RU2764565C1 - Damper seal of the gas turbine impeller - Google Patents

Damper seal of the gas turbine impeller Download PDF

Info

Publication number
RU2764565C1
RU2764565C1 RU2021105844A RU2021105844A RU2764565C1 RU 2764565 C1 RU2764565 C1 RU 2764565C1 RU 2021105844 A RU2021105844 A RU 2021105844A RU 2021105844 A RU2021105844 A RU 2021105844A RU 2764565 C1 RU2764565 C1 RU 2764565C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
damper seal
contact surface
disk
impeller
protrusion
Prior art date
Application number
RU2021105844A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Андреевич Ермаков
Макар Сергеевич Куликов
Виктор Владимирович Барудкин
Original Assignee
Акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (АО "Силовые машины")
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 Акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (АО "Силовые машины") filed Critical Акционерное общество "Силовые машины - ЗТЛ, ЛМЗ, Электросила, Энергомашэкспорт" (АО "Силовые машины")
Priority to RU2021105844A priority Critical patent/RU2764565C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2764565C1 publication Critical patent/RU2764565C1/en

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D11/00—Preventing or minimising internal leakage of working-fluid, e.g. between stages
    • F01D11/005—Sealing means between non relatively rotating elements
    • F01D11/006—Sealing the gap between rotor blades or blades and rotor
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12—Blades
    • F01D5/26—Antivibration means not restricted to blade form or construction or to blade-to-blade connections or to the use of particular materials

Landscapes

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

Abstract

FIELD: power plant engineering.
SUBSTANCE: invention relates to the field of power plant engineering, specifically turbine engineering, in particular to the design of impellers of cooled stages of gas turbines. The damper seal of the gas turbine impeller is tightly placed in the cavity between the shelves of the adjacent working blades and the protrusion of the impeller disk and divides the specified cavity into side channels. The damper seal has a contact surface facing the surfaces of the working blade shelves and a non-contact surface adjacent to the surface of the disk protrusion. The non-contact surface is provided with a fixing protrusion dividing the specified surface into two parts, while a transverse groove is made on each of the parts of the non-contact surface adjacent to the fixing protrusion and connecting the side channels.
EFFECT: increase in the cooling efficiency of the damper seal and the impeller disk, a decrease in the temperature level of the disk, a decrease in the consumption of cooling air supplied to the impeller of the gas turbine, an increase in the efficiency of damping the vibrations of the working blades, which together provides an increase in efficiency and higher reliability of the gas turbine.
3 cl, 6 dwg

Description

Предлагаемое техническое решение относится к области энергомашиностроения, конкретно турбостроения, в частности к конструкции рабочих колес охлаждаемых ступеней газовых турбин.The proposed technical solution relates to the field of power engineering, specifically turbine construction, in particular to the design of the impellers of the cooled stages of gas turbines.

Современные газовые турбины характеризуются высоким уровнем температуры рабочего тела перед вращающимися лопаточными венцами, что приводит к необходимости охлаждения основных деталей - рабочих лопаток и дисков рабочих колес. Воздух высокого давления используется для охлаждения внутренней полости рабочей лопатки, а также для охлаждения соединения рабочей лопатки и диска. Чем лучше охлаждается зона соединения лопаток с диском, тем меньше рабочая температура диска, что позволяет изготавливать эту массивную и дорогую деталь из более дешевых материалов. Для обеспечения свободы тепловых расширений хвостовики соседних лопаток устанавливаются с боковыми зазорами друг к другу. Через эти зазоры охлаждающий воздух высокого давления вытекает в проточную часть турбины. Чтобы избежать потери охлаждающего воздуха, необходимо уплотнять зазоры между соседними рабочими лопатками.Modern gas turbines are characterized by a high temperature of the working fluid in front of the rotating blade rims, which leads to the need for cooling of the main parts - rotor blades and impeller disks. High pressure air is used to cool the internal cavity of the working blade, as well as to cool the connection of the working blade and disk. The better the area where the blades are connected to the disk is cooled, the lower the working temperature of the disk, which makes it possible to manufacture this massive and expensive part from cheaper materials. To ensure the freedom of thermal expansion, the roots of adjacent blades are installed with side gaps to each other. Through these gaps, high-pressure cooling air flows into the flow path of the turbine. To avoid loss of cooling air, it is necessary to seal the gaps between adjacent rotor blades.

Дополнительно к высокому уровню температур рабочие лопатки подвержены вибрационным нагрузкам. Известно, что для рабочих лопаток охлаждаемых ступеней газовой турбины практически единственным средством снижения вибрационных напряжений является использование демпферных уплотнений, установленных в хвостовой части. Такое демпферное уплотнение прижимается к ответным поверхностям полок лопаток под действием центробежной силы. Вибрации рабочих лопаток приводят к повышению трения в местах контакта с демпферным уплотнением и рассеиванию энергии колебаний.In addition to high temperatures, the rotor blades are subject to vibration loads. It is known that for the working blades of the cooled stages of a gas turbine, practically the only means of reducing vibration stresses is the use of damper seals installed in the tail section. Such a damper seal is pressed against the mating surfaces of the blade shelves under the action of centrifugal force. The vibrations of the rotor blades lead to an increase in friction at the points of contact with the damper seal and the dissipation of vibration energy.

