RU2788802C1

RU2788802C1 - Heat shield for gas turbine engine

Info

Publication number: RU2788802C1
Application number: RU2021134554A
Authority: RU
Inventors: Ксения ДЕНИСОВА; Александр Игоревич ФАКЕЕВ; Илья ФЕДОРОВ; Омид ЛОРЕСТАНИ
Original assignee: Сименс Энерджи Глобал Гмбх Унд Ко. Кг
Priority date: 2019-05-29
Filing date: 2020-05-20
Publication date: 2023-01-24

Abstract

FIELD: gas turbine engine.

SUBSTANCE: heat shield for a gas turbine engine comprises a main body having a front edge, a rear edge, side edges, a first surface and a second surface. The first surface is exposed to the hot working gas passing through the gas turbine engine in use. The heat shield has a front hook and a back hook, each extending between the side edges, with the front hook and back hook extending from the second surface. The stiffening structure extends from the front hook to the rear hook and does not directly contact or attach to the second surface.

EFFECT: improved heat shield reduces warping, reduces temperature gradients, reduces absolute temperatures and minimizes cooling air usage.

16 cl, 10 dwg

Description

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention belongs

Настоящее изобретение относится к тепловому экрану, который может использоваться в газотурбинном двигателе и, в частности, к элементу придания жесткости и управления потоком, с тем чтобы увеличивать долговечность теплового экрана.The present invention relates to a heat shield that can be used in a gas turbine engine and, in particular, to a stiffening and flow control element so as to increase the durability of the heat shield.

Уровень техники изобретенияState of the art invention

Тепловой экран может находиться в нескольких местоположениях в газотурбинном двигателе, и в частности, тепловой экран может быть расположен радиально снаружи относительно кольцевой группы лопаток турбины. Тепловой экран обычно представляет собой периферийный сегмент группы тепловых экранов, которые удерживаются в нужном положении за счет конструкции держателя. Тепловой экран составляет часть газового тракта, который канализирует горючие газы через турбину и приводит в действие лопатки ротора турбины традиционным способом. Эти тепловые экраны имеют горячую сторону, которая подвергается воздействию горячих рабочих газов турбины, и холодную сторону, обращенную радиально наружу, которая зачастую охлаждается с помощью охлаждающего воздуха. Важно то, что имеется минимальный зазор между наконечником лопатки и тепловым экраном, чтобы минимизировать утечку через наконечник и в силу этого минимизировать потерю эффективности.The heat shield may be located at several locations in the gas turbine engine, and in particular, the heat shield may be positioned radially outward relative to the annular turbine blade group. The heat shield is typically the peripheral segment of a group of heat shields that are held in position by the design of the holder. The heat shield forms part of the gas path that channels combustible gases through the turbine and drives the turbine rotor blades in the traditional way. These heat shields have a hot side which is exposed to the hot working gases of the turbine and a cold side facing radially outward which is often cooled by cooling air. It is important that there is a minimum clearance between the blade tip and the heat shield to minimize tip leakage and therefore minimize efficiency loss.

Традиционно, на холодной стороне выполняются длинные ребра, чтобы придавать жесткость тепловому экрану. Длинные ребра выполнены как единое целое или унитарно с холодной стороной и формируют охлаждающие каналы. Пластина для обеспечения натекания припаивается на холодной стороне и покрывает длинные ребра. Охлаждающий воздух распределяется вдоль охлаждающих каналов.Traditionally, long ribs are made on the cold side to stiffen the heat shield. Long ribs are made as a single unit or unitary with the cold side and form cooling channels. The leakage plate is soldered on the cold side and covers the long fins. The cooling air is distributed along the cooling channels.

Тем не менее, эти тепловые экраны подвергаются высоким тепловым градиентам между своей горячей стороной и холодной стороной. Такие тепловые градиенты создают нагрузку на тепловой экран, которая приводит к усталости материала и к искривлению тепловых экранов при работе. Искривление теплового экрана может приводить к трению поверхности теплового экрана о вращающуюся лопатку, вызывая повреждение обеих частей и последующее ухудшение рабочих характеристик турбины. Придающие жесткость элементы требуются на холодной стороне теплового экрана, чтобы разрешать проблемы срока службы и искривления.However, these heat shields are subject to high thermal gradients between their hot side and cold side. Such thermal gradients create stress on the heat shield, which leads to material fatigue and distortion of the heat shields during operation. Curvature of the heat shield can cause the surface of the heat shield to rub against the rotating blade, causing damage to both parts and subsequent deterioration in turbine performance. Stiffening elements are required on the cold side of the heat shield to resolve warping and service life problems.

Одновременно, тепловой экран требует равномерного распределения охлаждающего воздуха в впускных отверстиях для охлаждающих отверстий теплового экрана. Специальные конструктивные элементы обычно необходимы для того, чтобы достигать этого, поскольку подача охлаждающего воздуха из держателя типично очень локализуется. Такая локализация охлаждения также может вызывать локализованные тепловые градиенты.At the same time, the heat shield requires even distribution of cooling air in the inlets for the heat shield's cooling holes. Special structural elements are usually needed in order to achieve this, since the supply of cooling air from the holder is typically very localized. Such localization of cooling can also cause localized thermal gradients.

Таким образом, имеется цель создания улучшенного теплового экрана, который уменьшает искривление, уменьшает температурные градиенты, уменьшает абсолютные температуры и минимизирует использование охлаждающего воздуха.Thus, the goal is to provide an improved thermal shield that reduces distortion, reduces temperature gradients, reduces absolute temperatures, and minimizes the use of cooling air.

Сущность изобретенияThe essence of the invention

Чтобы разрешать проблемы известных систем нанесения покрытия, предусмотрен тепловой экран для газотурбинного двигателя, причем тепловой экран содержит основной корпус, имеющий передний край, задний край, боковые края, первую поверхность и вторую поверхность, причем первая поверхность подвергается воздействию горячего рабочего газа, проходящего при использовании через газотурбинный двигатель, передний крюк и задний крюк, каждый из которых проходит между боковыми краями, причем передний крюк и задний крюк проходят от второй поверхности, отличающийся тем, что придающая жесткость конструкция проходит от переднего крюка к заднему крюку и непосредственно не контактирует или присоединяется ко второй поверхности.In order to solve the problems of known coating systems, a heat shield for a gas turbine engine is provided, the heat shield comprising a main body having a leading edge, a rear edge, side edges, a first surface and a second surface, the first surface being exposed to hot working gas passing through during use. through the turbine engine, the front hook and the rear hook, each extending between the side edges, the front hook and the rear hook extending from the second surface, characterized in that the stiffening structure extends from the front hook to the rear hook and does not directly contact or attach to second surface.

Придающая жесткость конструкция может быть выполнена по существу в форме, по меньшей мере, одного X при просмотре в направлении второй поверхности.The stiffening structure may be substantially in the shape of at least one X when viewed in the direction of the second surface.

Придающая жесткость конструкция может содержать четыре рычага. Два рычага могут присоединяться к переднему крюку. Два рычага могут присоединяться к заднему крюку. Четыре рычага могут стыковаться на пересечении.The stiffening structure may comprise four arms. Two levers can be attached to the front hook. Two levers can be attached to the rear hook. Four levers can be docked at the intersection.

Придающая жесткость конструкция может содержать удлиненную часть. Удлиненная часть может проходить между любой одной или более пар рычагов, рычага 104A и рычага 104B, рычага 104B и рычага 104C, рычага 104C и рычага 104D и рычага 104A и рычага 104D. При использовании, удлиненная часть может блокировать натекание струи хладагентя на вторую поверхность и/или, по меньшей мере, одно впускное отверстие, заданное во второй поверхности.The stiffening structure may comprise an elongate portion. The extension may extend between any one or more pairs of levers, lever 104A and lever 104B, lever 104B and lever 104C, lever 104C and lever 104D, and lever 104A and lever 104D. In use, the elongated portion may block the refrigerant jet from flowing onto the second surface and/or at least one inlet defined in the second surface.

Тепловой экран может содержать центральную линию и перпендикулярную центральной линии линию. Угол α задается от рычага 104C до линии, и угол β задается от рычага 104C до другого рычага 104D, причем оба рычага 104C, 104D присоединены к идентичному переднему или заднему крюку. Соотношение углов может составлять "угол α/угол β≥2".The heat shield may comprise a center line and a line perpendicular to the center line. Angle α is given from arm 104C to the line, and angle β is given from arm 104C to another arm 104D, with both arms 104C, 104D attached to the same front or rear hook. The angle ratio may be "Angle α/Angle β≥2".

