RU2504662C2 - Вентиляция турбины высокого давления в газотурбинном двигателе - Google Patents

Вентиляция турбины высокого давления в газотурбинном двигателе Download PDF

Info

Publication number
RU2504662C2
RU2504662C2 RU2011120176/06A RU2011120176A RU2504662C2 RU 2504662 C2 RU2504662 C2 RU 2504662C2 RU 2011120176/06 A RU2011120176/06 A RU 2011120176/06A RU 2011120176 A RU2011120176 A RU 2011120176A RU 2504662 C2 RU2504662 C2 RU 2504662C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
disk
inlet
flange
pressure turbine
radially
Prior art date
Application number
RU2011120176/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2011120176A (ru
Inventor
Матье ДАКОВСКИ
Фабрис ГАРЭН
Дельфин РУССЭН-ЛЕРУ
Вильфрид ШВЕБЛЕН
Original Assignee
Снекма
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Снекма filed Critical Снекма
Publication of RU2011120176A publication Critical patent/RU2011120176A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2504662C2 publication Critical patent/RU2504662C2/ru

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/081Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades
    • F01D5/082Cooling fluid being directed on the side of the rotor disc or at the roots of the blades on the side of the rotor disc
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/02Blade-carrying members, e.g. rotors
    • F01D5/08Heating, heat-insulating or cooling means
    • F01D5/085Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor
    • F01D5/087Heating, heat-insulating or cooling means cooling fluid circulating inside the rotor in the radial passages of the rotor disc
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02CGAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/12Cooling of plants
    • F02C7/16Cooling of plants characterised by cooling medium
    • F02C7/18Cooling of plants characterised by cooling medium the medium being gaseous, e.g. air
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05DINDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2260/00Function
    • F05D2260/20Heat transfer, e.g. cooling
    • F05D2260/205Cooling fluid recirculation, i.e. after cooling one or more components is the cooling fluid recovered and used elsewhere for other purposes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T50/00Aeronautics or air transport
    • Y02T50/60Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

Турбина высокого давления газотурбинного двигателя содержит, по меньшей мере, один лопаточный роторный диск, две кольцевых радиально внешних полости. Одна из полостей расположена на входе диска и получает поток вентиляционного воздуха для лопаток диска от днища камеры сгорания. Вторая из полостей расположена на выходе диска. Лопаточный роторный диск включает в себя входной и выходной кольцевые фланцы, отделяющие радиально внутреннюю кольцевую полость, в которой размещена ступица диска. Входной фланец диска содержит средства обеспечения сообщения радиально внешней входной полости и радиально внутренней полости для вентиляции ступицы диска. Средства обеспечения сообщения радиально внешней входной полости и радиально внутренней полости содержат радиальные пазы, выполненные на входной поверхности входного фланца диска. Пазы образуют каналы для циркуляции воздуха между входным фланцем и вращающейся деталью газотурбинного двигателя, с которой связан упомянутый фланец. Изобретение позволяет уменьшить тепловые градиенты в диске ротора турбины высокого давления и уменьшить время теплового отклика этого диска. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Description