Таким образом, недостаточная эффективность охлаждения высокотемпературных компонентов и повышенный уровень вибрационных нагрузок приводят к снижению экономичности работы (КПД) и надежности газовых турбин. Следовательно, при проектировании рабочих колес охлаждаемых ступеней необходимо решить указанные выше технические проблемы.Thus, the insufficient cooling efficiency of high-temperature components and the increased level of vibration loads lead to a decrease in the efficiency of operation (EFFICIENCY) and reliability of gas turbines. Therefore, when designing the impellers of the cooled stages, it is necessary to solve the above technical problems.

Известно демпферное уплотнение рабочего колеса газовой турбины (патент US 7021898, F01D 5/22, опубликовано 26.08.2004), которое размещено под полками и между хвостовиками соседних рабочих лопаток. Демпферное уплотнение имеет контактную поверхность, обращенную к поверхностям полок рабочих лопаток, на которой выполнены канавки, наклоненные к продольной оси демпферного уплотнения и расположенные в шахматном порядке относительно друг друга. Способ фиксации и защиты от проворота демпферного уплотнения в рабочем колесе в рассмотренном изобретении не раскрывается. При работе демпферное уплотнение прижимается к поверхностям полок рабочих лопаток под действием центробежных сил и отделяет полость с охлаждающим воздухом от проточной части турбины. При колебаниях рабочих лопаток происходят взаимные виброперемещения полок рабочих лопаток относительно демпферного уплотнения. Трение в контакте приводит к рассеянию энергии колебаний и нагреванию трущихся поверхностей. Для охлаждения охлаждающий воздух из полости под полками протекает через канавки на контактной поверхности демпферного уплотнения и далее попадает в проточную часть. При этом происходит снятие тепла и снижение температуры демпферного уплотнения и полок рабочих лопаток. Очевидно, что эффективность такого охлаждения возрастает при увеличении расхода охлаждающего воздуха и увеличении количества канавок на контактных поверхностях.Known damper seal impeller gas turbine (patent US 7021898, F01D 5/22, published 26.08.2004), which is placed under the shelves and between the shanks of adjacent rotor blades. The damper seal has a contact surface facing the surfaces of the shelves of the working blades, on which grooves are made, inclined to the longitudinal axis of the damper seal and located in a checkerboard pattern relative to each other. The method of fixation and protection against rotation of the damper seal in the impeller in the considered invention is not disclosed. During operation, the damper seal is pressed against the surfaces of the shelves of the working blades under the action of centrifugal forces and separates the cavity with cooling air from the flow path of the turbine. When the rotor blades vibrate, mutual vibration displacements of the rotor blade shelves occur relative to the damper seal. Friction in the contact leads to the dissipation of vibrational energy and heating of the rubbing surfaces. For cooling, the cooling air from the cavity under the shelves flows through the grooves on the contact surface of the damper seal and then enters the flow path. In this case, heat is removed and the temperature of the damper seal and the shelves of the working blades decreases. Obviously, the efficiency of such cooling increases with an increase in the flow rate of cooling air and an increase in the number of grooves on the contact surfaces.

Чем большее количество канавок на контактной поверхности демпферного уплотнения, тем более равномерно оно охлаждается, однако при этом уменьшается взаимная площадь контакта и, следовательно, понижается эффективность демпфирования. Увеличение расхода охлаждающего воздуха, протекающего по канавкам демпферного уплотнения в проточную часть турбины, повышает глубину охлаждения, но приводит к снижению КПД газовой турбины.The greater the number of grooves on the contact surface of the damper seal, the more evenly it cools, however, the mutual contact area decreases and, consequently, the damping efficiency decreases. An increase in the flow rate of cooling air flowing through the grooves of the damper seal into the flow path of the turbine increases the cooling depth, but leads to a decrease in the efficiency of the gas turbine.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому техническому решению по совокупности существенных признаков и выбранным в качестве прототипа, является демпфер сухого трения (Авторское свидетельство СССР №156165, F01D 5/26, заявлено 06.05.1961 г., опубликовано 1963 г.). Демпфер сухого трения (демпферное уплотнение) выполнен в виде самозаклинивающегося тела, плотно размещенного в полости между полками рабочих лопаток и выступом диска. Демпфер имеет контактную поверхность, обращенную к поверхностям полок рабочих лопаток, и неконтактную поверхность, примыкающую к поверхности выступа диска.The closest technical solution to the proposed technical solution in terms of essential features and selected as a prototype is a dry friction damper (USSR Author's certificate No. 156165, F01D 5/26, declared 05/06/1961, published 1963). The dry friction damper (damper seal) is made in the form of a self-wedging body tightly placed in the cavity between the shelves of the working blades and the disk protrusion. The damper has a contact surface facing the surfaces of the shelves of the working blades, and a non-contact surface adjacent to the surface of the disk protrusion.