Придающая жесткость конструкция может содержать один или более профилей поперечного сечения: двутавровая балка, однотавровая балка, коробчатая балка или прямоугольник.The stiffening structure may comprise one or more cross-sectional profiles: an I-beam, a single-tee beam, a box beam, or a rectangle.

Придающая жесткость конструкция может представлять собой балочную компоновку. Балочная компоновка содержит, по меньшей мере, одну балку, причем, по меньшей мере, одна балка имеет, по меньшей мере, одну перемычку и, по меньшей мере, один фланец.The stiffening structure may be a beam arrangement. Beam layout contains at least one beam, and at least one beam has at least one jumper and at least one flange.

Удлиненная часть может формироваться посредством удлинения фланца, предпочтительно радиально внешнего фланца.The extension may be formed by extending a flange, preferably a radially outer flange.

Придающая жесткость конструкция может представлять собой решетчатую конструкцию.The stiffening structure may be a lattice structure.

Решетчатая конструкция может представлять собой группу X-образных элементов, причем каждый X-образный элемент имеет рычаги.The lattice structure may be a group of X-shaped elements, and each X-shaped element has levers.

Удлиненная часть может не соединяться ни с передним крюком, ни с задним крюком.The extension may not connect to either the front hook or the back hook.

Газотурбинный двигатель может содержать тепловой экран, как описано выше, и держатель. Держатель может размещаться радиально снаружи относительно теплового экрана и содержать соответствующие зацепляющие элементы, чтобы зацеплять передний крюк и задний крюк, и, по меньшей мере, одно отверстие для направления хладагентя через него и к тепловому экрану, причем, по меньшей мере, одно отверстие имеет центральную линию. Центральная линия может пересекать придающую жесткость конструкцию таким образом, что хладагенть, по меньшей мере, частично натекает на придающую жесткость конструкцию.The gas turbine engine may include a heat shield as described above and a holder. The holder may be positioned radially outward relative to the heat shield and comprise appropriate engaging elements to engage the front hook and rear hook and at least one hole for directing coolant through it and towards the heat shield, wherein at least one hole has a central line. The center line may intersect the stiffening structure in such a way that the coolant at least partially flows onto the stiffening structure.

Центральная линия может пересекать придающую жесткость конструкцию таким образом, что хладагенть, по меньшей мере, частично натекает на удлиненную часть.The center line may intersect the stiffening structure in such a way that the coolant at least partially flows onto the elongate portion.

Тепловой экран может представлять собой один из кольцевой группы тепловых экранов, и держатель может быть кольцевым. Держатель может содержать кольцевую группу отверстий. Центральная линия каждого отверстия может радиально совмещаться с одним из тепловых экранов, и, в частности, центральная линия каждого отверстия может радиально совмещаться с одной из придающих жесткость конструкций таким образом, что при использовании, хладагенть натекает на тепловой экран и, в частности, натекает на придающую жесткость конструкцию.The heat shield may be one of an annular group of heat shields and the holder may be an annular. The holder may contain an annular group of holes. The center line of each hole may be radially aligned with one of the heat shields, and in particular, the center line of each hole may be radially aligned with one of the stiffening structures such that, in use, refrigerant flows into the heat shield and in particular flows into stiffening structure.

Краткое описание чертежейBrief description of the drawings

Вышеуказанные атрибуты и другие элементы и преимущества этого изобретения, а также способ их достижения должны становиться более очевидными, и само изобретение должно лучше пониматься со ссылкой на нижеприведенное описание вариантов осуществления изобретения, рассматриваемое вместе с прилагаемыми чертежами, на которых:The above attributes and other elements and advantages of this invention, as well as the method of achieving them, should become more obvious, and the invention itself should be better understood with reference to the following description of embodiments of the invention, taken together with the accompanying drawings, in which:

Фиг. 1 показывает часть турбинного двигателя на виде с сечением, в который включен настоящий тепловой экран,Fig. 1 shows part of a turbine engine in a sectional view in which a real heat shield is included,

Фиг. 2 является видом в изометрии настоящего теплового экрана при просмотре радиально внутрь и по окружности относительно оси вращения турбинного двигателя, причем первый вариант осуществления придающей жесткость конструкции можно видеть на радиально внешней стороне теплового экрана,Fig. 2 is an isometric view of the present heat shield when viewed radially inward and circumferentially about the axis of rotation of the turbine engine, the first embodiment of the stiffening structure being seen on the radially outer side of the heat shield,

Фиг. 3 представляет собой сечение A-A настоящего теплового экрана и держателя для удерживания теплового экрана,Fig. 3 is an A-A section of a real heat shield and a holder to hold the heat shield,

Фиг. 4 является видом при просмотре радиально внутрь в альтернативном варианте осуществления теплового экрана, показывающим вторую альтернативную придающую жесткость конструкцию,Fig. 4 is a radially inward view of an alternative heat shield embodiment showing a second alternative stiffening structure,

Фиг. 5 является видом при просмотре радиально внутрь в альтернативном варианте осуществления теплового экрана, показывающим третью альтернативную придающую жесткость конструкцию,Fig. 5 is a radially inward view of an alternative heat shield embodiment showing a third alternative stiffening structure,

Фиг. 6 показывает первый вариант осуществления придающей жесткость конструкции настоящего теплового экрана в поперечном сечении B-B рычага придающей жесткость конструкции,Fig. 6 shows a first embodiment of the stiffening structure of the present heat shield in cross section B-B of the arm of the stiffening structure,

Фиг. 7 показывает второй вариант осуществления придающей жесткость конструкции настоящего теплового экрана в поперечном сечении B-B рычага придающей жесткость конструкции,Fig. 7 shows a second embodiment of the stiffening structure of the present heat shield in cross section B-B of the stiffening arm,

Фиг. 8 показывает третий вариант осуществления придающей жесткость конструкции настоящего теплового экрана в поперечном сечении B-B рычага придающей жесткость конструкции,Fig. 8 shows a third embodiment of the stiffening structure of the present heat shield in cross section B-B of the arm of the stiffening structure,

Фиг. 9 является видом при просмотре радиально внутрь в альтернативном варианте осуществления теплового экрана, показывающим четвертую альтернативную придающую жесткость конструкцию, иFig. 9 is a radially inward view of an alternative heat shield embodiment showing a fourth alternative stiffening structure, and

Фиг. 10 является поперечным сечением C-C по четвертой альтернативе для теплового экрана на фиг. 9.Fig. 10 is a cross section C-C of the fourth alternative for the heat shield of FIG. nine.

Подробное описание изобретенияDetailed description of the invention

Фиг. 1 показывает пример газотурбинного двигателя 10 на виде с сечением. Газотурбинный двигатель 10 содержит, последовательно в направлении потока, впускное отверстие 12, секцию 14 компрессора, секцию 16 камеры сгорания и секцию 18 турбины, которые, размещены по существу последовательно в направлении потока и, по существу, около и вдоль направления продольной или вращательной оси 20 в осевой турбине. Газотурбинный двигатель 10 дополнительно содержит вал 22, который может вращаться вокруг оси 20 вращения и который проходит продольно через газотурбинный двигатель 10. Вал 22 соединяет с возможностью приведения в действие секцию 18 турбины и секцию 14 компрессора.Fig. 1 shows an example of a gas turbine engine 10 in a sectional view. The gas turbine engine 10 comprises, in series in the flow direction, an inlet 12, a compressor section 14, a combustion chamber section 16, and a turbine section 18, which are arranged substantially sequentially in the flow direction and substantially near and along the direction of the longitudinal or rotational axis 20 in an axial turbine. Turbine engine 10 further comprises a shaft 22 which is rotatable about an axis of rotation 20 and which extends longitudinally through gas turbine engine 10. Shaft 22 operably connects turbine section 18 and compressor section 14.

При работе газотурбинного двигателя 10 воздух 24, который вовлекается через отверстие 12 для впуска воздуха, сжимается посредством секции 14 компрессора и доставляется в секцию сгорания или секцию 16 горелки. Секция 16 горелки содержит нагнетательную камеру 26 горелки, одну или более камер 28 сгорания, и, по меньшей мере, одну горелку 30, прикрепленную к каждой камере 28 сгорания. Камеры 28 сгорания и горелки 30 расположены в нагнетательной камере 26 горелки. Сжатый воздух, проходящий через компрессор 14, входит в диффузор 32 и выпускается из диффузора 32 в нагнетательную камеру 26 горелки из места, в котором часть воздуха входит в горелку 30 и смешивается с газообразным или жидким топливом. Воздушно-топливная смесь затем сжигается, и горючий газ 34 или рабочий газ из сгорания канализируется через камеру 28 сгорания в секцию 18 турбины через переходный канал 17.During operation of the gas turbine engine 10, the air 24 which is entrained through the air inlet 12 is compressed by the compressor section 14 and delivered to the combustion section or the burner section 16 . The burner section 16 includes a burner pressure chamber 26, one or more combustion chambers 28, and at least one burner 30 attached to each combustion chamber 28. The combustion chambers 28 and burners 30 are located in the pressure chamber 26 of the burner. Compressed air passing through the compressor 14 enters the diffuser 32 and is discharged from the diffuser 32 into the pressure chamber 26 of the burner from the place where part of the air enters the burner 30 and mixes with gaseous or liquid fuel. The air-fuel mixture is then combusted and the combustible gas 34 or the working gas from the combustion is channeled through the combustor 28 into the turbine section 18 via the transfer channel 17.

