RU2532737C1 - Gas turbine engine - Google Patents

Gas turbine engine Download PDF

Info

Publication number
RU2532737C1
RU2532737C1 RU2013154652/06A RU2013154652A RU2532737C1 RU 2532737 C1 RU2532737 C1 RU 2532737C1 RU 2013154652/06 A RU2013154652/06 A RU 2013154652/06A RU 2013154652 A RU2013154652 A RU 2013154652A RU 2532737 C1 RU2532737 C1 RU 2532737C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
turbine
stator
gas turbine
turbine engine
annular insert
Prior art date
Application number
RU2013154652/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Николай Борисович Болотин
Original Assignee
Николай Борисович Болотин
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 Николай Борисович Болотин filed Critical Николай Борисович Болотин
Priority to RU2013154652/06A priority Critical patent/RU2532737C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2532737C1 publication Critical patent/RU2532737C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: gas turbine engine includes at least one cooled stage of a turbine with a nozzle assembly with cavities above it and below it, turbine rotor cooling and stator blowing systems, a turbine housing and a radial gap adjustment system. The turbine housing consists of an external housing and an internal cover with at least one annular insert installed between them. Rotor cooling and stator blowing systems of each turbine stage are independent, contain air intake main lines and flow meters, but all cooling air intake main lines are connected to a cavity behind the compressor. Electrical air heaters are installed in stator blowing systems. The gas turbine engine can contain an onboard computer and sensors for measurement of a radial gap above each impeller of all the cooled turbine stages. Each annular insert can be hollow or filled with a heat accumulating substance.
EFFECT: achieving effective control of radial gaps in a turbine in all modes; increasing engine thrust in takeoff and boost modes; improving efficiency and reliability of a turbine.
4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к двигателестроению, в том числе к авиационным и стационарным газотурбинным двигателям (ГТД), имеющим два контура, и может найти применение в авиастроении, судостроении, на газоперекачивающих станциях и для пиковых энергетических установок в качестве привода для электрогенератора, предназначенного для выработки электроэнергии.The invention relates to engine building, including aircraft and stationary gas turbine engines (GTE), having two circuits, and can find application in aircraft building, shipbuilding, gas pumping stations and for peak power plants as a drive for an electric generator designed to generate electricity.

Известна турбина газотурбинного двигателя по патенту на изобретение №2435039 МПК F01D 11/24 опубл. 27.11.2011 г. Корпус турбины включает радиальную стенку и содержит со стороны своей внутренней поверхности опору для крепления кольца, окружающего подвижные лопатки турбины. Опора содержит периферийную стенку, окружающую кольцо соосно с ним. Корпус включает в себя множество перфораций, обеспечивающих подачу воздуха для равномерной вентиляции наружной поверхности периферийной стенки. Перфорации образованы через радиальную стенку корпуса, проходящую радиально внутрь. Стенка, по существу, охватывает вентиляционную камеру, которая также образована внутренней поверхностью корпуса и наружной поверхностью периферийной стенки опоры. Вентиляционная камера включает в себя небольшое отверстие между радиальным ребром опоры и внутренней поверхностью радиальной стенки для выпуска воздуха из камеры.Known turbine for a gas turbine engine according to the invention patent No. 2435039 IPC F01D 11/24 publ. 11/27/2011, the turbine Housing includes a radial wall and contains on the side of its inner surface a support for mounting the ring surrounding the movable blades of the turbine. The support comprises a peripheral wall surrounding the ring coaxially with it. The housing includes many perforations that provide air for uniform ventilation of the outer surface of the peripheral wall. Perforations are formed through the radial wall of the housing, passing radially inward. The wall essentially covers the ventilation chamber, which is also formed by the inner surface of the housing and the outer surface of the peripheral wall of the support. The ventilation chamber includes a small hole between the radial rib of the support and the inner surface of the radial wall to release air from the chamber.

Недостатки - конструктивная сложность и невозможность регулирования радиального зазора на всех режимах работы двигателя.Disadvantages - structural complexity and the inability to regulate the radial clearance in all engine operating modes.

Известен газотурбинный двигатель по патенту РФ на изобретение №2304221 МПК F01D 11/14, опубл. 10.08.07 г. Этот ГТД содержит компрессор, имеющий несколько осевых ступеней, содержащих корпус, направляющие аппараты и рабочие колеса, и турбину, содержащую корпус и как минимум одну ступень с сопловым аппаратом и рабочим колесом, а также средство регулирования радиальных зазоров, по меньшей мере, одной ступени компрессора и/или турбины.Known gas turbine engine according to the patent of the Russian Federation for the invention No. 2304221 IPC F01D 11/14, publ. 08/10/07, This gas turbine engine contains a compressor having several axial stages containing a housing, guiding devices and impellers, and a turbine comprising a housing and at least one stage with a nozzle apparatus and an impeller, as well as a means for adjusting radial clearances of at least at least one stage of the compressor and / or turbine.

