направлении относительно внешнего бандажного элемента и жестко с ним соединенный, причем внутренний бандажный элемент имеет микроканалы, проходящие в окружном направлении, или осевом направлении, или в обоих этих направлениях, для охлаждения внутреннего бандажного элемента охлаждающей текучей средой из указанного по меньшей мере одного воздуховода, причем во внешнем бандажном элементе, или во внутреннем бандажном элементе, или в обоих этих элементах выполнены входные отверстия микроканалов для направления охлаждающей текучей среды из внешнего бандажного элемента в указанные микроканалы, и
покрытие, расположенное вблизи внутренней поверхности внутреннего бандажного элемента и предназначенное для герметичного закрытия указанных микроканалов для защиты микроканалов от тракта для горячего газа газотурбинной установки.
2. Охлаждающий узел по п. 1, в котором внутренний бандажный элемент жестко соединен с внешним бандажным элементом по меньшей мере одним из следующего: привинчивание, склеивание, сварка и пайка.
3. Охлаждающий узел по п. 1, в котором внешний бандажный элемент содержит первый материал, а внутренний бандажный элемент содержит второй материал.
4. Охлаждающий узел по п. 1, в котором внешний бандажный элемент и внутренний бандажный элемент выполнены из одного материала.
5. Охлаждающий узел по п. 1, в котором указанное покрытие содержит теплозащитное покрытие с толщиной от 0,4 мм до 1,5 мм.
6. Охлаждающий узел по п. 1, дополнительно содержащий отбойник, имеющий отверстия для направления охлаждающей текучей среды в указанные входные отверстия микроканалов.
7. Охлаждающий узел по п. 6, в котором указанные отверстия отбойника смещены относительно входных отверстий микроканалов.
8. Охлаждающий узел по п. 1, содержащий дополнительный фиксирующий крепежный элемент для функционального соединения внутреннего бандажного элемента с внешним бандажным элементом.
9. Охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки, содержащий:
внешний бандажный элемент, расположенный внутри турбинной секции газотурбинной установки вблизи корпуса турбинной секции и имеющий по меньшей мере один воздуховод для введения в этот элемент охлаждающей текучей среды,
внутренний бандажный элемент, расположенный во внутреннем радиальном направлении относительно внешнего бандажного элемента и имеющий микроканалы, проходящие в окружном направлении, или осевом направлении, или в обоих этих направлениях для охлаждения внутреннего бандажного элемента охлаждающей текучей средой из указанного по меньшей мере одного воздуховода, причем во внешнем бандажном элементе, или во внутреннем бандажном элементе, или в обоих этих элементах выполнены входные отверстия микроканалов для направления охлаждающей текучей среды из внешнего бандажного элемента в указанные микроканалы, и
отбойник, имеющий отверстия для направления охлаждающей текучей среды к указанным входным отверстиям микроканалов.
10. Охлаждающий узел по п. 9, в котором внутренний бандажный элемент жестко соединен с внешним бандажным элементом по меньшей мере одним из следующего: привинчивание, склеивание, сварка и пайка.
11. Охлаждающий узел по п. 9, в котором внешний бандажный элемент и внутренний бандажный элемент выполнены как один целый, единый сплошной элемент.
12. Охлаждающий узел по п. 9, дополнительно содержащий покрытие, расположенное вблизи внутренней поверхности внутреннего бандажного элемента и предназначенное для герметичного закрытия указанных микроканалов для защиты микроканалов от тракта для горячего газа газотурбинной установки, причем указанное покрытие содержит теплозащитное покрытие.
13. Охлаждающий узел по п. 9, в котором указанные микроканалы проходят в окружном направлении, или осевом направлении, или в обоих этих направлениях.
14. Охлаждающий узел по п. 9, в котором указанные входные отверстия микроканалов совмещены с указанными микроканалами.
15. Охлаждающий узел по п. 9, в котором указанные отверстия отбойника совмещены с указанными входными отверстиями микроканалов.
16. Охлаждающий узел по п. 9, в котором микроканалы имеют ширину в диапазоне от 100 микрон (мкм) до 3 миллиметров (мм) и глубину в диапазоне от 100 мкм до 3 мм.
17. Охлаждающий узел по п. 9, содержащий дополнительный фиксирующий крепежный элемент для функционального соединения внутреннего бандажного элемента с внешним бандажным элементом.
18. Охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки, содержащий:
внешний бандажный элемент, расположенный внутри турбинной секции газотурбинной установки вблизи корпуса турбинной секции и имеющий по меньшей мере один воздуховод для введения в этот элемент охлаждающей текучей среды,
внутренний бандажный элемент, расположенный во внутреннем радиальном направлении относительно внешнего бандажного элемента и жестко с ним соединенный, причем внутренний бандажный элемент имеет микроканалы, проходящие в окружном направлении, или осевом направлении, или в обоих этих направлениях, для охлаждения внутреннего бандажного элемента охлаждающей текучей средой из указанного по меньшей мере одного воздуховода, причем во внешнем бандажном элементе, или во внутреннем бандажном элементе, или в обоих этих элементах выполнены входные отверстия микроканалов для направления охлаждающей текучей среды из внешнего бандажного элемента в указанные микроканалы, при этом микроканалы имеют ширину в диапазоне от 100 микрон (мкм) до 3 миллиметров (мм) и глубину в диапазоне от 100 мкм до 3 мм,
отбойник, имеющий отверстия для направления охлаждающей текучей среды к указанным входным отверстиям микроканалов, и
покрытие, расположенное вблизи внутренней поверхности внутреннего бандажного элемента, причем микроканалы расположены вдоль покрытия.
19. Охлаждающий узел по п. 18, в котором внешний бандажный элемент содержит первый материал, а внутренний бандажный элемент содержит второй материал.
20. Охлаждающий узел по п. 18, в котором по меньшей мере одно из указанных отверстий отбойника совмещено с по меньшей мере одним из указанных входных отверстий микроканалов.
RU2013119150A 2012-04-26 2013-04-25 Охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки (варианты) RU2638099C2 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US13/456,407 2012-04-26
US13/456,407 US9127549B2 (en) 2012-04-26 2012-04-26 Turbine shroud cooling assembly for a gas turbine system