Плотное размещение демпфера вблизи полок рабочих лопаток и выступа диска обеспечивает однозначное положение демпфера, при котором виброперемещения полок рабочих лопаток относительно хвостовика максимальны и достигается наивысшая эффективность демпфирования колебаний рабочих лопаток, а также способствует уплотнению зазоров между соседними рабочими лопатками. Способ осевой фиксации демпфера в изобретении не раскрывается.The tight placement of the damper near the shelves of the working blades and the protrusion of the disk provides an unambiguous position of the damper, at which the vibration displacement of the shelves of the working blades relative to the shank is maximum and the highest efficiency of damping vibrations of the working blades is achieved, and also contributes to sealing the gaps between adjacent working blades. The method of axial fixation of the damper in the invention is not disclosed.

Однако, при описанном плотном размещении между демпфером и диском остаются чрезвычайно маленькие зазоры, через которые невозможно организовать эффективное охлаждение соединения рабочей лопатки и диска. Полки рабочих лопаток обращены к проточной поверхности и воспринимают тепло горячего газа. Плотная компоновка способствует теплообмену от полок лопаток к демпферу и от демпфера к диску. На охлаждаемых ступенях газовых турбин температура газа настолько высока, что использование данного технического решения приведет к перегреву материала диска.However, with the described dense arrangement, extremely small gaps remain between the damper and the disk, through which it is impossible to organize effective cooling of the connection between the working blade and the disk. The shelves of the working blades are facing the flowing surface and perceive the heat of the hot gas. The tight arrangement promotes heat transfer from the blade shelves to the damper and from the damper to the disc. At the cooled stages of gas turbines, the gas temperature is so high that the use of this technical solution will lead to overheating of the disk material.

Кроме того, при описанном размещении самозаклинивающегося тела демпфирование осуществляется только при колебании лопаток в плоскости вращения рабочего колеса. При синхронном колебании соседних лопаток в направлении продольной оси демпфер имеет возможность двигаться вместе с полками лопаток. Таким образом, описанное устройство не обладает способностью демпфировать продольные колебания.In addition, with the described placement of the self-wedging body, damping is carried out only when the blades oscillate in the plane of rotation of the impeller. With synchronous oscillation of neighboring blades in the direction of the longitudinal axis, the damper has the ability to move together with the shelves of the blades. Thus, the described device does not have the ability to damp longitudinal vibrations.

Технический результат, на достижение которого направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении эффективности охлаждения демпферного уплотнения и диска рабочего колеса, следовательно, в снижении уровня температур диска, уменьшении расхода охлаждающего воздуха, подводимого к рабочему колесу газовой турбины, а также в повышении эффективности демпфирования колебаний рабочих лопаток, что в совокупности обеспечивает увеличение КПД и повышение надежности газовой турбины.The technical result, to which the claimed invention is directed, is to increase the efficiency of cooling of the damper seal and the impeller disk, therefore, to reduce the temperature level of the disk, to reduce the flow rate of cooling air supplied to the gas turbine impeller, as well as to increase the efficiency of damping vibrations of the working blades, which together provide an increase in efficiency and increase the reliability of the gas turbine.

Для достижения указанного выше технического результата демпферное уплотнение рабочего колеса газовой турбины плотно размещено в полости между полками соседних рабочих лопаток и выступом диска рабочего колеса, и имеет контактную поверхность, обращенную к поверхностям полок рабочих лопаток, и неконтактную поверхность, примыкающую к поверхности выступа диска.To achieve the above technical result, the gas turbine impeller damper seal is tightly placed in the cavity between the shelves of adjacent rotor blades and the protrusion of the impeller disk, and has a contact surface facing the surfaces of the shelves of the rotor blades, and a non-contact surface adjacent to the surface of the disk protrusion.

При этом, согласно заявляемому изобретению, демпферное уплотнение разделяет указанную полость на боковые каналы, неконтактная поверхность снабжена фиксирующим выступом, разделяющим указанную поверхность на две части. На каждой из частей неконтактной поверхности выполнена поперечная канавка, примыкающая к фиксирующему выступу и соединяющая боковые каналы.At the same time, according to the claimed invention, the damper seal divides the specified cavity into side channels, the non-contact surface is provided with a fixing protrusion dividing the specified surface into two parts. Each part of the non-contact surface has a transverse groove adjoining the fixing ledge and connecting the side channels.

Формирование боковых каналов за счет разделения демпферным уплотнением полости между полками соседних рабочих лопаток и выступом диска, позволяет охлаждающему воздуху в минимальном количестве протекать вдоль продольной оси демпферного уплотнения, полок рабочих лопаток и выступа диска, что способствует повышению эффективности охлаждения.The formation of side channels due to the separation of the cavity between the shelves of adjacent rotor blades and the disk protrusion by the damper seal allows the cooling air to flow in a minimum amount along the longitudinal axis of the damper seal, the shelves of the rotor blades and the disk protrusion, which contributes to an increase in cooling efficiency.