Недостатки - низкая эффективность регулирования радиального зазора, особенно на переходных режимах, при форсировании или дросселировании двигателя, конструктивная сложность устройства регулирования радиального зазора.Disadvantages - low efficiency of regulation of the radial clearance, especially in transient conditions, when forcing or throttling the engine, the structural complexity of the device for regulating the radial clearance.

Газовая турбина, например турбина высокого давления для турбомашины, такая как раскрытая в публикации патент Франции №2688539, обычно содержит множество неподвижных лопаток, расположенных так, что они чередуются с множеством подвижных лопаток, находящихся на пути горячего газа, поступающего из камеры сгорания турбомашины. Движущиеся лопатки турбины окружены по всей их периферии стационарным кольцевым узлом. Стационарный кольцевой узел образует проход, вдоль которого горячий газ течет через лопатки турбины.A gas turbine, such as a high-pressure turbine for a turbomachine, such as the French patent publication No. 2688539 disclosed in France, typically contains a plurality of fixed vanes arranged so that they alternate with a plurality of movable vanes located in the path of the hot gas coming from the combustion chamber of the turbomachine. Moving turbine blades are surrounded around their periphery by a stationary annular assembly. The stationary annular assembly forms a passage along which hot gas flows through the turbine blades.

Чтобы повысить эффективность такой турбины, как известно, уменьшают зазор, который существует между вершинами движущихся лопаток турбины и обращенными к ним частями стационарного кольцевого узла, до величины, которая будет, по возможности, наименьшей.To increase the efficiency of such a turbine, as is known, the gap that exists between the vertices of the moving blades of the turbine and the parts of the stationary annular assembly facing them is reduced to a value that will be as small as possible.

Для этого разработаны средства, которые обеспечивают возможность изменения диаметра стационарного кольцевого узла.For this, tools have been developed that provide the ability to change the diameter of the stationary annular assembly.

Тем не менее, это решение считается недостаточным, если опора, к которой крепят кольцо, также подвержена по ее периферии неравномерной термической деформации, когда такая деформация приводит к деформации кольца турбины.However, this solution is considered insufficient if the support to which the ring is attached is also exposed at its periphery to uneven thermal deformation, when such deformation leads to deformation of the turbine ring.

Известна также турбина ГТД с регулируемыми радиальными зазорами по патенту РФ №2435039, МПК F01D 11/24, прототип способа и устройства.A turbine engine with adjustable radial clearances according to the RF patent No. 2435039, IPC F01D 11/24, a prototype of the method and device, is also known.

Этот способ регулирования радиального зазора в турбине включает охлаждение и/или нагрев ротора и/или статора.This method of controlling the radial clearance in a turbine includes cooling and / or heating the rotor and / or stator.

Эта турбина содержит внешний, внутренний и промежуточный корпуса, ступень с сопловым аппаратом и рабочим колесом с кольцевой вставкой над рабочим колесом, а также средство регулирования радиальных зазоров, по меньшей мере, одной ступени турбины, при этом кольцевая вставка над рабочими колесами закреплена на промежуточном и внешнем корпусах.This turbine contains an outer, inner and intermediate case, a stage with a nozzle apparatus and an impeller with an annular insert above the impeller, and also means for regulating the radial clearances of at least one stage of the turbine, while the annular insert above the impellers is fixed on the intermediate and external enclosures.

Недостатки способа и устройства - резкое увеличение радиального зазора при форсировании двигателя из-за быстрого прогрева корпуса.The disadvantages of the method and device is a sharp increase in the radial clearance during engine boosting due to the rapid heating of the housing.

Техническим результатом, достигнутым при создании изобретения, является поддержание радиальных зазоров постоянными на всех режимах работы турбины.The technical result achieved during the creation of the invention is to maintain radial clearances constant in all modes of operation of the turbine.

Группа изобретений относится к газотурбинным двигателям.The group of inventions relates to gas turbine engines.

Задачи создания изобретения: эффективное регулирование радиальных зазоров в турбине на всех режимах, повышение тяги двигателя на взлетном и форсажном режиме, повышение КПД и надежности турбины.Objectives of the invention: effective regulation of radial clearances in the turbine in all modes, increasing engine thrust in the take-off and afterburning mode, increasing the efficiency and reliability of the turbine.

