RU2733682C1 - Cooling method of working blades of turbine of double-flow gas turbine engine and device for its implementation - Google Patents
Cooling method of working blades of turbine of double-flow gas turbine engine and device for its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2733682C1 RU2733682C1 RU2020111993A RU2020111993A RU2733682C1 RU 2733682 C1 RU2733682 C1 RU 2733682C1 RU 2020111993 A RU2020111993 A RU 2020111993A RU 2020111993 A RU2020111993 A RU 2020111993A RU 2733682 C1 RU2733682 C1 RU 2733682C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- air
- turbine
- cooling
- cavities
- cold
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, 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
- F02C7/12—Cooling of plants
Abstract
Description
Группа изобретений относится к высокотемпературным турбинам газотурбинных двигателей, а именно к способам и системам охлаждения рабочих лопаток турбин авиационных двигателей. Именно на авиационных двигателях требуется широкий диапазон регулирования по мощности, по оборотам и уровню температуры перед турбиной. Следует иметь в виду и еще одно обстоятельство, что на этих типах двигателей максимальный режим работы двигателя по мощности кратковременный, а крейсерские режимы - долговременные в жизненном цикле двигателя.The group of inventions relates to high-temperature turbines of gas turbine engines, and in particular to methods and systems for cooling rotor blades of aircraft turbines. It is on aircraft engines that a wide range of regulation in terms of power, speed and temperature level in front of the turbine is required. One more circumstance should be borne in mind that on these types of engines the maximum engine power mode is short-term, and cruising modes are long-term in the engine life cycle.
Наиболее близким изобретением к предлагаемому является способ охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя и устройство для его реализации по патенту РФ №2196239, МПК F02C 7/12, опубл. 10.01.2003 г.The closest invention to the present invention is a method for cooling the rotor blades of a turbine of a by-pass gas turbine engine and a device for its implementation according to RF patent No. 2196239, IPC F02C 7/12, publ. 10.01.2003
Способ охлаждения рабочих лопаток турбины высокого давления двухконтурного газотурбинного двигателя по патенту РФ №2196239 включает отбор охлаждающего воздуха из воздушной полости камеры сгорания, его транспортировку через воздухо-воздушный теплообменник, установленный в воздушном тракте второго контура, в аппарат закрутки, последующий подвод охлаждающего воздуха во внутренние полости рабочих лопаток через воздушные каналы в рабочем колесе турбины и регулирование его расхода.The method for cooling the rotor blades of a high-pressure turbine of a by-pass gas turbine engine according to the patent of the Russian Federation No. 2196239 includes the selection of cooling air from the air cavity of the combustion chamber, its transportation through an air-to-air heat exchanger installed in the air duct of the secondary circuit, into the swirl apparatus, the subsequent supply of cooling air to the internal cavities of the rotor blades through the air channels in the turbine rotor and regulation of its flow rate.
Устройство для охлаждения рабочей лопатки турбины двухконтурного газотурбинного двигателя по патенту РФ №2196239 содержит последовательно установленные воздухо-воздушный теплообменник, размещенный во втором контуре, соединенный своим входом с воздушной полостью камеры сгорания, а выходом - с воздушным коллектором с управляющими клапанами в нем, многоканальный воздуховод, проходящий через внутренние полости сопловых лопаток, аппарат закрутки статора и воздушные каналы в рабочем колесе, соединенные с внутренними полостями рабочих лопаток.A device for cooling the rotor blade of a turbine of a two-circuit gas turbine engine according to RF patent No. 2196239 contains an air-to-air heat exchanger installed in series in the second circuit, connected by its input to the air cavity of the combustion chamber, and by its output to an air manifold with control valves in it, a multi-channel air duct passing through the inner cavities of the nozzle blades, the stator swirl apparatus and air channels in the impeller connected to the inner cavities of the rotor blades.