Снабжение неконтактной поверхности демпферного уплотнения фиксирующим выступом, разделяющим указанную поверхность на две части, позволяет зафиксировать демпферное уплотнение в осевом направлении относительно выступа диска и уплотняет зазор между неконтактной поверхностью демпферного уплотнения и поверхностью диска так, что воздух может протекать вдоль оси демпферного уплотнения только по боковым каналам, тем самым, повышая эффективность охлаждения.Providing the non-contact surface of the damper seal with a locking protrusion dividing the said surface into two parts makes it possible to fix the damper seal in the axial direction relative to the protrusion of the disk and seals the gap between the non-contact surface of the damper seal and the disc surface so that air can flow along the axis of the damper seal only through the side channels thereby increasing the cooling efficiency.

Эффективное демпфирование колебаний в плоскости вращения рабочего колеса обеспечивается плотным размещением демпферного уплотнения в полости между полками соседних рабочих лопаток и выступом диска рабочего колеса. Наличие фиксирующего выступа способствует демпфированию продольных колебаний рабочих лопаток.Effective damping of vibrations in the plane of rotation of the impeller is ensured by dense placement of the damper seal in the cavity between the shelves of adjacent rotor blades and the protrusion of the impeller disk. The presence of the locking protrusion contributes to the damping of the longitudinal vibrations of the rotor blades.

Выполнение на каждой из частей неконтактной поверхности поперечной канавки, примыкающей к фиксирующему выступу и соединяющей боковые каналы, позволяет образовать вокруг фиксирующего выступа замкнутый канал для циркуляции охлаждающего воздуха. Следовательно, указанный канал обладает по отношению к воздуху турбулизирующим эффектом, благодаря чему увеличивается интенсивность теплообмена между воздухом и демпферным уплотнением, а также между воздухом и выступом диска с уменьшением теплоотдачи в диск, что способствует снижению уровня температуры материала демпферного уплотнения и диска рабочего колеса.The execution on each of the parts of the non-contact surface of the transverse groove adjacent to the locking ledge and connecting the side channels, allows you to form around the locking ledge a closed channel for the circulation of cooling air. Therefore, this channel has a turbulent effect with respect to the air, due to which the intensity of heat exchange between the air and the damper seal increases, as well as between the air and the protrusion of the disk with a decrease in heat transfer to the disk, which helps to reduce the temperature level of the material of the damper seal and the impeller disk.

С целью дополнительного повышения эффективности охлаждения демпферного уплотнения и диска рабочего колеса на каждой из частей неконтактной поверхности выполнена по меньшей мере одна продольная канавка, соединяющая торцы демпферного уплотнения и поперечную канавку. Такое выполнение дополнительно увеличивает поверхность теплоотдачи, что способствует выравниванию поля температуры материала демпферного уплотнения и диска рабочего колеса. При изготовлении продольной канавки предусмотрен выход инструмента в поперечную канавку, примыкающую к фиксирующему выступу.In order to further increase the cooling efficiency of the damper seal and the impeller disk, each part of the non-contact surface has at least one longitudinal groove connecting the ends of the damper seal and the transverse groove. This design additionally increases the heat transfer surface, which helps to equalize the temperature field of the damper seal material and the impeller disk. When making a longitudinal groove, the tool exits into a transverse groove adjacent to the locking ledge.

С целью дополнительного повышения эффективности охлаждения демпферного уплотнения и диска рабочего колеса на каждой из частей неконтактной поверхности выполнена по меньшей мере одна поперечная канавка, параллельно поперечной канавке, примыкающей к фиксирующему выступу, и соединяющая боковые каналы. Таким образом, образуется система продольных и поперечных канавок, в которой охлаждающий воздух подвергается дополнительной циркуляции. Благодаря этому, турбулизирующий эффект такой системы канавок удается распространить на большую часть демпферного уплотнения, что способствует дополнительному выравниванию и снижению уровня температуры материала демпферного уплотнения и диска рабочего колеса.In order to further increase the cooling efficiency of the damper seal and the impeller disk, at least one transverse groove is made on each part of the non-contact surface, parallel to the transverse groove adjacent to the locking ledge and connecting the side channels. Thus, a system of longitudinal and transverse grooves is formed, in which the cooling air is subjected to additional circulation. As a result, the turbulent effect of this groove system can be extended to a large part of the damper seal, which further equalizes and lowers the temperature level of the damper seal material and the impeller disc.

Необходимо заметить, что при любом расположении канавок, указанном выше, расход охлаждающего воздуха не изменяется, поскольку он определяется поперечным сечением боковых каналов.It should be noted that with any arrangement of the grooves indicated above, the flow of cooling air does not change, since it is determined by the cross-section of the side channels.

Проведенные авторами расчетные исследования подтверждают оптимальность выбранного расположения продольных и поперечных канавок на неконтактной поверхности демпферного уплотнения для достижения заявляемого технического результата.The computational studies carried out by the authors confirm the optimality of the chosen location of the longitudinal and transverse grooves on the non-contact surface of the damper seal to achieve the claimed technical result.

Предлагаемая конструкция демпферного уплотнения рабочего колеса газовой турбины в раскрытой выше совокупности существенных признаков позволяет обеспечить повышение эффективности охлаждения демпферного уплотнения и диска рабочего колеса, повысить эффективность демпфирования колебаний рабочих лопаток, что приводит к увеличению КПД и повышению надежности газовой турбины.The proposed design of the damper seal of the impeller of a gas turbine in the set of essential features disclosed above makes it possible to increase the efficiency of cooling of the damper seal and the disk of the impeller, to increase the efficiency of damping vibrations of the rotor blades, which leads to an increase in efficiency and an increase in the reliability of the gas turbine.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется графическими материалами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by graphic materials.

