RU2792502C1 - Cooled turbine of gas turbine engine - Google Patents

Cooled turbine of gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2792502C1
RU2792502C1 RU2022110693A RU2022110693A RU2792502C1 RU 2792502 C1 RU2792502 C1 RU 2792502C1 RU 2022110693 A RU2022110693 A RU 2022110693A RU 2022110693 A RU2022110693 A RU 2022110693A RU 2792502 C1 RU2792502 C1 RU 2792502C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
cavity
cooling
deflector
turbine
Prior art date
Application number
RU2022110693A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виталий Мотелевич БРЕГМАН
Денис Анатольевич Воробьев
Виктор Викторович Куприк
Андрей Владимирович Стародумов
Ирина Михайловна Стародумова
Original Assignee
Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО")
Filing date
Publication date
Application filed by Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") filed Critical Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО")
Application granted granted Critical
Publication of RU2792502C1 publication Critical patent/RU2792502C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: turbine cooling systems of gas turbine engines.
SUBSTANCE: cooled turbine of the gas turbine engine contains nozzle blades, comprising a separating plate dividing the internal volume of the profile part of the blade into front and rear cavities, equipped with deflectors, each of which forms cooling channels along the concave and convex walls of the blade. The blade front cavity deflector is installed in it with the formation of two coolant supply cavities, the upper one of which is made in communication with the film cooling holes of the leading edge of the blade, and the lower coolant supply cavity is in communication with the cooling channels of the walls of the front cavity of the blade and the film cooling holes of the latter. In the deflector of the rear cavity of the blade, there is a rear cavity for supplying coolant and perforations are made connected with the cooling channels of the rear cavity. Each blade contains a connecting channel formed by the deflector of the rear cavity of the blade along the separating plate, provided with a number of bypass holes, in the end part of the deflector of the rear cavity there is a system of outlet slots facing the trailing edge of the blade. The rear coolant supply cavity is in communication with the flow path of the turbine through perforations and a system of outlet slots in the rear cavity deflector, and cooling channels of the trailing edge of the blade, and on the other hand, sequentially through cooling channels of the walls of the rear cavity of the blade connected to each other by means of a connecting channel, a number of bypass holes in the separating plate, the cooling channel of the convex wall of the front cavity of the blade and the film cooling holes of the latter.
EFFECT: reduced coolant consumption due to more complete use of the coolant’s cooling resource and, as a result, increased cooling efficiency of the turbine nozzle blades and the turbine as a whole.
2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к системам охлаждения турбин газотурбинных двигателей.The invention relates to turbine cooling systems for gas turbine engines.

Известна охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя, содержащая сопловые лопатки, аэродинамический профиль каждой из которых выполнен в виде конструктивного элемента, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками лопатки, включающие входную кромку, выходную кромку с каналами охлаждения выходной кромки и внутреннюю разделительную перегородку, разделяющую внутренний объем профильной части лопатки на переднюю и заднюю полости, снабженные дефлекторами, каждый из которых образует вдоль вогнутой и выпуклой стенок лопатки внутренние каналы охлаждения, при этом дефлектор передней полости лопатки установлен в ней с образованием двух полостей подвода охладителя, верхняя из которых выполнена сообщенной с отверстиями пленочного охлаждения входной кромки лопатки, а нижняя полость подвода охладителя сообщена с внутренними каналами охлаждения стенок передней полости лопатки и отверстиями пленочного охлаждения последних, в дефлекторе задней полости лопатки расположена задняя полость подвода охладителя и выполнены перфорационные отверстия, сообщенные с внутренними каналами охлаждения задней полости, причем верхняя и нижняя полости подвода охладителя и задняя полость лопатки выполнены сообщенными с проточной частью турбины и с, по меньшей мере, одним источником охладителя (см. патент RU №2686430, МПК F01D 5/18, опубл. 25.04.2019 г.).A cooled turbine of a gas turbine engine is known, containing nozzle blades, the aerodynamic profile of each of which is made in the form of a structural element bounded by concave and convex blade walls, including the leading edge, the trailing edge with cooling channels for the trailing edge and an internal dividing wall separating the internal volume of the profile part of the blade on the front and rear cavities, equipped with deflectors, each of which forms internal cooling channels along the concave and convex walls of the blade, while the deflector of the front cavity of the blade is installed in it with the formation of two coolant supply cavities, the upper of which is made in communication with the film cooling holes of the leading edge blades, and the lower cavity of the coolant supply is connected with the internal cooling channels of the walls of the front cavity of the blade and the holes of the film cooling of the latter, in the deflector of the rear cavity of the blade there is a rear cavity of the coolant supply and perforations are made in communication with the internal cooling channels of the rear cavity, wherein the upper and lower coolant supply cavities and the rear cavity of the blade are made in communication with the flow path of the turbine and with at least one coolant source (see Fig. patent RU No. 2686430, IPC F01D 5/18, publ. April 25, 2019).