В решении по патенту РФ №2196239 для получения приемлемой экономичности двигателя во всем диапазоне работы максимальный расход воздуха подают на максимальных режимах, а на крейсерских режимах потребный расход охлаждающего воздуха снижают с помощью управляющих клапанов, установленных на коллекторе после теплообменника. При этом наиболее опасной с точки зрения охлаждения рабочей лопатки остается зона ее входной кромки, поэтому расход охлаждающего воздуха уменьшают до гарантированного уровня, обеспечивающего надежное охлаждение входной кромки по всем режимам работы двигателя. При этом более «холодные» зоны поверхности лопатки получают «избыток» охлаждающего воздуха по сравнению с оптимальным расходом охлаждающего воздуха для этих режимов двигателя, что ухудшает экономичность работы газотурбинного двигателя. Поэтому для высокотемпературных турбин на крейсерских режимах приходится мириться с излишним охлаждением средней и выходной частей пера рабочих лопаток, что снижает ее экономичность. С другой стороны, повышение рабочей температуры газа перед турбиной необходимо для получения приличных значений КПД на турбине.In the solution according to the patent of the Russian Federation No. 2196239, in order to obtain acceptable efficiency of the engine in the entire operating range, the maximum air flow is supplied at maximum modes, and in cruising modes, the required cooling air flow is reduced using control valves installed on the manifold after the heat exchanger. In this case, the most dangerous from the point of view of cooling of the rotor blade is the zone of its leading edge, therefore, the cooling air flow rate is reduced to a guaranteed level, which ensures reliable cooling of the leading edge in all operating modes of the engine. In this case, the "colder" zones of the blade surface receive an "excess" of cooling air in comparison with the optimal consumption of cooling air for these engine modes, which worsens the efficiency of the gas turbine engine. Therefore, for high-temperature turbines in cruising modes, one has to put up with excessive cooling of the middle and outlet parts of the airfoil of the rotor blades, which reduces its efficiency. On the other hand, an increase in the operating temperature of the gas in front of the turbine is necessary in order to obtain decent efficiency values at the turbine.
Известны способ и система охлаждения рабочих лопаток турбины по патенту РФ на изобретение №2 387864 МПК F01D 5/18, опубл. 237/04/2010, прототип.The known method and system for cooling the turbine rotor blades according to the RF patent for invention No. 2 387864 IPC F01D 5/18, publ. 04/23/2010, prototype.
Этот способ охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя, включает отбор охлаждающего воздуха из воздушной полости камеры сгорания, его транспортировку через воздухо-воздушный теплообменник, установленный в воздушном тракте второго контура, в аппарат закрутки, последующий подвод охлаждающего воздуха во внутренние полости рабочих лопаток через воздушные каналы в рабочем колесе турбины и регулирование его расхода, внутреннюю полость каждой рабочей лопатки, расположенную у входной кромки, отделяют от остальной полости перегородкой, направленной вдоль входной кромки, образованную полость сообщают перфорационными отверстиями в стенке с проточной частью турбины и подают в нее охлаждающий воздух из воздушной полости камеры сгорания через дополнительный аппарат закрутки статора и через дополнительные воздушные каналы в рабочем колесе.This method of cooling the rotor blades of a turbine of a two-circuit gas turbine engine includes the selection of cooling air from the air cavity of the combustion chamber, its transportation through an air-to-air heat exchanger installed in the air duct of the secondary circuit, into the swirl apparatus, and the subsequent supply of cooling air to the inner cavities of the rotor blades through the air channels in the turbine rotor wheel and regulation of its flow rate, the inner cavity of each rotor blade located at the input edge is separated from the rest of the cavity by a partition directed along the input edge, the formed cavity is communicated by perforations in the wall with the turbine flow path and cooling air is supplied to it from air cavity of the combustion chamber through an additional stator swirling apparatus and through additional air channels in the impeller.
Это устройство для охлаждения рабочей лопатки турбины двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащем последовательно установленные воздухо-воздушный теплообменник, размещенный во втором контуре, соединенный своим входом с воздушной полостью камеры сгорания, а выходом - с воздушным коллектором с управляющими клапанами в нем, многоканальный воздуховод, проходящий через внутренние полости сопловых лопаток, аппарат закрутки статора и воздушные каналы в рабочем колесе, соединенные с внутренними полостями рабочих лопаток, на рабочем колесе между его воздушными каналами и аппаратом закрутки статора размещен безлопаточный диффузор, внутренняя полость каждой рабочей лопатки, расположенная у входной кромки, отделена от остальной полости перегородкой, направленной вдоль входной кромки, образованная полость сообщена перфорационными отверстиями в стенке с проточной частью турбины и соединена с воздушной полостью камеры сгорания через дополнительный аппарат закрутки статора и через дополнительные воздушные каналы в рабочем колесе.This is a device for cooling the rotor blade of a turbine of a two-circuit gas turbine engine, containing a series-installed air-to-air heat exchanger located in the second circuit, connected by its input to the air cavity of the combustion chamber, and by its output to an air manifold with control valves in it, a multi-channel air duct passing through the inner cavities of the nozzle blades, the stator swirling apparatus and air channels in the impeller connected to the inner cavities of the rotor blades, a bladeless diffuser is placed on the impeller between its air channels and the stator swirling apparatus, the inner cavity of each rotor blade, located at the input edge, is separated from the rest of the cavity by a partition directed along the input edge, the formed cavity is communicated by perforations in the wall with the turbine flow path and is connected to the air cavity of the combustion chamber through an additional stator swirl apparatus and through an additional air channels in the impeller.