На фиг. 1 представлен фрагмент периферийной части рабочего колеса охлаждаемой ступени газовой турбины с двумя соседними рабочими лопатками и демпферным уплотнением; на фиг. 2 - разрез А-А с выносным элементом К, на котором в увеличенном масштабе показана часть демпферного уплотнения; на фиг. 3 - вид Б на неконтактные поверхности демпферного уплотнения; на фиг. 4 - демпферное уплотнение с продольной канавкой на неконтактных поверхностях (вид Б); на фиг. 5 - демпферное уплотнение с несколькими поперечными канавками на неконтактных поверхностях (вид Б); на фиг. 6 - демпферное уплотнение как с продольной канавкой, так и с несколькими поперечными канавками на неконтактных поверхностях (вид Б).In FIG. 1 shows a fragment of the peripheral part of the impeller of the cooled stage of a gas turbine with two adjacent rotor blades and a damper seal; in fig. 2 - section A-A with a remote element K, which shows a part of the damper seal on an enlarged scale; in fig. 3 - view B on the non-contact surfaces of the damper seal; in fig. 4 - damper seal with a longitudinal groove on non-contact surfaces (view B); in fig. 5 - damper seal with several transverse grooves on non-contact surfaces (view B); in fig. 6 - damper seal with both a longitudinal groove and several transverse grooves on non-contact surfaces (view B).

Рабочие лопатки 1 равномерно распределены на периферии диска 2. Каждая из рабочих лопаток 1 содержит профильную часть 3, полку 4 и хвостовик 5. Между хвостовиками 5 соседних рабочих лопаток 1 расположен выступ 6 диска 2. Полки 4 рабочих лопаток 1 имеют поверхности 7, наклоненные к радиальному направлению. В полости между поверхностями 7 полок 4 двух соседних рабочих лопаток 1 и выступом 6 диска 2 плотно размещено демпферное уплотнение 8, которое разделяет указанную полость на боковые каналы 9 и герметизирует зазор 10 между полками 4 двух соседних рабочих лопаток 1. Контактная поверхность 11 демпферного уплотнения 8 обращена к поверхностям 7 полок 4. Форма контактной поверхности 11 может представлять собой клин с участками плоских граней, наклоненных под соответствующими углами к радиальному направлению, либо иметь криволинейную форму - цилиндр, эллипс и тому подобное. Выбор формы контактной поверхности 11 демпферного уплотнения 8 является компромиссом между качеством демпфирования и условиями теплообмена и не является сутью изобретения. В конкретном примере выполнения демпферное уплотнение 8 имеет цилиндрическую форму контактной поверхности 11. Неконтактная поверхность 12 демпферного уплотнения 8 обращена к выступу 6 и образует с ним минимальный зазор, необходимый для монтажа. Неконтактная поверхность 12 снабжена фиксирующим выступом 13, который помещается в проточку 14, выполненную в средней части выступа 6 диска 2. Фиксирующий выступ 13 разделяет поверхность 12 на две, в общем случае неравные, части 12' и 12". Ширина фиксирующего выступа 13 определяется по результатам тепловых и прочностных расчетов, при этом минимальное значение соответствует минимальной ширине проточки 14 и связано с технологическими ограничениями на изготовление последней.The working blades 1 are evenly distributed on the periphery of the disk 2. Each of the working blades 1 contains a profile part 3, a shelf 4 and a shank 5. A protrusion 6 of the disk 2 is located between the shanks 5 of adjacent working blades 1. The shelves 4 of the working blades 1 have surfaces 7 inclined towards radial direction. In the cavity between the surfaces 7 of the shelves 4 of two adjacent rotor blades 1 and the protrusion 6 of the disc 2, a damper seal 8 is tightly placed, which divides the specified cavity into side channels 9 and seals the gap 10 between the shelves 4 of two adjacent rotor blades 1. The contact surface 11 of the damper seal 8 faces the surfaces 7 of the shelves 4. The shape of the contact surface 11 can be a wedge with sections of flat faces inclined at appropriate angles to the radial direction, or have a curved shape - a cylinder, an ellipse, and the like. The choice of the shape of the contact surface 11 of the damper seal 8 is a compromise between damping quality and heat transfer conditions and is not the essence of the invention. In a particular embodiment, the damper seal 8 has a cylindrical contact surface 11. The non-contact surface 12 of the damper seal 8 faces the protrusion 6 and forms with it the minimum clearance required for mounting. The non-contact surface 12 is provided with a locking protrusion 13, which is placed in the groove 14 made in the middle part of the protrusion 6 of the disc 2. The locking protrusion 13 divides the surface 12 into two, generally unequal, parts 12' and 12". The width of the locking protrusion 13 is determined by the results of thermal and strength calculations, while the minimum value corresponds to the minimum width of the groove 14 and is associated with technological restrictions on the manufacture of the latter.