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2013119150A RU2013119150A (ru) 2014-10-27
RU2638099C2 true RU2638099C2 (ru) 2017-12-11

Family

ID=48182814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013119150A RU2638099C2 (ru) 2012-04-26 2013-04-25 Охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки (варианты)

Country Status (5)

Country Link
US (1) US9127549B2 (ru)
EP (1) EP2657451B1 (ru)
JP (1) JP6216146B2 (ru)
CN (1) CN103375202B (ru)
RU (1) RU2638099C2 (ru)

Families Citing this family (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150198063A1 (en) * 2014-01-14 2015-07-16 Alstom Technology Ltd Cooled stator heat shield
US9757936B2 (en) 2014-12-29 2017-09-12 General Electric Company Hot gas path component
US10309252B2 (en) 2015-12-16 2019-06-04 General Electric Company System and method for cooling turbine shroud trailing edge
US10221719B2 (en) * 2015-12-16 2019-03-05 General Electric Company System and method for cooling turbine shroud
US10378380B2 (en) 2015-12-16 2019-08-13 General Electric Company Segmented micro-channel for improved flow
US10519861B2 (en) * 2016-11-04 2019-12-31 General Electric Company Transition manifolds for cooling channel connections in cooled structures
US10634353B2 (en) 2017-01-12 2020-04-28 General Electric Company Fuel nozzle assembly with micro channel cooling
US10876407B2 (en) * 2017-02-16 2020-12-29 General Electric Company Thermal structure for outer diameter mounted turbine blades
US10436041B2 (en) 2017-04-07 2019-10-08 General Electric Company Shroud assembly for turbine systems
CN111502774A (zh) * 2020-04-23 2020-08-07 中国核动力研究设计院 一种水冷式超临界二氧化碳透平干气密封装置
US11428160B2 (en) 2020-12-31 2022-08-30 General Electric Company Gas turbine engine with interdigitated turbine and gear assembly
EP4105449A1 (en) * 2021-06-18 2022-12-21 Raytheon Technologies Corporation Hybrid bonded configuration for blade outer airseal (boas)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0516322A1 (en) * 1991-05-20 1992-12-02 General Electric Company Shroud cooling assembly for gas turbine engine
EP1930550A2 (en) * 2006-11-30 2008-06-11 General Electric Company Systems for cooling integral turbine nozzle and shroud assemblies
RU2348817C2 (ru) * 2003-07-10 2009-03-10 Снекма Система охлаждения неподвижно установленного стяжного кольца газовой турбины
EP2434106A2 (en) * 2010-09-28 2012-03-28 Hitachi Ltd. Shroud structure for gas turbine
RU2450129C2 (ru) * 2007-03-20 2012-05-10 Снекма Межтурбинный картер с контуром охлаждения и содержащий его турбореактивный двигатель