Недостатки: применение этого способа и устройства имеет ряд недостатков:Disadvantages: the use of this method and device has several disadvantages:
- применение двух концентрично установленных аппаратов закрутки и регулируемых клапанов значительно усложняет конструкцию турбины и ухудшает работу системы охлаждения по следующим причинам. Так как, расход воздуха на охлаждение рабочего колеса не может превышать 5%...7% от расхода воздуха через первый контур, то высота лопаток сопловых аппаратов будет очень мала. А это приведет к относительному увеличению толщины погранслоя и увеличению аэродинамических потерь в них.- the use of two concentrically installed swirling devices and variable valves significantly complicates the design of the turbine and worsens the operation of the cooling system for the following reasons. Since the air flow for cooling the impeller cannot exceed 5% ... 7% of the air flow through the primary circuit, the height of the nozzle blades will be very small. And this will lead to a relative increase in the thickness of the boundary layer and an increase in aerodynamic losses in them.
Применение регулируемых клапанов приведет к отрицательным последствиям: а именно, резкому падания давления на входе в аппараты закрутки и изменению треугольников скоростей воздуха на выходе сопел закрутки, это приведет к ударному входу охлаждающего воздуха под дефлектор, т.е. потере давления на входе в рабочие лопатки, и как последствие - к затеканию продуктов сгорания в полости рабочих лопаток. Применение диффузоров незначительно повышает статическое давление да входе в воздушные каналы, но вследствие внезапного сужения потока воздуха на входе в эти каналы возникнут значительные потери давления.The use of adjustable valves will lead to negative consequences: namely, a sharp drop in pressure at the inlet to the swirling apparatus and a change in the air velocity triangles at the outlet of the swirl nozzles, this will lead to a shock inlet of cooling air under the deflector, i.e. loss of pressure at the inlet to the rotor blades, and as a consequence - to the flow of combustion products in the cavity of the rotor blades. The use of diffusers slightly increases the static pressure at the inlet to the air ducts, but due to the sudden narrowing of the air flow at the inlet to these ducts, significant pressure losses will occur.
Все это делает невозможным глубокое регулирование расхода охлаждающего воздуха и как следствие приводит к ухудшению экономичности работы газотурбинных двигателей с такими системами охлаждения.All this makes it impossible to deeply regulate the flow of cooling air and, as a result, leads to a deterioration in the efficiency of operation of gas turbine engines with such cooling systems.
Задачей изобретения является повышение экономичности газотурбинных двигателей с высокотемпературными турбинами за счет оптимизации расхода охлаждающего воздуха в рабочих лопатках турбин высокого давления во всем диапазоне работы многорежимного двигателя при одновременном сохранении удовлетворительного температурного состояния охлаждаемых лопаток, то есть при сохранении надежности и ресурса работы двигателя.The objective of the invention is to improve the efficiency of gas turbine engines with high-temperature turbines by optimizing the flow of cooling air in the rotor blades of high-pressure turbines in the entire range of operation of a multi-mode engine while maintaining a satisfactory temperature state of the cooled blades, that is, while maintaining the reliability and service life of the engine.
Указанная задача достигается тем, что в способе охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя, включающем отбор охлаждающего воздуха из воздушной полости камеры сгорания, его транспортировку через воздухо-воздушный теплообменник, установленный в воздушном тракте второго контура, и через входную полость в аппарат закрутки, последующий подвод «холодного» воздуха вместе с «горячим» воздухом между диском турбины и дефлектором во внутренние полости рабочих лопаток через воздушные каналы в рабочем колесе турбины и регулирование расхода как «холодного», так и «горячего» воздуха, отличающемся тем, что входная полость разделена на две, аппарат закрутки соответственно - на две части, к которым подсоединены по несколько подводящих трубопроводов с отсечными клапанами, давление воздуха на входе во внутренние полости рабочих лопаток повышают в центробежном компрессоре, выполненном между диском турбины и дефлектором, а регулирование подачи и «холодного» и «горячего» воздуха по режимам выполнено дискретно.This task is achieved by the fact that in the method of cooling the rotor blades of a turbine of a two-circuit gas turbine engine, including the selection of cooling air from the air cavity of the combustion chamber, its transportation through an air-to-air heat exchanger installed in the air duct of the secondary circuit, and through the inlet cavity into the swirl apparatus, the subsequent supply of "cold" air together with "hot" air between the turbine disk and the deflector into the inner cavities of the rotor blades through air channels in the turbine impeller and regulation of the flow rate of both "cold" and "hot" air, characterized in that the inlet cavity is divided into two, the swirling apparatus, respectively, into two parts, to which several supply pipelines with shut-off valves are connected, the air pressure at the inlet to the inner cavities of the rotor blades is increased in a centrifugal compressor made between the turbine disk and the deflector, and regulation of the supply and "cold" and "hot" air ha for modes is performed discretely.