На каждой из поверхностей 12' и 12" выполнена поперечная канавка 15, примыкающая к фиксирующему выступу 13 и соединяющая боковые каналы 9 (фиг. 3).On each of the surfaces 12' and 12" a transverse groove 15 is made, adjacent to the locking ledge 13 and connecting the side channels 9 (Fig. 3).

Для более эффективного охлаждения на каждой из поверхностей 12' и 12" может быть выполнена по меньшей мере одна продольная канавка 16, соединяющая торцы 17 демпферного уплотнения 8 и поперечную канавку 15, примыкающую к фиксирующему выступу 13 (фиг. 4). Продольные канавки 16 могут располагаться поодиночке или рядами. Количество продольных канавок 16 определяется по результатам теплогидравлических расчетов и может быть ограничено технологическими возможностями. В конкретном примере на фиг. 4 показано выполнение одной продольной канавки 16 на каждой из поверхностей 12' и 12".For more efficient cooling, at least one longitudinal groove 16 can be made on each of the surfaces 12' and 12" connecting the ends 17 of the damper seal 8 and the transverse groove 15 adjacent to the locking ledge 13 (Fig. 4). The longitudinal grooves 16 can located singly or in rows. The number of longitudinal grooves 16 is determined by the results of thermal-hydraulic calculations and may be limited by technological capabilities. In a specific example, Fig. 4 shows the implementation of one longitudinal groove 16 on each of the surfaces 12' and 12".

Для более эффективного охлаждения на каждой из поверхностей 12' и 12" неконтактной поверхности 12 может быть выполнена по меньшей мере одна поперечная канавка 18 (фиг. 5), параллельно поперечной канавке 15, примыкающей к фиксирующему выступу 13, и соединяющая боковые каналы 9. Поперечные канавки 18 могут располагаться поодиночке или рядами. Количество поперечных канавок 18 определяется по результатам теплогидравлических расчетов и может быть ограничено технологическими возможностями. В конкретном примере на фиг. 5 показано выполнение двух поперечных канавок 18 на каждой из поверхностей 12' и 12".For more efficient cooling on each of the surfaces 12' and 12" of the non-contact surface 12, at least one transverse groove 18 (Fig. 5) can be made parallel to the transverse groove 15 adjacent to the locking ledge 13 and connecting the side channels 9. the grooves 18 may be arranged singly or in rows. The number of transverse grooves 18 is determined by the results of thermohydraulic calculations and may be limited by technological capabilities. In a specific example, Fig. 5 shows the implementation of two transverse grooves 18 on each of the surfaces 12' and 12".

На фиг. 6 показано выполнение на каждой из поверхностей 12' и 12" одной продольной канавки 16 и пяти поперечных канавок 18, расположенных параллельно поперечной канавке 15.In FIG. 6 shows the execution on each of the surfaces 12' and 12" of one longitudinal groove 16 and five transverse grooves 18, located parallel to the transverse groove 15.

Предлагаемая конструкция работает следующим образом.The proposed design works as follows.

При вращении рабочего колеса турбины демпферное уплотнение 8 под воздействием центробежных сил прижимается своими контактными поверхностями 11 к поверхностям 7 полок 4 рабочих лопаток 1. Тем самым обеспечивается герметизация зазоров 10 между полками 4 соседних рабочих лопаток 1. При колебаниях рабочих лопаток 1 в плоскости вращения рабочего колеса поверхности 7 полок 4 совершают взаимные виброперемещения относительно контактных поверхностей 11 демпферного уплотнения 8. При продольных колебаниях рабочих лопаток 1 демпферное уплотнение 8 остается зафиксированным в осевом направлении за счет плотного контакта фиксирующего выступа 13 с проточкой 14 диска 2, что также приводит к взаимным продольным виброперемещениям поверхности 7 и контактных поверхностей 11. Совершаемая при этом работа сил трения способствует эффективному демпфированию колебаний рабочих лопаток 1.When the turbine impeller rotates, the damper seal 8 under the influence of centrifugal forces is pressed by its contact surfaces 11 to the surfaces 7 of the shelves 4 of the rotor blades 1. This ensures the sealing of the gaps 10 between the shelves 4 of adjacent rotor blades 1. When the rotor blades 1 vibrate in the plane of rotation of the impeller the surfaces 7 of the shelves 4 perform mutual vibration movements relative to the contact surfaces 11 of the damper seal 8. With longitudinal vibrations of the working blades 1, the damper seal 8 remains fixed in the axial direction due to the tight contact of the locking protrusion 13 with the groove 14 of the disk 2, which also leads to mutual longitudinal vibrational movements of the surface 7 and contact surfaces 11. The work of friction forces performed in this case contributes to the effective damping of oscillations of the rotor blades 1.

Поверхность 12 демпферного уплотнения образует с выступом диска 6 зазор, малая величина которого не позволяет провернуться демпферному уплотнению вокруг своей продольной оси.The surface 12 of the damper seal forms a gap with the protrusion of the disk 6, the small size of which does not allow the damper seal to rotate around its longitudinal axis.