Этот примерный газотурбинный двигатель 10 имеет трубчато-кольцевую секционную компоновку 16 камеры сгорания, которая образована кольцевой группой из стабилизаторов 19 пламени камеры сгорания, каждый из которых имеет горелку 30, и камерой 28 сгорания. Переходный канал 17 имеет, по существу, круглое впускное отверстие, причем канал соединяется с камерой 28 сгорания, и выпускное отверстие в форме кольцевого сегмента. Кольцевая группа выпускных отверстий переходного канала формирует кольцеобразную деталь для канализирования горючих газов в турбину 18. В других примерах, секция 16 камеры сгорания может представлять собой кольцевую камеру сгорания, известную в данной области техники.This exemplary gas turbine engine 10 has a tubular annular combustor sectional arrangement 16 that is formed by an annular group of combustor flame stabilizers 19, each with a burner 30, and a combustor 28. The transition channel 17 has a substantially circular inlet, the channel being connected to the combustion chamber 28, and an outlet in the form of an annular segment. The annular group of outlets of the transition channel forms an annular part for channeling combustible gases into the turbine 18. In other examples, the combustion chamber section 16 may be an annular combustion chamber known in the art.

Секция 18 турбины содержит заданное число несущих лопатки дисков 36, присоединенных к валу 22. В настоящем примере, два диска 36 нут на себе кольцевую группу лопаток 38 турбины. Тем не менее, число несущих лопатки дисков может отличаться, т.е. только один диск или более двух дисков. Помимо этого, направляющие лопасти 40, которые прикрепляются к статору 42 газотурбинного двигателя 10, располагаются между ступенями кольцевых групп лопаток 38 турбины. Между выходом камеры 28 сгорания и передними лопатками 38 турбины 40, имеются впускные направляющие лопасти, которые направляют поток рабочего газа на лопатки 38 турбины.Turbine section 18 includes a predetermined number of blade-carrying discs 36 attached to shaft 22. In the present example, two discs 36 support an annular turbine blade group 38. However, the number of blade-carrying discs may vary, i. e. only one disk or more than two disks. In addition, the guide vanes 40, which are attached to the stator 42 of the gas turbine engine 10, are located between the stages of the annular groups of turbine blades 38. Between the outlet of the combustion chamber 28 and the front blades 38 of the turbine 40, there are inlet guide vanes which direct the flow of working gas to the turbine blades 38.

Горючий газ из камеры 28 сгорания входит в секцию 18 турбины и приводит в действие лопатки 38 турбины, которые в свою очередь вращают вал 22. Направляющие лопасти 40 служат для того, чтобы оптимизировать угол горючего или рабочего газа на лопатках 38 турбины.Combustion gas from combustion chamber 28 enters turbine section 18 and drives turbine blades 38 which in turn rotate shaft 22. Guide vanes 40 serve to optimize the angle of the fuel or propellant gas on turbine blades 38.

Статор 42 секции 18 турбины дополнительно содержит держатель 58 и кольцевую группу тепловых экранов 60, смонтированных на держателе 58 и частично задающих тракт подачи рабочего газа через секцию турбины. Тепловые экраны 60 монтируются радиально снаружи относительно лопаток 38 ротора. В других газотурбинных двигателях, тепловые экраны 60 могут монтироваться между кольцевыми группами лопаток 38 ротора и/или могут монтироваться на радиально внутреннем кожухе 56.The stator 42 of the turbine section 18 additionally contains a holder 58 and an annular group of heat shields 60 mounted on the holder 58 and partially defining the working gas supply path through the turbine section. Heat shields 60 are mounted radially outward relative to the rotor blades 38. In other gas turbine engines, heat shields 60 may be mounted between the annular rotor blade groups 38 and/or may be mounted on the radially inner shroud 56.

Настоящее изобретение описывается со ссылкой на вышеуказанный примерный турбинный двигатель, имеющий один вал или золотник, соединяющий один многоступенчатый компрессор и одну одно- или многоступенчатую турбину. Тем не менее, следует принимать во внимание, что настоящее изобретение является в равной степени применимым к двух- или трехвальным двигателям, и оно может использоваться для промышленных, авиационных или судостроительных вариантов применения.The present invention is described with reference to the above exemplary turbine engine having one shaft or spool connecting one multistage compressor and one single or multistage turbine. However, it should be appreciated that the present invention is equally applicable to two or three shaft engines and it can be used for industrial, aviation or marine applications.

Термины "вверх по потоку" и "вниз по потоку" относятся к направлению протекания воздушного потока и/или потока рабочего газа через двигатель, если не указано иное. Термины "вперед" и "назад" означают общий поток газа через двигатель. Термины "осевой", "радиальный" и "периферийный" задаются со ссылкой на ось 20 вращения двигателя.The terms "upstream" and "downstream" refer to the direction of flow of the air flow and/or the flow of working gas through the engine, unless otherwise indicated. The terms "forward" and "reverse" refer to the total flow of gas through the engine. The terms "axial", "radial" and "peripheral" are defined with reference to the axis 20 of rotation of the engine.

Термин "тепловой экран" используется не только для того, чтобы обозначать тепловой экран 60, как описано в данном документе, но также означает периферийный сегмент или наружное воздушное уплотнение лопаток (BOAS), или защитный кожух турбинной системы 18 газотурбинного двигателя 10.The term "heat shield" is used not only to refer to the heat shield 60 as described herein, but also to refer to the peripheral segment or outer blade air seal (BOAS) or turbine system shroud 18 of gas turbine engine 10.

Ниже описывается настоящий тепловой экран 60 со ссылкой на фиг. 2-10. Элементы любого одного или более вариантов осуществления могут комбинироваться с другими вариантами осуществления, как должно быть очевидным для специалистов в данной области техники.The present heat shield 60 will be described below with reference to FIG. 2-10. Elements of any one or more embodiments may be combined with other embodiments, as will be apparent to those skilled in the art.

Ссылаясь на фиг. 2-3, тепловой экран 60 представляет собой периферийный сегмент кольцевой группы периферийных сегментов 60, которые составляют часть газоомываемой внешней поверхности газового тракта через секцию 18 турбины. Тепловой экран 60 расположен радиально снаружи относительно вращающихся лопаток 38, и если расположен аксиально смежно с вращающимися лопатками, формирует зазор в наконечнике между ними.Referring to FIG. 2-3, heat shield 60 is a peripheral segment of an annular group of peripheral segments 60 that form part of the gas-flushed outer surface of the gas path through turbine section 18. The heat shield 60 is located radially outward relative to the rotating blades 38, and if located axially adjacent to the rotating blades, forms a gap in the tip between them.

Тепловой экран 60 имеет основной корпус 61, передний край 62, задний край 64 и, при просмотре по оси по потоку вниз, влево и вправо, боковые края 66, 67, соответственно. При установке в газотурбинном двигателе, непосредственно и периферийно смежные тепловые экраны 60 могут примыкать или находиться в непосредственной близости друг к другу таким образом, что один левый боковой край 66 обращен к одному правому боковому краю 67, и зазор может существовать между ними. Зазор уплотняется посредством уплотнительной полоски, которая расположена в соответствующих пазах в каждом боковом крае или поверхности непосредственно смежных тепловых экранов, как известно в данной области техники. Тепловой экран 60 имеет первую поверхность или газоомываемую поверхность 70, которая также представляет собой радиально внутреннюю поверхность, и которая частично задает радиально внешнюю газоомываемую поверхность газового тракта в секции 18 турбины. Газоомываемая поверхность 70 также может упоминаться как горячая сторона, которая подвергается воздействию горячих рабочих газов, протекающих через газовый тракт. Тепловой экран 60 имеет вторую поверхность или холодную боковую поверхность 72, которая представляет собой радиально внешнюю поверхность относительно потока горячего газа и снабжается хладагентом обычно в форме воздуха компрессора, но могут использоваться другие источники хладагента.The heat shield 60 has a main body 61, a leading edge 62, a trailing edge 64 and, when viewed axially downstream, left and right, side edges 66, 67, respectively. When installed in a gas turbine engine, immediately and peripherally adjacent heat shields 60 may be adjacent or in close proximity to each other such that one left side edge 66 faces one right side edge 67 and a gap may exist between them. The gap is sealed by a sealing strip which is located in appropriate slots in each side edge or surface of immediately adjacent heat shields, as is known in the art. The heat shield 60 has a first surface or gas-flushing surface 70, which is also a radially inner surface, and which partially defines the radially outer gas-flushing surface of the gas path in the turbine section 18. The gas-washed surface 70 may also be referred to as the hot side, which is exposed to the hot working gases flowing through the gas path. Heat shield 60 has a second surface or cold side surface 72 which is radially external to the hot gas flow and is supplied with refrigerant, typically in the form of compressor air, but other sources of refrigerant may be used.