Первая и вторая полости лопатки разделены на несколько секторов и поводящие трубопроводы присоединены к каждому сектору, при этом на максимальном режиме открыты все отсечные клапаны, а на других режимах они поочередно закрываются.The first and second cavities of the blade are divided into several sectors and the supply pipelines are connected to each sector, while at the maximum mode all the shut-off valves are open, and in other modes they are closed in turn.
На максимальном режиме работы двигателя может быть обеспечено равенство углов:At maximum engine operation, equality of angles can be ensured:
α1=β0,α 1 = β 0 ,
где: α1 - угол истечения потока охлаждающего воздуха из аппарата закрутки,where: α 1 - angle of outflow of cooling air from the swirling apparatus,
β0 - угол установки входной кромки лопасти,β 0 - angle of installation of the leading edge of the blade,
а на других режимах обеспечить максимально близкие значения углов α1 и β0.and in other modes, provide the closest possible values of the angles α 1 and β 0 .
Указанная задача достигается и тем, что в устройстве для охлаждения рабочей лопатки турбины двухконтурного газотурбинного двигателя, содержащем воздухо-воздушный теплообменник, установленный в воздушном тракте второго контура, входную полость в аппарат закрутки, системы подвода «холодного» воздуха вместе с «горячим» воздухом между диском турбины и дефлектором во внутренние полости рабочих лопаток через воздушные каналы в рабочем колесе турбины и систему регулирование расхода как «холодного», так и «горячего» воздуха, тем, что входная полость разделена на две, аппарат закрутки соответственно - на две части, к входу которых подсоединены по несколько подводящих трубопроводов с отсечными клапанами, а к выходу - центробежный компрессор, размещенный между диском турбины и дефлектором.This task is also achieved by the fact that in a device for cooling the rotor blade of a turbine of a two-circuit gas turbine engine containing an air-air heat exchanger installed in the air duct of the second circuit, an inlet cavity into the swirling apparatus, a system for supplying "cold" air together with "hot" air between a turbine disk and a deflector into the inner cavities of the rotor blades through the air channels in the turbine rotor and the system for regulating the flow of both "cold" and "hot" air, by the fact that the inlet cavity is divided into two, the swirl apparatus, respectively, into two parts, to the inlet of which is connected by several supply pipelines with shut-off valves, and to the outlet there is a centrifugal compressor located between the turbine disk and the deflector.
Первая и вторая полости могут быть разделены на несколько секторов и поводящие трубопроводы присоединены к каждому сектору.The first and second cavities can be divided into several sectors and lead pipes are connected to each sector.
В каждой рабочей лопатке может быть выполнено по две полости: передняя и задняя, при этом в переднюю полость выведены перфорационные отверстия передней кромки.Each rotor blade can have two cavities: front and rear, with perforations of the leading edge inserted into the front cavity.
Сущность изобретения представлена на чертежах фиг 1…14, где:The essence of the invention is presented in the drawings, figures 1 ... 14, where:
- на фиг. 1 представлен пример конкретного выполнения устройства для охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления двухконтурного газотурбинного двигателя, позволяющего реализовать предложенный способ,- in Fig. 1 shows an example of a specific implementation of a device for cooling the rotor blade of a high-pressure turbine of a by-pass gas turbine engine, which allows to implement the proposed method,
- на фиг. 2 приведена схема подачи охлаждающего воздуха,- in Fig. 2 shows a diagram of the cooling air supply,
- на фиг. 3 приведена схема подачи охлаждающего воздуха, второй вариант,- in Fig. 3 shows a diagram of the cooling air supply, the second option,
- на фиг. 4 приведен первый вариант системы охлаждения,- in Fig. 4 shows the first version of the cooling system,
- на фиг. 5 приведен схема подвода охлаждающего воздуха,- in Fig. 5 shows a diagram of the cooling air supply,
- на фиг. 6 приведена схема подвода охлаждающего воздуха,- in Fig. 6 shows a diagram of the cooling air supply,
- на фиг. 7 приведена турбина в сборе, первая ступень,- in Fig. 7 shows the turbine assembly, the first stage,
- на фиг. 8 приведена лопатка турбины, первый вариант,- in Fig. 8 shows a turbine blade, the first option,
- на фиг. 9 приведена лопатка турбины, второй вариант,- in Fig. 9 shows a turbine blade, the second option,
- на фиг. 10 приведена конструкция центробежного компрессора, первый вариант,- in Fig. 10 shows the design of a centrifugal compressor, the first option,
- на фиг. 11 приведена конструкция центробежного компрессора, первый вариант,- in Fig. 11 shows the design of a centrifugal compressor, the first option,
- на фиг. 12 приведен фрагмент чертежа рабочего колеса,- in Fig. 12 shows a fragment of the drawing of the impeller,
- на фиг. 13 приведен вид А,- in Fig. 13 shows view A,
- на фиг. 14 приведен чертеж компоновки сектора и подводящего трубопровода, разрез В - В.- in Fig. 14 shows a drawing of the sector layout and the supply pipeline, section B - B.