Недостатком известного решения является то, что охлаждение самой теплонапряженной части лопатки - выходной кромки - осуществляется максимально нагретым охладителем, который предварительно охлаждает всю заднюю полость лопатки. В связи с этим увеличивается вероятность перегрева выходной кромки лопатки, что приводит к снижению надежности и ресурса лопатки и турбины в целом. Для устранения указанного перегрева выходной кромки необходимо увеличить расход теплоносителя, что приведет к снижению экономичности охлаждения лопатки и, как следствие, турбины в целом.The disadvantage of the known solution is that the cooling of the most heat-stressed part of the blade - the trailing edge - is carried out by the most heated cooler, which pre-cools the entire rear cavity of the blade. In this regard, the probability of overheating of the trailing edge of the blade increases, which leads to a decrease in the reliability and service life of the blade and the turbine as a whole. To eliminate this overheating of the trailing edge, it is necessary to increase the coolant flow rate, which will lead to a decrease in the efficiency of cooling the blades and, as a result, the turbine as a whole.

Задача изобретения - повышение экономичности и надежности турбины и, как следствие, двигателя в целом.The objective of the invention is to improve the efficiency and reliability of the turbine and, consequently, the engine as a whole.

Технический результат, достигаемый заявленным изобретением, заключается в снижении расхода охладителя за счет более полного использования хладоресурса охладителя и, как следствие, повышении эффективности охлаждения сопловых лопаток турбины и турбины в целом.The technical result achieved by the claimed invention is to reduce the flow rate of the coolant due to a more complete use of the cooling resource of the cooler and, as a result, increase the cooling efficiency of the turbine nozzle blades and the turbine as a whole.

Технический результат достигается тем, что в охлаждаемой турбине газотурбинного двигателя, содержащей сопловые лопатки, аэродинамический профиль каждой из которых выполнен в виде конструктивного элемента, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками лопатки, включающие входную кромку, выходную кромку с каналами охлаждения выходной кромки и внутреннюю разделительную перегородку, разделяющую внутренний объем профильной части лопатки на переднюю и заднюю полости, снабженные дефлекторами, каждый из которых образует вдоль вогнутой и выпуклой стенок лопатки внутренние каналы охлаждения, при этом дефлектор передней полости лопатки установлен в ней с образованием двух полостей подвода охладителя, верхняя из которых выполнена сообщенной с отверстиями пленочного охлаждения входной кромки лопатки, а нижняя полость подвода охладителя сообщена с внутренними каналами охлаждения стенок передней полости лопатки и отверстиями пленочного охлаждения последних, в дефлекторе задней полости лопатки расположена задняя полость подвода охладителя и выполнены перфорационные отверстия, сообщенные с внутренними каналами охлаждения задней полости, причем верхняя и нижняя полости подвода охладителя и задняя полость лопатки выполнены сообщенными с проточной частью турбины и с, по меньшей мере, одним источником охладителя, каждая лопатка содержит соединительный канал, образуемый дефлектором задней полости лопатки вдоль внутренней разделительной перегородки, снабженной, по меньшей мере, одним рядом перепускных отверстий, в концевой части дефлектора задней полости выполнена система выходных щелей, обращенных к выходной кромке лопатки, при этом задняя полость подвода охладителя сообщена с проточной частью турбины, с одной стороны, через перфорационные отверстия и систему выходных щелей в дефлекторе задней полости и каналы охлаждения выходной кромки лопатки, а с другой стороны последовательно через сообщенные друг с другом посредством соединительного канала внутренние каналы охлаждения стенок задней полости лопатки, по меньшей мере, один ряд перепускных отверстий во внутренней разделительной перегородке, сообщенных с внутренним каналом охлаждения выпуклой стенки передней полости лопатки, и через отверстия пленочного охлаждения последней.The technical result is achieved by the fact that in a cooled turbine of a gas turbine engine containing nozzle blades, the aerodynamic profile of each of which is made in the form of a structural element limited by concave and convex walls of the blade, including the leading edge, the trailing edge with cooling channels for the trailing edge and the internal dividing wall, separating the internal volume of the profile part of the blade into the front and rear cavities, equipped with deflectors, each of which forms internal cooling channels along the concave and convex walls of the blade, while the deflector of the front cavity of the blade is installed in it with the formation of two coolant supply cavities, the upper of which is made in communication with holes for film cooling of the leading edge of the blade, and the lower cavity for supplying coolant communicates with the internal cooling channels of the walls of the front cavity of the blade and the holes for film cooling of the latter, in the deflector of the rear cavity of the blade is located and the rear coolant supply cavity and perforations connected with the internal cooling channels of the rear cavity, wherein the upper and lower coolant supply cavities and the rear cavity of the blade are made in communication with the flow path of the turbine and with at least one coolant source, each blade contains a connecting the channel formed by the deflector of the rear cavity of the blade along the internal dividing wall, equipped with at least one row of bypass holes, in the end part of the deflector of the rear cavity there is a system of exit slots facing the trailing edge of the blade, while the rear coolant supply cavity is in communication with the flow part turbines, on the one hand, through perforations and a system of exit slots in the deflector of the rear cavity and cooling channels for the trailing edge of the blade, and on the other hand, sequentially through internal cooling channels of the walls of the rear floor communicated with each other by means of a connecting channel blade shaft, at least one row of bypass holes in the internal dividing wall, connected with the internal cooling channel of the convex wall of the front cavity of the blade, and through the film cooling holes of the latter.