Тепловой экран 60 монтируется на держателе 58 посредством переднего крюка или подвесного кронштейна 74 и заднего крюка или подвесного кронштейна 76. Передний крюк 74 и задний крюк 76 взаимодействуют с соответствующими элементами 75 и 77, соответственно, держателя 58. Другое или дополнительное крепежное средство для прикрепления теплового экрана к держателю 58 или другой опорной конструкции может предоставляться, как известно в данной области техники.The heat shield 60 is mounted on the holder 58 by means of a front hook or suspension bracket 74 and a rear hook or suspension bracket 76. The front hook 74 and rear hook 76 cooperate with the corresponding elements 75 and 77, respectively, of the holder 58. Other or additional fastening means for attaching a thermal screen to holder 58 or other support structure may be provided as is known in the art.

Тепловой экран 60 имеет центральную линию 21, которая при просмотре радиально внутрь по направлению к оси 20 вращения газовой турбины 10 является параллельной с осью 20 вращения. Тепловой экран 60 является, по существу, симметричным относительно своей центральной линии 21. Тепловой экран 60 является, по существу, дугообразным при просмотре вдоль центральной линии 21, и его кривизна представляет собой кривизну части периферийной поверхности группы тепловых экранов 60, которая формирует газоомываемую поверхность секции 18 турбины.The heat shield 60 has a center line 21 which, when viewed radially inward towards the rotational axis 20 of the gas turbine 10, is parallel to the rotational axis 20. The heat shield 60 is substantially symmetrical about its center line 21. The heat shield 60 is substantially arcuate when viewed along the center line 21 and its curvature is the curvature of the portion of the peripheral surface of the heat shield group 60 that forms the gas-washed surface of the section. 18 turbines.

Основной корпус 61 имеет группу 78 охлаждающих каналов для транспортировки потока 80 хладагента, который подается в холодную сторону 72 теплового экрана 60 через держатель 58. Группа 78 охлаждающих каналов содержит переднюю группу 82 охлаждающих каналов и заднюю группу 84 охлаждающих каналов. Каждая из передней группы 82 охлаждающих каналов и задней группы 84 охлаждающих каналов содержит параллельные охлаждающие каналы 86, которые проходят в направлении, по существу, перпендикулярном соответствующему переднему краю 62 и заднему краю 64. Другие компоновки схем и принципов охлаждения могут использоваться в сочетании с текущим описанным тепловым экраном 60.The main body 61 has a cooling channel group 78 for transporting a coolant stream 80 that is supplied to the cold side 72 of the heat shield 60 through a holder 58. The cooling channel group 78 includes a front cooling channel group 82 and a rear cooling channel group 84. Each of the front cooling channel group 82 and the rear cooling channel group 84 includes parallel cooling channels 86 that extend in a direction substantially perpendicular to the respective leading edge 62 and trailing edge 64. Other cooling circuit arrangements and principles may be used in conjunction with the current described heat shield 60.

Каждый охлаждающий канал 86 из передней группы 82 охлаждающих каналов имеет выпускное отверстие 88 в переднем крае 62, и каждый охлаждающий канал 86 из задней группы 84 охлаждающих каналов имеет выпускное отверстие 90 в заднем крае 64 основного корпуса 61. Каждый охлаждающий канал 86 имеет впускное отверстие 92, сформированное во второй поверхности 72. Тем не менее, другие формы, компоновки и позиционирование впускного отверстия(й) могут использоваться для охлаждающих каналов, таких как охлаждающие каналы, снабжаемые из магистрали или общей снабжающей линии.Each cooling channel 86 of the front cooling channel group 82 has an outlet 88 in the front edge 62, and each cooling channel 86 of the rear cooling channel group 84 has an outlet 90 in the rear edge 64 of the main body 61. Each cooling channel 86 has an inlet 92 formed in the second surface 72. However, other shapes, arrangements, and positioning of the inlet(s) may be used for cooling passages, such as cooling passages supplied from a main or common supply line.

При использовании, хладагент 80 под давлением, обычно воздух, стравливаемый из компрессора, подается через держатель 58 в холодную сторону 72 теплового экрана 60. Хладагент 80 входит в охлаждающие каналы 86 через впускные отверстия 92, проходит вдоль охлаждающих каналов 86 и выпускается через выпускные отверстия 88, 90 в передних, задних и боковых краях (не показаны), соответственно. Выпуск хладагента 80 в краях теплового экрана 60 помогает предотвращать втекание горячего газа в зазоры, окружающие тепловой экран 60. Выпуск хладагента 80 в краях теплового экрана также помогает предотвращать горячие точки на и около краев теплового экрана 60. Дополнительно, любой температурный градиент минимизируется во всем основном корпусе 61 теплового экрана 60.In use, pressurized refrigerant 80, typically air bled from a compressor, is supplied through holder 58 to cold side 72 of heat shield 60. Refrigerant 80 enters cooling passages 86 through inlets 92, passes along cooling passages 86, and exits through outlets 88 , 90 at the anterior, posterior, and lateral margins (not shown), respectively. Releasing coolant 80 at the edges of heat shield 60 helps prevent hot gas from flowing into gaps surrounding the heat shield 60. Releasing coolant 80 at the edges of heat shield 60 also helps prevent hot spots at and near the edges of heat shield 60. Additionally, any temperature gradient is minimized throughout the core. body 61 of the heat shield 60.

Несмотря на то, что схема охлаждения пытается минимизировать температурные градиенты и абсолютные температуры теплового экрана 60, тепловой экран 60 может искривляться вследствие тепловых нагрузок и приводить к тому, что наконечники лопатки трутся и/или увеличивают размеры зазора вокруг теплового экрана, в который горячие газы могут выходить из газового тракта. Традиционно, тепловым экранам придается жесткость за счет длинных ребер, присоединенных, как единое целое или монолитно сформированных на холодной боковой поверхности 72; тем не менее, эта компоновка имеет ограниченный эффект.Although the cooling circuit attempts to minimize temperature gradients and absolute temperatures of the heat shield 60, the heat shield 60 can warp due to thermal loads and cause the blade tips to rub and/or increase the size of the gap around the heat shield into which hot gases can enter. exit the gas path. Traditionally, heat shields are stiffened by long ribs integrally or integrally formed on the cold side surface 72; however, this arrangement has limited effect.

Для настоящего теплового экрана 60, предусмотрена придающая жесткость конструкция 100, которая проходит от переднего крюка 74 к заднему крюку 76 и которая не контактирует или присоединяется к второй поверхности 72. Таким образом, придающая жесткость конструкция не отклоняется или искривляется, когда деформируются основной корпус 61 и в силу этого вторая поверхность 72. Придающая жесткость конструкция 100 не присоединяется к второй поверхности или основному корпусу 61 непосредственно. Придающая жесткость конструкция 100 расположена на расстоянии от второй поверхности 72 и формирует зазор 102 между ними.For the present heat shield 60, a stiffening structure 100 is provided which extends from the front hook 74 to the back hook 76 and which does not contact or attach to the second surface 72. Thus, the stiffening structure does not deviate or warp when the main body 61 and therefore, the second surface 72. The stiffening structure 100 is not attached to the second surface or the main body 61 directly. The stiffening structure 100 is located at a distance from the second surface 72 and forms a gap 102 therebetween.