Решение указанных задач достигнуто в газотурбинном двигателе, содержащем, по меньшей мере, одну охлаждаемую ступень турбины с сопловым аппаратом с полостями над ним и под ним, системы охлаждения ротора и статора турбины, корпус турбины, и систему регулирования радиального зазора, причём согласно изобретению корпус турбины выполнен состоящим из внешнего корпуса и внутренней оболочки с, по меньшей мере, одной кольцевой вставкой, установленной между ними, системы охлаждения ротора и обдува статора каждой ступени турбины выполнены независимыми, но все магистрали отбора охлаждающего воздуха соединены с полостью за компрессором, а в системах обдува статора установлены электрические нагреватели. Газотурбинный двигатель может содержать бортовой компьютер и датчики измерения радиального зазора над каждым рабочим колесом всех охлаждаемых ступеней турбины, соединенные электрическими связями с бортовым компьютером. Каждая кольцевая вставка может быть выполнена пустотелой. Внутренняя полость каждой кольцевой вставки может быть заполнена теплоаккумулирующим веществом Сущность изобретения представлена на чертежах (фиг.1-6), где:The solution of these problems has been achieved in a gas turbine engine containing at least one cooled stage of the turbine with a nozzle apparatus with cavities above and below it, cooling systems of the rotor and stator of the turbine, turbine housing, and a radial clearance control system, and, according to the invention, the turbine housing made of an external casing and an inner shell with at least one annular insert installed between them, the cooling system of the rotor and the stator blowing of each turbine stage are independently However, all cooling air extraction lines are connected to the cavity behind the compressor, and electric heaters are installed in the stator blowing systems. A gas turbine engine may include an on-board computer and radial clearance sensors above each impeller of all cooled stages of the turbine, which are electrically connected to the on-board computer. Each annular insert can be made hollow. The inner cavity of each annular insert can be filled with a heat-accumulating substance. The invention is presented in the drawings (figures 1-6), where:

- на фиг.1 приведена схема ГТД,- figure 1 shows a diagram of a gas turbine engine,

- на фиг.2 представлена схема турбины и системы регулирования радиального зазора в турбине на примере одной ступени двухступенчатой турбины,- figure 2 presents a diagram of a turbine and a radial clearance control system in a turbine using the example of one stage of a two-stage turbine,

- на фиг.3 представлена вторая схема турбины и системы регулирования радиального зазора в турбине на примере двух ступеней турбины,- figure 3 presents the second diagram of the turbine and the control system of the radial clearance in the turbine on the example of two stages of the turbine,

- на фиг.4 приведен вид вставки,- figure 4 shows the view of the insert,

- на фиг.5 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения ротора турбины в зависимости от температуры перед турбиной,- figure 5 shows a diagram of the change in air flow for cooling the turbine rotor depending on the temperature in front of the turbine,

- на фиг.6 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения статора турбины в зависимости от времени работы ГТД.- figure 6 shows a diagram of the change in air flow for cooling the turbine stator depending on the operation time of the gas turbine engine.

Конструкция двухконтурного газотурбинного двигателя представлена на фиг. 1-6. Двухконтурный газотурбинный двигатель (ГТД) содержит входное устройство 1 с входным обтекателем 2, вентилятор 3, основной корпус 4, сопло 5, компрессор 6, камеру сгорания 7 с корпусом 8, жаровой трубой 9 и форсунками 10, турбину 11, валы 12 и 13, опоры 14…17 (фиг.1). Валов в турбине 11 может быть не только два, но и один или три.The design of a dual-circuit gas turbine engine is shown in FIG. 1-6. A double-circuit gas turbine engine (GTE) contains an input device 1 with an intake fairing 2, a fan 3, a main body 4, a nozzle 5, a compressor 6, a combustion chamber 7 with a body 8, a flame tube 9 and nozzles 10, a turbine 11, shafts 12 and 13, supports 14 ... 17 (figure 1). The shafts in the turbine 11 can be not only two, but also one or three.

Компрессор 6 содержит корпус 18, по меньшей мере, одну ступень компрессора 19, которая в свою очередь содержит направляющий аппарат 20 и рабочие лопатки 21 и диски 22.The compressor 6 includes a housing 18, at least one stage of the compressor 19, which in turn contains a guide apparatus 20 and rotor blades 21 and disks 22.

Турбина 11 содержит, по меньшей мере, один ротор 23 и статор 24. Турбина 11 имеет, по меньшей мере, одну ступень 25.The turbine 11 comprises at least one rotor 23 and a stator 24. The turbine 11 has at least one stage 25.

