RU2776139C1

RU2776139C1 - Gas turbine combustion chamber

Info

Publication number: RU2776139C1
Application number: RU2021121931A
Authority: RU
Inventors: Йасухиро ВАДА; Сота ИГАРАСИ; Сохеи НУМАТА; Томоми КОГАНЕЗАВА; Хироаки НАГАХАСИ
Original assignee: Мицубиси Пауэр, Лтд.
Priority date: 2020-07-27
Filing date: 2021-07-23
Publication date: 2022-07-14

Abstract

FIELD: mechanical engineering.

SUBSTANCE: invention relates to the design of the combustion chamber of a gas turbine and, in particular, relates to a technology that is effectively used in the design of the end frame of the transition compartment, and in more detail to the cooling openings of the transition compartment. The combustion chamber of a gas turbine contains a transition compartment that directs the combustion gas from the combustion chamber to the turbine, the end frame of the transition compartment, which is installed on the section of the outlet of the transition compartment on the turbine side and is placed opposite the end wall of the stator blade of the first stage of the turbine with a given gap, and a sealing element worn on the end frame of the transition compartment and inserted into the end wall of the stator blade of the first stage to seal against leakage of cooling air supplied to the gap, moreover, the cooling holes are placed in the end frame of the transition compartment so that cooling air is supplied directly to the end wall of the stator blade of the first stage. The cooling holes are positioned so that cooling air is supplied directly to the inclined section of the end wall of the stator blade of the first stage from the inner circumference.

EFFECT: invention reduces NOx emissions and increases cooling of the end frame of the transition compartment and the end wall of the stator blade of the first stage.

14 cl, 15 dwg

Description

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯBACKGROUND OF THE INVENTION

Настоящее изобретение относится к конструкции камеры сгорания газовой турбины и, в частности, относится к технологии, которая эффективно применяется в конструкции торцевой рамы переходного отсека и более детально - к охлаждающим отверстиям переходного отсека.The present invention relates to the design of a gas turbine combustor and, in particular, relates to technology that is effectively applied to the design of the end frame of the transition compartment and, in more detail, to the cooling holes of the transition compartment.

В газовой турбине для использования в обычной электростанции и с обычным механическим приводом воздух высокого давления, который подается из воздушного компрессора, поступает в камеру через диффузор и проходит в камеру с разделением на часть, используемую в блоке горелок в качестве воздуха для сгорания, и часть, используемую для охлаждения камеры сгорания и корпуса газовой турбины.In a gas turbine for use in a conventional power plant and with a conventional mechanical drive, high-pressure air supplied from an air compressor enters the chamber through a diffuser and passes into the chamber, divided into a part used in the burner block as combustion air, and a part used to cool the combustion chamber and gas turbine casing.

Газ сгорания, образующийся при сгорании топливо-воздушной смеси в камере сгорания, поступает на лопатку турбины через переходный отсек. В результате преобразования работы, совершаемой при адиабатическом расширении газа сгорания с высокой температурный и высоким давлением, поступающего на лопатку турбины, в осевое вращательное усилие генератор вырабатывает электрическую энергию.The combustion gas generated during the combustion of the fuel-air mixture in the combustion chamber enters the turbine blade through the transition compartment. As a result of converting the work done during the adiabatic expansion of the combustion gas with high temperature and high pressure, which enters the turbine blade, into an axial rotational force, the generator generates electrical energy.

Кроме того, также существует установка с механическим приводом, в которой за счет использования этого осевого вращательного усилия во вращение вместо генератора приводится другой компрессор, и газовая турбина используется в качестве источника энергии для сжатия текучей среды.In addition, there is also a mechanically driven plant in which, by using this axial rotational force, another compressor is driven instead of a generator, and the gas turbine is used as a power source for compressing the fluid.

Из уровня техники в этой области техники, к которой относится изобретение, известен объект, раскрытый, например, в выложенной заявке на патент Японии, опубликованной под №2013-221455. В этой выложенной заявке на патент Японии, опубликованной под №2013-221455, раскрыт "высокотемпературный элемент конструкции газовой турбины, который образует канал газа сгорания, по которому проходит газ сгорания, причем в этом высокотемпературном элементе конструкции газовой турбины сформированы: канавка, которая утоплена относительно торцевой поверхности, обращенной к другому высокотемпературному элементу конструкции, расположенному рядом вдоль канала газа сгорания, в направлении удаления от этого другого высокотемпературного элемента конструкции, охлаждающий канал, который проходит в направлении этой торцевой поверхности в области между этой канавкой и этим каналом газа сгорания, впускной канал, который соединяет указанную канавку с охлаждающимся каналом, и выпускной канал, который соединяет охлаждающий канал с каналом газа сгорания".In the prior art in this field of technology to which the invention relates, the subject matter disclosed, for example, in Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2013-221455, is known. This Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2013-221455 discloses "a high-temperature gas turbine structure member that forms a combustion gas passage through which the combustion gas flows, wherein the high-temperature gas turbine structure member is formed: a groove that is recessed relatively end surface facing another high-temperature structural element located side by side along the combustion gas channel, in the direction away from this other high-temperature structural element, a cooling channel that extends in the direction of this end surface in the area between this groove and this combustion gas channel, the inlet channel , which connects said groove to the cooling passage, and an outlet passage, which connects the cooling passage to the combustion gas passage."

Кроме того, в выложенной заявке на патент Японии, опубликованной под №2007-120504, раскрыта "Охлаждающая конструкция камеры сгорания, которая включает в себя на стенке переходного отсека камеры сгорания: воротник, размещенный со стороны внешней окружности переходного отсека камеры на заднем его торце со стороны выпуска газа сгорания с выступанием наружу из этого переходного отсека камеры сгорания; уплотнение переходного отсека, имеющее крюкообразную форму поперечного сечения, которое надето на воротник и закреплено на воротнике в положении напротив торцевой поверхности заднего торца переходного отсека камеры сгорания; множество канавок для охлаждения, которые проходят в осевом направлении переходного отсека камеры сгорания в стенке переходного отсека камеры сгорания, по меньшей мере часть которых проходит вниз до торцевой поверхности заднего торца переходного отсека камеры сгорания и внутри которых проходит охлаждающая среда; и сквозное отверстие, выполненное на торцевой поверхности заднего торца переходного отсека камеры сгорания и предназначенное для выпуска охлаждающей среды из канавок для охлаждения, которые проходят вниз до заднего торца переходного отсека камеры сгорания, с распылением на уплотнение переходного отсека".In addition, Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2007-120504 discloses a “Combustion chamber cooling structure that includes, on the wall of the combustion chamber transition compartment: combustion gas outlet sides protruding outwardly from this combustion chamber transition compartment; a transition compartment seal having a hook-shaped cross-section, which is put on the collar and fixed on the collar in a position opposite the end surface of the rear end of the combustion chamber transition compartment; a plurality of cooling grooves that extend in the axial direction of the transition compartment of the combustion chamber in the wall of the transition compartment of the combustion chamber, at least part of which extends down to the end surface of the rear end of the transition compartment of the combustion chamber and inside which the cooling medium passes; and a through hole made on the end surface behind the bottom end of the combustion chamber transition chamber and designed to discharge the cooling medium from the cooling grooves that extend down to the rear end of the combustion chamber transition chamber, spraying onto the seal of the transition chamber.