Перечень обозначений, принятых в описании.List of designations used in the description.
воздухо-воздушный теплообменник 1,air-to-air heat exchanger 1,
второй контур 2,
вход 3,
воздушная полость 4,air cavity 4,
камера сгорания 5,
выход 6,
воздуховод «холодного» воздуха 7,"cold"
отсечной клапан 8,shut-off
внутренняя полость 9,
сопловые лопатки 10,
входная полость 11,
аппарат закрутки 12,
статор 13,
воздушные каналы 14,
рабочее колесо 15,
внутренняя полость 16,
рабочие лопатки 17,working
дефлектор 18,
центробежный компрессор 19,
входная кромка 20,leading
перфорационные отверстия 21,perforation holes 21,
проточная часть турбины 22,
первая полость 23,the
вторая полость 24,
радиальные перегородки 25,
первая часть 26,
вторая часть 27,
воздуховод «горячего» воздуха 28,
отсечной клапан 29,shut-off
дополнительные перегородки 30,
сектора 31,
обтекаемые лопатки 32,
внешнее уплотнение 33,
внутреннее уплотнение 34,
ступица 35,
диск 36,
вал 37,shaft 37,
блок управления 38,control unit 38,
линии связи 39,
замок 40,lock 40,
бандажная полка 41,
уплотнение 42,seal 42,
выходная кромка 43,trailing
выходная щель 44,exit slit 44,
перегородка 45,
передний канал 46,
задний канал 47,
лопасть 48,
входная кромка лопасти 49,the leading edge of the
диффузор 50,
ребра 51,
α0 - угол установки обтекаемых лопаток 32α 0 - angle of installation of
α1 - угол истечения потока охлаждающего воздуха из аппарата закрутки,α 1 - angle of outflow of cooling air from the swirling apparatus,
β0 - угол установки входной кромки лопасти,β 0 - angle of installation of the leading edge of the blade,
Устройство охлаждения рабочей лопатки турбины высокого давления двухконтурного газотурбинного двигателя (фиг. 1…14) содержит последовательно установленные воздухо-воздушный теплообменник 1, размещенный во втором контуре 2, соединенный своим выходом 3 с воздушной полостью 4 камеры сгорания 5 (зона вторичного воздуха камеры сгорания), а выходом 6 - с воздуховодами «холодного» воздуха 7 с отсечными клапанами 8 в них, проходящими через внутренние полости 9 сопловых лопаток 10, входную полость 11, аппарат закрутки 12 статора 13 и воздушные каналы 14 в рабочем колесе 15, соединенные с внутренними полостями 16 рабочих лопаток 17, входящих в состав рабочего колеса 15. На рабочем колесе 15 между его воздушными каналами 14 и аппаратом закрутки 12 статора 13 размещен дефлектор 18 с центробежным компрессором 19. На водных кромках 20 рабочих лопатках 17 выполнены перфорационные отверстия 21 для сообщения с проточной частью турбины 22.The cooling device for the rotor blade of a high-pressure turbine of a two-circuit gas turbine engine (Fig. 1 ... 14) contains a series-installed air-air heat exchanger 1, located in the
Особенностью устройства является то, что (фиг 2) что входная полость 11 разделена на две полости: первую 23 и вторую 24, разделенные радиальными перегородками 25, а аппарат закрутки 12 соответственно - на две части: первую 26 и вторую 27, к входу в первую часть 23 присоединены с воздуховоды «холодного» воздуха 7 с отсечными клапанами 8, а ко второй части 24 подсоединены по несколько воздуховодов «горячего» воздуха 28 с отсечными клапанами 29. К выходу аппарата закрутки 12 присоединен центробежный компрессор 19, размещенный между рабочим колесом 15 и дефлектором 18.A feature of the device is that (Fig. 2) that the
Возможен вариант системы охлаждения (фиг 3) в котором первая полость 23 и вторая полость 24 дополнительными перегородками 30 разделены на равные сектора 31.A variant of the cooling system (FIG. 3) is possible in which the
К входу в сектора 31 первой части 23 присоединены по одному воздуховоду «холодного» воздуха 7 с отсечными клапанами 8, а к входам в сектора 31 второй части 24 подсоединены по одному подводящих трубопроводов «горячего» воздуха 28 с отсечными клапанами 29 (фиг. 3).One “cold”
Аппарат закрутки 12 содержит обтекаемые лопатки 32 и уплотнен внешним и внутренним уплотнениями 33 и 34 (фиг. 1 и 6). К ступице 35 диска 36 присоединен вал 37 (фиг. 6).The