В предпочтительном варианте осуществления, показанном на фиг. 2 и 3, придающая жесткость конструкция 100 выполонена в общей форме X (или X-образного элемента) при просмотре в направлении второй поверхности 72 из радиально наружной позиции. Пунктирные линии дополнительно указывают, по существу, регулярную X-образную компоновку придающей жесткость конструкции 100. Придающая жесткость конструкция 100 имеет четыре рычага, по существу, со ссылкой на номер 104, причем передние рычаги 104A, 104B располагаются по направлению к переднему краю 62 теплового экрана 60 и присоединяются к переднему крюку 74, и задние рычаги 104C, 104D располагаются по направлению r заднему краю 64 теплового экрана 60 и присоединяются к заднему крюку 76.In the preferred embodiment shown in FIG. 2 and 3, the stiffening structure 100 is formed in a general X (or X-shaped) shape when viewed towards the second surface 72 from a radially outward position. The dotted lines further indicate the substantially regular X-shaped arrangement of the stiffening structure 100. The stiffening structure 100 has four arms, essentially with reference to numeral 104, with the front arms 104A, 104B positioned towards the front edge 62 of the heat shield. 60 and are attached to the front hook 74, and the rear arms 104C, 104D are located in the direction r of the rear edge 64 of the heat shield 60 and are attached to the rear hook 76.

Фиг. 4 является видом при просмотре радиально внутрь альтернативного варианта осуществления теплового экрана 60, показывающего вторую альтернативную придающую жесткость конструкцию 100. В этом варианте осуществления, предусмотрено две балочных компоновки 101 (или X-образных элемента), формирующих придающую жесткость конструкцию 100, которые являются аналогичными балочной конструкции, описанной со ссылкой на фиг. 3, за исключением того, что необязательная удлиненная часть 130, которая экранирует впускные отверстия 92 от прямого натекания хладагента 80, проходит между рычагом 104A одной балочной компоновки 101A и рычагом 104B балочной компоновки 100B.Fig. 4 is a radially inward view of an alternative embodiment of thermal shield 60 showing a second alternative stiffening structure 100. In this embodiment, two beam arrangements 101 (or X-shaped members) are provided forming the stiffening structure 100 that are similar to a beam of the structure described with reference to FIG. 3, except that an optional extension 130 that shields the inlets 92 from direct ingress of coolant 80 extends between the arm 104A of one beam arrangement 101A and the arm 104B of beam arrangement 100B.

Фиг. 5 является видом при просмотре радиально внутрь альтернативного варианта осуществления теплового экрана 60, показывающего третью альтернативную придающую жесткость конструкцию 100. В этом примере, придающая жесткость конструкция 100 является аналогичной придающей жесткость конструкции, показанной и описанной со ссылкой на фиг. 3 и 4, за исключением того, что предусмотрено два дополнительных "центральных" рычага 104E и 104F. Рычаг 104E присоединяется к переднему крюку 74, и рычаг 104F присоединяется к заднему крюку 76. Предпочтительно и как показано, два рычага 104E и 104F размещаются в линию с центральной линией 21 теплового экрана 60. Фактически, оставшиеся рычаги 104A и 104B являются симметричными вокруг центральной линии 21, поскольку рычаги 104C и 104D также являются симметричными вокруг центральной линии 21.Fig. 5 is a radially inward view of an alternative embodiment of heat shield 60 showing a third alternative stiffening structure 100. In this example, the stiffening structure 100 is the same as the stiffening structure shown and described with reference to FIG. 3 and 4, except that two additional "centre" arms 104E and 104F are provided. An arm 104E is attached to the front hook 74 and an arm 104F is attached to the rear hook 76. Preferably, and as shown, two arms 104E and 104F are placed in line with the center line 21 of the heat shield 60. In fact, the remaining arms 104A and 104B are symmetrical around the center line 21 because the arms 104C and 104D are also symmetrical around the center line 21.

Все три варианта осуществления придающей жесткость конструкции 100 могут конструироваться с возможностью приспосабливать и противостоять деформации теплового экрана 60. Ключевой элемент придающей жесткость конструкции 100 состоит в том, что она не находится в прямом контакте со второй поверхностью 72 и в силу этого не только остается относительно прохладной в силу отсутствия прямого теплопроводящего маршрута (только через крюки 74, 76), но также не подвергается тепловому искривлению основного корпуса 61 и второй поверхности 72 непосредственно.All three embodiments of the stiffening structure 100 can be designed to accommodate and resist the deformation of the heat shield 60. The key element of the stiffening structure 100 is that it is not in direct contact with the second surface 72 and therefore not only remains relatively cool. due to the lack of a direct heat conduction route (only through the hooks 74, 76), but is also not subjected to thermal distortion of the main body 61 and the second surface 72 directly.

Фиг. 6 представляет собой сечение B-B, показанное на фиг. 2, рычага 104 придающей жесткость конструкции 100. В сечении, рычаг 104 имеет общую форму двутавровой балки 142, имеющей два фланца 106, 108 и перемычку 110. Размеры двутавровой балки 142 и размеры в сечении фланцев 106, 108 и перемычки 110 известны в данной области техники для приспособления нагрузок, чтобы предоставлять требуемую жесткость и ограничивать отклонение теплового экрана 60.Fig. 6 is a B-B section shown in FIG. 2, the arm 104 of the stiffening structure 100. In cross section, the arm 104 has the general shape of an I-beam 142 having two flanges 106, 108 and a web 110. The dimensions of the I-beam 142 and the cross-sectional dimensions of the flanges 106, 108 and web 110 are known in the art. techniques for adapting loads to provide the required stiffness and limit deflection of the heat shield 60.

Фиг. 7 является альтернативным вариантом осуществления сечения B-B, показанного на фиг. 2, рычага 104 придающей жесткость конструкции 100. В сечении, рычаг 104 имеет общую форму, имеющую коробчатую балку 144, имеющую, с конструктивной точки зрения, два фланца 116, 118 и две перемычки 120, 122. Размеры коробчатой балки 144 и размеры в сечении фланцев 106, 108 и перемычки 110 известны в данной области техники для приспособления нагрузок, чтобы предоставлять требуемую жесткость и ограничивать отклонение теплового экрана 60.Fig. 7 is an alternative embodiment of the B-B section shown in FIG. 2 of the lever 104 of the stiffening structure 100. In cross section, the lever 104 has a general shape having a box beam 144 having, from a structural point of view, two flanges 116, 118 and two webs 120, 122. The dimensions of the box beam 144 and the dimensions in section flanges 106, 108 and web 110 are known in the art to accommodate loads to provide the required stiffness and limit deflection of heat shield 60.

Фиг. 8 является альтернативным вариантом осуществления сечения B-B, показанного на фиг. 2, рычага 104 придающей жесткость конструкции 100. В сечении, рычаг 104 имеет общую форму, имеющую однотавровую балку 146, имеющую, с конструктивной точки зрения, один фланец 147 и одну перемычку 148. Размеры однотавровой балки 146 и размеры в сечении фланца 147 и перемычки 148 известны в данной области техники для приспособления нагрузок, чтобы предоставлять требуемую жесткость и ограничивать отклонение теплового экрана 60.Fig. 8 is an alternative embodiment of the B-B section shown in FIG. 2, the lever 104 of the stiffening structure 100. In cross section, the lever 104 has a general shape having a single-tee beam 146 having, from a structural point of view, one flange 147 and one web 148. The dimensions of the single-tee beam 146 and the dimensions in section of the flange 147 and web 148 are known in the art for adapting loads to provide the required stiffness and limit deflection of the heat shield 60.

Возвращаясь к фиг. 2, линия 124 задается в периферийном направлении, которое является перпендикулярным центральной линии 21 теплового экрана 60. Угол α задается между центральной линией 126 рычага 104 и линией 124; и угол β задается между двумя рычагами 104. Если тепловой экран 60 изготавливается посредством процесса трехмерной печати и на основе того, что он проходит от одного бокового края до другого бокового края, соотношение углов должно составлять "угол β/угол α≥2". Одна причина такого соотношения состоит в том, чтобы обеспечивать то, что предусмотрен минимальный угол любого элемента, который составляет 45° без поддержки во время процесса изготовления. Угол элементов, которые меньше 45°, требуют поддержки, чтобы обеспечивать необходимое качество сборки, и в этом случае требуется нежелательный дополнительный процесс машинной обработки для того, чтобы вынимать опорный элемент.Returning to FIG. 2, line 124 is set in a peripheral direction that is perpendicular to center line 21 of heat shield 60. An angle α is set between center line 126 of arm 104 and line 124; and an angle β is given between the two arms 104. If the heat shield 60 is manufactured by a 3D printing process and based on it extending from one side edge to the other side edge, the angle ratio should be "angle β/angle α≥2". One reason for this ratio is to ensure that any element has a minimum angle of 45° without support during the manufacturing process. The angle of elements that are less than 45° require support to provide the required build quality, in which case an undesirable additional machining process is required in order to remove the support element.