КРАТКОЕ ИЗЛОЖЕНИЕ СУЩНОСТИ ИЗОБРЕТЕНИЯSUMMARY OF THE INVENTION

Так как переходный отсек, который соединяет горелку камеры сгорания с лопаткой турбины, подвергается воздействию высокотемпературного газа сгорания, необходимо охлаждать переходный отсек за счет использования части воздуха, выпускаемого компрессором. Как правило, используются такие системы, как система пленочного охлаждения, которая защищает переходный отсек с помощью воздушной пленки, формирующейся в результате впрыскивания текучей среды через охлаждающее отверстие, система конвекционного охлаждения, которая охлаждает внешнюю поверхность переходного отсека с помощью воздуха, выпускаемого компрессором и, таким образом, снижает температуру внутренней металлической поверхности переходного отсека, и т.д.Since the transition chamber, which connects the combustion chamber burner to the turbine blade, is exposed to the high temperature combustion gas, it is necessary to cool the transition chamber by using some of the air exhausted by the compressor. Commonly used systems are a film cooling system which protects the transfer chamber with an air film formed by injecting fluid through a cooling hole, a convection cooling system which cools the outer surface of the transfer chamber with air expelled from a compressor and thus thus lowering the temperature of the inner metal surface of the transition compartment, etc.

Кроме того, так как лопатка турбины также подвергается воздействию высокотемпературного газа сгорания, необходимо снижать температуру металла с помощью системы охлаждения внутренней части лопатки, системы пленочного охлаждения и т.д.In addition, since the turbine blade is also exposed to the high-temperature combustion gas, it is necessary to reduce the temperature of the metal through a cooling system for the inside of the blade, a film cooling system, etc.

Однако в случае, когда охлаждающий воздух используется как в камере сгорания, так и в лопатке турбины, возникает проблема, связанная с тем, что вследствие снижения эффективности газовой турбины и сокращения количества воздуха, используемого для горения, происходит локальное повышение соотношения топлива и воздуха (отношения количества воздуха к количеству топлива) в блоке горелок и повышение температуры газа сгорания, а также повышение температуры металла. Локальное повышение температуры газа сгорания приводит к повышению концентрации NOx (оксидов азота) в отработанном газе, а повышение температуры металла приводит к снижению надежности и долговечности высокотемпературных элементов конструкции.However, in the case where cooling air is used both in the combustion chamber and in the turbine blade, there is a problem that due to the decrease in the efficiency of the gas turbine and the reduction in the amount of air used for combustion, there is a local increase in the fuel-to-air ratio (ratio amount of air to the amount of fuel) in the burner block and an increase in the temperature of the combustion gas, as well as an increase in the temperature of the metal. A local increase in the temperature of the combustion gas leads to an increase in the concentration of NOx (nitrogen oxides) in the exhaust gas, and an increase in the temperature of the metal leads to a decrease in the reliability and durability of high-temperature structural elements.

В описанной выше выложенной заявке на патент Японии, опубликованной под №2013-221455, сжатый воздух приводится в контакт с угловым участком бандажа лопатки статора (внутреннего бандажа 45). Однако с точки зрения угла соударения охлаждающего воздуха трудно назвать это ударным охлаждением, и охлаждение бандажа лопатки статора (внутреннего бандажа 45) в достаточной степени является затруднительным. Кроме того, между торцевой рамой переходного отсека и впускным отверстием турбины установлен уплотнительный элемент, и охлаждающие отверстия выполнены в этом уплотнительном элементе.In the above-described Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2013-221455, compressed air is brought into contact with a corner portion of a stator blade shroud (inner shroud 45). However, from the point of view of the impact angle of the cooling air, it is difficult to call it impact cooling, and cooling of the stator blade shroud (inner shroud 45) is sufficiently difficult. In addition, a sealing element is installed between the end frame of the transition compartment and the turbine inlet, and cooling holes are made in this sealing element.

В описанной выше выложенной заявке на патент Японии, опубликованной под №2007-120504, например, как показано на фиг. 11С, предусмотрено охлаждение корпуса 5 переходного отсека и бандажа 16 лопатки статора первой ступени, однако, как правило, охлаждение торцевой рамы переходного отсека, устанавливаемой на участке выпускного отверстия переходного отсека, не предусматривается.In the above-described Japanese Patent Laid-Open Publication No. 2007-120504, for example, as shown in FIG. 11C, cooling is provided for the transition housing 5 and the first stage stator blade shroud 16, however, as a rule, cooling of the transition compartment end frame installed at the transition compartment outlet portion is not provided.

Следовательно, задачей настоящего изобретения является создание камеры сгорания газовой турбины с охлаждающими отверстиями переходного отсека и обеспечение возможности эффективного охлаждения торцевой рамы переходного отсека и торцевой стенки лопатки статора первой ступени, а также возможности сокращения выбросов NOx и повышения характеристик горения.Therefore, it is an object of the present invention to provide a gas turbine combustor with transition chamber cooling holes and to enable effective cooling of the transition chamber end frame and the first stage stator blade end wall, as well as the ability to reduce NOx emissions and improve combustion performance.

Для решения вышеупомянутых проблем в соответствии с одним вариантом осуществления настоящего изобретения предусмотрены охлаждающие отверстия переходного отсека газовой турбины, которая включает в себя переходный отсек, который направляет газ сгорания из камеры сгорания в турбину, торцевую раму переходного отсека, которая установлена на участке выпускного отверстии переходного отсека со стороны турбины и размещена напротив торцевой стеной лопатки статора первой ступени турбины с заданным зазором, и уплотнительный элемент, надетый на торцевую раму переходного отсека и вставленный в торцевую стенку лопатки статора первой ступени для уплотнения от утечки охлаждающего воздуха, подаваемого в зазор, причем охлаждающие отверстия размещены в торцевой раме переходного отсека так, что подают охлаждающий воздух непосредственно к торцевой стенке лопатки статора первой ступени.In order to solve the above problems, in accordance with one embodiment of the present invention, cooling holes of the gas turbine transition chamber are provided, which includes the transition chamber, which directs the combustion gas from the combustion chamber to the turbine, the transition chamber end frame, which is installed on the outlet section of the transition chamber from the side of the turbine and is placed opposite the end wall of the first stage stator blade of the turbine with a given gap, and the sealing element put on the end frame of the transition compartment and inserted into the end wall of the first stage stator blade to seal against leakage of cooling air supplied to the gap, moreover, the cooling holes placed in the end frame of the transition compartment so that cooling air is supplied directly to the end wall of the first stage stator blade.

В соответствии с настоящим изобретением появляется возможность реализовать охлаждающие отверстия переходного отсека, обеспечивающие возможность эффективного охлаждения торцевой рамы переходного отсека и торцевой стенки лопатки статора первой ступени, а также сокращения выбросов NOx и повышения характеристик горения.In accordance with the present invention, it becomes possible to realize transition chamber cooling holes that allow effective cooling of the transition chamber end frame and the first stage stator blade end wall, as well as reducing NOx emissions and improving combustion characteristics.