Существенные признаки могут иметь развитие и дополнение.Significant features may have development and addition.

Каждая лопатка снабжена перепускным каналом, размещенным в передней полости лопатки, и сообщенным через, по меньшей мере, один ряд перепускных отверстий во внутренней разделительной перегородке с соединительным каналом, с внутренним каналом охлаждения и отверстиями пленочного охлаждения вогнутой стенки передней полости лопатки.Each blade is provided with a bypass channel located in the front cavity of the blade and communicated through at least one row of bypass holes in the internal dividing wall with a connecting channel, with an internal cooling channel and film cooling holes of the concave wall of the front cavity of the blade.

Наличие соединительного канала, образуемого дефлектором задней полости лопатки вдоль внутренней разделительной перегородки, снабженной, по меньшей мере, одним рядом перепускных отверстий, а также сообщение внутренних каналов охлаждения стенок задней полости лопатки друг с другом посредством соединительного канала и с внутренним каналом охлаждения выпуклой стенки передней полости лопатки через, по меньшей мере, один ряд перепускных отверстий в разделительной перегородке, позволяет в большей части задней полости и на выпуклой стенке передней полости лопатки реализовать противоточную схему течения охладителя, при которой направление течения охладителя противоположно направлению течения наружного газа, что является благоприятным фактором для достижения эффективного охлаждения выпуклой и части вогнутой стенок лопатки, а в сочетании с тем, что охладитель, охладивший часть выпуклой и часть вогнутой стенки профиля задней полости лопатки, после прохождения перепускных отверстий в разделительной перегородке поступает в отверстия пленочного охлаждения в выпуклой стенке передней полости лопатки и создает пленочное охлаждение указанной стенки, обеспечивается эффективное комбинированное конвективно-пленочное охлаждение лопатки. Таким образом, осуществляется более полное использование хладоресурса охладителя и, в результате, увеличение общей эффективности охлаждения лопатки.The presence of a connecting channel formed by the deflector of the rear cavity of the blade along the internal dividing wall, equipped with at least one row of bypass holes, as well as the communication of the internal cooling channels of the walls of the rear cavity of the blade with each other through the connecting channel and with the internal cooling channel of the convex wall of the front cavity blades through at least one row of bypass holes in the dividing wall, allows in most of the rear cavity and on the convex wall of the front cavity of the blade to implement a countercurrent coolant flow scheme, in which the coolant flow direction is opposite to the external gas flow direction, which is a favorable factor for achieving efficient cooling of the convex and part of the concave walls of the blade, and in combination with the fact that the cooler, which cooled the part of the convex and part of the concave wall of the profile of the rear cavity of the blade, after passing through the bypass holes in the dividing The baffle enters the film cooling holes in the convex wall of the front cavity of the blade and creates a film cooling of the specified wall, providing an effective combined convective-film cooling of the blade. Thus, a more complete use of the cooling resource of the cooler is carried out and, as a result, an increase in the overall cooling efficiency of the blade.

Снабжение лопаток системой выходных щелей, расположенных в концевой части дефлектора задней полости и обращенных к выходной кромке лопатки в дополнение к перфорационным отверстиям в дефлекторе задней полости, а также их сообщение с каналами охлаждения выходной кромки позволяет подавать для охлаждения выходной кромки лопатки охладитель непосредственно из задней полости подвода охладителя, не имеющий предшествующего подогрева, что существенно увеличивает эффективность внутреннего конвективного охлаждения одного из наиболее теплонапряженных участков профиля - выходной кромки, а также позволяет увеличить проходную площадь выхода охладителя из задней полости подвода охладителя, благодаря чему уменьшаются гидравлические потери давления охладителя и, в результате, повышается эффективность внутреннего конвективного охлаждения.The supply of blades with a system of exit slots located in the end part of the rear cavity deflector and facing the trailing edge of the blade in addition to the perforations in the rear cavity deflector, as well as their communication with the trailing edge cooling channels, makes it possible to supply coolant directly from the rear cavity to cool the trailing edge of the blade coolant inlet, which does not have a previous heating, which significantly increases the efficiency of internal convective cooling of one of the most heat-stressed sections of the profile - the exit edge, and also allows you to increase the flow area of the coolant outlet from the rear cavity of the coolant inlet, thereby reducing the hydraulic pressure loss of the cooler and, as a result , increasing the efficiency of internal convective cooling.