Центральные линии 126 рычагов 104 пересекаются в точке 128. Точка 128 располагается посередине между двумя крюками 74, 76, но может быть расположена в средней трети расстояния между двумя крюками 74, 76. Точка 128 расположена на центральной линии 21 теплового экрана 60. Фактически, четыре рычага 104 стыкуются на пересечении 129, и в его пределах находится точка 128.The center lines 126 of the arms 104 intersect at point 128. Point 128 is located midway between the two hooks 74, 76, but may be located in the middle third of the distance between the two hooks 74, 76. Point 128 is located on the center line 21 of the heat shield 60. In fact, four lever 104 are joined at the intersection 129, and within its limits is the point 128.

Ссылаясь на фиг. 3, держатель 58, по существу, является кольцевым и переносит кольцевую группу тепловых экранов 60, которая окружает ступень ротора, как упомянуто выше. Держатель 58 содержит кольцевую магистраль или камеру 79, которая снабжается хладагентом 80. Держатель 58 имеет отверстие 81, причем одно из группы отверстий 81 размещается около держателя 58; каждое отверстие 81 подает часть хладагента 80 в один тепловой экран 60 группы тепловых экранов 60, и каждое отверстие 81 размещается централизованно относительно центральной линии 21 соответствующего теплового экрана 60.Referring to FIG. 3, holder 58 is substantially annular and carries an annular heat shield assembly 60 that surrounds the rotor stage as mentioned above. The holder 58 includes an annular line or chamber 79 which is supplied with refrigerant 80. The holder 58 has an opening 81, with one of the group of holes 81 located near the holder 58; each hole 81 supplies a portion of the refrigerant 80 to one heat shield 60 of a group of heat shields 60, and each hole 81 is placed centrally with respect to the center line 21 of the respective heat shield 60.

Хладагент 80 формирует струю хладагента, которая в противном случае должна натекать на вторую поверхность 72 основного корпуса 61. Эта натекающая струя хладагента 80 должна создавать холодную область и увеличивать температурный градиент в основном корпусе 61. Помимо этого, впускные отверстия 92 расположены радиально внутрь отверстия 81, или в других вариантах осуществления, причем впускные отверстия 92 могут быть расположены в линию со струей хладагента 80, проходящего через отверстие 81. Эта струя хладагента 80 в противном случае должна натекать на вторую поверхность 72 и некоторые впускные отверстия 92 и приводить к увеличению динамического давления хладагента, входящего в эти затронутые впускные отверстия 92. Следовательно, некоторые впускные отверстия 92 и их соответствующие охлаждающие каналы 86 в противном случае должны иметь больший массовый расход хладагента через себя по сравнению с теми впускными отверстиями 92 и охлаждающими каналами 86, которые не подвергаются натеканию. Это в противном случае должно приводить к нерегулярному охлаждению основного корпуса 61 и потенциально увеличивать температурный градиент в нем и ограничивать долговечность теплового экрана 60 либо потенциально приводить к тому, что тепловой экран искривляется с вышеуказанными недостатками.The refrigerant 80 forms a refrigerant jet that would otherwise flow onto the second surface 72 of the main body 61. This inflowing refrigerant jet 80 would create a cold region and increase the temperature gradient in the main body 61. In addition, the inlets 92 are located radially inside the opening 81, or in other embodiments, wherein the inlets 92 may be positioned in line with the refrigerant jet 80 passing through the opening 81. This refrigerant jet 80 would otherwise flow onto the second surface 72 and some of the inlets 92 and result in an increase in dynamic refrigerant pressure entering these affected inlets 92. Therefore, some inlets 92 and their respective cooling passages 86 would otherwise have a greater mass flow of refrigerant through them compared to those inlets 92 and cooling passages 86 that are not subject to leakage. This would otherwise result in irregular cooling of the main body 61 and potentially increase the temperature gradient therein and limit the durability of the heat shield 60, or potentially cause the heat shield to warp with the above disadvantages.

Следовательно, чтобы предотвращать натекание струи хладагента 80, которая проходит через отверстие 81, на вторую поверхность 72 и/или впускные отверстия 92, радиально внешняя перемычка 104 придающей жесткость конструкции 100 имеет удлиненную часть 130, которая проходит между передними рычагами 104A, 104B. Удлиненная часть 130 расположена радиально внутри отверстия 81 и имеет такой размер, чтобы закрывать, по меньшей мере, впускные отверстия 92 от струи хладагента 80. Другими словами, отсутствует четкая линия прямой видимости между любой частью отверстия 81 и релевантными впускными отверстиями 92 в направлении струи хладагента 80. "Релевантные" впускные отверстия 92 означают впускные отверстия 92, которые в противном случае должны подвергаться натеканию, если они не служат для предоставления удлиненной части 130. Фиг. 2 показывает пунктирную кольцевую линию 81P, которая является выступом отверстия 81 на придающую жесткость конструкцию 100. В этом примере, выступ располагается вдоль центральной линии 132 отверстия 81, которое совмещается с радиальной линией относительно центральной линии 20 двигателя 10 (см. фиг. 3); тем не менее, выступ может задаваться в направлении хладагента 80, проходящего через отверстие 81. Отверстие 81 может размещаться под углом в направлении от радиальной линии и в силу этого центральная линия 132 и направление струи хладагента 80 также должны располагаться под углом в направлении от радиальной линии. Этот угол может задаваться в периферийном направлении и/или в осевом направлении.Therefore, in order to prevent the coolant jet 80 that passes through the opening 81 from flowing onto the second surface 72 and/or the inlets 92, the radially outer web 104 of the stiffening structure 100 has an elongated portion 130 that extends between the front arms 104A, 104B. The elongate portion 130 is positioned radially within the opening 81 and is sized to obscure at least the inlets 92 from the refrigerant stream 80. In other words, there is no clear line of sight between any portion of the opening 81 and the relevant inlets 92 in the direction of the refrigerant stream. 80. "Relevant" inlets 92 means inlets 92 that would otherwise be subject to leakage if they do not serve to provide the elongated portion 130. FIG. 2 shows a dotted annular line 81P which is the protrusion of the hole 81 onto the stiffening structure 100. In this example, the protrusion is located along the center line 132 of the hole 81, which is aligned with the radial line relative to the center line 20 of the motor 10 (see FIG. 3); however, the protrusion can be set in the direction of the coolant 80 passing through the hole 81. The hole 81 can be angled away from the radial line, and therefore the center line 132 and the direction of the coolant 80 must also be angled away from the radial line. . This angle can be set in the peripheral direction and/or in the axial direction.

Следует понимать, по причинам, приведенным выше, что удлиненная часть 130 может проходить между любой одной или более пар рычагов: рычаг 104A и рычаг 104B, рычаг 104B и рычаг 104C, рычаг 104C и рычаг 104D и рычаг 104 A и рычаг 104D, чтобы блокировать натекание струи хладагента 80 на впускные отверстия 92 и/или вторую поверхность 72.It should be understood, for the reasons given above, that the elongated portion 130 may extend between any one or more pairs of levers: lever 104A and lever 104B, lever 104B and lever 104C, lever 104C and lever 104D, and lever 104A and lever 104D to block refrigerant jet 80 flowing onto inlets 92 and/or second surface 72.

Рычаги 104 содержат радиальное пересечение или смешанный радиус 134, 136, 138, в котором они состыковываются между собой и/или с крюками 74, 76. Смешанный радиус 134 формируется под тупым углом с крюками 74, 76; смешанный радиус 136 формируется под острым углом с крюками 74, 76; и смешанный радиус 138 формируется между любой одной или более пар рычагов: рычаг 104A и рычаг 104B, рычаг 104B и рычаг 104C, рычаг 104C и рычаг 104D и рычага 104 A и рычаг 104D. В частности, в варианте осуществления по фиг. 4, предусмотрены перемычки 104, 108, которые содержат смешанный радиус 134, 136, 138. В варианте осуществления по фиг. 5, два фланца 116, 118 коробчатой балки и две перемычки 120, 122 должны содержать смешанные радиусы 134, 136, 138. Цель радиуса состоит в том, чтобы уменьшать концентрацию механических напряжений в стыках.The levers 104 comprise a radial intersection or compound radius 134, 136, 138 where they meet with each other and/or with the hooks 74, 76. The compound radius 134 is formed at an obtuse angle with the hooks 74, 76; mixed radius 136 is formed at an acute angle with hooks 74, 76; and a mixed radius 138 is formed between any one or more pairs of levers: lever 104A and lever 104B, lever 104B and lever 104C, lever 104C and lever 104D, and lever 104A and lever 104D. In particular, in the embodiment of FIG. 4, webs 104, 108 are provided which comprise a mixed radius 134, 136, 138. In the embodiment of FIG. 5, the two box girder flanges 116, 118 and the two webs 120, 122 should contain mixed radii 134, 136, 138. The purpose of the radius is to reduce stress concentration at the joints.