Следовательно, появляется возможность реализовать высокоэффективные охлаждающие отверстия переходного отсека, отличающиеся высокой надежностью и долговечностью.Therefore, it becomes possible to realize high-performance cooling holes of the transition compartment, which are highly reliable and durable.

Другие объекты изобретения, конструкции и эффекты станут очевидными из описания приводимых ниже вариантов осуществления.Other objects of the invention, structures and effects will become apparent from the description of the following embodiments.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙBRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

Фиг. 1 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции обычной газовой турбины;Fig. 1 is a schematic illustration of one example of a conventional gas turbine design;

Фиг. 2 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции обычной камеры сгорания;Fig. 2 is a schematic illustration of one example of the design of a conventional combustion chamber;

Фиг. 3 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения;Fig. 3 is a schematic illustration of one example of the construction of the end frame of the transitional compartment in accordance with the first embodiment of the present invention;

Фиг. 4 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции участка В на фиг.3 в увеличенном виде;Fig. 4 is a schematic illustration of one exemplary construction of section B in FIG. 3 in an enlarged view;

Фиг. 5 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения;Fig. 5 is a schematic illustration of one example of the construction of the end frame of the transition compartment in section in accordance with the second embodiment of the present invention;

Фиг. 6 - схематическая иллюстрация конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.5 в разрезе по линии С-С;Fig. 6 is a schematic illustration of the design of the end frame of the transition compartment in figure 5 in a section along the line C-C;

Фиг. 7 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения;Fig. 7 is a schematic illustration of one example of the construction of the end frame of the transition compartment in section in accordance with the third embodiment of the present invention;

Фиг. 8 - вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.7 по стрелке (в перспективе) в направлении D-D';Fig. 8 is a view of one example of the construction of the end frame of the transition compartment in Fig. 7 in the arrow (in perspective) in the direction D-D';

Фиг. 9 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения;Fig. 9 is a schematic illustration of one example of the construction of the end frame of the transition compartment in section in accordance with the fourth embodiment of the present invention;

Фиг. 10 - вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.9 по стрелке (в перспективе) в направлении Е-Е';Fig. 10 is a view of one example of the design of the end frame of the transition compartment in Fig. 9 in the direction of the arrow (in perspective) in the direction E-E';

Фиг. 11 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения;Fig. 11 is a schematic illustration of one example of the construction of the end frame of the transition compartment in section in accordance with the fifth embodiment of the present invention;

Фиг.12 - вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.11 по стрелке (в перспективе) в направлении F-F';Fig. 12 is a view of one example of the construction of the end frame of the transition compartment in Fig. 11, arrowed (in perspective) in the direction F-F';

Фиг. 13 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения;Fig. 13 is a schematic illustration of one example of a cross sectional end frame structure according to a sixth embodiment of the present invention;

Фиг. 14 - вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.13 по стрелке (в перспективе) в направлении G-G'; иFig. Fig. 14 is a view of one example of the construction of the end frame of the transition compartment in Fig.13 in the direction of the arrow (in perspective) in the direction G-G'; and

Фиг. 15 - схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека, известной из уровня техники, в разрезе.Fig. 15 is a schematic sectional illustration of one example of a prior art transitional compartment end frame construction.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS

Ниже со ссылками на прилагаемые чертежи приводится описание вариантов осуществления настоящего изобретения. При этом на каждом из чертежей одни и те же ссылочные позиции присвоены одним и тем же элементам конструкции, и их повторного подробного описания не приводится.Below with reference to the accompanying drawings is a description of embodiments of the present invention. Meanwhile, in each of the drawings, the same reference numerals are assigned to the same structural members, and they are not described in detail again.

Первый вариант осуществленияFirst Embodiment

Сначала со ссылками на фиг.1, фиг.2 и фиг.15 приводится описание охлаждающих отверстий переходного отсека, являющихся объектом изобретения, и рассматриваются присущие им проблемы. На фиг.1 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции обычной турбины. На фиг.2 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции обычной камеры сгорания, на которой камера сгорания показана в форме камеры сгорания, которая включает в себя переходный отсек 4 и торцевую раму 6 переходного отсека. На фиг.15 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека, известной из уровня техники в разрезе.First, with reference to figure 1, figure 2 and figure 15 is a description of the cooling holes of the transitional compartment, which is the subject of the invention, and discusses their inherent problems. 1 is a schematic illustration of one example of a conventional turbine design. FIG. 2 is a schematic illustration of one example of a construction of a conventional combustion chamber, showing the combustion chamber in the form of a combustion chamber which includes a transition compartment 4 and an end frame 6 of the transition compartment. Fig. 15 is a schematic illustration of one example of the design of the end frame of the transition compartment, known from the prior art in section.

Как показано на фиг.1, газовая турбина в общих чертах состоит из компрессора 1, камеры 2 сгорания и турбины 3. Компрессор 1 адиабатически сжимает воздух, всасываемый из атмосферы в качестве рабочей текучей среды. За счет смешивания топлива со сжатым воздухом, подаваемым из компрессора 1, и сжигания этой смеси камера 2 сгорания вырабатывает газ сгорания с высокой температурой и высоким давлением. В турбине 3 в результате расширения газа сгорания, поступающего из камеры 3 сгорания, вырабатывается вращательное усилие. Воздух, поступающий из турбины 3, выпускается в атмосферу.As shown in FIG. 1, a gas turbine generally consists of a compressor 1, a combustor 2 and a turbine 3. The compressor 1 adiabatically compresses air drawn from the atmosphere as a working fluid. By mixing the fuel with the compressed air supplied from the compressor 1 and burning the mixture, the combustion chamber 2 produces a combustion gas with high temperature and high pressure. In the turbine 3, as a result of the expansion of the combustion gas coming from the combustion chamber 3, a rotational force is generated. The air coming from the turbine 3 is released into the atmosphere.

Как показано на фиг.2, переходный отсек 4, который направляет газ сгорания из камеры 2 сгорания в турбину 3, установлен между камерой 2 сгорания и турбиной 3 (в направлении 5 прохождения газа сгорания). Вокруг переходного отсека 4 смонтирован проточный рукав (непоказанный). Охлаждающий воздух, выпускаемый из компрессора 1, поступает между проточным рукавом и переходным отсеком 4 и проходит вдоль канала охлаждающего воздуха, сформированного между проточным рукавом и переходным отсеком 4, и, таким образом, переходный отсек 4 охлаждается этим охлаждающим воздухом. Торцевая рама 6 переходного отсека, представляющая собой упрочняющий элемент, установлена на участке выпускного отверстия переходного отсека 4 со стороны турбины 3.As shown in figure 2, the transition compartment 4, which directs the combustion gas from the combustion chamber 2 to the turbine 3, is installed between the combustion chamber 2 and the turbine 3 (in the direction 5 of the passage of the combustion gas). A flow sleeve (not shown) is mounted around the transition compartment 4. The cooling air discharged from the compressor 1 enters between the flow sleeve and the transition compartment 4 and passes along the cooling air channel formed between the flow sleeve and the transition compartment 4, and thus the transition compartment 4 is cooled by this cooling air. The end frame 6 of the transition compartment, which is a reinforcing element, is installed in the area of the outlet opening of the transition compartment 4 from the side of the turbine 3.