На фиг.1 приведена турбина 11 с двумя ступенями 25, одна из которых выполнена охлаждаемой. Каждая из которых ступеней 25 содержит сопловой аппарат 26, рабочее колесо 27 с рабочими лопатками 28 и диск 29. Сопловой аппарат 26 и рабочие лопатки 28 выполнены охлаждаемыми, например перфорированными. Диск 29 имеет с обеих сторон передний и задний дефлекторы 30 и 31. Ступеней 25 турбины 11, как упоминалось ранее, может одна, три или сколько угодно, а средство регулирования радиального зазора применено на одной или нескольких или всех ступенях 25 турбины 11. Наиболее эффективно применение средства регулирования радиального зазора на первой ступени 25 турбины 11 из-за высокого перепада давления на ней.Figure 1 shows the turbine 11 with two stages 25, one of which is made cooled. Each of which steps 25 comprises a nozzle apparatus 26, an impeller 27 with rotor blades 28 and a disk 29. The nozzle apparatus 26 and rotor blades 28 are made cooled, for example, perforated. The disk 29 has front and rear deflectors 30 and 31 on both sides. The steps 25 of the turbine 11, as mentioned earlier, can be one, three or any number, and the radial clearance control tool is applied on one or more or all of the steps 25 of the turbine 11. The most efficient the use of radial clearance control in the first stage 25 of the turbine 11 due to the high pressure drop across it.

Турбина 11 содержит средство регулирования радиального зазора 32. Средство регулирования радиального зазора 32 содержит кольцевую вставку 33, которая может быть выполнена из секторов 34, установленную внутри статора 24 над рабочими лопатками 28 турбины 11 с образованием радиального зазора δ. Кольцевая вставка 34 может быть выполнена сплошной или пустотелой, т.е. содержать полость 35. Полость 35 может быть заполнена теплоаккумулирующим веществом 36. Теплоаккумулирующее вещество 36 - это материал, имеющий высокую теплоемкость и теплоту фазового перехода, например, на основе ацетата натрия.The turbine 11 comprises means for adjusting the radial clearance 32. The means for regulating the radial clearance 32 comprises an annular insert 33, which may be made of sectors 34, mounted inside the stator 24 above the working blades 28 of the turbine 11 to form a radial clearance δ. The annular insert 34 may be solid or hollow, i.e. contain a cavity 35. The cavity 35 may be filled with a heat storage substance 36. A heat storage substance 36 is a material having a high heat capacity and a phase transition heat, for example, based on sodium acetate.

Рабочие лопатки 28 могут быть выполнены с бандажными полками (такой вариант на фиг.1…6 не показан). Рабочие лопатки 28 содержат замковую часть 37. В диске 29 выполнены отверстия 38 для подвода к рабочим лопаткам 28 охлаждающего воздуха. Передний дефлектор 30 уплотнен относительно вала 8 и статорных деталей уплотнениями 39 и 40. В переднем дефлекторе 30 выполнены отверстия 41 для подвода охлаждающего воздуха.The working blades 28 can be made with retaining shelves (this option is not shown in figure 1 ... 6). The working blades 28 contain a locking part 37. In the disk 29, holes 38 are made for supplying cooling air to the working blades 28. The front deflector 30 is sealed relative to the shaft 8 and the stator parts with seals 39 and 40. In the front deflector 30, holes 41 are made for supplying cooling air.

Система охлаждения ротора 23 турбины 11 содержит аппарат закрутки 42, внутренний трубопровод подачи охлаждающего воздуха 43, внутреннюю полость 44, отверстия 45, внутреннюю полость 46 соплового аппарата 26, отверстия 47, верхнюю полость 48 втулки 49, трубопровод высокого давления 50, регулятор расхода 51. Другой конец трубопровода высокого давления 50 соединен с выходом из компрессора 6. Применение для этих целей воздуха, отбираемого из-за промежуточной ступени компрессора, невозможно, так как несмотря на то, что он (воздух) более холодный, относительно низкое давление не позволит его подать в систему охлаждения ротора.The cooling system of the rotor 23 of the turbine 11 includes a swirl device 42, an internal cooling air supply pipe 43, an internal cavity 44, holes 45, an internal cavity 46 of the nozzle device 26, holes 47, an upper cavity 48 of the sleeve 49, a high pressure pipe 50, a flow regulator 51. The other end of the high pressure pipe 50 is connected to the outlet of the compressor 6. It is impossible to use air sampled due to the intermediate stage of the compressor because, despite the fact that it (the air) is colder, relative to Excessive pressure will not allow it to be supplied to the rotor cooling system.

Статор 24 содержит внешний корпус 52 с фланцем 53 и внутреннюю оболочку 54. Фланец 53 корпуса 52 соединен с фланцами 55…57 (фиг.3). К фланцу 55 закреплена коническая проставка 58, имеющая с другого торца внутренний фланец 59. Фланец 56 соединен с жаровой трубой 9, фланец 57 - с корпусом 8 камеры сгорания 7.The stator 24 includes an outer casing 52 with a flange 53 and an inner shell 54. The flange 53 of the casing 52 is connected to the flanges 55 ... 57 (figure 3). A conical spacer 58 is fixed to the flange 55, having an inner flange 59 at the other end. The flange 56 is connected to the flame tube 9, and the flange 57 is connected to the housing 8 of the combustion chamber 7.