Придающая жесткость конструкция 100 задает отверстие 140 между передним крюком 74, рычагами 104A и 104B и удлиненной частью 130 радиально внешней перемычки 104 (или 120). Отверстие 140 образует форму за счет того, что смешанные радиусы 136 и удлиненная часть 130 имеют минимальный размер, чтобы отклонять струю хладагента 80. Отверстие 140 обеспечивает возможность протекания хладагента через вторую поверхность 72 таким образом, что давление хладагента по второй поверхности 72 является максимально возможно равномерным. Другими словами, полная площадь придающей жесткость конструкции 100, при просмотре радиально внутрь, минимизируется, с учетом функции требований по конструктивной жесткости/искривлению теплового экрана 60, отклонения струи хладагента 80 через удлиненный часть 130 и желания равномерно распределять хладагент 80.The stiffening structure 100 defines an opening 140 between the front hook 74, the arms 104A and 104B, and the elongated portion 130 of the radially outer web 104 (or 120). Orifice 140 is shaped by having mixed radii 136 and elongated portion 130 of the minimum size to deflect coolant jet 80. Orifice 140 allows coolant to flow through second surface 72 such that coolant pressure across second surface 72 is as uniform as possible. . In other words, the total area of the stiffening structure 100, when viewed radially inward, is minimized, considering a function of the structural rigidity/curvature requirements of the heat shield 60, deflection of the coolant jet 80 through the elongate portion 130, and the desire to evenly distribute the coolant 80.

В силу натекания струи хладагента 80 на придающую жесткость конструкцию 100, а не на вторую поверхность 72 и/или впускные отверстия 92, равномерное распределение давления присутствует выше второй поверхности 72, и в силу этого возникает равномерное распределение хладагента во впускные отверстия 92 и их соответствующие охлаждающие каналы 86. Таким образом, за счет этого минимизируется температурный градиент в основном корпусе 61, и механическое напряжение/деформации, ассоциированные с температурой, минимизируются.By virtue of the refrigerant jet 80 flowing onto the stiffening structure 100 rather than the second surface 72 and/or the inlets 92, a uniform pressure distribution is present above the second surface 72 and thereby there is an even distribution of the refrigerant into the inlets 92 and their respective cooling chambers. channels 86. Thus, the temperature gradient in the main body 61 is thereby minimized, and mechanical stress/strain associated with temperature is minimized.

Ссылаясь теперь на фиг. 9 и фиг. 10; фиг. 9 является видом при просмотре радиально внутрь альтернативного варианта осуществления теплового экрана 60, показывающим четвертую альтернативную придающую жесткость конструкцию 100, и фиг. 10 является поперечным сечением C-C четвертой альтернативы. В этом варианте осуществления, придающая жесткость конструкция 100 представляет собой решетчатую компоновку 150. Решетчатая компоновка 150 представляет собой пластину 152, имеющую толщину 154, которая в этом варианте осуществления составляет приблизительно постоянную толщину. Фактически, решетчатая компоновка 150 представляет собой пластину 154, имеющую группу отверстий 155, имеющую заданное число отверстий 156, 158, 160 различного размера, чтобы удовлетворять конструктивным требованиям придания жесткости, или более точно оставшаяся конструкция предоставляет требуемую жесткость и конструктивные рабочие характеристики для теплового экрана. Решетчатая компоновка 150, показанная на фиг. 9, представляет собой один пример и, в частности, подходит для этого теплового экрана 60; тем не менее, предусмотрено множество различных компоновок, которые являются возможными для этого и других вариантов применения теплового экрана, и вычисления механического напряжения и деформации известны для специалистов в данной области техники при конструировании любой конкретной компоновки таким образом, чтобы в первую очередь придавать жесткость крюкам 74, 76, при одновременном удерживании придающей жесткость конструкции 100 от прямого контакта со второй поверхностью 72.Referring now to FIG. 9 and FIG. 10; fig. 9 is a radially inward view of an alternative embodiment of a heat shield 60 showing a fourth alternative stiffening structure 100, and FIG. 10 is a C-C cross section of the fourth alternative. In this embodiment, the stiffening structure 100 is a lattice arrangement 150. The lattice arrangement 150 is a plate 152 having a thickness 154, which in this embodiment is approximately constant thickness. In fact, the lattice arrangement 150 is a plate 154 having a group of holes 155 having a predetermined number of holes 156, 158, 160 of different sizes to meet the stiffening design requirements, or more precisely the remaining structure provides the required stiffness and structural performance for the heat shield. The lattice arrangement 150 shown in FIG. 9 is one example and is particularly suitable for this heat shield 60; however, there are many different arrangements that are possible for this and other heat shield applications, and stress and strain calculations are known to those skilled in the art when designing any particular arrangement so as to primarily stiffen the hooks 74 , 76 while keeping the stiffening structure 100 from direct contact with the second surface 72.

Решетчатая компоновка 150 имеет раму 162, задающую периферию придающей жесткость конструкции 100, и альтернативно решетчатая компоновка 100 может не иметь рамы 162.The lattice arrangement 150 has a frame 162 defining the periphery of the stiffening structure 100, and alternatively the lattice arrangement 100 may not have a frame 162.

Решетчатая компоновка 150 может иметь регулярную компоновку ромбовидных отверстий 156 с отверстиями треугольной формы 158 напротив краев или рамы решетчатой компоновки. В этом случае, оставшийся материал может формировать прямые "полоски" материала в традиционном перекрещивающемся шаблоне или группу X-образных элементов, имеющих рычаги. Эта группа X-образных рычагов (эти рычаги являются аналогичными четырем рычагам 104A, 104B, 104C, 104D, стыкующимся на пересечении 129), за исключением того, что некоторые рычаги одного X-образного элемента являются непрерывными с некоторыми рычагами следующего X-образного элемента в направлении или от ведущего крюка 74 к заднему крюку 76 и/или от одного бокового края 66 к другому боковому краю 67. В сечении, эти рычаги, по существу, имеют прямоугольную 151 форму, как показано на фиг. 10.The lattice arrangement 150 may have a regular arrangement of diamond holes 156 with triangular holes 158 against the edges or frame of the lattice arrangement. In this case, the remaining material may form straight "strips" of material in a traditional criss-cross pattern, or a group of X-shaped elements having levers. This group of X-arms (these arms are similar to the four arms 104A, 104B, 104C, 104D meeting at intersection 129), except that some of the arms of one X-arm are continuous with some of the arms of the next X-arm in direction or from the leading hook 74 to the rear hook 76 and/or from one side edge 66 to the other side edge 67. In cross section, these arms are substantially rectangular in shape 151 as shown in FIG. 10.

Решетчатая компоновка 150 соединяется с передним крюком 74 и задним крюком 76 вдоль длин по периферии круга и обеспечивает идентичные конструктивные преимущества с тем, что описано выше. Отверстия 156, 158, 160 могут располагаться так и/или иметь такие размеры, чтобы также формировать экран, т.е. удлиненную часть 130, показанную пунктирными линиями, для натекания охлаждающего потока 80, как описано выше.The lattice arrangement 150 connects to the front hook 74 and back hook 76 along the periphery of the circle and provides identical structural advantages to those described above. Openings 156, 158, 160 may be positioned and/or sized to also form a shield, i.e. an elongated portion 130, shown in dotted lines, for leaking cooling stream 80 as described above.

Форма придающей жесткость конструкции 100 является такой, что высококачественное изготовление является возможным, в частности, с учетом того, что предпочтительный способ представляет собой трехмерную печать или аддитивное изготовление. Таким образом, придающая жесткость конструкция 100 формируется как единое целое или является монолитной с крюками 74, 76, и фактически весь тепловой экран является монолитным, за счет компоновки посредством послойного непрерывного процесса. Таким образом, "пригодность для печати" представляет собой существенный фактор в конструировании теплового экрана и придающей жесткость конструкции, в частности. Тем не менее, один ключевой признак состоит в том, что придающая жесткость конструкция отсоединяется от основного корпуса 61 и/или второй поверхности 72 аддитивно изготовленного теплового экрана.The shape of the stiffening structure 100 is such that high quality manufacturing is possible, particularly given that the preferred method is 3D printing or additive manufacturing. Thus, the stiffening structure 100 is integrally formed or monolithic with the hooks 74, 76, and virtually the entire heat shield is monolithic, by stacking through a layer-by-layer continuous process. Thus, "printability" is an essential factor in the design of a thermal shield and stiffening structure in particular. However, one key feature is that the stiffening structure detaches from the main body 61 and/or the second surface 72 of the additively fabricated thermal shield.