Как показано на в фиг.15, торцевая рама 6 переходного отсека, известная из уровня техники, размещена напротив торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени (обычно именуемой "стопорным кольцом") с заданным зазором, причем торцевая рама 6 переходного отсека и торцевая стенка 10 лопатки статора первой ступени ("стопорное кольцо") вставлены в и надеты на уплотнительный элемент 11, который уплотняет от утечки охлаждающего воздуха, поступающего в указанный зазор.As shown in Fig.15, the end frame 6 of the transition compartment, known from the prior art, is placed against the end wall 10 of the first stage stator blade (commonly referred to as the "locking ring") with a given gap, and the end frame 6 of the transition compartment and the end wall 10 the stator blades of the first stage ("retaining ring") are inserted into and put on the sealing element 11, which seals against leakage of cooling air entering the specified gap.

Охлаждающие отверстия 26 и 28, в которые поступает часть охлаждающего воздуха, который проходит между вышеупомянутым проточным рукавом и переходным отсеком 4, выполнены в торцевой раме 6 переходного отсека, и охлаждающий воздух проходит через эти охлаждающие отверстия 26 и 28 в направлениях 27 и 29 прохождения и, таким образом, торцевая рама 6 переходного отсека, охлаждается охлаждающим воздухом.The cooling holes 26 and 28, which receive part of the cooling air that passes between the above-mentioned flow sleeve and the transition compartment 4, are made in the end frame 6 of the transition compartment, and the cooling air passes through these cooling holes 26 and 28 in the flow directions 27 and 29 and thus, the end frame 6 of the transition compartment is cooled by cooling air.

Охлаждающие отверстия 26 и 28, которые выполнены в этой торцевой раме 6 переходного отсека, просверлены через торцевую раму 6 переходного отсека со стороны внешней окружности переходного отсека 4 (торцевой рамы 6 переходного отсека) по направлению к поверхности газового потока (к поверхности прохождения газа сгорания) со стороны внутренней окружности переходного отсека 4 с целью охлаждения торцевой рамы 6 переходного отсека.Cooling holes 26 and 28, which are made in this end frame 6 of the transition compartment, are drilled through the end frame 6 of the transition compartment from the side of the outer circumference of the transition compartment 4 (end frame 6 of the transition compartment) towards the surface of the gas flow (toward the surface of the passage of combustion gas) from the side of the inner circumference of the transition compartment 4 in order to cool the end frame 6 of the transition compartment.

В то же время торцевая стена 10 лопатки статора первой ступени охлаждается для обеспечения снижения температуры металла с помощью прорези для охлаждения (непоказанной), которая сформирована в торцевой стенке 10 лопатки статора первой ступени. В эту прорезь для охлаждения также необходимо подавать охлаждающий воздух, что приводит к снижению эффективности газовой турбины в целом.At the same time, the end wall 10 of the first stage stator blade is cooled to ensure the metal temperature is reduced by a cooling slot (not shown) which is formed in the end wall 10 of the first stage stator blade. This cooling slot also needs to be supplied with cooling air, resulting in a decrease in the efficiency of the gas turbine as a whole.

Ниже приводится описание конструкции торцевой рамы переходного элемента в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения со ссылками на фиг.3 и фиг.4. На фиг.3 представлен вид участка А фиг.2 с увеличением, являющийся схематической иллюстрацией одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.4 представлен вид участка В фиг.3 с увеличением.The following is a description of the design of the end frame of the transition element in accordance with the first embodiment of the present invention with reference to Fig.3 and Fig.4. FIG. 3 is an enlarged view of section A of FIG. Figure 4 shows a view of the area In figure 3 with an increase.

Как показано на фиг.3 и фиг.4, в первом варианте осуществления камера сгорания газовой турбины включает в себя переходный отсек 4, который направляет газ сгорания из камеры 2 сгорания в турбину 3, торцевую раму 6 переходного отсека, которая установлена на участке выпускного отверстия переходного отсека 4 со стороны турбины 3 и размещена напротив торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени турбины 3 с заданным зазором, и уплотнительный элемент 11, надетый на торцевую раму 6 переходного отсека и вставленный в торцевую стенку 10 лопатки статора первой ступени для уплотнения от утечки охлаждающего воздуха, подаваемого в зазор.As shown in Fig.3 and Fig.4, in the first embodiment, the combustion chamber of the gas turbine includes a transition compartment 4, which directs the combustion gas from the combustion chamber 2 to the turbine 3, the end frame 6 of the transition compartment, which is installed at the outlet portion of the transition compartment 4 from the side of the turbine 3 and is placed opposite the end wall 10 of the stator blade of the first stage of the turbine 3 with a given clearance, and the sealing element 11 put on the end frame 6 of the transition compartment and inserted into the end wall 10 of the first stage stator blade to seal against leakage of cooling air supplied to the gap.

Охлаждающее отверстие 12, через которые охлаждающий воздух непосредственно подается на торцевую стенку 10 лопатки статора первой ступени, выполнено в торцевой раме 6 переходного отсека и проходит внутри нее. Охлаждающий воздух проходит в направлении 13 похождения и, таким образом, торцевая рама 6 переходного отсека охлаждается охлаждающим воздухом изнутри, и также охлаждающим воздухом охлаждается торцевая стенка 10 лопатки статора первой ступени.The cooling hole 12, through which the cooling air is directly supplied to the end wall 10 of the first stage stator blade, is made in the end frame 6 of the transition compartment and passes inside it. The cooling air flows in the advancing direction 13, and thus the end frame 6 of the transfer chamber is cooled by the cooling air from the inside, and the end wall 10 of the first stage stator blade is also cooled by the cooling air.

В первом варианте осуществления охлаждающие отверстия переходного отсека имеют конструкцию, описанную выше, и поэтому появляется возможность сокращения количества охлаждающего воздуха, используемого для охлаждения высокотемпературных элементы конструкции, и эффективного охлаждения как торцевой рамы 6 переходного отсека, так и торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени, а также подавления локального повышения температуры газа сгорания вследствие сокращения количества воздуха, используемого для горения. Таким образом, появляется возможность повышения надежности и долговечности газовой турбины, сокращения выбросов NOx и повышения характеристик горения газовой турбины.In the first embodiment, the cooling holes of the transition compartment have the design described above, and therefore it becomes possible to reduce the amount of cooling air used to cool the high-temperature structural elements, and effectively cool both the end frame 6 of the transition compartment and the end wall 10 of the first stage stator blade, and suppression of a local increase in the temperature of the combustion gas due to a reduction in the amount of air used for combustion. Thus, it is possible to improve the reliability and durability of the gas turbine, reduce NOx emissions, and improve the combustion performance of the gas turbine.