Снабжение лопаток перепускным каналом, размещенным в передней полости лопатки, и сообщенным через, по меньшей мере, один ряд перепускных отверстий во внутренней разделительной перегородке с соединительным каналом, а также с внутренним каналом охлаждения и отверстиями пленочного охлаждения вогнутой стенки передней полости лопатки позволяет при сохранении полного расхода охладителя в отверстия пленочного охлаждения на вогнутой стенке передней полости лопатки подавать в указанные отверстия часть охладителя, прошедшего через перепускные отверстия во внутренней разделительной перегородке и благодаря этому, по меньшей мере, частично заменить расход охладителя, поступающего через нижнюю полость подвода охладителя к указанным отверстиям пленочного охлаждения на вогнутой стенке передней полости лопатки. В результате этого может быть достигнуто снижение общего расхода охладителя на лопатку и, как следствие, повышение экономичности турбины и двигателя в целом.The supply of the blades with a bypass channel located in the front cavity of the blade and communicated through at least one row of bypass holes in the internal dividing wall with a connecting channel, as well as with an internal cooling channel and film cooling holes of the concave wall of the front cavity of the blade allows, while maintaining full coolant flow rate into the film cooling holes on the concave wall of the front cavity of the blade, supply into these holes a part of the coolant that has passed through the bypass holes in the internal dividing wall and, due to this, at least partially replace the coolant flow rate coming through the lower cavity of the coolant supply to the specified holes of the film cooling on the concave wall of the anterior cavity of the scapula. As a result of this, a reduction in the total coolant consumption per blade can be achieved and, as a result, an increase in the efficiency of the turbine and the engine as a whole.

Сущность заявленного изобретения поясняется графическими материалами, на которых представлены:The essence of the claimed invention is illustrated by graphic materials, which show:

на фиг. 1 - продольный разрез охлаждаемой турбины;in fig. 1 - longitudinal section of the cooled turbine;

на фиг. 2 - сечение А-А сопловой лопатки;in fig. 2 - section A-A of the nozzle blade;

на фиг. 3 - сечение А-А сопловой лопатки с перепускным каналом.in fig. 3 - section A-A of a nozzle vane with a bypass channel.

Охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя (фиг. 1) содержит ротор и статорные элементы с сопловыми лопатками 1 (фиг. 2). Аэродинамический профиль каждой из сопловых лопаток 1 выполнен в виде конструктивного элемента, ограниченного вогнутой 2 и выпуклой 3 стенками лопатки 1. Сопловые лопатки 1 включают входную кромку 4, выходную кромку 5 с каналами 6 охлаждения выходной кромки 5 и внутреннюю разделительную перегородку 7, разделяющую внутренний объем профильной части лопатки 1 на переднюю 8 и заднюю 9 полости, снабженные дефлекторами 10 и 11, каждый из которых образует вдоль вогнутой 2 и выпуклой 3 стенок лопатки 1 соответственно внутренние каналы 12, 13 охлаждения передней полости 8, и внутренние каналы 14, 15 охлаждения задней полости 9.The cooled turbine of a gas turbine engine (Fig. 1) contains a rotor and stator elements with nozzle blades 1 (Fig. 2). The aerodynamic profile of each of the nozzle blades 1 is made in the form of a structural element limited by concave 2 and convex 3 walls of the blade 1. The nozzle blades 1 include the input edge 4, the output edge 5 with channels 6 for cooling the trailing edge 5 and the internal dividing wall 7 separating the internal volume profile part of the blade 1 on the front 8 and rear 9 cavities, equipped with deflectors 10 and 11, each of which forms along the concave 2 and convex 3 walls of the blade 1, respectively, the internal channels 12, 13 for cooling the front cavity 8, and the internal channels 14, 15 for cooling the rear cavity 9.

Дефлектор 10 передней полости 8 лопатки 1 установлен в ней с образованием двух полостей 16, 17 подвода охладителя. Верхняя полость 16 подвода охладителя выполнена сообщенной с отверстиями 18 пленочного охлаждения входной кромки 4 лопатки 1, а нижняя полость 17 подвода охладителя сообщена с внутренними каналами 12, 13 охлаждения передней полости 8 лопатки 1 и отверстиями 19, 20 пленочного охлаждения.The deflector 10 of the front cavity 8 of the blade 1 is installed in it with the formation of two cavities 16, 17 for supplying coolant. The upper cavity 16 of the coolant supply is made in communication with the film cooling holes 18 of the leading edge 4 of the blade 1, and the lower cavity 17 of the coolant supply is connected with the internal cooling channels 12, 13 of the front cavity 8 of the blade 1 and the film cooling holes 19, 20.

В дефлекторе 11 задней полости 9 лопатки 1 расположена задняя полость 21 подвода охладителя и выполнены перфорационные отверстия 22, сообщенные с внутренними каналами 14, 15 охлаждения задней полости 9.In the deflector 11 of the rear cavity 9 of the blade 1, the rear cavity 21 of the coolant supply is located and perforations 22 are made, connected with the internal cooling channels 14, 15 of the rear cavity 9.