Настоящий тепловой экран 60 является преимущественным, поскольку он имеет повышенную жесткость, чтобы предотвращать искривление, и лучше уплотняется вокруг своих краев 62, 64, 66, 67, чем предшествующие конструкции; добавление придающей жесткость конструкции 100, проходящей непосредственно между крюками 74 и 76, означает, что она окружается посредством хладагента и непосредственно не отбирает тепло из основного корпуса 61 и в силу этого по сути является более жесткой, чем предшествующие конструкции; удлиненная часть 130 улучшает равномерное распределение хладагента во впускные отверстия и охлаждающие каналы в основном корпусе, чтобы предоставлять более равномерно охлажденный основной корпус 61 с ассоциированными преимуществами, упомянутыми выше.The present heat shield 60 is advantageous because it has increased rigidity to prevent warping and seals better around its edges 62, 64, 66, 67 than prior designs; the addition of a stiffening structure 100 extending directly between the hooks 74 and 76 means that it is surrounded by coolant and does not directly draw heat from the main body 61 and is therefore inherently more rigid than previous structures; elongated portion 130 improves uniform distribution of coolant to the inlets and cooling passages in the main body to provide a more evenly cooled main body 61 with the associated benefits mentioned above.

Все эти факторы способствуют увеличенному ресурсу и/или температурным характеристикам теплового экрана 60. Под температурными характеристиками понимается то, что горячие рабочие газы могут иметь более высокую температуру, чем раньше, вследствие улучшенного управления теплообменом настоящего теплового экрана по сравнению с предыдущими и традиционными конструкциями.All of these factors contribute to increased life and/or thermal performance of the heat shield 60. By thermal performance is meant that hot working gases can be at a higher temperature than before due to the improved heat management of the present heat shield compared to previous and conventional designs.

Настоящий тепловой экран 60, в частности, подходит для изготовления посредством процесса аддитивного изготовления, такого как прямое лазерное осаждение, лазерное спекание, избирательная лазерная плавка или другие технологии трехмерной печати. В частности, направление формирования теплового экрана 60 задается, послойно, от одного бокового края 61 к другому, и в частности, в направлении линии 124 на фиг. 2.The present thermal shield 60 is particularly suitable for fabrication by an additive manufacturing process such as direct laser deposition, laser sintering, selective laser melting, or other 3D printing technologies. In particular, the direction of formation of the heat shield 60 is defined, layer by layer, from one side edge 61 to the other, and in particular in the direction of line 124 in FIG. 2.

Все элементы, раскрытые в этом подробном описании (включающем в себя прилагаемую формулу изобретения, реферат и чертежи), и/или все этапы любого раскрытого способа или процесса могут комбинироваться в любой комбинации за исключением комбинаций, в которых, по меньшей мере, некоторые из таких элементов и/или этапов являются взаимоисключающими.All elements disclosed in this detailed description (including the appended claims, abstract and drawings) and/or all steps of any method or process disclosed may be combined in any combination except combinations in which at least some of such elements and/or steps are mutually exclusive.

Каждый элемент, раскрытый в этом подробном описании (включающем в себя прилагаемую формулу изобретения, реферат и чертежи), может заменяться посредством альтернативных элементов, служащих идентичной, эквивалентной или аналогичной цели, если в явной форме не указано иное. Таким образом, если в явной форме не указано иное, каждый раскрытый элемент представляет собой только один пример общей последовательности эквивалентных или аналогичных элементов.Each element disclosed in this detailed description (including the appended claims, abstract, and drawings) may be replaced by alternative elements serving an identical, equivalent, or similar purpose, unless expressly stated otherwise. Thus, unless expressly stated otherwise, each element disclosed is only one example of a general sequence of equivalent or similar elements.

Изобретение не ограничено подробностями вышеприведенного варианта(ов) осуществления. Изобретение распространяется на любой новый один или на любую новую комбинацию элементов, раскрытых в этом подробном описании (включающем в себя прилагаемую формулу изобретения, реферат и чертежи), либо на любой новый один или на любую новую комбинацию этапов любого раскрытого способа или процесса.The invention is not limited to the details of the above embodiment(s). The invention extends to any new one or any new combination of the elements disclosed in this detailed description (including the appended claims, abstract and drawings), or to any new one or any new combination of steps of any disclosed method or process.

Claims

1. Heat shield (60) for a gas turbine engine (10), containing:

- a main body (61) having a front edge (62), a rear edge (64), side edges (66, 67), a first surface (70) and a second surface (72), the first surface (70) being exposed to hot working gas passing through the gas turbine engine (10) in use,

- a front hook (74) and a back hook (76), each of which extends between the side edges (66, 67), with the front hook (74) and back hook (76) extending from the second surface (72),

- characterized in that:

- there is a stiffening structure (100) extending from the front hook (74) to the rear hook (76) and free from direct contact or attachment to the second surface (72), and the stiffening structure (100) is monolithic with the front hook (74 ) and rear hook (76).

2. The screen (60) according to claim 1, wherein the stiffening structure (100) is made in the general form of at least one X when viewed in the direction of the second surface (72).

3. Screen (60) according to claim 2, wherein the stiffening structure (100) comprises four levers (104A, 104B, 104C, 104D),

- wherein two arms (104A, 104B) are connected to the front hook (74) and two arms (104C, 104D) are attached to the rear hook (76),

- and four levers (104A, 104B, 104C, 104D) are joined at the intersection (129).

4. Screen (60) according to claim 3, wherein the stiffening structure (100) comprises an elongated portion (130),

- and the elongated part (130) passes between any one or more pairs of levers, from the lever (104A) and the lever (104B), the lever (104B) and the lever (104C), the lever (104C) and the lever (104D) and the lever (104A ) and lever (104D),

- moreover, when used, the elongated part (130) blocks the flow of the coolant jet (80) onto the second surface (72) and/or at least one inlet (92) in the second surface (72).

5. The screen (60) according to claim 4, made with the possibility of attaching to the holder (58) of the gas turbine engine (10), wherein the holder (58) is located radially outside relative to the heat shield (60) and contains:

- corresponding engaging elements (75, 77) for the interaction of the front hook (74) and the rear hook (76), and

- at least one hole (81) for directing the coolant (80) through it and to the heat shield (60), wherein at least one hole (81) has a center line (132),

- moreover, the center line (132) crosses the stiffening structure (100) in such a way that the coolant (80) at least partially flows onto the stiffening structure (100).

6. Screen (60) according to claim 5, in which:

the center line (132) intersects the stiffening structure (100) in such a way that the coolant (80) at least partially flows onto the elongated portion (130).

7. Screen (60) according to any one of paragraphs. 4-6, containing the center line (21) and perpendicular to the center line (21) line (124),

is the angle (α) from the arm (104C) to the line (124), and the angle (β) from the arm (104C) to the other arm (104D), with both arms (104C, 104D) attached to the same front or rear hook ( 74, 76),

- and the ratio of the angles is "angle α/angle β≥2".

8. Screen (60) according to any one of paragraphs. 4-7, wherein the stiffening structure (100) comprises one or more cross-sectional profiles such as: I-beam (142), I-beam, box-beam (144) or rectangle (151).

9. Screen (60) according to any one of paragraphs. 4-8, in which the stiffening structure (100) is a beam arrangement (101), and the beam arrangement (101) contains at least one beam (104A, 104B, 104C, 104D, 104E, 104F), moreover, at least one beam (104A, 104B, 104C, 104D, 104E, 104F) has at least one web (110, 116, 118, 148) and at least one flange (106, 108, 120 , 122, 147).

10. Screen (60) according to claim 9, in which the elongated part (130) is formed by extending the flange (106, 108, 120, 122, 147), preferably the radially outer flange (106, 120, 147).

11. Screen (60) according to any one of paragraphs. 1-8, wherein the stiffening structure (100) is a lattice structure (150).

12. Screen (60) according to claim 11, in which the lattice structure (150) is a group of X-shaped elements, each X-shaped element having levers (104A, 104B, 104C, 104D).

13. Screen (60) according to any one of paragraphs. 1-12, in which the elongated part (130) is free from connection with the front hook (74) and with the rear hook (76).

14. Gas turbine engine (10), containing a heat shield (60) according to any one of paragraphs. 1-13 and holder (58),

- moreover, the holder (58) is located radially outside relative to the heat shield (60) and contains:

15. Engine (10) according to claim 14, in which:

16. Engine (10) according to any one of paragraphs. 14, 15, in which

- the heat shield (60) is one of the annular group of heat shields (60), and the holder (58) is annular,

- moreover, the holder (58) contains an annular group of holes (81),

- moreover, the center line (132) of each hole (81) is radially aligned with one of the heat shields (60) and, in particular, with the stiffening structure (100) in such a way that, in use, the coolant flows onto the heat shield (60) and , in particular, on the stiffening structure (100).