При этом, целесообразно, чтобы, как показано на фиг.4, охлаждающее отверстие 12 имело заданный угол наклона относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 _ч переходного отсека, обеспечивающий подачу охлаждающего воздуха непосредственно на наклонный участок торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени со стороны внутренней окружности. Это объясняется тем, что наклонный участок торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени со стороны внутренней окружности имеет небольшую толщину, и поэтому высокотемпературный газ сгорания может приводить к возникновению высокотемпературного окислительного истончения, растрескивания под действием термического напряжения и т.д. Кроме того, появляется возможность получения не только эффекта пленочного охлаждения, но и эффекта ударного охлаждения, а также возможность повышения эффективности охлаждения.At the same time, it is advisable that, as shown in figure 4, the cooling hole 12 had a given angle of inclination relative to the inner circumferential surface of the end frame 6 _hours of the transition compartment, providing cooling air directly to the inclined section of the end wall 10 of the first stage stator blade from the inner circles. This is because the inclined portion of the end wall 10 of the first stage stator blade on the inner circumference side is thin, and therefore the high-temperature combustion gas may cause high-temperature oxidative thinning, thermal stress cracking, etc. In addition, it becomes possible to obtain not only the effect of film cooling, but also the effect of shock cooling, as well as the possibility of improving the cooling efficiency.

Второй вариант осуществленияSecond Embodiment

Ниже со ссылками на фиг.5 и фиг.6 приводится описание конструкции торцевой рамы переходного отсека в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.5 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии со вторым вариантом осуществления настоящего изобретения, показывающая переходной отсек 4 с верхней стороны и нижней стороны. На фиг.6 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.5 в разрезе по линии С-С, показывающем практически половинное сечение.Below with reference to figure 5 and figure 6 is a description of the structure of the end frame of the transition compartment in accordance with the second embodiment of the present invention. FIG. 5 is a schematic illustration of one example of a sectional end frame structure of the transition compartment according to the second embodiment of the present invention, showing the transition compartment 4 from the top side and the bottom side. Figure 6 is a schematic illustration of one example of the design of the end frame of the transition compartment in figure 5 in section along the line C-C, showing almost half the section.

Как показано на фиг.5, во втором варианте осуществления охлаждающие отверстия переходного отсека сформированы так, что угол наклона одного охлаждающего отверстия 12, которое выполнено на внутреннем участке торцевой рамы 6 переходного отсека, расположенном с верхней стороны переходного отсека 4 относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека, отличен от угла наклона другого охлаждающего отверстия 12, которое выполнено на внутреннем участке торцевой рамы 6 переходного отсека, расположенном с нижней стороны переходного отсека 4 относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека.As shown in Fig.5, in the second embodiment, the cooling holes of the transition compartment are formed so that the angle of inclination of one cooling hole 12, which is made on the inner section of the end frame 6 of the transition compartment, located on the upper side of the transition compartment 4 relative to the inner circumferential surface of the end frame 6 of the transition compartment is different from the angle of inclination of another cooling hole 12, which is made on the inner section of the end frame 6 of the transition compartment, located on the lower side of the transition compartment 4 relative to the inner circumferential surface of the end frame 6 of the transition compartment.

За счет отличия углов наклона охлаждающих отверстий 12, которые выполнены на внутренних участках торцевой рамы 6 переходного отсека, которые располагаются с верхней стороны и нижней стороны переходного отсека 4 относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека, появляется возможность подачи охлаждающего воздуха непосредственно на соответствующие нужные участки торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени с верхней стороны и нижней стороны переходного отсека 4, например, на участки, достигающие наиболее высокой температуры.Due to the difference in the angles of inclination of the cooling holes 12, which are made on the inner sections of the end frame 6 of the transition compartment, which are located on the upper side and the lower side of the transition compartment 4 relative to the inner circumferential surface of the end frame 6 of the transition compartment, it becomes possible to supply cooling air directly to the corresponding desired sections of the end wall 10 of the stator blade of the first stage from the upper side and the lower side of the transition compartment 4, for example, to sections that reach the highest temperature.

Кроме того, охлаждающее отверстие 12, которое выполнено на внутреннем участке торцевой рамы 6 переходного отсека, который располагается с верхней стороны переходного отсека 4, может быть выполнено с возможностью подачи охлаждающего воздуха непосредственно на наклонный участок торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени со стороны внутренней окружности, а охлаждающее отверстие 12, которое выполнено на внутреннем участке торцевой рамы 6 переходного отсека, который располагается с нижней стороны переходного отсека 4, может быть выполнено с возможностью подачи охлаждающего воздуха непосредственно на передний торец торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени со стороны внутренней окружности.In addition, the cooling hole 12, which is made on the inner section of the end frame 6 of the transition compartment, which is located on the upper side of the transition compartment 4, can be configured to supply cooling air directly to the inclined section of the end wall 10 of the first stage stator blade from the side of the inner circumference , and the cooling hole 12, which is made on the inner section of the end frame 6 of the transition compartment, which is located on the lower side of the transition compartment 4, can be configured to supply cooling air directly to the front end of the end wall 10 of the first stage stator blade from the side of the inner circumference.

При этом целесообразно, чтобы, как показано на фиг.6, размещать охлаждающие отверстия 12, которые выполнены на внутренних участках торцевой рамы 6 переходного отсека, которые располагаются с верхней стороны переходного отсека 4, так, чтобы в направлении, перпендикулярном направлению 5 прохождения газа сгорания в торцевой раме 6 переходного отсека, отношение шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от центрального участка торцевой рамы 6 переходного отсека, становился меньше, чем отношение шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от окружных участков торцевой рамы 6 переходного отсека.In this case, it is expedient that, as shown in Fig.6, to place the cooling holes 12, which are made on the inner sections of the end frame 6 of the transition compartment, which are located on the upper side of the transition compartment 4, so that in the direction perpendicular to the direction 5 of the passage of the combustion gas in the end frame 6 of the transition compartment, the ratio of the placement pitch to the hole diameter (the placement pitch P/hole diameter D) of the cooling holes 12, which are placed in the vicinity of the central portion of the end frame 6 of the transition compartment, became smaller than the ratio of the placement pitch to the hole diameter (pitch P location / hole diameter D) cooling holes 12, which are located near the circumferential sections of the end frame 6 of the transition compartment.

Точно так же целесообразно размещать охлаждающие отверстия 12, которые выполнены на внутренних участках торцевой рамы 6 переходного отсека, которые располагаются с нижней стороны переходного отсека 4, так, чтобы в направлении, перпендикулярном направлению 5 прохождения газа сгорания в торцевой раме 6 переходного отсека, отношение шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от центрального участка торцевой рамы 6 переходного отсека, становился меньше, чем отношение шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от окружных участков торцевой рамы 6 переходного отсека.Similarly, it is expedient to place the cooling holes 12, which are made on the inner sections of the end frame 6 of the transition compartment, which are located on the lower side of the transition compartment 4, so that in the direction perpendicular to the direction 5 of the passage of the combustion gas in the end frame 6 of the transition compartment, the pitch ratio the placement to the hole diameter (placement pitch P/hole diameter D) of the cooling holes 12, which are placed in the vicinity of the central portion of the end frame 6 of the transition compartment, became smaller than the ratio of the placement pitch to the hole diameter (placement pitch P/hole diameter D) of the cooling holes 12, which are placed in the vicinity of the circumferential sections of the end frame 6 of the transition compartment.