Полки 4 рабочих лопаток 1 взаимодействуют с потоком горячего газа, протекающего со стороны профильной части 3. Демпферное уплотнение 8 воспринимает тепло от горячих полок 4 и тепло, возникающее в результате трения при колебаниях рабочих лопаток 1. Для предотвращения проникновения теплоты далее внутрь рабочего колеса газовой турбины охлаждающий воздух направляется в боковые каналы 9 между хвостовиками 5 рабочих лопаток 1, демпферным уплотнением 8 и выступом 6 диска 2.The shelves 4 of the working blades 1 interact with the flow of hot gas flowing from the side of the profile part 3. The damper seal 8 receives heat from the hot shelves 4 and the heat resulting from friction during vibrations of the working blades 1. To prevent the penetration of heat further into the gas turbine impeller the cooling air is directed to the side channels 9 between the shanks 5 of the working blades 1, the damper seal 8 and the protrusion 6 of the disc 2.

Как показано на фиг. 3, охлаждающий воздух протекает по боковым каналам 9, циркулирует вокруг фиксирующего выступа 13 через поперечные канавки 15 и боковые каналы 9. Таким образом обеспечивается интенсификация теплосъема с поверхности демпферного уплотнения 8 и диска 2.As shown in FIG. 3, the cooling air flows through the side channels 9, circulates around the fixing protrusion 13 through the transverse grooves 15 and the side channels 9. This ensures the intensification of heat removal from the surface of the damper seal 8 and disk 2.

Как показано на фиг. 4, охлаждающий воздух может дополнительно протекать через продольную канавку 16, благодаря чему происходит дополнительный теплосъем с поверхности 12 демпферного уплотнения 8 и диска 2.As shown in FIG. 4, cooling air can additionally flow through the longitudinal groove 16, due to which additional heat is removed from the surface 12 of the damper seal 8 and disk 2.

Как показано на фиг. 5, на пути охлаждающего воздуха появляются несколько поперечных канавок 18, в которых воздух совершает множественные повороты, при этом площадь омываемой поверхности и интенсификация теплосъема увеличиваются, что благоприятно влияет на увеличение эффективности охлаждения.As shown in FIG. 5, several transverse grooves 18 appear in the path of the cooling air, in which the air makes multiple turns, while the area of the washed surface and the intensification of heat removal increase, which favorably affects the increase in cooling efficiency.

Как показано на фиг. 6, охлаждающий воздух может протекать через систему продольных канавок 16 и поперечных канавок 18, при этом площадь омываемой поверхности и интенсификация теплосъема увеличиваются, что благоприятно влияет на увеличение эффективности охлаждения.As shown in FIG. 6, the cooling air can flow through the system of longitudinal grooves 16 and transverse grooves 18, while the area of the washed surface and the enhancement of heat removal increase, which favorably affects the increase in cooling efficiency.

Благодаря увеличенной эффективности охлаждения уменьшается количество теплоты, передаваемое через полки 4 рабочих лопаток 1 и демпферное уплотнение 8 в выступ 6 диска 2, снижается температура диска 2, что позволяет обеспечить работоспособность диска 2 и возможность его изготовления из более дешевых материалов.Due to the increased cooling efficiency, the amount of heat transferred through the shelves 4 of the rotor blades 1 and the damper seal 8 to the protrusion 6 of the disk 2 decreases, the temperature of the disk 2 decreases, which makes it possible to ensure the operability of the disk 2 and the possibility of its manufacture from cheaper materials.

Как показали результаты расчетных исследований, проведенных авторами, выполнение согласно предлагаемому техническому решению в совокупности существенных признаков (по первому, независимому, пункту формулы) обеспечивает повышение эффективности охлаждения с повышением местного коэффициента интенсивности охлаждения на величину до 4% и снижение температуры материала демпферного уплотнения и диска рабочего колеса на 30-50°С, при этом применение в конструкции рабочего колеса газовой турбины полного объема приведенных признаков обеспечивает повышение эффективности охлаждения с повышением коэффициента на величину до 10%.As shown by the results of computational studies conducted by the authors, the implementation according to the proposed technical solution in the aggregate of essential features (according to the first, independent, claim) provides an increase in cooling efficiency with an increase in the local cooling intensity factor by up to 4% and a decrease in the temperature of the material of the damper seal and disk the impeller by 30-50°C, while the use in the design of the gas turbine impeller of the full volume of the above features provides an increase in cooling efficiency with an increase in the coefficient by up to 10%.

По независимому пункту формулы применение данного решения обеспечивает прирост КПД газовой турбины на величину до 0,15%.According to an independent claim, the application of this solution provides an increase in the efficiency of the gas turbine by up to 0.15%.