Настоящее изобретение касается вентиляции турбины высокого давления в двухкаскадном газотурбинном двигателе, такой, как авиационный турбореактивный двигатель, и в особенности, вентиляции диска турбины высокого давления.
Двухкаскадные газотурбинные двигатели содержат турбину высокого давления, размещенную на выходе камеры сгорания для извлечения энергии газового потока, выходящего из камеры сгорания, и для приведения во вращение компрессора высокого давления, расположенного на входе камеры сгорания и питающего эту камеру воздухом под давлением. Эти газотурбинные двигатели содержат также турбину низкого давления, размещенную на выходе турбины высокого давления для извлечения прироста энергии газового потока для приведения во вращение компрессора низкого давления, расположенного на входе компрессора высокого давления.
Турбина высокого давления содержит обычно диск, расположенный на выходе камеры сгорания и несущий лопатки, приводимые во вращение газовым потоком, выходящим из этой камеры сгорания, при этом диск окружен статорным элементом, таким как разделенное на сектора кольцо, для обеспечения герметичности струи потока газов в турбине.
Вследствие повышенных температур отработанных газов герметизирующее статорное кольцо и роторный диск подвергаются значительным температурным напряжениям, вызывающим расширения этих компонентов.
Диск имеет относительно повышенную массу и реагирует поэтому медленнее, чем, герметизирующее кольцо, на изменения температуры газов, вызванных изменениями режима работы газотурбинного двигателя, что вызывает различные температурные расширения, и это тем более, что диск менее подвержен влиянию отработанных газов, чем лопатки, которые он несет, и чем герметизирующее статорное кольцо.
Эти различные тепловые расширения приводят к изменениям зазоров в вершине лопатки в процессе различных фаз работы газотурбинного двигателя, что заставляет предусматривать довольно значительные зазоры в ущерб рабочим характеристикам турбины.
Кроме того, температура диска не равномерна, в частности, между его радиально внешней периферией, несущей лопатки, находящиеся в контакте с отработанными газами, и его ступицей, на которую отработанные газы не воздействуют.
Температурные градиенты в диске уменьшают срок его службы и требуют использования относительно толстого и массивного диска, что ведет к увеличению массы, которую стремятся уменьшить для конструкции этих газотурбинных двигателей.
Для уменьшения этих недостатков диск обычно вентилируется частью изымаемого на входе воздуха для его нагрева в течение усиления режима для ускорения его термического расширения и для его охлаждения в течение снижений режима для ускорения его сжатия.
Лопатки диска обычно участвуют в упомянутом вентиляционном потоке, отбирая воздух у днища камеры сгорания для его подачи через инжекторы в кольцевую полость, выполненную непосредственно на входе диска и сообщающуюся с вентиляционными каналами, выполненными внутри лопаток.
Ступица диска получает отобранный вентиляционный воздух, обычно, на уровне ступени компрессора высокого давления, который циркулирует к выходу, например, вдоль цилиндрической оболочки или кожуха, аксиально-вытянутого от упомянутой ступени компрессора и ограничивающего кольцевую полость, радиально внутреннюю относительно упомянутой полости, до выхода из диска турбины высокого давления.
Воздух, отобранный из компрессора высокого давления для вентиляции ступицы диска, имеет не ту же температуру и следует по значительно более длинному пути, чем воздух, который отобран у днища камеры сгорания для вентиляции лопаток этого диска. В процессе изменения режима воздух для вентиляции ступицы диска имеет, таким образом, температуру, изменяющуюся с задержкой относительно воздуха для вентиляции лопаток и относительно отработанных газов.
Это затрудняет контроль зазоров в вершине лопатки и заставляет предусматривать относительно большие зазоры, ухудшающие рабочие характеристики турбины, для ограничения рисков преждевременного износа лопаток и окружающего их герметизирующего кольца.
Кроме того, это ухудшает достаточное уменьшение температурных градиентов в диске турбины.
Кроме того, воздух, отобранный у днища камеры сгорания для вентиляции лопаток турбины высокого давления, имеет повышенное давление по сравнению с воздухом, отобранным от компрессора высокого давления для вентиляции ступицы диска этой турбины.
Таким образом, воздух для вентиляции лопаток проходит по кольцевой полости, связывающей внутренние вентиляционные каналы лопаток, и выходит на радиально внешнюю часть входной стороны диска, тогда как воздух для вентиляции ступицы поступает в радиально внутреннюю полость с обеих сторон ступицы диска.
Отсюда следует неравенство давлений, прикладываемых к диску, вызывающее осевой сдвиг диска в сторону выхода, затрудняющий контроль газотурбинного двигателя.
Целью изобретения является, в частности, предложение простого, экономичного и эффективного решения этих проблем, позволяющего исключить недостатки известной техники.
В частности, его целью является уменьшение тепловых градиентов в диске ротора турбины высокого давления и уменьшение времени теплового отклика этого диска.
Оно также имеет целью выравнивание давлений, прикладываемых с обеих сторон диска для уменьшения аксиальных напряжений, прикладываемых к диску.
Для этого в изобретении предлагается турбина высокого давления газотурбинного двигателя, содержащая, по меньшей мере, один лопаточный роторный диск, включающий входной и выходной кольцевые фланцы, отделяющие радиально внутреннюю кольцевую полость, в которой размещена ступица диска, от двух радиально внешних кольцевых полостей, одна из которых размещена на входе диска и принимает поток воздуха, вентилирующего лопатки диска, выходящего от днища камеры сгорания, а второй размещен на выходе диска, отличающаяся тем, что входной фланец диска содержит средства, обеспечивающие сообщение радиально внешней входной камеры и радиально внутренней камеры для вентиляции ступицы диска.