Для изменения температуры статора предусмотрена система обдува статора. Для этого в передней части 55 корпуса 52 выполнены отверстия 60, к которым присоединен трубопровод 61 с регулятором расхода 62 и с электрическим нагревателем воздуха 63. Другой конец трубопровода 61 также соединен с полостью за компрессором 6. Это оптимально, так как в этом случае воздух имеет более высокое давление и более высокий энергетический потенциал.To change the stator temperature, a stator blowing system is provided. For this, holes 60 are made in the front part 55 of the housing 52, to which a pipe 61 is connected with a flow regulator 62 and with an electric air heater 63. The other end of the pipe 61 is also connected to the cavity behind the compressor 6. This is optimal, since in this case the air has higher pressure and higher energy potential.

На кольцевой вставке 33 выполнен кольцевой выступ 64 для ее центрирования. Кроме того, к корпусу 52 присоединена радиальная перегородка 65, в которой выполнены сквозные отверстия 66, соединяющие полости 67 и 68 и кольцевой паз 69 для размещения кольцевого уступа 64 (фиг.4).An annular protrusion 64 is made on the annular insert 33 to center it. In addition, a radial partition 65 is attached to the housing 52, in which through holes 66 are made connecting the cavities 67 and 68 and the annular groove 69 for accommodating the annular ledge 64 (Fig. 4).

Теплоаккумулирующий материал 36 - это, как отмечалось выше, материал, который имеет высокую теплоемкость и высокую удельную теплоту фазового перехода. Примером такого материала может служить тригидрат ацетата натрия.The heat storage material 36 is, as noted above, a material that has a high heat capacity and a high specific heat of phase transition. An example of such a material is sodium acetate trihydrate.

Теплофизические свойства этого материала:Thermophysical properties of this material:

- теплота плавления 220 кДж/кг,- heat of fusion 220 kJ / kg,

- теплоемкость твердой фазы 2 кДж/кг,- heat capacity of the solid phase 2 kJ / kg,

- теплоемкость жидкой фазы 2,8 кДж/кг.- heat capacity of the liquid phase 2.8 kJ / kg

Аккумулирование тепла осуществляется, как правило, за счет теплоты фазового перехода. Подбором объема теплоаккумулирующего материла 36 можно сделать одинаковыми время прогрева диска 29 и корпуса 52 турбины 11 и кольцевой вставки 33 и, как следствие, предотвратить увеличение радиального зазора на режимах форсирования.Heat storage is carried out, as a rule, due to the heat of the phase transition. By selecting the volume of the heat-accumulating material 36, the heating time of the disk 29 and the casing 52 of the turbine 11 and the annular insert 33 can be made the same and, as a result, the increase in the radial clearance in the boosting modes can be prevented.

Основными особенностями турбины 11 является наличие датчиков измерения радиального зазора 70 и бортового компьютера 71, соединенных электрическими связями 72. Возможно применение только одного датчика измерения радиального зазора 70, но это крайне нежелательно, т.к. отказ датчика может привести к аварийной ситуации.The main features of the turbine 11 is the presence of sensors for measuring the radial clearance 70 and the on-board computer 71 connected by electrical connections 72. It is possible to use only one sensor for measuring the radial clearance 70, but this is extremely undesirable, because Sensor failure can lead to an emergency.

На фиг.5 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения ротора турбины 11, поз.73 в зависимости от температуры перед турбиной - Тг, из которого следует, что расход воздуха g1, охлаждающего ротор 23 турбины 11, должен увеличиваться с ростом температуры продуктов сгорания перед турбиной Тг. Эта зависимость может быть линейной, например, как показано на фиг.5. На фиг.6 приведена диаграмма изменения расхода воздуха для охлаждения статора турбины в зависимости от времени работы ГТД. Для наглядности приведены расчетные расходы охлаждающего воздуха g2 для охлаждения статора турбины 11 на трех участках работы ГТД (на режиме форсирования 74…76.. позициями 77…79 показано реальное изменение расхода воздуха g2).Figure 5 shows a diagram of the change in air flow for cooling the rotor of the turbine 11, item 73, depending on the temperature in front of the turbine - Tg, from which it follows that the air flow g1 cooling the rotor 23 of the turbine 11 should increase with increasing temperature of the combustion products before turbine Tg. This dependence may be linear, for example, as shown in FIG. Figure 6 shows a diagram of the change in air flow for cooling the turbine stator depending on the operation time of the gas turbine engine. For clarity, the calculated cooling air flow rates g2 for cooling the turbine stator 11 in three sections of the gas turbine engine operation are shown (in boost mode 74 ... 76 .. positions 77 ... 79 show the real change in air flow rate g2).