Как правило, температура участков торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от центрального участка выше, чем температура участков торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от окружных участков, и поэтому увеличение количества охлаждающего воздуха, подаваемого на участки торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от центрального участка за счет уменьшения отношения шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения/диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от центрального участка торцевой рамы 6 переходного отсека по сравнению с отношением шага Р размещения к диаметру D отверстия (P/D) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от окружных участков торцевой рамы 6 переходного отсека, позволяет эффективно охлаждать участки торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от центрального участка и торцевую стенку 10 лопатки статора первой ступени, которая располагается напротив торцевой рамы 6 переходного отсека.As a rule, the temperature of sections of the end frame 6 of the transition compartment in the vicinity of the central section is higher than the temperature of the sections of the end frame 6 of the transition compartment in the vicinity of the circumferential sections, and therefore the increase in the amount of cooling air supplied to the sections of the end frame 6 of the transition compartment in the vicinity of the central section due to reducing the ratio of the placement pitch to the hole diameter (the placement pitch P/hole diameter D) of the cooling holes 12, which are placed in the vicinity of the central portion of the end frame 6 of the transition compartment, compared with the ratio of the placement pitch P to the hole diameter D (P/D) of the cooling holes 12 , which are located near the circumferential sections of the end frame 6 of the transition compartment, allows you to effectively cool the sections of the end frame 6 of the transition compartment near the central section and the end wall 10 of the first stage stator blade, which is located opposite the end frame 6 of the transition compartment.

Кроме того, как показано на фиг.6, в более предпочтительном варианте отношение шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от центрального участка торцевой рамы 6 переходного отсека задают равным или менее чем 3,1, а отношение шага размещения к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) охлаждающих отверстий 12, которые размещены поблизости от окружных участков торцевой рамы 6 переходного отсека, равным или менее чем 4,0. При такой конструкции воздух, выбрасываемый из соседних охлаждающих отверстий 12, образует охлаждающую пленку на участках торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от окружных участков и, таким образом, появляется возможность надежного охлаждения торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени, и, кроме того, появляется возможность эффективного охлаждения участков торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от центрального участка за счет увеличения количества охлаждающего воздуха, подаваемого на участки торцевой рамы 6 переходного отсека поблизости от центрального участка.In addition, as shown in Fig.6, in a more preferred embodiment, the ratio of the placement pitch to the diameter of the hole (the pitch P of the placement / the diameter D of the hole) of the cooling holes 12, which are placed in the vicinity of the central portion of the end frame 6 of the transition compartment, is set equal to or less than 3 ,1, and the ratio of the placement pitch to the hole diameter (the placement pitch P/hole diameter D) of the cooling holes 12, which are placed in the vicinity of the circumferential sections of the end frame 6 of the transition compartment, is equal to or less than 4.0. With this structure, the air ejected from the adjacent cooling holes 12 forms a cooling film on the sections of the end frame 6 of the transition compartment in the vicinity of the circumferential sections, and thus it becomes possible to reliably cool the end wall 10 of the first stage stator blade, and, in addition, it becomes possible efficient cooling of sections of the end frame 6 of the transition compartment in the vicinity of the central section by increasing the amount of cooling air supplied to the sections of the end frame 6 of the transition compartment in the vicinity of the central section.

За счет задания отношения шага размещения охлаждающих отверстий 12 к диаметру отверстия (шаг Р размещения/диаметр D отверстия) равным или менее чем 4,0 воздух, выбрасываемый из соседних охлаждающих отверстий 12, образует непрерывную охлаждающую пленку в окружном направлении, и, таким образом, появляется возможность надежного охлаждения торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени.By setting the ratio of the spacing of the cooling holes 12 to the hole diameter (the spacing P/hole diameter D) to be equal to or less than 4.0, the air ejected from the adjacent cooling holes 12 forms a continuous cooling film in the circumferential direction, and thus it becomes possible to reliably cool the end wall 10 of the stator blade of the first stage.

Как описано выше, появляется возможность минимизировать количество распределяемого охлаждающего воздуха за счет задания диаметра D отверстия и шага Р размещения охлаждающих отверстий 12 в нескольких диапазонах в соответствии с количеством охлаждающего воздуха, требуемого для торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени.As described above, it is possible to minimize the amount of cooling air to be distributed by setting the hole diameter D and the spacing P of the cooling holes 12 in several ranges according to the amount of cooling air required for the end wall 10 of the first stage stator blade.

При этом отношение шага размещения охлаждающих отверстий 12 к диаметру отверстия (шаг Р размещения / диаметр D отверстия) необязательно должно быть постоянным, и можно также дополнительно сокращать количество охлаждающего воздуха за счет размещения охлаждающих отверстий 12 с другими отношениями P/D и другими диаметрами D охлаждающих отверстий в соответствии с распределением температуры газа сгорания в окружном направлении и т.д.The ratio of the spacing of the cooling holes 12 to the diameter of the hole (the spacing P of the placement / diameter D of the hole) does not have to be constant, and it is also possible to further reduce the amount of cooling air by arranging cooling holes 12 with different P/D ratios and different diameters D of the cooling holes according to the temperature distribution of the combustion gas in the circumferential direction, etc.

Третий вариант осуществленияThird Embodiment

Ниже со ссылками на фиг.7 и фиг.8 приводится описание конструкции торцевой рамы переходного отсека в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.7 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с третьим вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.8 представлен вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.7 по стрелке (в перспективе) в направлении D-D'.Below with reference to Fig.7 and Fig.8 is a description of the structure of the end frame of the transition compartment in accordance with the third embodiment of the present invention. FIG. 7 is a schematic illustration of one example of a cross sectional end frame construction according to a third embodiment of the present invention. FIG. 8 is a view of one example of the construction of the end frame of the transition compartment in FIG.

В камере сгорания в соответствии с третьим вариантом осуществления, как показано на фиг.7, охлаждающие отверстия размещены в положениях, взаимно различных по высоте, измеренной по внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека, с разделением на множество охлаждающих отверстий 14 и множество охлаждающих отверстий 16. Из-за допусков на изготовление деталей и сборку между переходным отсеком и торцевой стеной лопатки статора первой ступени могут возникать некоторые отклонения при сборке. Поэтому, появляется возможность подачи охлаждающего воздуха в заданное положение через соответствующие охлаждающие отверстия 14 и 16 даже в случае возникновения некоаксиальности.In the combustion chamber in accordance with the third embodiment, as shown in Fig.7, the cooling holes are placed in positions mutually different in height, measured along the inner circumferential surface of the end frame 6 of the transition compartment, divided into a plurality of cooling holes 14 and a plurality of cooling holes 16. Due to manufacturing and assembly tolerances, some assembly deviations may occur between the transfer chamber and the end wall of the first stage stator blade. Therefore, it is possible to supply the cooling air to the predetermined position through the respective cooling holes 14 and 16 even if misalignment occurs.

Кроме того, как показано на фиг.8, множество охлаждающих отверстий 14 и множество охлаждающих отверстий 16, которые размещены в разных положениях по высоте, измеренной по внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека, имеют разную высоту между соседними охлаждающими отверстиями в окружном направлении торцевой рамы 6 переходного отсека.In addition, as shown in FIG. 8, the plurality of cooling holes 14 and the plurality of cooling holes 16, which are placed at different positions in height as measured along the inner circumferential surface of the transition compartment end frame 6, have different heights between adjacent cooling holes in the circumferential direction of the end frame 6 of the transition compartment.