Family Cites Families (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH0639885B2 (ja) 1988-03-14 1994-05-25 株式会社日立製作所 ガスタービン用シュラウド及びガスタービン
US5538393A (en) * 1995-01-31 1996-07-23 United Technologies Corporation Turbine shroud segment with serpentine cooling channels having a bend passage
US5957657A (en) 1996-02-26 1999-09-28 Mitisubishi Heavy Industries, Ltd. Method of forming a cooling air passage in a gas turbine stationary blade shroud
US5738490A (en) * 1996-05-20 1998-04-14 Pratt & Whitney Canada, Inc. Gas turbine engine shroud seals
FR2766517B1 (fr) * 1997-07-24 1999-09-03 Snecma Dispositif de ventilation d'un anneau de turbomachine
US6223524B1 (en) 1998-01-23 2001-05-01 Diversitech, Inc. Shrouds for gas turbine engines and methods for making the same
US6528118B2 (en) 2001-02-06 2003-03-04 General Electric Company Process for creating structured porosity in thermal barrier coating
US6461108B1 (en) 2001-03-27 2002-10-08 General Electric Company Cooled thermal barrier coating on a turbine blade tip
US6679680B2 (en) 2002-03-25 2004-01-20 General Electric Company Built-up gas turbine component and its fabrication
US20040086635A1 (en) 2002-10-30 2004-05-06 Grossklaus Warren Davis Method of repairing a stationary shroud of a gas turbine engine using laser cladding
US6899518B2 (en) 2002-12-23 2005-05-31 Pratt & Whitney Canada Corp. Turbine shroud segment apparatus for reusing cooling air
US7487641B2 (en) 2003-11-14 2009-02-10 The Trustees Of Columbia University In The City Of New York Microfabricated rankine cycle steam turbine for power generation and methods of making the same
US7063503B2 (en) 2004-04-15 2006-06-20 Pratt & Whitney Canada Corp. Turbine shroud cooling system
US7306424B2 (en) * 2004-12-29 2007-12-11 United Technologies Corporation Blade outer seal with micro axial flow cooling system
US7217089B2 (en) * 2005-01-14 2007-05-15 Pratt & Whitney Canada Corp. Gas turbine engine shroud sealing arrangement
US7510370B2 (en) * 2005-02-01 2009-03-31 Honeywell International Inc. Turbine blade tip and shroud clearance control coating system
US7284954B2 (en) 2005-02-17 2007-10-23 Parker David G Shroud block with enhanced cooling
US7600967B2 (en) 2005-07-30 2009-10-13 United Technologies Corporation Stator assembly, module and method for forming a rotary machine
US7387488B2 (en) * 2005-08-05 2008-06-17 General Electric Company Cooled turbine shroud
DE102005055984A1 (de) 2005-11-24 2007-05-31 Mtu Aero Engines Gmbh Verfahren zur Reparatur eines Mantelringsegments einer Gasturbine
US7653994B2 (en) 2006-03-22 2010-02-02 General Electric Company Repair of HPT shrouds with sintered preforms
US7597533B1 (en) * 2007-01-26 2009-10-06 Florida Turbine Technologies, Inc. BOAS with multi-metering diffusion cooling
US7900458B2 (en) 2007-05-29 2011-03-08 Siemens Energy, Inc. Turbine airfoils with near surface cooling passages and method of making same
US20090053045A1 (en) 2007-08-22 2009-02-26 General Electric Company Turbine Shroud for Gas Turbine Assemblies and Processes for Forming the Shroud
ATE502720T1 (de) 2008-04-09 2011-04-15 Alstom Technology Ltd VERFAHREN ZUR REPARATUR DER HEIßGASKOMPONENTE EINER GASTURBINE
EP2405103B1 (en) * 2009-08-24 2016-05-04 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Split ring cooling structure
US8556575B2 (en) * 2010-03-26 2013-10-15 United Technologies Corporation Blade outer seal for a gas turbine engine
US8651805B2 (en) * 2010-04-22 2014-02-18 General Electric Company Hot gas path component cooling system
US8647053B2 (en) * 2010-08-09 2014-02-11 Siemens Energy, Inc. Cooling arrangement for a turbine component
US8499566B2 (en) 2010-08-12 2013-08-06 General Electric Company Combustor liner cooling system
US8684662B2 (en) 2010-09-03 2014-04-01 Siemens Energy, Inc. Ring segment with impingement and convective cooling
US8673397B2 (en) 2010-11-10 2014-03-18 General Electric Company Methods of fabricating and coating a component