Claims (3)

1. Демпферное уплотнение рабочего колеса газовой турбины, плотно размещенное в полости между полками соседних рабочих лопаток и выступом диска рабочего колеса, имеющее контактную поверхность, обращенную к поверхностям полок рабочих лопаток, и неконтактную поверхность, примыкающую к поверхности выступа диска, отличающееся тем, что демпферное уплотнение разделяет указанную полость на боковые каналы, неконтактная поверхность снабжена фиксирующим выступом, разделяющим указанную поверхность на две части, при этом на каждой из частей неконтактной поверхности выполнена поперечная канавка, примыкающая к фиксирующему выступу и соединяющая боковые каналы.1. The damper seal of the impeller of a gas turbine, tightly placed in the cavity between the shelves of adjacent rotor blades and the protrusion of the impeller disk, having a contact surface facing the surfaces of the shelves of the rotor blades, and a non-contact surface adjacent to the surface of the protrusion of the disk, characterized in that the damper the seal divides said cavity into side channels, the non-contact surface is provided with a locking protrusion dividing said surface into two parts, while each of the parts of the non-contact surface has a transverse groove adjacent to the locking protrusion and connecting the side channels. 2. Демпферное уплотнение по п. 1, отличающееся тем, что на каждой из частей неконтактной поверхности выполнена по меньшей мере одна продольная канавка, соединяющая торцы демпферного уплотнения и поперечную канавку, примыкающую к фиксирующему выступу.2. The damper seal according to claim 1, characterized in that each part of the non-contact surface has at least one longitudinal groove connecting the ends of the damper seal and a transverse groove adjacent to the locking ledge. 3. Демпферное уплотнение по п. 1 или 2, отличающееся тем, что на каждой из частей неконтактной поверхности выполнена по меньшей мере одна поперечная канавка, параллельно поперечной канавке, примыкающей к фиксирующему выступу, и соединяющая боковые каналы.3. A damper seal according to claim 1 or 2, characterized in that at least one transverse groove is made on each part of the non-contact surface, parallel to the transverse groove adjacent to the locking ledge, and connecting the side channels.
RU2021105844A 2021-03-05 2021-03-05 Damper seal of the gas turbine impeller RU2764565C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105844A RU2764565C1 (en) 2021-03-05 2021-03-05 Damper seal of the gas turbine impeller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2021105844A RU2764565C1 (en) 2021-03-05 2021-03-05 Damper seal of the gas turbine impeller

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2764565C1 true RU2764565C1 (en) 2022-01-18

Family

ID=80040591

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2021105844A RU2764565C1 (en) 2021-03-05 2021-03-05 Damper seal of the gas turbine impeller

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2764565C1 (en)

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3112915A (en) * 1961-12-22 1963-12-03 Gen Electric Rotor assembly air baffle
US3751183A (en) * 1971-12-02 1973-08-07 Gen Electric Interblade baffle and damper
US6447250B1 (en) * 2000-11-27 2002-09-10 General Electric Company Non-integral fan platform
RU175943U1 (en) * 2016-09-19 2017-12-25 Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" TURBINE ROTOR
RU2672201C2 (en) * 2012-10-31 2018-11-12 Соулар Тербинз Инкорпорейтед Damper for turbine rotor assembly
RU2695160C2 (en) * 2017-06-06 2019-07-22 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" Device for damping vibrations of gas turbine engine rotor

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3112915A (en) * 1961-12-22 1963-12-03 Gen Electric Rotor assembly air baffle
US3751183A (en) * 1971-12-02 1973-08-07 Gen Electric Interblade baffle and damper
US6447250B1 (en) * 2000-11-27 2002-09-10 General Electric Company Non-integral fan platform
RU2672201C2 (en) * 2012-10-31 2018-11-12 Соулар Тербинз Инкорпорейтед Damper for turbine rotor assembly
RU175943U1 (en) * 2016-09-19 2017-12-25 Публичное акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" TURBINE ROTOR
RU2695160C2 (en) * 2017-06-06 2019-07-22 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" Device for damping vibrations of gas turbine engine rotor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2419724C1 (en) Rotor of gas turbine and blade heat machine with such rotor
KR101239792B1 (en) Steam turbine, and method for the operation of a steam turbine
US6575704B1 (en) Turbomachine and sealing element for a rotor thereof
US10012101B2 (en) Seal system for a gas turbine
US6155040A (en) Gas turbine
US6416276B1 (en) Heat shield device in gas turbines
US20070014664A1 (en) Cooled component of a fluid-flow machine, method of casting a cooled component, and a gas turbine
EP2607624B1 (en) Vane for a turbomachine
US8932007B2 (en) Axial flow gas turbine
WO2006100256A1 (en) A diaphragm and blades for turbomachinery
US10619484B2 (en) Turbine bucket cooling
BR112016006597B1 (en) Rotary set for turbomachine and turbomachine turbine
EP3070274A1 (en) Turbine blade assembly with cooled platform
JP2017519156A (en) Radial flow turbomachine
RU2764565C1 (en) Damper seal of the gas turbine impeller
RU2547354C2 (en) Cooling of gas turbine structural element, say, rotor disc or turbine blade
RU2695160C2 (en) Device for damping vibrations of gas turbine engine rotor
US10815808B2 (en) Turbine bucket cooling
JP5314188B2 (en) Rotor of axial-flow turbomachine that cools blades
US11098603B2 (en) Inner ring for a turbomachine, vane ring with an inner ring, turbomachine and method of making an inner ring
RU2151303C1 (en) Cooled moving or nozzle blade of gas turbine
US2699917A (en) Turbine wheel and blade construction
KR20010042505A (en) Turbo machine with an inner housing and an outer housing
KR101989713B1 (en) Controlled cooling of turbine shafts
JPS6123802A (en) Moving vane mounting structure