РАБОТА ТУРБИНЫTURBINE WORK

При резком изменении режима работы турбины газотурбинного двигателя, например при его форсировании, температура продуктов сгорания перед турбиной возрастает. На номинальном режиме радиальный зазор δ0 имеет расчетное значение, а на форсажном (максиальном) режиме радиальные зазоры δ в первоначальный момент при отсутствии регулирования бы резко возрастали. При форсировании ГТД температура продуктов сгорания резко возрастает. При этом прогреваются корпуса турбины 52 и 54 и диск 29 с рабочими лопатками 28. Но масса диска 29 турбины 11 намного больше массы всех корпусов 53 и 54, поэтому зазор бы возрастал без применения средства регулирования радиального зазора. Наличие кольцевой вставки 33, заполненной теплоаккумулирующим материалом 36, замедлит прогрев пустотелой кольцевой вставки 33 и внешнего корпуса 52, что предотвратит увеличение радиального зазора.With a sharp change in the operating mode of the turbine of a gas turbine engine, for example, when it is forced, the temperature of the combustion products in front of the turbine increases. In the nominal mode, the radial clearance δ0 has a calculated value, and in the afterburner (maximum) mode, the radial clearance δ at the initial moment in the absence of regulation would increase sharply. When forcing a gas turbine engine, the temperature of the combustion products rises sharply. In this case, the turbine casings 52 and 54 and the disk 29 with rotor blades 28 are warmed up. But the mass of the disk 29 of the turbine 11 is much larger than the mass of all the housings 53 and 54, so the gap would increase without the use of radial clearance control. The presence of an annular insert 33 filled with heat-accumulating material 36 will slow down the heating of the hollow annular insert 33 and the outer casing 52, which will prevent an increase in the radial clearance.

Проходящий по трубопроводу высокого давления 50 через регулятор расхода 51 охлаждающий воздух охлаждает диск 29 турбины 11 и рабочие лопатки 28.Passing through the high pressure pipe 50 through the flow regulator 51, the cooling air cools the disk 29 of the turbine 11 and the blades 28.

При этом изменение расхода охлаждающего воздуха через регулятор расхода 51 осуществляют только в зависимости от режима работы двигателя Тг и изменением расхода этого воздуха не управляют радиальным зазором, так как увеличение расхода этого воздуха уменьшает КПД турбины 11. При этом трубопровод высокого давления 50 может быть подключен только к выходу из компрессора 6 (т.е. за его последней ступенью), в противном случае давления охлаждающего воздуха будет недостаточно для охлаждения перфорированного соплового аппарата 26 и перфорированных рабочих лопаток 28 турбины 11.Moreover, the change in the flow rate of cooling air through the flow regulator 51 is carried out only depending on the operating mode of the engine Tg and the change in the flow rate of this air is not controlled by the radial clearance, since an increase in the flow rate of this air reduces the efficiency of the turbine 11. In this case, the high pressure pipe 50 can only be connected to the exit of the compressor 6 (i.e., beyond its last stage), otherwise the cooling air pressure will not be enough to cool the perforated nozzle apparatus 26 and perforated p working blades 28 of the turbine 11.

Регуляторы расхода 51 и 62 и электрическими связями 72 соединены с бортовым компьютером 71 для управления расходами охлаждающего воздуха g1 и g2 (фиг.5 и 6).Flow controllers 51 and 62 and electrical connections 72 are connected to the on-board computer 71 to control the flow rates of cooling air g1 and g2 (FIGS. 5 and 6).

Применение теплоаккумулирующего материала 36 выравнивает тепловые инерции ротора 23 и статора 24. При увеличении радиального зазора датчики измерения радиального зазора 68 фиксируют этот факт, и бортовой компьютер 70 по каналу связи 71 подает команду на регулятора расхода 62 на увеличение расхода охлаждающего воздуха. При уменьшении величины радиального зазора ниже допустимого предела, наоборот, расход охлаждающего воздуха уменьшают и, если этого недостаточно, включают электрический подогреватель 63. В результате предложенная система может очень точно поддерживать радиальные зазоры постоянными практически на всех режимах. Применение независимых систем охлаждения ротора и статора турбины позволило одновременно минимизировать расход охлаждающего воздуха и управлять радиальным зазором на всех режимах работы двигателя.The use of heat-accumulating material 36 equalizes the thermal inertia of the rotor 23 and stator 24. With an increase in the radial clearance, the radial clearance measurement sensors 68 record this fact, and the on-board computer 70 sends a command to the flow regulator 62 to increase the flow rate of cooling air through the communication channel 71. By decreasing the radial clearance value below the permissible limit, on the contrary, the cooling air consumption is reduced and, if this is not enough, the electric heater 63 is turned on. As a result, the proposed system can very accurately maintain radial clearances constant in almost all modes. The use of independent cooling systems for the rotor and stator of the turbine at the same time minimized the consumption of cooling air and controlled the radial clearance in all engine operation modes.