Устройство содержит блок управления 38. Блок управления 38 соединен линиями связи 39 с отсечными клапанами 8 и 29 (фиг. 1).The device contains a control unit 38. The control unit 38 is connected by
На фиг. 8 приведен первый вариант лопатки турбины 17. Она содержит входную кромку 20, перфорационные отверстия 21, бандажную полку 41, внешнее уплотнение 42, выходную кромку 43, выходную щель 44.FIG. 8 shows the first version of a
На фиг. 9 приведен второй вариант лопатки турбины 17. Она дополнительно содержит перегородку 45, а внутреннюю полость 16 разделена перегородкой 45 на передний канал 46 и задний канал 47.FIG. 9 shows the second version of the
На фиг. 10 приведена конструкция центробежного компрессора, первый вариант, центробежный компрессор 19 содержит радиальные лопасти 48.FIG. 10 shows the design of a centrifugal compressor, the first option, the
На фиг. 11 приведена конструкция центробежного компрессора, второй вариант, центробежный компрессор содержит криволинейные лопасти 48.FIG. 11 shows the design of a centrifugal compressor, the second option, the centrifugal compressor contains
На фиг. 12 приведен фрагмент чертежа рабочего колеса 14 оно содержит под дефлектром 16 лопасти 48 входными кромками лопасти 49.FIG. 12 shows a fragment of the drawing of the
На фиг. 13 приведен вид А, видны изогнутые входные кромки лопасти 49 а на фиг. 14 приведен чертеж компоновки сектора и подводящего трубопровода, разрез В-В. Видно, что входные кромки лопастей 49 выполнены под углом α0=β0, где:FIG. 13 is a view A showing the curved leading edges of the
α0 - угол установки обтекаемых лопаток 32 аппарата закрутки 12,α 0 - the angle of installation of the
α1 - угол истечения потока охлаждающего воздуха из аппарата закрутки 12,α 1 - the angle of outflow of the cooling air flow from the
β0 - угол установки входной кромки лопасти 49.β 0 - angle of installation of the leading edge of the
Реализация способа осуществляют следующим образом:The method is implemented as follows:
Подачу охлаждающего воздуха из воздушной полости 4 камеры сгорания 6 на охлаждение рабочих лопаток 17 осуществляют по двум независимым каналам (фиг. 1). По первому каналу охлаждающий воздух отбирают из воздушной полости 4 и транспортируют его во внутреннюю полость 16 рабочей лопатки 17 через последовательно размещенный воздухо-воздушный теплообменник 1, установленный в воздушном тракте второго контура 2, воздуховоды «холодного» воздуха 7 с отсечными клапанами 8 в них, аппарат закрутки 12, центробежный компрессор 18, воздушные каналы 14 в рабочем колесе 15.The supply of cooling air from the air cavity 4 of the
По второму каналу охлаждающий воздух отбирают из воздушной полости 4 и по воздуховодам «горячего» воздуха транспортируют его во внутреннюю полость 9 рабочей лопатки 17 через последовательно размещенные отсечные клапаны 29, аппарат закрутки 12, центробежный компрессор и воздушные каналы 14 в рабочем колесе 17.Through the second channel, the cooling air is taken from the air cavity 4 and transported through the “hot” air ducts to the
Из воздушных каналов 14 воздух через перфорационные отверстия 21 во входной кромке 20 поступает в проточную часть турбины 22, осуществляя пленочное охлаждение стенки рабочей лопатки 17 в зоне ее входной кромки 20, которое может обеспечить надежную работу этой зоны при очень высоких температурах газа. Для уменьшения потерь давления охлаждающего воздуха в полости за аппаратом закрутки 12 ее, с одной стороны, отделяют от полости на входе в компрессор 19 рабочего колеса 15 внешним уплотнением 33 и внутренним уплотнением 34.From the
Расход охлаждающего воздуха, поступающего во внутренние полости 16, уменьшают по мере дросселирования режима работы двигателя с помощью отсечных клапанов 8 и 29. Имеется возможность регулирования расхода охлаждающего воздуха, поступающего и в полость первую и вторую полости 23 и 24 внутренней полости 16 рабочей лопатки 17, если она разделена перегородкой 25.The flow rate of the cooling air entering the
На максимальных режимах работы двигателя все отсечные клапаны 8 и 19 открыты.At maximum engine operating conditions, all shut-off