Верхняя и нижняя полости 16, 17 подвода охладителя, а также задняя полость 21 подвода охладителя выполнены сообщенными с проточной частью 23 турбины и с, по меньшей мере, одним источником 24 охладителя.The upper and lower cavities 16, 17 of the coolant supply, as well as the rear cavity 21 of the coolant supply are made in communication with the flow path 23 of the turbine and with at least one coolant source 24.

Каждая сопловая лопатка 1 содержит соединительный канал 25, образуемый дефлектором 11 задней полости 9 лопатки 1 вдоль внутренней разделительной перегородки 7, снабженной, по меньшей мере, одним рядом перепускных отверстий 26.Each nozzle blade 1 contains a connecting channel 25 formed by the deflector 11 of the rear cavity 9 of the blade 1 along the internal dividing wall 7, provided with at least one row of bypass holes 26.

В концевой части 27 дефлектора 11 задней полости 9 выполнена система выходных щелей 28, обращенных к выходной кромке 5 лопатки 1.In the end part 27 of the deflector 11 of the rear cavity 9, a system of exit slots 28 is made, facing the trailing edge 5 of the blade 1.

Задняя полость 21 подвода охладителя сообщена с проточной частью 23 турбины, с одной стороны, через перфорационные отверстия 22 и систему выходных щелей 28 в дефлекторе 11 задней полости 9 и каналы 6 охлаждения выходной кромки 5 лопатки 1, а с другой стороны последовательно через сообщенные друг с другом посредством соединительного канала 25 внутренние каналы охлаждения 14 и 15 задней полости 9 лопатки 1, по меньшей мере, один ряд перепускных отверстий 26 во внутренней разделительной перегородке 7, сообщенных с внутренним каналом 13 охлаждения выпуклой стенки 3 передней полости 8 лопатки 1, и через отверстия 20 пленочного охлаждения.The rear cavity 21 of the coolant supply is connected with the flow part 23 of the turbine, on the one hand, through the perforations 22 and the system of outlet slots 28 in the deflector 11 of the rear cavity 9 and the cooling channels 6 of the trailing edge 5 of the blade 1, and on the other hand, sequentially through the through the connecting channel 25, the internal cooling channels 14 and 15 of the rear cavity 9 of the blade 1, at least one row of bypass holes 26 in the internal dividing wall 7, communicated with the internal cooling channel 13 of the convex wall 3 of the front cavity 8 of the blade 1, and through the holes 20 film cooling.

Для охлаждаемой турбины в частном случае (фиг. 3) сопловая лопатка 1 снабжена перепускным каналом 29, размещенным в передней полости 8 лопатки 1, и сообщенным через, по меньшей мере, один ряд перепускных отверстий 26 во внутренней разделительной перегородке 7 с соединительным каналом 25, с внутренним каналом 12 охлаждения и отверстиями 19 пленочного охлаждения вогнутой стенки 2 передней полости 8 лопатки 1.For a cooled turbine in a particular case (Fig. 3), the nozzle blade 1 is provided with a bypass channel 29, located in the front cavity 8 of the blade 1, and communicated through at least one row of bypass holes 26 in the internal dividing wall 7 with a connecting channel 25, with an internal cooling channel 12 and film cooling holes 19 of the concave wall 2 of the front cavity 8 of the blade 1.

Охлаждение турбины осуществляется следующим образом:Turbine cooling is carried out as follows:

Охладитель от источника 24 охладителя поступает в верхнюю 16 и нижнюю 17 полости подвода охладителя, образованные дефлектором 10 передней полости 8, а также в дефлектор И задней полости 9 лопатки 1, в котором расположена задняя полость 21 подвода охладителя. В качестве источника охладителя 24 возможны варианты использования воздуха вторичной зоны камеры сгорания, воздуха, отбираемого за компрессором высокого давления или воздуха, проходящего теплообменник.The coolant from the source 24 of the cooler enters the upper 16 and lower 17 coolant supply cavities formed by the deflector 10 of the front cavity 8, as well as into the deflector And the rear cavity 9 of the blade 1, in which the rear coolant supply cavity 21 is located. As a source of coolant 24, it is possible to use air from the secondary zone of the combustion chamber, air taken from the high pressure compressor or air passing through the heat exchanger.

Из верхней полости 16 подвода охладителя охладитель через отверстия 18 пленочного охлаждения, выполненные во входной кромке 4 лопатки 1, выдувается в проточную часть турбины 23, осуществляя при этом эффективное конвективно-пленочное охлаждение входной кромки 4, и одновременно из нижней полости подвода охладителя 17 охладитель через отверстия пленочного охлаждения 19 и 20, выполненные на вогнутой 2 и выпуклой 3 стенках передней полости 8 лопатки 1, выдувается в проточную часть турбины 23, осуществляя при этом пленочное охлаждение вогнутой 2 и выпуклой 3 стенок лопатки 1.From the upper cavity 16 of the coolant supply, the coolant through the holes 18 of the film cooling made in the leading edge 4 of the blade 1 is blown into the flow path of the turbine 23, while performing effective convective-film cooling of the leading edge 4, and simultaneously from the lower cavity of the coolant supply 17 the cooler through film cooling holes 19 and 20, made on the concave 2 and convex 3 walls of the front cavity 8 of the blade 1, are blown into the flow path of the turbine 23, while performing film cooling of the concave 2 and convex 3 walls of the blade 1.