Вентиляция ступицы диска турбины высокого давления обеспечивается таким образом не воздухом, отбираемым от ступени компрессора высокого давления газотурбинного двигателя, а частью воздуха, отбираемого от днища камеры сгорания, и подаваемого в радиально внешнюю полость, размещенную на входе диска, при этом другая часть этого воздуха используется для вентиляции лопаток, которые несет диск.
Следовательно, воздух для вентиляции ступицы диска имеет относительно короткий путь следования наподобие воздуха для вентиляции лопаток, так что его температура следует за изменениями режима работы газотурбинного двигателя практически без задержки.
Это позволяет уменьшить дифференциальные термические расширения между ротором турбины высокого давления и герметизирующим кольцом, которое окружает этот ротор, так что зазоры в вершинах лопаток могут быть уменьшены в процессе расчета размеров турбины без риска преждевременного износа лопаток и герметизирующего кольца.
Изобретение позволяет также уменьшить температурные градиенты в диске турбины высокого давления, что увеличивает срок службы этого диска и обеспечивает возможность использования диска с относительно меньшей толщиной, что уменьшает массу газотурбинного двигателя, и является преимущественным в случае авиационного турбореактивного двигателя. Использование диска уменьшенной толщины позволяет, кроме того, улучшить время температурного отклика этого диска и также ограничить упомянутые выше дифференциальные термические расширения.
Кроме того, воздух для вентиляции ступицы диска имеет то же давление, что и воздух для вентиляции лопаток этого диска, так что вентиляционный воздух на входе и на выходе вентиляционного диска имеет одно и то же давление, что позволяет уменьшить аксиальный напор вентиляционного воздуха на диск. Это создает преимущества, в частности, при расчете подшипников качения опоры ротора турбины высокого давления.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения средства, обеспечивающие сообщение радиально внешней входной полости и радиально внутренней полости, содержат радиальные пазы, образованные на входной поверхности входного фланца диска, причем эти пазы образуют каналы циркуляции воздуха между входным фланцем и вращающейся деталью газотурбинного двигателя, с которой связан этот фланец.
Пазы входного фланца, иногда называемые лунками, позволяют воздуху перейти из радиально внешней полости в радиально внутреннюю полость без отрицательного влияния на механическую прочность этого фланца.
Выходной фланец диска содержит, преимущественно, средства, обеспечивающие сообщение радиально внутренней полости и радиально внешней выходной полости, причем эти средства содержат, предпочтительно, радиальные пазы, выполненные на выходной стороне выходного фланца диска. Эти пазы образуют каналы циркуляции воздуха между выходным фланцем и вращающейся деталью газотурбинного двигателя, с которой связан этот фланец.
Обеспечение сообщения радиально внешней выходной полости с радиально внутренней полостью позволяет приложить давление воздуха вентиляции ступицы диска ко всей выходной стороне этого диска так, чтобы значительнее уменьшить аксиальный напор на диск.
Пазы выходного фланца обеспечивают то же самое преимущество в плане механических свойств, что и пазы входного фланца.
В соответствии с другой характеристикой изобретения радиальная внутренняя полость ограничена радиально внутрь цилиндрической оболочкой или кожухом, входной конец которого закреплен на детали, несущей входной фланец диска, а выходной конец которого закреплен на детали, несущей выходной фланец диска.
Кожух позволяет герметично закрыть радиально внутреннюю полость, преимуществом которого являются значительное уменьшение его длины по сравнению с кожухами из известного уровня техники вследствие его крепления на небольшом расстоянии на входе и на выходе диска турбины высокого давления. Это укорочение кожуха позволяет не только обеспечить выигрыш в массе, но и уменьшить также риски вибрационных наложений при режимах изгиба этого кожуха.
В предпочтительном варианте осуществления изобретения кожух образует с валом турбины низкого давления газотурбинного двигателя кольцевой проход для подачи вентиляционного воздуха, отобранного из ступени компрессора высокого давления газотурбинного двигателя.
Этот вентиляционный воздух может быть, например, использован для вентиляции ротора турбины низкого давления на выходе турбины высокого давления.
Деталью, несущей входной фланец диска, является, например, роторный диск, содержащий лабиринтные уплотнения и отверстия, выполненные в продолжение инжекторов, закрепленных на внутренней перегородке камеры сгорания для прохода потока отобранного воздуха на днище камеры сгорания.
Деталью, несущей выходной фланец диска, является, например, колесо ротора.
Изобретение касается также газотурбинного двигателя, содержащего описанную выше турбину высокого давления.
В дальнейшем изобретение поясняется нижеследующим описанием, не являющимся ограничительным, со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:
- фиг. 1 изображает схематичный частичный вид в аксиальном разрезе газотурбинного двигателя, содержащего турбину высокого давления из известного уровня техники;
фиг. 2 изображает схематичный частичный вид в аксиальном разрезе в более крупном масштабе газотурбинного двигателя, содержащего турбину высокого давления по изобретению.
Фиг. 1 изображает авиационный двухкаскадный турбореактивный двигатель 10 известного типа, содержащий, в частности, от входа к выходу компрессор высокого давления, камеру сгорания и турбину низкого давления.