При снижении оборотов двигателя и температуры газа перед турбиной уменьшают расход охлаждающего воздуха путем закрытия отсечных клапанов 8 и 29. Таким образом, расход охлаждающего воздуха во внутренние полости 16 лопаток 17 падает, а увеличивается в тракте камеры сгорания 5, тем самым, увеличивая массу рабочего тела в турбине. Для сохранения режима работы двигателя снижают подачу топлива в камеру сгорания 5, что снижает температуру газа перед турбиной и уменьшает удельный расход топлива двигателя, т.е. улучшает экономичность.With a decrease in engine speed and gas temperature in front of the turbine, the consumption of cooling air is reduced by closing the shut-off
Применение отсечных клапанов 8 и 29 для каждого сектора 31, обслуживающего 3…7 обтекаемых лопаток 32 аппарата закрутки 12 позволяет поддерживать на выходе из аппарата закрутки 12 оптимальные скорости и направления движения потока охлаждающего воздуха на всех режимах работы двигателя.The use of shut-off
Диффузор 50 и ребра 51 (фиг. 14) в системе охлаждения уменьшают потери от внезапного расширения воздуха при входе в во входную полость 11 и повышают давление охлаждающего воздуха, поступающего во внутренние полости рабочей лопатки 17, или в передние и задние каналы 46 и 47, при наличии перегородок 45 в рабочих лопатках 17, а значит улучшить охлаждение рабочих лопаток 17.
Применение для каждого сектора 31 своего отсечного клапана позволяет на пониженных режимах работы двигателя уменьшить в 2…4 раза расход охлаждающего воздуха, без снижения его давления и без изменения треугольников скоростей истечения охлаждающего воздуха из аппарата закрутки 12 (фиг. 14).The use for each
U - скорость вращения диска,U - disk rotation speed,
V - общая скорость истечения охлаждающего воздуха,V is the total speed of the cooling air flow,
V0 - осевая составляющая скорости истечения воздуха,V 0 - axial component of the air outflow velocity,
Vu - окружная составляющая скорости истечения воздуха,V u - the circumferential component of the air outflow velocity,
α0 - угол установки обтекаемых лопаток 32 аппарата закрутки 12,α 0 - the angle of installation of the
α1 - угол истечения потока охлаждающего воздуха из аппарата закрутки 12,α 1 - the angle of outflow of the cooling air flow from the
β0 - угол установки входной кромки лопасти 49.β 0 - angle of installation of the leading edge of the
Учитывая, что приблизительно:Considering that approximately:
α1=α0,α 1 = α 0 ,
предложено на максимальном режиме работы двигателя обеспечить равенство углов:it is proposed to ensure equality of angles at maximum engine operation:
α1=β0,α 1 = β 0 ,
где: α1 - угол истечения потока охлаждающего воздуха из аппарата закрутки,where: α 1 - angle of outflow of cooling air from the swirling apparatus,
β0 - угол установки входной кромки лопасти, а на других режимах обеспечить максимально близкие значения углов α1 и β0. Это обеспечит безударный вход охлаждающего воздуха центробежный компрессор и уменьшит потери давления воздуха в системе охлаждения.β 0 is the angle of installation of the leading edge of the blade, and in other modes provide the closest possible values of the angles α 1 and β 0 . This will provide a shock-free intake of cooling air to the centrifugal compressor and reduce air pressure losses in the cooling system.
Таким образом, изобретение позволяет, с одной стороны, обеспечить надежность и заданный ресурс работы двигателя, а, с другой стороны, высокую экономичность в конструкциях высокотемпературных турбин в широком диапазоне регулирования по мощности (оборотам) газотурбинного двигателя.Thus, the invention allows, on the one hand, to ensure the reliability and specified service life of the engine, and, on the other hand, high efficiency in the designs of high-temperature turbines in a wide range of power (revolutions) control of the gas turbine engine.
Особенно это актуально для современных высокотемпературных судовых и авиационных двигателей.This is especially true for modern high-temperature marine and aircraft engines.