Из дефлектора 11 задней полости 9 охладитель выходит через перфорационные отверстия 22 и систему выходных щелей 28, расположенную в концевой части 27 дефлектора 11, без предшествующего подогрева и с увеличенной общей выходной площадью для выхода охладителя, что обеспечивает уменьшение гидравлических потерь давления охладителя, увеличение перепада давления и повышение эффективности внутреннего конвективного охлаждения лопатки 1.From the deflector 11 of the rear cavity 9, the coolant exits through the perforations 22 and the system of outlet slots 28 located in the end part 27 of the deflector 11, without prior heating and with an increased total outlet area for the coolant outlet, which reduces the hydraulic pressure loss of the cooler and increases the pressure drop and increasing the efficiency of internal convective cooling of the blade 1.

Далее весь расход охладителя разделяется на две части: меньшая часть охладителя (например, 30%) проходит через каналы 6 охлаждения выходной кромки 5 и выдувается в проточную часть турбины 23; большая часть охладителя (например, 70%) поступает во внутренние каналы 14, 15 охлаждения задней полости 9 лопатки 1 и протекает в них, обеспечивая эффективное внутреннее конвективное охлаждение вогнутой 2 и выпуклой 3 стенок задней полости 9 лопатки 1. Далее через соединительный канал 25 и перепускные отверстия 26 во внутренней разделительной перегородке 7 охладитель поступает во внутренний канал 13 охлаждения выпуклой стенки 3 передней полости 8 лопатки 1, и, соединяясь с охладителем, поступившим из нижней полости 17 подвода охладителя, осуществляет конвективное охлаждение выпуклой стенки 3 передней полости 8 лопатки 1, а затем через отверстия пленочного охлаждения 20 в выпуклой стенке 3 передней полости 8 лопатки 1 выдувается в проточную часть турбины 23, обеспечивая пленочное охлаждение всей выпуклой стенки 3 лопатки 1, включая выходную кромку 5.Further, the entire flow rate of the coolant is divided into two parts: a smaller part of the coolant (for example, 30%) passes through the cooling channels 6 of the trailing edge 5 and is blown into the flow path of the turbine 23; most of the coolant (for example, 70%) enters the internal cooling channels 14, 15 of the rear cavity 9 of the blade 1 and flows into them, providing effective internal convective cooling of the concave 2 and convex 3 walls of the rear cavity 9 of the blade 1. Further through the connecting channel 25 and bypass holes 26 in the internal dividing wall 7, the coolant enters the internal cooling channel 13 of the convex wall 3 of the front cavity 8 of the blade 1, and, connecting with the coolant coming from the lower cavity 17 of the coolant supply, performs convective cooling of the convex wall 3 of the front cavity 8 of the blade 1, and then through the film cooling holes 20 in the convex wall 3 of the front cavity 8 of the blade 1 is blown into the flow path of the turbine 23, providing film cooling of the entire convex wall 3 of the blade 1, including the trailing edge 5.

Это позволяет частично заменить расход охладителя, поступающего через нижнюю полость 17 подвода охладителя к отверстиям 20 пленочного охлаждения передней полости 8 лопатки 1. В результате этого может быть достигнуто снижение общего расхода охладителя на лопатку 1 и, как следствие, повышение экономичности турбины и двигателя в целом. Также при такой конструкции охлаждающего тракта лопатки осуществляется противоточная схема охлаждения - направление течения охладителя противоположно направлению течения наружного газа, что является благоприятным фактором для получения эффективного внутреннего конвективного охлаждения. При этом сочетание эффективного внутреннего конвективного охлаждения с наружным пленочным охлаждением лопатки обеспечивает увеличение общей эффективности охлаждения.This makes it possible to partially replace the flow rate of the coolant entering through the lower cavity 17 of the coolant supply to the holes 20 of the film cooling of the front cavity 8 of the blade 1. As a result, a reduction in the total coolant flow rate per blade 1 and, as a result, an increase in the efficiency of the turbine and the engine as a whole can be achieved. . Also, with this design of the cooling path of the blade, a countercurrent cooling scheme is implemented - the direction of the coolant flow is opposite to the direction of the flow of the outer gas, which is a favorable factor for obtaining effective internal convective cooling. At the same time, the combination of effective internal convective cooling with external film cooling of the blade provides an increase in the overall cooling efficiency.