Применение изобретения позволило:The application of the invention allowed:

1. Обеспечить эффективное плавное и более эффективное регулирование радиальных зазоров в турбине газотурбинного двигателя на всех режимах за счет применения электрических подогревателей воздуха, идущего на обдув статора.1. To provide effective smooth and more effective regulation of radial clearances in the turbine of a gas turbine engine in all modes due to the use of electric air heaters for blowing the stator.

2. Обеспечить увеличение мощности двигателя на форсажных (максимальных) режимах за счет уменьшения радиального зазора на этих режимах. Это достигнуто применением независимых систем охлаждения ротора и статора турбины и применением для охлаждения статора более холодного воздуха, отбираемого из-за промежуточных ступеней компрессора.2. To provide an increase in engine power in afterburner (maximum) modes by reducing the radial clearance in these modes. This is achieved by using independent cooling systems of the turbine rotor and stator and by using cooler air to cool the stator, taken from the intermediate stages of the compressor.

3. Обеспечить надежный взлет самолета с двигателями, оборудованными такими системами регулирования радиального зазора без предварительного прогрева ГТД, или значительно уменьшить время прогрева ГТД. Это необходимо для военных самолетов.3. Ensure reliable take-off of the aircraft with engines equipped with such radial clearance control systems without preliminary heating of the turbine engine, or significantly reduce the warm-up time of the gas engine. This is necessary for military aircraft.

4. Обеспечить надежный взлет самолета при высокой температуре окружающей среды, т.е. в условиях, когда взлетная тяга ГТД уменьшается.4. Ensure reliable take-off at high ambient temperatures, ie in conditions when the takeoff thrust of the gas turbine engine decreases.

5. Практически мгновенно переводить режим работы ГТД авиационного двигателя с крейсерского на форсажный режим. Это особенно важно для военных самолетов.5. Almost instantly transfer the operation mode of the gas turbine engine from cruising to afterburning mode. This is especially important for military aircraft.

Claims (4)

1. Газотурбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, одну охлаждаемую ступень турбины с сопловым аппаратом с полостями над ним и под ним, системы охлаждения ротора и системы обдува статора турбины, корпус турбины, и систему регулирования радиального зазора, отличающийся тем, что корпус турбины выполнен состоящим из внешнего корпуса и внутренней оболочки с по меньшей мере одной кольцевой вставкой, установленной между ними, при этом системы охлаждения ротора и системы обдува статора каждой ступени турбины выполнены независимыми, каждая содержит магистрали отбора воздуха и регуляторы расхода, но все магистрали отбора воздуха соединены с полостью за компрессором, а в системах обдува статора установлены электрические нагреватели воздуха.1. A gas turbine engine comprising at least one cooled stage of a turbine with a nozzle apparatus with cavities above and below it, a cooling system for a rotor and a system for blowing a turbine stator, a turbine housing, and a radial clearance control system, characterized in that the turbine housing made up of an outer casing and an inner shell with at least one annular insert installed between them, while the rotor cooling system and the stator blowing system of each turbine stage are independent, each It contains air intake lines and flow regulators, but all air intake lines are connected to the cavity behind the compressor, and electric air heaters are installed in the stator blowing systems. 2. Газотурбинный двигатель по п.1, отличающийся тем, что он содержит бортовой компьютер и по меньшей мере один датчик измерения радиального зазора над каждым рабочим колесом всех охлаждаемых ступеней турбины, соединенный электрическими связями с бортовым компьютером.2. The gas turbine engine according to claim 1, characterized in that it contains an on-board computer and at least one radial clearance measurement sensor above each impeller of all cooled stages of the turbine, connected by electrical connections to the on-board computer. 3. Газотурбинный двигатель по п.1 или 2 отличающийся тем, что каждая кольцевая вставка выполнена пустотелой.3. The gas turbine engine according to claim 1 or 2, characterized in that each annular insert is made hollow. 4. Газотурбинный двигатель по п.1 или 2, отличающийся тем, что внутренняя полость каждой кольцевой вставки заполнена теплоаккумулирующим веществом. 4. The gas turbine engine according to claim 1 or 2, characterized in that the inner cavity of each annular insert is filled with a heat-accumulating substance.
RU2013154652/06A 2013-12-09 2013-12-09 Gas turbine engine RU2532737C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013154652/06A RU2532737C1 (en) 2013-12-09 2013-12-09 Gas turbine engine