В третьем варианте осуществления охлаждающие отверстия переходного отсека имеют конструкцию, описанную выше, и поэтому появляется возможность равномерного охлаждения поверхности торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени, которая располагается напротив торцевой рамы 6 переходного отсека, по всей окружности.In the third embodiment, the cooling holes of the transition compartment have the design described above, and therefore it becomes possible to uniformly cool the surface of the end wall 10 of the first stage stator blade, which is located opposite the end frame 6 of the transition compartment, around the entire circumference.

Четвертый вариант осуществленияFourth Embodiment

Ниже со ссылками на фиг.9 и фиг.10 приводится описание конструкции торцевой рамы переходного отсека в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.9 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с четвертым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.10 представлен вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.9 по стрелке (в перспективе) в направлении Е-Е'.Below with reference to Fig.9 and Fig.10 is a description of the structure of the end frame of the transition compartment in accordance with the fourth embodiment of the present invention. FIG. 9 is a schematic illustration of one example of a cross sectional end frame structure according to a fourth embodiment of the present invention. Fig. 10 is a view of one example of the construction of the end frame of the transition compartment in Fig. 9, arrowed (in perspective) in the direction E-E'.

В камере сгорания в соответствии с четвертым вариантом осуществления, как показано на фиг.9, охлаждающие отверстия размещены с разделением на множество охлаждающих отверстий 18 и множество охлаждающих отверстий 20, которые имеют разные углы наклона относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека.In the combustion chamber according to the fourth embodiment, as shown in Fig. 9, the cooling holes are divided into a plurality of cooling holes 18 and a plurality of cooling holes 20, which have different angles of inclination relative to the inner circumferential surface of the end frame 6 of the transition compartment.

Кроме того, как показано на фиг.10, множества охлаждающих отверстий 18 и 20, которые имеют разные углы наклона относительно внутренней окружной поверхности торцевой рамы 6 переходного отсека, размещены в окружном направлении торцевой рамы 6 переходного отсека с чередованием так, что углы наклона соседних охлаждающих отверстий являются разными.In addition, as shown in FIG. 10, a plurality of cooling holes 18 and 20, which have different angles of inclination relative to the inner circumferential surface of the transition compartment end frame 6, are placed in the circumferential direction of the transition compartment end frame 6 in an alternating manner so that the inclination angles of adjacent cooling holes are different.

Охлаждающие отверстия переходного отсека в четвертом варианте осуществления имеют конструкцию, описанную выше, и поэтому появляется возможность равномерного охлаждения поверхности торцевой стенки 10 лопатки статора первой ступени, которая располагается напротив торцевой рамы 6 переходного отсека, по всей окружности.The cooling holes of the transition compartment in the fourth embodiment have the structure described above, and therefore it becomes possible to uniformly cool the surface of the end wall 10 of the first stage stator blade, which is located opposite the end frame 6 of the transition compartment, around the entire circumference.

Пятый вариант осуществленияFifth Embodiment

Ниже со ссылками на фиг.11 и фиг.12 приводится описание конструкции торцевой рамы переходного отсека в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.11 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с пятым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.12 представлен вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.11 по стрелке (в перспективе) в направлении F-F'.Below with reference to Fig.11 and Fig.12 is a description of the structure of the end frame of the transition compartment in accordance with the fifth embodiment of the present invention. FIG. 11 is a schematic illustration of one example of a cross sectional end frame structure according to a fifth embodiment of the present invention. FIG. 12 is a view of one example of the design of the end frame of the transition compartment in FIG. 11, arrowed (in perspective) in the F-F' direction.

В камере сгорания в соответствии с пятым вариантом осуществления, множество охлаждающих отверстий 22 размещены под заданным углом (по диагонали) с разделением в окружном направлении торцевой рамы 6 переходного отсека, как показано на фиг.11. В случае, когда проблема заключается в высокой температуре металла торцевой рамы 6 переходного отсека, появляется возможность снижения температуры металла торцевой рамы 6 переходного отсека без увеличения количество охлаждающего воздуха по сравнению с конструкцией, в которой охлаждающие отверстия параллельно осевому направлению камеры сгорания.In the combustion chamber according to the fifth embodiment, a plurality of cooling holes 22 are placed at a predetermined angle (diagonally) with a division in the circumferential direction of the end frame 6 of the transition compartment, as shown in Fig.11. In the case where the problem is the high temperature of the metal of the transition compartment end frame 6, it becomes possible to lower the temperature of the metal of the transition compartment end frame 6 without increasing the amount of cooling air compared to a design in which the cooling holes are parallel to the axial direction of the combustion chamber.

Шестой вариант осуществленияSixth Embodiment

Ниже со ссылками на фиг.13 и фиг.14 приводится описание конструкции торцевой рамы переходного отсека в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.13 представлена схематическая иллюстрация одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека в разрезе в соответствии с шестым вариантом осуществления настоящего изобретения. На фиг.14 представлен вид одного примера конструкции торцевой рамы переходного отсека на фиг.13 по стрелке (в перспективе) в направлении G-G'Below, with reference to Fig.13 and Fig.14, a description is given of the structure of the end frame of the transition compartment in accordance with the sixth embodiment of the present invention. FIG. 13 is a schematic illustration of one example of a cross sectional end frame structure according to a sixth embodiment of the present invention. Fig. 14 is a view of one example of the design of the end frame of the transition compartment in Fig. 13, arrowed (in perspective) in the direction G-G'

В камере сгорания в соответствии с шестым вариантом осуществления, как показано на фиг.13, охлаждающие отверстия образованы первым охлаждающим отверстием 24, которое соединяет внешнюю окружную поверхность и внутреннюю окружную поверхность торцевой рамы 6 переходного отсека между собой под первым углом (под заданным углом) в радиальном направлении торцевой рамы 6 переходного отсека, и вторым охлаждающим отверстием 12, которое соединяет другую внешнюю окружную поверхность и другую внутреннюю окружную поверхность торцевой рамы 6 переходного отсека между собой под вторым углом (отличным от первого угла) в осевом направлении торцевой рамы 6 переходного отсека.In the combustion chamber according to the sixth embodiment, as shown in FIG. 13, the cooling holes are formed by the first cooling hole 24, which connects the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the transition compartment end frame 6 to each other at a first angle (at a predetermined angle) in the radial direction of the end frame 6 of the transition compartment, and the second cooling hole 12, which connects the other outer circumferential surface and the other inner circumferential surface of the end frame 6 of the transition compartment to each other at a second angle (different from the first angle) in the axial direction of the end frame 6 of the transition compartment.

Кроме того, как показано на фиг.14, первые охлаждающие отверстия 24 и вторые охлаждающие отверстия 12 размещены в окружном направлении торцевой рамы 6 переходного отсека с взаимным чередованием.In addition, as shown in Fig. 14, the first cooling holes 24 and the second cooling holes 12 are arranged in the circumferential direction of the end frame 6 of the transition compartment in an interleaved manner.