Для частной формы реализации охлаждаемой турбины по п. 2 формулы изобретения охладитель, прошедший через перепускные отверстия 26 во внутренней разделительной перегородке 7 и перепускной канал 29, размещенный в передней полости 8 лопатки 1, поступает во внутренние каналы 12, 13 охлаждения вогнутой 2 и выпуклой 3 стенок передней полости 8 лопатки 1, соединяясь с охладителем, поступающим из нижней полости 17 подвода охладителя, выдувается в проточную часть турбины 23 через отверстия 19, 20 пленочного охлаждения. Благодаря этому снижается общий расход охладителя на лопатку 1 и увеличивается общая эффективность охлаждения лопатки 1.For a private form of implementation of the cooled turbine according to claim 2, the cooler that has passed through the bypass holes 26 in the internal dividing wall 7 and the bypass channel 29, located in the front cavity 8 of the blade 1, enters the internal cooling channels 12, 13 of the concave 2 and convex 3 walls of the front cavity 8 of the blade 1, connecting with the coolant coming from the lower cavity 17 of the coolant supply, is blown into the flow path of the turbine 23 through the film cooling holes 19, 20. This reduces the total flow of coolant per blade 1 and increases the overall cooling efficiency of the blade 1.

Таким образом, изобретение позволяет снизить расход охладителя за счет организации противоточной схемы течения охладителя в сочетании с пленочным охлаждением, а также за счет охлаждения более холодным охладителем выходной кромки лопатки, что приводит к повышению экономичности, надежности и ресурса охлаждаемой турбины и газотурбинного двигателя в целом.Thus, the invention makes it possible to reduce the coolant consumption by organizing a countercurrent coolant flow in combination with film cooling, as well as by cooling the trailing edge of the blade with a colder coolant, which leads to an increase in the efficiency, reliability and service life of the cooled turbine and gas turbine engine as a whole.

Claims (2)

1. Охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя, содержащая сопловые лопатки, аэродинамический профиль каждой из которых выполнен в виде конструктивного элемента, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками лопатки, включающие входную кромку, выходную кромку с каналами охлаждения выходной кромки и внутреннюю разделительную перегородку, разделяющую внутренний объем профильной части лопатки на переднюю и заднюю полости, снабженные дефлекторами, каждый из которых образует вдоль вогнутой и выпуклой стенок лопатки внутренние каналы охлаждения, при этом дефлектор передней полости лопатки установлен в ней с образованием двух полостей подвода охладителя, верхняя из которых выполнена сообщенной с отверстиями пленочного охлаждения входной кромки лопатки, а нижняя полость подвода охладителя сообщена с внутренними каналами охлаждения стенок передней полости лопатки и отверстиями пленочного охлаждения последних, в дефлекторе задней полости лопатки расположена задняя полость подвода охладителя и выполнены перфорационные отверстия, сообщенные с внутренними каналами охлаждения задней полости, причем верхняя и нижняя полости подвода охладителя и задняя полость лопатки выполнены сообщенными с проточной частью турбины и с по меньшей мере одним источником охладителя, отличающаяся тем, что каждая лопатка содержит соединительный канал, образуемый дефлектором задней полости лопатки вдоль внутренней разделительной перегородки, снабженной по меньшей мере одним рядом перепускных отверстий, в концевой части дефлектора задней полости выполнена система выходных щелей, обращенных к выходной кромке лопатки, при этом задняя полость подвода охладителя сообщена с проточной частью турбины, с одной стороны, через перфорационные отверстия и систему выходных щелей в дефлекторе задней полости, и каналы охлаждения выходной кромки лопатки, а с другой стороны последовательно через сообщенные друг с другом посредством соединительного канала внутренние каналы охлаждения стенок задней полости лопатки, по меньшей мере один ряд перепускных отверстий во внутренней разделительной перегородке, сообщенных с внутренним каналом охлаждения выпуклой стенки передней полости лопатки, и через отверстия пленочного охлаждения последней.1. A cooled turbine of a gas turbine engine, containing nozzle blades, the aerodynamic profile of each of which is made in the form of a structural element limited by concave and convex blade walls, including the leading edge, the trailing edge with cooling channels for the trailing edge and the internal dividing wall separating the internal volume of the profile part blades on the front and rear cavities, equipped with deflectors, each of which forms internal cooling channels along the concave and convex walls of the blade, while the deflector of the front cavity of the blade is installed in it with the formation of two coolant supply cavities, the upper of which is made in communication with the film cooling holes edges of the blade, and the lower cavity of the coolant supply communicates with the internal cooling channels of the walls of the front cavity of the blade and the holes of the film cooling of the latter, in the deflector of the rear cavity of the blade there is a rear cavity of the coolant supply and there are perforations connected with the internal cooling channels of the rear cavity, wherein the upper and lower coolant supply cavities and the rear cavity of the blade are made in communication with the flow path of the turbine and with at least one coolant source, characterized in that each blade contains a connecting channel formed by a deflector the rear cavity of the blade along the internal dividing wall, provided with at least one row of bypass holes, in the end part of the deflector of the rear cavity there is a system of exit slots facing the trailing edge of the blade, while the rear coolant supply cavity is in communication with the flow path of the turbine, on the one hand, through the perforations and the system of exit slots in the deflector of the rear cavity, and the cooling channels of the trailing edge of the blade, and on the other hand, sequentially through internal cooling channels of the walls of the rear cavity of the blade, communicated with each other by means of a connecting channel, at least at least one row of bypass holes in the internal dividing wall, connected with the internal cooling channel of the convex wall of the front cavity of the blade, and through the film cooling holes of the latter. 2. Охлаждаемая турбина по п. 1, отличающаяся тем, что каждая лопатка снабжена перепускным каналом, размещенным в передней полости лопатки и сообщенным через по меньшей мере один ряд перепускных отверстий во внутренней разделительной перегородке с соединительным каналом, с внутренним каналом охлаждения и отверстиями пленочного охлаждения вогнутой стенки передней полости лопатки.2. Cooled turbine according to claim 1, characterized in that each blade is equipped with a bypass channel located in the front cavity of the blade and communicated through at least one row of bypass holes in the internal dividing wall with a connecting channel, with an internal cooling channel and film cooling holes concave wall of the anterior cavity of the scapula.
RU2022110693A 2022-04-20 Cooled turbine of gas turbine engine RU2792502C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2792502C1 true RU2792502C1 (en) 2023-03-22