Компрессор высокого давления содержит ротор, образованный дисками 12, 14, несущими лопатки 16, 18, между которыми встроены выпрямительные ступени 20, предназначенные для направления потока воздуха в компрессор. На выходе компрессор высокого давления содержит центробежное колесо 22, предназначенное для питания камеры сгорания воздухом под давлением.
Турбина высокого давления содержит, в основном, роторный диск 24, несущий лопатки 26, размещенные в струе потока отработанных газов, выбрасываемых камерой сгорания, и предназначенные для извлечения механической энергии из этого газового потока для привода во вращение ротора турбины высокого давления и компрессора высокого давления известным образом. Лопатки 26 диска 24 окружены секторальным герметизирующим кольцом (не изображенным на чертеже), закрепленным на кожухе турбины высокого давления и обеспечивающим герметичность струи потока отработанных газов в этой турбине.
Диск 24 турбины высокого давления связан с вращающимся диском 28, размещенным на входе диска 24 с помощью кольцевого фланца 30, вытянутого радиально к передней части цилиндрической стенки 32, которая простирается к передней части от входного фланца 34 диска 24 турбины высокого давления. Диск 28 несет лабиринтные пластинчатые уплотнения 36 и соединен с ротором компрессора высокого давления.
Диск 24 турбины высокого давления также связан с колесом 38, размещенным на выходе этого диска 24 с помощью кольцевого фланца 40, расположенного радиально к выходному краю цилиндрической стенки 42, которая проходит к выходу от выходной стороны 44 диска 24 турбины высокого давления. Колесо 38 также несет лабиринтное пластинчатое уплотнение 46.
При работе лопатки 26 диска 24 турбины высокого давления и герметизирующее кольцо, окружающее эти лопатки, подвергаются значительным термическим напряжениям вследствие прохода очень горячих отработанных газов в турбину.
Для ограничения отрицательного воздействия этих термических напряжений на срок службы лопаток 26 последние содержат внутренние каналы для прохода вентиляционного воздуха, отбираемого у днища камеры сгорания, температура которого ниже температуры отработанных газов.
Этот воздух, путь которого показан стрелкой 48, поступает в кольцевую полость 50 через инжекторы 52, распределенные по окружности вокруг оси турбореактивного двигателя и установленные на выходном конце изогнутых трубопроводов 54, соединенных с кольцевым пространством 56, окружающим камеру сгорания и ограниченным радиально внутренней стенкой 58 в форме усеченного конуса этой камеры. Вентиляционный воздух 48, выходящий из инжекторов, поступает в полость 50 через отверстия 62, выполненные в диске 28.
Полость 50 ограничена диском 28, цилиндрической стенкой 32, несущей входной фланец 30 и входным фланцем 34 диска 24, причем эта полость 50 сообщается с вентиляционными каналами, выполненными внутри лопаток 26 и открывающимися в эту полость на уровне ножек лопаток. Вентиляционный воздух 48 поступает в полость 50 радиально наружу вдоль входного фланца 34 диска до входных отверстий вентиляционных отверстий лопаток 26.
При работе повышенная температура отработанных газов вызывает тепловое расширение лопаток 26 и герметизирующего кольца, которое их окружает, а также диска 24, несущего эти лопатки.
Эта температура изменяется в зависимости от режима работы турбореактивного двигателя таким образом, что упомянутые элементы поочередно расширяются при усилении режима и сжимаются при ослаблении режима.
Ступица 64 диска вентилируется воздухом 66, отбираемым на уровне компрессора высокого давления турбореактивного двигателя, например, между дисками ротора 12 и 14, и направляется к выходу вдоль цилиндрической оболочки или кожуха 68, входной край которого связан с диском 12 компрессора высокого давления и выходной край присоединен с помощью фланца 70 к колесу 38. Воздух 66 проходит в проточку диска 24 и вокруг его ступицы 64, проходя далее в радиально внутреннюю кольцевую полость 72, ограниченную, в частности, кожухом 68 входными 32 и выходными 42 цилиндрическими стенками диска 24, этот вентиляционный воздух 66 выходит затем к выходу через отверстия, выполненные во фланце 70 кожуха и колесе 38.
Вентиляционный воздух позволяет поддерживать диск 24 на уровне температуры, ограничивающем температурный градиент внутри этого диска.
Кроме того, при усилении режима работы турбореактивного двигателя температура воздуха 66 повышается, что позволяет подогреть диск 24 и, таким образом, ускорить его тепловое расширение и ограничить увеличение зазора на вершине лопаток 26 турбины высокого давления, несмотря на более быстрое расширение герметизирующего кольца, окружающего эти лопатки.
При ослаблении режима температура воздуха 66 уменьшается, так что этот воздух охлаждает диск и ускоряет его термическое сжатие, что позволяет уменьшить риски возникновения трения между вершинами лопаток 26 и герметизирующим кольцом, которое сжимается быстрее.
Тем не менее температура воздуха, отобранного на компрессоре высокого давления, отлична от температуры воздуха 48, отобранного у днища камеры сгорания, и она реагирует на изменения режима работы турбореактивного двигателя с заметным опозданием, что ограничивает эффективность этого варианта вентиляции ступицы диска 24.
Кроме того, вентиляционный воздух 48, отобранный у днища камеры сгорания, имеет давление, превышающее давление вентиляционного воздуха 66, отобранного на компрессоре высокого давления, и это давление прикладывается к радиально внешней части входного фланца 34 диска 24, тогда как вентиляционный воздух 66 с более слабым давлением подается с обеих сторон ступицы 64 диска. Что в результате приводит к ориентированному к выходу аксиальному усилию на диск 24, затрудняющему контроль турбореактивного двигателя.