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013154652/06A RU2532737C1 (en) 2013-12-09 2013-12-09 Gas turbine engine

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2532737C1 true RU2532737C1 (en) 2014-11-10

Family

ID=53382468

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013154652/06A RU2532737C1 (en) 2013-12-09 2013-12-09 Gas turbine engine

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2532737C1 (en)

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2103718A (en) * 1981-08-03 1983-02-23 Nuovo Pignone Spa Gas turbine plant
EP0637683A1 (en) * 1993-08-05 1995-02-08 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation "Snecma" Cooling system for the turbine stator and rotor disks of a turbomachine
US6612114B1 (en) * 2000-02-29 2003-09-02 Daimlerchrysler Ag Cooling air system for gas turbine
EP1467066A2 (en) * 2003-04-09 2004-10-13 Rolls-Royce Plc Corrugated seal
FR2943717A1 (en) * 2009-03-27 2010-10-01 Snecma Stator for e.g. axial compressor of turbojet engine of airplane, has heating unit controlled by provoking radial dimensional variation of shroud, and coating and external heat insulation units insulating heating unit relative to air flow
WO2011030051A1 (en) * 2009-09-08 2011-03-17 Snecma Clearance control at the blade tips of a turbomachine
RU2425985C2 (en) * 2005-09-14 2011-08-10 Снекма Method and system of varying gas turbine engine rotor vane edge clearance (versions), and gas turbine incorporating said system

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2103718A (en) * 1981-08-03 1983-02-23 Nuovo Pignone Spa Gas turbine plant
EP0637683A1 (en) * 1993-08-05 1995-02-08 Societe Nationale D'etude Et De Construction De Moteurs D'aviation "Snecma" Cooling system for the turbine stator and rotor disks of a turbomachine
US6612114B1 (en) * 2000-02-29 2003-09-02 Daimlerchrysler Ag Cooling air system for gas turbine
EP1467066A2 (en) * 2003-04-09 2004-10-13 Rolls-Royce Plc Corrugated seal
RU2425985C2 (en) * 2005-09-14 2011-08-10 Снекма Method and system of varying gas turbine engine rotor vane edge clearance (versions), and gas turbine incorporating said system
FR2943717A1 (en) * 2009-03-27 2010-10-01 Snecma Stator for e.g. axial compressor of turbojet engine of airplane, has heating unit controlled by provoking radial dimensional variation of shroud, and coating and external heat insulation units insulating heating unit relative to air flow
WO2011030051A1 (en) * 2009-09-08 2011-03-17 Snecma Clearance control at the blade tips of a turbomachine

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
RU 2387846 C1, (ОТКРЫТОЕ АКЦИОНЕРНОЕ ОБЩЕСТВО "НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "САТУРН" (ОАО "НПО "САТУРН")), 27.04.2010 . *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10927763B2 (en) Conditioned low pressure compressor compartment for gas turbine engine
CN107893701B (en) Method and apparatus for under-cowl split cooling
US11092013B2 (en) Modulated turbine cooling system
EP1923539B1 (en) Gas turbine with active tip clearance control
US5022817A (en) Thermostatic control of turbine cooling air
EP2375005B1 (en) Method for controlling turbine blade tip seal clearance
US9316152B2 (en) Active control of bucket cooling supply for turbine
US10138752B2 (en) Active HPC clearance control
RU2506435C2 (en) Gas turbine engine and method for radial clearance adjustment in gas turbine
RU2504663C2 (en) Gas turbine engine turbine
EP3239476B1 (en) Case clearance control system and corresponding gas turbine engine
RU2553919C2 (en) Gas-turbine engine
RU2496991C1 (en) Bypass gas turbine
RU2499145C1 (en) Turbine of bypass gas turbine engine
RU2501956C1 (en) Bypass gas turbine engine, method of radial gap adjustment in turbine of bypass gas turbine engine
RU2532737C1 (en) Gas turbine engine
RU2499892C1 (en) Gas turbine engine turbine
RU2519127C1 (en) Turbine of gas turbine engine and method for adjustment of radial clearance in turbine
RU2500895C1 (en) Gas turbine engine turbine
RU2499894C1 (en) Bypass gas turbine engine
RU2535453C1 (en) Gas turbine engine and method for radial clearance adjustment in gas turbine
RU2511860C1 (en) Double-flow gas turbine engine, and adjustment method of radial gap in turbine of double-flow gas turbine engine
RU2490474C1 (en) Turbine of gas-turbine engine
RU2500894C1 (en) Gas turbine engine turbine
RU2498087C1 (en) Gas-turbine engine turbine