Family

ID=

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117489418A (en) * 2023-12-28 2024-02-02 成都中科翼能科技有限公司 Turbine guide vane and cold air guide piece of front cold air cavity thereof

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1499216A (en) * 1966-07-12 1967-10-27 Snecma Cooling vane device
US4292008A (en) * 1977-09-09 1981-09-29 International Harvester Company Gas turbine cooling systems
US4616976A (en) * 1981-07-07 1986-10-14 Rolls-Royce Plc Cooled vane or blade for a gas turbine engine
US5383766A (en) * 1990-07-09 1995-01-24 United Technologies Corporation Cooled vane
US6200087B1 (en) * 1999-05-10 2001-03-13 General Electric Company Pressure compensated turbine nozzle
RU2663966C1 (en) * 2017-11-14 2018-08-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Gas turbine guide vane cooled blade
RU2686430C1 (en) * 2018-05-24 2019-04-25 Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Air cooling path of blade of nozzle apparatus of high pressure turbine of a gas turbine engine (versions)

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR1499216A (en) * 1966-07-12 1967-10-27 Snecma Cooling vane device
US4292008A (en) * 1977-09-09 1981-09-29 International Harvester Company Gas turbine cooling systems
US4616976A (en) * 1981-07-07 1986-10-14 Rolls-Royce Plc Cooled vane or blade for a gas turbine engine
US5383766A (en) * 1990-07-09 1995-01-24 United Technologies Corporation Cooled vane
US6200087B1 (en) * 1999-05-10 2001-03-13 General Electric Company Pressure compensated turbine nozzle
RU2663966C1 (en) * 2017-11-14 2018-08-13 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") Gas turbine guide vane cooled blade
RU2686430C1 (en) * 2018-05-24 2019-04-25 Публичное акционерное общество "ОДК - Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") Air cooling path of blade of nozzle apparatus of high pressure turbine of a gas turbine engine (versions)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117489418A (en) * 2023-12-28 2024-02-02 成都中科翼能科技有限公司 Turbine guide vane and cold air guide piece of front cold air cavity thereof

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP3142850B2 (en) Turbine cooling blades and combined power plants
US5464322A (en) Cooling circuit for turbine stator vane trailing edge
US7743613B2 (en) Compound turbine cooled engine
US8182223B2 (en) Turbine blade cooling
US3756020A (en) Gas turbine engine and cooling system therefor
RU2332579C2 (en) Turbine air cooling circuit heat exchanger
US6099252A (en) Axial serpentine cooled airfoil
CA2513045C (en) Internally cooled gas turbine airfoil and method
JP4486216B2 (en) Airfoil isolation leading edge cooling
US5591002A (en) Closed or open air cooling circuits for nozzle segments with wheelspace purge
RU2403402C2 (en) Gas turbine engine vane cooling circuits
KR20010092652A (en) A turbine stator vane segment having internal cooling circuits
WO2018044571A1 (en) Turbine stator vane with closed-loop sequential impingement cooling insert
JPH10252410A (en) Blade cooling air supply system for gas turbine
JPH02233802A (en) Cooling type turbine blade
JP2003083001A (en) Gas turbine and stationary blade thereof
JP2000337102A (en) Cooling circuit for steam air cooling turbine nozzle stage
WO2023171745A1 (en) Method for cooling static vanes of gas turbine and cooling structure
RU2792502C1 (en) Cooled turbine of gas turbine engine
JP4137508B2 (en) Turbine airfoil with metering plate for refresh holes
EP3412866B1 (en) Cooled gas turbine blade
RU2546371C1 (en) Cooled turbine
RU2450144C1 (en) Gas turbine engine
RU2414615C1 (en) Gas turbine engine
RU2686430C1 (en) Air cooling path of blade of nozzle apparatus of high pressure turbine of a gas turbine engine (versions)