Для решения этих проблем изобретение предлагает модифицировать средства вентиляции диска 24 турбины высокого давления, и, точнее, использовать часть вентиляционного воздуха 48, отобранного у днища камеры сгорания, для вентиляции ступицы 64 диска 24.
Фиг. 2 представляет часть турбореактивного двигателя 10 по изобретению, и, точнее, диск 24 турбины высокого давления турбореактивного двигателя, а также окружающие его детали.
В соответствии с изобретением входной фланец 30 диска 24 содержит радиальные пазы 74, выполненные на входной поверхности, примыкающей к выходной стороне диска 28 таким образом, чтобы образовать каналы для сообщения кольцевой полости 50, расположенной радиально снаружи входной цилиндрической стенки 32, с кольцевой полостью 72, расположенной радиально внутри этой стенки 32.
Пазы 74, иногда называемые лунками, позволяют части 76 вентиляционного воздуха 48 проходить в радиально внутреннюю полость 72, в которой расположена ступица 64 диска 24 для вентилирования этой ступицы, тогда как остальная часть 78 вентиляционного воздуха продолжает поступать во внутренние каналы лопаток 26.
Радиально внутренняя полость 72 ограничена цилиндрическим кожухом 80, входной конец которого закреплен на диске 28, а выходной конец закреплен на колесе 82, установленным на выходе диска 24 турбины. Преимуществом этого кожуха является то, что его аксиальный размер значительно уменьшен по сравнению с кожухом 68 описанного выше известного уровня техники.
Кроме того, пазы 84, аналогичные пазам 74, образованы на выходной поверхности выходного фланца 40, примыкающего к входной радиальной перегородке 86 колеса 82 для образования каналов, обеспечивающих сообщение радиально внутренней полости 72 с выходной кольцевой полостью 88, размещенной снаружи цилиндрической стенки 42, несущей выходной фланец 40 и ограниченной выходным фланцем 44 диска 24 и статорными элементами 89.
Вентиляционный воздух 66 продолжает отбираться на уровне компрессора высокого давления как в описанном выше известном уровне техники, но этот воздух не поступает больше в радиально внутреннюю полость 72, а направляется в кольцевой проход 90, ограниченный кожухом 80 и валом 91 ротора турбины низкого давления, расположенной на выходе турбины высокого давления. Этот воздух 66 поступает к выходу и проходит через отверстия 92 колеса 82 для вентиляции элементов турбины низкого давления, таких как диски ротора. Таким образом, в противовес колесу 38 из известного уровня техники, колесо 82 не имеет отверстий, открывающихся в радиально внутреннюю полость 72.
При работе часть 78 вентиляционного воздуха 48, отобранного у днища камеры сгорания, обеспечивает вентиляцию лопаток 26, тогда как другая часть 76 этого воздуха проходит по каналам, образованным пазами 74 входного фланца 30, до радиально внутренней полости 72. Воздух 76 обеспечивает также вентиляцию диска 24 турбины высокого давления, и в особенности ее ступицы 64, перетекая с входа на выход в полость 72 так, чтобы огибать ступицу 64, как изображено стрелками 94 и 96. Вентиляционный воздух диска 24 проходит затем по каналам, образованным пазами 84 от выходного фланца 40 до радиально внешней выходной полости 88, как изображено стрелками 98, и обеспечивает вентиляцию выходного фланца 44 диска 24.
Вентиляционный воздух 76 диска 24 имеет, таким образом, ту же температуру, что и воздух 78 для вентиляции лопаток 26. Эта температура ниже температуры отработанных газов, выбрасываемых камерой сгорания, так что воздух 78 постоянно обеспечивает охлаждение лопаток, и эта температура изменяется в зависимости от режима работы турбореактивного двигателя таким образом, что воздух 76 нагревает диск 24 в процессе усиления режима и охлаждает этот диск 24 в процессе ослабления режима.
Температура вентиляционного воздуха 76, отобранного у днища камеры сгорания, быстрее откликается на изменения режима турбореактивного двигателя, чем температура вентиляционного воздуха 66, отобранного от компрессора высокого давления.
Отсюда вытекает лучшая синхронизация тепловых расширений герметизирующего кольца статора турбины высокого давления и тепловых расширений ротора этой турбины, что позволяет обеспечить лучший контроль зазора при вершине лопаток 26, которые несет диск 24.
Отсюда вытекает также лучшая равномерность температуры в диске 24, что увеличивает срок службы этого диска и дает возможность в процессе расчета размеров турбины высокого давления использовать диск толщиной, меньшей, чем в известном уровне техники, что дает выигрыш в массе и улучшает время температурного отклика этого диска.
Кроме того, вследствие циркуляции воздуха 76 в трех кольцевых полостях, соответственно радиально внешних 50 и 88 и радиально внутренней 72, на входной 34 и выходной 44 фланцы диска 24 оказывается одно и то же давление так, что аксиальный напор за счет воздействия вентиляционного воздуха на диск, является, по существу, нулевым, что облегчает контроль турбореактивного двигателя.
Наконец, уменьшение длины оболочки 80 по сравнению с оболочкой 68 из известного уровня техники обеспечивает выигрыш в массе и уменьшает риски вибрационных наложений при изгибных режимах работы этого кожуха.
В примере, проиллюстрированном фиг. 2 и описанном выше, средства обеспечения сообщений радиально внешних 50 и 88 полостей и радиально внутренней 72 выполнены в виде каналов, образованных радиальными пазами на фланцах 30 и 40. Такие пазы позволяют обеспечить сообщение упомянутых полостей при сохранении жесткости цилиндрических перегородок 32 и 42, несущих фланцы 30 и 40.
Как вариант, либо дополнительно было бы возможным предусмотреть отверстия в этих цилиндрических перегородках 32 и 42 для подачи вентиляционного воздуха в различные полости.