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0516322A1 (en) * 1991-05-20 1992-12-02 General Electric Company Shroud cooling assembly for gas turbine engine
RU2348817C2 (ru) * 2003-07-10 2009-03-10 Снекма Система охлаждения неподвижно установленного стяжного кольца газовой турбины
EP1930550A2 (en) * 2006-11-30 2008-06-11 General Electric Company Systems for cooling integral turbine nozzle and shroud assemblies
RU2450129C2 (ru) * 2007-03-20 2012-05-10 Снекма Межтурбинный картер с контуром охлаждения и содержащий его турбореактивный двигатель
EP2434106A2 (en) * 2010-09-28 2012-03-28 Hitachi Ltd. Shroud structure for gas turbine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
С.А. ВЬЮНОВ и др. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, Машиностроение, 1989, стр. 216-218, рис.4.60а. *

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013119150A (ru) 2014-10-27
CN103375202B (zh) 2017-04-26
CN103375202A (zh) 2013-10-30
EP2657451B1 (en) 2019-06-12
US20130287546A1 (en) 2013-10-31
EP2657451A2 (en) 2013-10-30
EP2657451A3 (en) 2014-01-01
JP6216146B2 (ja) 2017-10-18
JP2013227979A (ja) 2013-11-07
US9127549B2 (en) 2015-09-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2638099C2 (ru) Охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки (варианты)
EP3736409B1 (en) Turbine shroud assembly with a plurality of shroud segments having internal cooling passages
JP5548661B2 (ja) セラミックマトリックス複合材(cmc)ブリッジを備えるターボ機械
US8162598B2 (en) Gas turbine sealing apparatus
US9464538B2 (en) Shroud block segment for a gas turbine
US9518478B2 (en) Microchannel exhaust for cooling and/or purging gas turbine segment gaps
US8333557B2 (en) Vortex chambers for clearance flow control
KR101951110B1 (ko) 가스 터빈
EP2615255B1 (en) Turbine assembly and method for controlling a temperature of an assembly
US20140348642A1 (en) Conjoined gas turbine interface seal
EP3557001B1 (en) Cooling arrangement for engine components
EP2660428A1 (en) Turbine system comprising a transition duct with a flexible seal
EP3470628B1 (en) Aft frame assembly for gas turbine transition piece
US20140112753A1 (en) Sealing arrangement for a turbine system and method of sealing between two turbine components
JP2019056366A (ja) タービンエンジン翼形部用のシールド
JP2003525381A (ja) タービン設備
US20020154992A1 (en) Shaped part for forming a guide ring
EP3246522B1 (en) Internal cooling of stator vanes
US9382802B2 (en) Compressor rotor
RU2386816C1 (ru) Высокотемпературная газовая турбина
JP6224161B2 (ja) ガスタービンのためのロータブレード
US11821365B2 (en) Inducer seal with integrated inducer slots
WO2020050837A1 (en) Non-contact seal with mechanical fit
CN115789700A (zh) 回流燃烧室大弯管与涡轮的连接结构及航空发动机
WO2017029689A1 (ja) 軸流タービン