Claims (10)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020111993A RU2733682C1 (en) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | Cooling method of working blades of turbine of double-flow gas turbine engine and device for its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020111993A RU2733682C1 (en) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | Cooling method of working blades of turbine of double-flow gas turbine engine and device for its implementation |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2733682C1 true RU2733682C1 (en) | 2020-10-06 |
Family
ID=72927104
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020111993A RU2733682C1 (en) | 2020-03-23 | 2020-03-23 | Cooling method of working blades of turbine of double-flow gas turbine engine and device for its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2733682C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115949507A (en) * | 2023-03-09 | 2023-04-11 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | Core machine with air-air heat exchanger and single air source for air supply |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5402636A (en) * | 1993-12-06 | 1995-04-04 | United Technologies Corporation | Anti-contamination thrust balancing system for gas turbine engines |
RU2159335C1 (en) * | 1999-04-28 | 2000-11-20 | Открытое акционерное общество "А.Люлька-Сатурн" | Method of cooling turbine wheel rotor of multimode turbojet engine |
RU2196239C2 (en) * | 2001-04-05 | 2003-01-10 | Открытое акционерное общество "А.Люлька-Сатурн" | Turbojet engine turbine cooling system |
RU2224893C2 (en) * | 2002-04-22 | 2004-02-27 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Gas-turbine engine |
US7244104B2 (en) * | 2005-05-31 | 2007-07-17 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Deflectors for controlling entry of fluid leakage into the working fluid flowpath of a gas turbine engine |
-
2020
- 2020-03-23 RU RU2020111993A patent/RU2733682C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5402636A (en) * | 1993-12-06 | 1995-04-04 | United Technologies Corporation | Anti-contamination thrust balancing system for gas turbine engines |
RU2159335C1 (en) * | 1999-04-28 | 2000-11-20 | Открытое акционерное общество "А.Люлька-Сатурн" | Method of cooling turbine wheel rotor of multimode turbojet engine |
RU2196239C2 (en) * | 2001-04-05 | 2003-01-10 | Открытое акционерное общество "А.Люлька-Сатурн" | Turbojet engine turbine cooling system |
RU2224893C2 (en) * | 2002-04-22 | 2004-02-27 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Gas-turbine engine |
US7244104B2 (en) * | 2005-05-31 | 2007-07-17 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Deflectors for controlling entry of fluid leakage into the working fluid flowpath of a gas turbine engine |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115949507A (en) * | 2023-03-09 | 2023-04-11 | 中国航发四川燃气涡轮研究院 | Core machine with air-air heat exchanger and single air source for air supply |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5279400B2 (en) | Turbomachine diffuser | |
US20170248155A1 (en) | Centrifugal compressor diffuser passage boundary layer control | |
KR100456491B1 (en) | Fixed vane assembly of a gas turbine engine | |
US10113486B2 (en) | Method and system for modulated turbine cooling | |
US20160245180A1 (en) | Gas-turbine engine with oil cooler in the engine cowling | |
US10760426B2 (en) | Turbine engine with variable effective throat | |
US10598191B2 (en) | Vane for turbomachinery, such as an aircraft turbojet or turbofan engine or an aircraft turboprop engine | |
JP2005506484A (en) | Blade cooling scoop for high pressure turbine | |
US20170175628A1 (en) | Method and system for inlet guide vane heating | |
RU2733681C1 (en) | Cooling method of working blades of turbine of double-flow gas turbine engine and device for its implementation | |
RU2459967C1 (en) | Double-flow gas turbine engine | |
RU2733682C1 (en) | Cooling method of working blades of turbine of double-flow gas turbine engine and device for its implementation | |
CN115053050A (en) | Turbine with device for cooling and supercharging turbine | |
US10947859B2 (en) | Clearance control arrangement | |
US10738703B2 (en) | Intercooled cooling air with combined features | |
US20180347391A1 (en) | Clearance control arrangement | |
RU2735040C1 (en) | Gas transfer unit | |
RU2732653C1 (en) | Method of cooling and regulating radial clearances of turbine of double-flow gas turbine engine and device for implementation thereof | |
RU2738523C1 (en) | Control method of radial clearances of turbine of double-flow gas turbine engine and device for implementation thereof | |
US10900370B2 (en) | Gas turbine engine offtake | |
RU2731781C1 (en) | Method of cooling and regulating radial clearances of turbine of double-flow gas turbine engine and device for its implementation | |
US11698024B1 (en) | System and method of anti-icing inlet guide vanes | |
US11952950B2 (en) | Axial turbine engine, and rectifier stage with variable orientation vanes for an axial turbine engine | |
US11702951B1 (en) | Passive cooling system for tip clearance optimization | |
US11092014B1 (en) | Full hoop blade track with internal cooling channel |