Claims (10)

1. Турбина высокого давления газотурбинного двигателя, содержащая, по меньшей мере, один лопаточный роторный диск (24), включающий в себя входной (30, 32) и выходной (40, 42) кольцевые фланцы, отделяющие радиально внутреннюю кольцевую полость (72), в которой размещена ступица (64) диска (24); две кольцевых радиально внешних полости, одна из которых (50) расположена на входе диска и получает поток (48) вентиляционного воздуха для лопаток диска от днища камеры сгорания, а вторая (88) расположена на выходе диска, отличающаяся тем, что входной фланец (30, 32) диска содержит средства (74) обеспечения сообщения радиально внешней входной полости (50) и радиально внутренней полости (72) для вентиляции ступицы (64) диска (24).
2. Турбина высокого давления по п.1, отличающаяся тем, что средства обеспечения сообщения радиально внешней входной полости (50) и радиально внутренней полости (72) содержат радиальные пазы (74), выполненные на входной поверхности входного фланца (30) диска, причем эти пазы (74) образуют каналы для циркуляции воздуха между входным фланцем (30) и вращающейся деталью (28) газотурбинного двигателя, с которой связан упомянутый фланец.
3. Турбина высокого давления по п.1, отличающаяся тем, что выходной фланец (40) диска содержит средства (84) обеспечения сообщения радиально внутренней полости (72) и радиально внешней полости (88).
4. Турбина высокого давления по п.3, отличающаяся тем, что средства обеспечения сообщения радиально внешней полости (88) и радиально внутренней полости (72) содержат радиальные пазы (84), выполненные на выходной поверхности выходного фланца (40) диска, при этом эти пазы (84) образуют каналы циркуляции воздуха между выходным фланцем (30) и вращающейся деталью (82) газотурбинного двигателя, с которой связан этот фланец.
5. Турбина высокого давления по п.1, отличающаяся тем, что радиально внутренняя полость (72) ограничена радиально внутрь цилиндрической оболочкой или кожухом (80), входной конец которого закреплен на детали (28), несущей входной фланец (30) диска (24), а выходной конец закреплен на детали (82), несущей выходной фланец (40) диска.
6. Турбина высокого давления по п.5, отличающаяся тем, что кожух (80) ограничивает вместе с валом (91) турбины низкого давления газотурбинного двигателя кольцевой проход (90) для подачи вентиляционного воздуха (66), отбираемого на ступени компрессора высокого давления газотурбинного двигателя.
7. Турбина высокого давления по п.1, отличающаяся тем, что деталью, несущей входной фланец (30) диска (24), является роторный диск (28), несущий лабиринтные уплотнения (36) и содержащий отверстия (62) для прохода потока воздуха (48), отбираемого у днища камеры сгорания.
8. Турбина высокого давления по п.7, отличающаяся тем, что отверстия (62) диска (28), несущего лабиринтные уплотнения (36), выполнены в продолжение инжекторов (52), закрепленных на внутренней стенке (58) камеры сгорания.
9. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что деталью, несущей выходной фланец (40) диска, является колесо (82) ротора.
10. Газотурбинный двигатель, отличающийся тем, что он содержит турбину высокого давления по одному из предыдущих пунктов.
RU2011120176/06A 2008-10-20 2009-10-16 Вентиляция турбины высокого давления в газотурбинном двигателе RU2504662C2 (ru)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR08/05795 2008-10-20
FR0805795A FR2937371B1 (fr) 2008-10-20 2008-10-20 Ventilation d'une turbine haute-pression dans une turbomachine
PCT/FR2009/001214 WO2010046553A1 (fr) 2008-10-20 2009-10-16 Ventilation d'une turbine haute-pression dans une turbomachine