При этом настоящее изобретение не ограничивается описанными выше вариантами осуществления и включает в себя самые различные модификации. Например, рассмотренные выше варианты осуществления были описаны в деталях для того, чтобы объяснить настоящее изобретение простым для понимания способом, и необязательно ограничивается вариантами, имеющими все описанные конструкции. Кроме того, можно заменять участок конструкции одного варианта осуществления конструкцией другого варианта осуществления, а также можно добавлять конструкцию другого варианта осуществления к конструкции одного варианта осуществления. Кроме того, можно также добавлять/удалять/заменять другую конструкцию участком одной конструкции каждого варианта осуществления.However, the present invention is not limited to the embodiments described above, and includes various modifications. For example, the embodiments discussed above have been described in detail in order to explain the present invention in an easy-to-understand manner, and are not necessarily limited to embodiments having all of the structures described. In addition, it is possible to replace a portion of the structure of one embodiment with the structure of another embodiment, and it is also possible to add the structure of another embodiment to the structure of one embodiment. In addition, it is also possible to add/remove/replace another structure with a section of one structure of each embodiment.

СПИСОК ссылочных позицийLIST of reference positions

1 - компрессор;1 - compressor;

2 - камеры сгорания;2 - combustion chambers;

3 - турбина;3 - turbine;

4 - переходный отсек;4 - transition compartment;

5 - направление прохождения газа сгорания;5 - the direction of passage of the combustion gas;

6 - торцевая рама переходного отсека;6 - end frame of the transition compartment;

7 - поддерживающая конструкция торцевой рамы переходного отсека;7 - supporting structure of the end frame of the transition compartment;

8 -кожух;8 - casing;

9 - фиксирующий элемент конструкции;9 - fixing structural element;

10 - торцевая стенка лопатки статора первой ступени (ограничительное кольцо);10 - end wall of the first stage stator blade (restrictive ring);

11 - уплотнительный элемент;11 - sealing element;

12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 - охлаждающее отверстие;12, 14, 16, 18, 20, 22, 24, 26, 28 - cooling hole;

13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29 - направление прохождения охлаждающего воздуха.13, 15, 17, 19, 21, 23, 25, 27, 29 - the direction of passage of the cooling air.

Claims

1. The combustion chamber of a gas turbine, containing:

a transition chamber that directs the combustion gas from the combustion chamber to the turbine;

end frame of the transition compartment, which is installed on the outlet section of the transition compartment from the side of the turbine and placed opposite the end wall of the stator blade of the first stage of the turbine with a given clearance; and

a sealing element put on the end frame of the transition compartment and inserted into the end wall of the first stage stator blade to seal against leakage of cooling air supplied to the gap,

moreover, the cooling holes are placed in the end frame of the transition compartment so that cooling air is supplied directly to the end wall of the first stage stator blade.

2. The gas turbine combustion chamber according to claim 1, characterized in that the cooling holes are arranged so that cooling air is supplied directly to the inclined section of the end wall of the first stage stator blade from the inner circumference.

3. The gas turbine combustion chamber according to claim 1, characterized in that the angle of inclination of the cooling hole, which is made on the inner section of the end frame of the transition compartment, located on the upper side of the transition compartment, relative to the inner circumferential surface of the end frame of the transition compartment, is different from the angle of inclination another cooling hole, which is made on the inner section of the end frame of the transition compartment, located on the lower side of the transition compartment relative to the inner circumferential surface of the end frame of the transition compartment.

4. The gas turbine combustion chamber according to claim 1, characterized in that the cooling hole, which is made on the inner section of the end frame of the transition compartment, located on the upper side of the transition compartment, is used to supply cooling air directly to the inclined section of the end wall of the first stage stator blade from the side of the inner circle, and another cooling hole, which is made on the inner section of the end frame of the transition compartment, located on the lower side of the transition compartment, is used to supply cooling air directly to the front end section of the end wall of the first stage stator blade from the side of the inner circle.

5. The gas turbine combustion chamber according to claim 1, characterized in that in the cooling holes, which are made on the inner sections of the end frame of the transition compartment, which are located on the upper side of the transition compartment, the ratio of the pitch of the cooling holes, which are located near the central section of the end of the transition compartment frame, to the diameter of these holes in the direction of the end frame of the transition compartment, perpendicular to the direction of passage of the combustion gas, is less than the ratio of the spacing of the placement of the cooling holes, which are located near the circumferential sections of the end frame of the transition compartment, to the diameter of these holes.

6. The combustion chamber of the gas turbine according to claim 1, characterized in that in the cooling holes, which are made on the inner sections of the end frame of the transition compartment, which are located on the lower side of the transition compartment, the ratio of the pitch of the placement of the cooling holes, which are located near the central section of the end of the transition compartment frame, to the diameter of these holes in the direction of the end frame of the transition compartment, perpendicular to the direction of passage of the combustion gas, is less than the ratio of the spacing of the placement of the cooling holes, which are located near the circumferential sections of the end frame of the transition compartment, to the diameter of these holes.

7. The gas turbine combustion chamber according to claim 5 or 6, characterized in that the ratio of the spacing of the placement of the cooling holes, which are located near the central section of the end frame of the transition compartment, to the diameter of these holes is 3.1 or less, and the ratio of the pitch of the placement of the cooling holes that are located near the circumferential sections of the end frame of the transition compartment, to the diameter of these holes is 4.0 or less.

8. The gas turbine combustion chamber according to claim. 1, characterized in that the cooling holes are placed in different positions in height, measured along the inner circumferential surface of the end frame of the transition compartment, divided into one set of cooling holes and another set of cooling holes in the radial direction of the end transitional frame.

9. The combustion chamber of the gas turbine according to claim 8, characterized in that the plurality of cooling holes, which are placed in different positions in height, measured along the inner circumferential surface of the end frame of the transition compartment, have different heights between adjacent cooling holes in the circumferential direction of the end frame of the transition compartment.

10. The combustion chamber of a gas turbine according to claim 1, characterized in that the cooling holes are arranged with division into one set of cooling holes and another set of cooling holes, which have a different angle of inclination relative to the inner circumferential surface of the end frame of the transition compartment.

11. The gas turbine combustion chamber according to claim 10, characterized in that the plurality of cooling holes, which have different angles of inclination relative to the inner circumferential surface of the end frame of the transition compartment, have different angles of inclination between adjacent cooling holes in the circumferential direction of the end frame of the transition compartment.

12. The combustion chamber of a gas turbine according to claim 1, characterized in that the cooling holes are placed at a given angle diagonally with separation in the circumferential direction of the end frame of the transition compartment.

13. The gas turbine combustion chamber according to claim 1, characterized in that the cooling holes include:

a first cooling hole that connects the outer circumferential surface and the inner circumferential surface of the transition compartment end frame to each other at a predetermined angle in the radial direction of the transition compartment end frame, and a second cooling hole that connects the other outer circumferential surface and the other inner circumferential surface of the transition compartment end frame between themselves at an angle different from the specified angle in the axial direction of the end frame of the transition compartment.

14. The combustion chamber of the gas turbine according to claim 13, characterized in that the first cooling hole and the second cooling hole are placed in the circumferential direction of the end frame of the transition compartment in alternation.