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2011120176A RU2011120176A (ru) 2012-11-27
RU2504662C2 true RU2504662C2 (ru) 2014-01-20

Family

ID=40786600

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2011120176/06A RU2504662C2 (ru) 2008-10-20 2009-10-16 Вентиляция турбины высокого давления в газотурбинном двигателе

Country Status (10)

Country Link
US (1) US9004852B2 (ru)
EP (1) EP2337929B1 (ru)
JP (1) JP5346382B2 (ru)
CN (1) CN102187062A (ru)
BR (1) BRPI0920271B1 (ru)
CA (1) CA2739219C (ru)
ES (1) ES2391934T3 (ru)
FR (1) FR2937371B1 (ru)
RU (1) RU2504662C2 (ru)
WO (1) WO2010046553A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2676507C2 (ru) * 2014-05-20 2018-12-29 Сафран Эркрафт Энджинз Ротор турбины для газотурбинного двигателя

Families Citing this family (27)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2960260B1 (fr) * 2010-05-21 2014-05-09 Snecma Turbomachine comprenant un circuit de ventilation de turbine basse pression ameliore
GB201015028D0 (en) 2010-09-10 2010-10-20 Rolls Royce Plc Gas turbine engine
RU2506436C2 (ru) * 2012-02-06 2014-02-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Устройство оптимизации радиальных зазоров многоступенчатого осевого компрессора авиационного газотурбинного двигателя
GB201222415D0 (en) * 2012-12-13 2013-01-23 Rolls Royce Plc Drum seal
CN103016077B (zh) * 2013-01-23 2015-05-06 中国航空动力机械研究所 涡轮盘冷却封严装置
FR3018312B1 (fr) * 2014-03-04 2019-06-07 Safran Aircraft Engines Dispositif pour la retention d'un fourreau de turbomachine
FR3023588B1 (fr) * 2014-07-08 2016-07-15 Turbomeca Ensemble pour turbine destine a  proteger un disque de turbine contre des gradients thermiques
CN104454025B (zh) * 2014-11-12 2015-11-18 中国科学院工程热物理研究所 一种用于高温旋转轮盘的冷却结构
US9920652B2 (en) * 2015-02-09 2018-03-20 United Technologies Corporation Gas turbine engine having section with thermally isolated area
US9874099B2 (en) 2015-07-01 2018-01-23 Electro-Motive Diesel, Inc. Turbocharger having improved rupture containment
ES2698504T3 (es) * 2015-07-28 2019-02-05 MTU Aero Engines AG Turbina de gas
KR101665887B1 (ko) * 2015-09-23 2016-10-12 두산중공업 주식회사 가스터빈의 냉각장치
KR101744411B1 (ko) * 2015-10-15 2017-06-20 두산중공업 주식회사 가스터빈의 냉각장치
FR3057300B1 (fr) * 2016-10-07 2018-10-05 Safran Aircraft Engines Assemblage d'anneau mobile de turbine de turbomachine
FR3058755B1 (fr) * 2016-11-15 2020-09-25 Safran Aircraft Engines Turbine pour turbomachine
FR3062682B1 (fr) * 2017-02-07 2019-04-19 Safran Aircraft Engines Partie de turbomachine comprenant une paroi de separation de deux cavites pourvue de bossages
FR3085420B1 (fr) * 2018-09-04 2020-11-13 Safran Aircraft Engines Disque de rotor avec arret axial des aubes, ensemble d'un disque et d'un anneau et turbomachine
US11428104B2 (en) 2019-07-29 2022-08-30 Pratt & Whitney Canada Corp. Partition arrangement for gas turbine engine and method
GB201913728D0 (en) * 2019-09-24 2019-11-06 Rolls Royce Plc Stator vane ring or ring segemet
FR3101670B1 (fr) 2019-10-08 2021-10-08 Safran Aircraft Engines Injecteur pour une turbine haute pression
FR3108656B1 (fr) * 2020-03-24 2022-03-04 Safran Aircraft Engines Dispositif de refroidissement et de pressurisation d'une turbine de turbomachine.
FR3108661B1 (fr) 2020-03-25 2022-09-02 Safran Aircraft Engines Couronne d’injecteurs de turbine
FR3118891B1 (fr) 2021-01-15 2023-03-24 Safran Aircraft Engines Fabrication d’un injecteur de turbine par fusion laser sur lit de poudre
RU208145U1 (ru) * 2021-06-07 2021-12-06 Публичное Акционерное Общество "Одк-Сатурн" Узел ротора турбины высокого давления
FR3126140B1 (fr) 2021-08-11 2024-04-26 Safran Aircraft Engines Flasque d’étanchéité pour turbine de turbomachine
FR3127521B1 (fr) 2021-09-24 2023-12-15 Safran Aircraft Engines Carter d’injection d’air de refroidissement pour turbine de turbomachine
US20240209782A1 (en) * 2022-12-22 2024-06-27 Raytheon Technologies Corporation Electrically boosted turbine cooling air

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2207438C2 (ru) * 2001-05-04 2003-06-27 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Газотурбинный двигатель
EP1394358A2 (en) * 2002-08-29 2004-03-03 General Electric Company Gas turbine engine disk rim with axially cutback and circumferentially skewed cooling air slots
RU2226609C2 (ru) * 2002-06-17 2004-04-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Турбина газотурбинного двигателя
EP1911937A2 (en) * 2006-10-14 2008-04-16 Rolls-Royce plc A flow cavity arrangement for gas turbine engine
FR2907496A1 (fr) * 2006-10-24 2008-04-25 Snecma Sa Disque de rotor de turbomachine et module de turbomachine comprenant un tel disque
RU2330964C2 (ru) * 2001-11-08 2008-08-10 Снекма Мотер Статор газовой турбины (варианты) и реактивный двигатель (варианты)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3647313A (en) * 1970-06-01 1972-03-07 Gen Electric Gas turbine engines with compressor rotor cooling
US5226785A (en) * 1991-10-30 1993-07-13 General Electric Company Impeller system for a gas turbine engine
US5340274A (en) * 1991-11-19 1994-08-23 General Electric Company Integrated steam/air cooling system for gas turbines
JP2966357B2 (ja) * 1996-06-28 1999-10-25 川崎重工業株式会社 ガスタービンのタービン翼冷却装置
JP3621523B2 (ja) * 1996-09-25 2005-02-16 株式会社東芝 ガスタービンの動翼冷却装置
US6361277B1 (en) * 2000-01-24 2002-03-26 General Electric Company Methods and apparatus for directing airflow to a compressor bore
FR2851010B1 (fr) * 2003-02-06 2005-04-15 Snecma Moteurs Dispositif de ventilation d'un rotor de turbine a haute pression d'une turbomachine
US6981841B2 (en) * 2003-11-20 2006-01-03 General Electric Company Triple circuit turbine cooling
DE102004042295A1 (de) 2004-09-01 2006-03-02 Mtu Aero Engines Gmbh Rotor für ein Triebwerk
US20080145208A1 (en) * 2006-12-19 2008-06-19 General Electric Company Bullnose seal turbine stage

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2207438C2 (ru) * 2001-05-04 2003-06-27 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Газотурбинный двигатель
RU2330964C2 (ru) * 2001-11-08 2008-08-10 Снекма Мотер Статор газовой турбины (варианты) и реактивный двигатель (варианты)
RU2226609C2 (ru) * 2002-06-17 2004-04-10 Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" Турбина газотурбинного двигателя
EP1394358A2 (en) * 2002-08-29 2004-03-03 General Electric Company Gas turbine engine disk rim with axially cutback and circumferentially skewed cooling air slots
EP1911937A2 (en) * 2006-10-14 2008-04-16 Rolls-Royce plc A flow cavity arrangement for gas turbine engine
FR2907496A1 (fr) * 2006-10-24 2008-04-25 Snecma Sa Disque de rotor de turbomachine et module de turbomachine comprenant un tel disque

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2676507C2 (ru) * 2014-05-20 2018-12-29 Сафран Эркрафт Энджинз Ротор турбины для газотурбинного двигателя

Also Published As

Publication number Publication date
JP5346382B2 (ja) 2013-11-20
EP2337929A1 (fr) 2011-06-29
WO2010046553A1 (fr) 2010-04-29
ES2391934T3 (es) 2012-12-03
CN102187062A (zh) 2011-09-14
CA2739219A1 (fr) 2010-04-29
US9004852B2 (en) 2015-04-14
RU2011120176A (ru) 2012-11-27
FR2937371B1 (fr) 2010-12-10
JP2012505992A (ja) 2012-03-08
EP2337929B1 (fr) 2012-08-29
FR2937371A1 (fr) 2010-04-23
BRPI0920271B1 (pt) 2019-12-10
US20110280735A1 (en) 2011-11-17
CA2739219C (fr) 2016-11-01
BRPI0920271A2 (pt) 2016-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2504662C2 (ru) Вентиляция турбины высокого давления в газотурбинном двигателе
RU2532479C2 (ru) Турбореактивный двигатель, содержащий улучшенные средства регулирования расхода потока воздуха охлаждения, отбираемого с выхода компрессора высокого давления
RU2476710C2 (ru) Уплотнение кольца ротора в ступени турбины
JP5460294B2 (ja) 遠心圧縮機前方スラスト及びタービン冷却装置
US8087249B2 (en) Turbine cooling air from a centrifugal compressor
US6902371B2 (en) Internal low pressure turbine case cooling
EP2208860B1 (en) Interstage seal for a gas turbine and corresponding gas turbine
RU2417322C2 (ru) Устройство вентиляции дисков рабочих колес турбины газотурбинного двигателя, газотурбинный двигатель
JP5129633B2 (ja) 冷却通路用カバーおよび該カバーの製造方法ならびにガスタービン
JP6223111B2 (ja) ガスタービン
RU2357090C2 (ru) Устройство лабиринтного уплотнения для газотурбинного двигателя
JP5411233B2 (ja) 軸流コンプレッサおよびそれに関連した作動方法
US9062557B2 (en) Flow discourager integrated turbine inter-stage U-ring
RU2705319C2 (ru) Узел турбины газотурбинного двигателя летательного аппарата
RU2615867C2 (ru) Картер турбины, содержащий средства крепления секций кольца
JP6383088B2 (ja) ガスタービンのシール装置及びガスタービン、航空用エンジン
US7036320B2 (en) Gas turbine with stator shroud in the cavity beneath the chamber
US20220251963A1 (en) Ring for a turbomachine or a turboshaft engine turbine
CN113994073B (zh) 用于涡轮机涡轮的轮子的密封环
JP2005194914A (ja) シール構造及びタービンノズル

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner