RU2568763C2 - Компонент газовой турбины - Google Patents

Компонент газовой турбины Download PDF

Info

Publication number
RU2568763C2
RU2568763C2 RU2014103219/06A RU2014103219A RU2568763C2 RU 2568763 C2 RU2568763 C2 RU 2568763C2 RU 2014103219/06 A RU2014103219/06 A RU 2014103219/06A RU 2014103219 A RU2014103219 A RU 2014103219A RU 2568763 C2 RU2568763 C2 RU 2568763C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cooling
gas turbine
turbine component
film
edge
Prior art date
Application number
RU2014103219/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014103219A (ru
Inventor
Йерген ФЕРБЕР
Петр Витальевич ЛАЛЕТИН
Original Assignee
Альстом Текнолоджи Лтд
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 Альстом Текнолоджи Лтд filed Critical Альстом Текнолоджи Лтд
Priority to RU2014103219/06A priority Critical patent/RU2568763C2/ru
Priority to CN201580006655.2A priority patent/CN105980662B/zh
Priority to JP2016549321A priority patent/JP2017504759A/ja
Priority to US15/114,005 priority patent/US10883372B2/en
Priority to PCT/EP2015/051448 priority patent/WO2015113925A1/en
Priority to EP15700899.6A priority patent/EP3099902B1/en
Publication of RU2014103219A publication Critical patent/RU2014103219A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2568763C2 publication Critical patent/RU2568763C2/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
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • F01D5/186Film cooling
    • 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
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/18Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
    • 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
    • F01D25/00Component parts, details, or accessories, not provided for in, or of interest apart from, other groups
    • F01D25/08Cooling; Heating; Heat-insulation
    • F01D25/12Cooling
    • 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
    • F01D9/00Stators
    • F01D9/02Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles
    • F01D9/04Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector
    • F01D9/041Nozzles; Nozzle boxes; Stator blades; Guide conduits, e.g. individual nozzles forming ring or sector using blades
    • 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
    • F05D2220/00Application
    • F05D2220/30Application in turbines
    • F05D2220/32Application in turbines in gas turbines
    • 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
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/50Building or constructing in particular ways
    • F05D2230/51Building or constructing in particular ways in a modular way, e.g. using several identical or complementary parts or features
    • 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
    • F05D2230/00Manufacture
    • F05D2230/80Repairing, retrofitting or upgrading methods
    • 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
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/12Fluid guiding means, e.g. vanes
    • 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
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/10Stators
    • F05D2240/15Heat shield
    • 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
    • F05D2240/00Components
    • F05D2240/20Rotors
    • F05D2240/30Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
    • 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
    • F05D2260/202Heat transfer, e.g. cooling by film cooling
    • 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
    • F05D2270/00Control
    • F05D2270/30Control parameters, e.g. input parameters
    • F05D2270/303Temperature

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)

Abstract

Компонент газовой турбины для образования части ступени газовой турбины, выполненный с возможностью изменения схемы охлаждения, включает профильный участок пера, охлаждающий проход, пленочные отверстия и сменные соединители. Профильный участок пера включает корыто и спинку, соединенные вместе на хордово противоположных входной кромке и выходной кромке. Охлаждающий проход продолжается между корытом и спинкой вдоль входной кромки для обеспечения протекания через него охлаждающей текучей среды. Пленочные отверстия выполнены в охлаждающем проходе для обеспечения протекания по меньшей мере части охлаждающей текучей среды к части профильного участка пера. Сменные соединители выполнены с возможностью изменения для охлаждающего прохода поочередно схемы охлаждения. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения за счет изменения схемы охлаждения. 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

Description

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится к области газотурбинных двигателей и, в частности к компонентам газовой турбины, таким как лопатки турбины или статорные лопасти, для образования части ступени турбин.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Турбины по существу используются для преобразования энергии газа сначала в механическую энергию в виде энергии вращения, а затем в электрическую энергию. Несколько рядов, которые называются ступенями, лопаток турбины или лопастей используются для вращения вала турбины. Каждая ступень турбины состоит попеременно из стационарных и вращающихся компонентов. Стационарные компоненты являются рядами лопаток турбины, установленных на внутренней стороне статора турбины, в то время как вращающиеся компоненты являются рядами лопаток турбины, установленных на роторе турбины.
Для работы турбины в ступени турбины высокого давления газ с высоким давлением и температурой входит в осевом направлении в турбину и постепенно продвигается от чередующихся стационарных к вращающимся рядам лопастей и лопаток для приведения во вращение ротора турбины и расширения газа. В таких условиях высокого давления и температуры, в которых газ проходит над лопатками или лопастями турбины, они могут иметь температуру, близкую или даже превышающую точку плавления материала, такого как высокотемпературный суперсплав, из которого изготовлены лопатки или лопасти турбины. Известно охлаждение лопаток турбины посредством выполнения внутри них проходов, которые принимают относительно холодный воздух, например, из компрессора двигателя. Дополнительное охлаждение достигается посредством выполнения охлаждающих отверстий, продолжающихся от охлаждающих проходов внутри лопатки или лопасти к их внешней поверхности, так что охлаждающий воздух из проходов может выходить на внешнюю поверхность и проходить вдоль поверхности с обеспечением пленочного охлаждения.
Однако во время работы турбины на различных уровнях температуры такое пленочное охлаждение может не требоваться по причинам срока службы, и поэтому для улучшения эффективности турбины за счет экономии охлаждающего воздуха может требоваться изменение схемы охлаждения лопаток или лопастей. Обычно основные изменения схемы охлаждения можно достигать посредством изменения литейных форм, что может быть весьма сложным, требующим больших затрат труда и не экономичным.
Поэтому одним из существенных требований относительно конструкции и конфигурации лопаток или лопастей в такой турбине может быть оптимизация эффективного выполнения изменения схемы охлаждения, так чтобы требуемую схему охлаждения можно получать просто экономичным и согласованным образом.
РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
В настоящем раскрытии приведено описание компонентов газовой турбины, таких как лопатки турбины или статорные лопасти, которые будут представлены ниже для обеспечения основного понимания одного или нескольких аспектов настоящего изобретения, которые предназначены для преодоления указанных недостатков, но включают все преимущества уровня техники с добавлением некоторых дополнительных преимуществ. Описание сущности изобретения не является обширным обзором изобретения. Оно не предназначено для идентификации ключевых или критичных элементов изобретения, а также для обозначения объема настоящего изобретения. Единственной целью раскрытия изобретения является представление некоторых концепций изобретения, его аспектов и преимуществ в упрощенном виде в качестве вступления к более подробному описанию, которое будет приведено ниже.
Задачей настоящего изобретения является создание компонента турбины, такого как лопатки турбины или статорные лопасти, которые подлежат оптимизации, для обеспечения эффективного изменения схемы охлаждения, так что требуемую схему охлаждения можно получать просто экономичным и согласуемым образом. Различные другие цели и признаки настоящего изобретения следуют из последующего подробного описания и формулы изобретения.
Согласно одному аспекту настоящего изобретения указанные выше и другие цели могут быть достигнуты посредством компонента турбины согласно п.1 формулы изобретения.
Это вместе с другими аспектами настоящего изобретения наряду с различными признаками новизны, которые характеризуют данное изобретение, указано конкретно в данном раскрытии. Для лучшего понимания настоящего изобретения, его рабочих преимуществ и его использования делается ссылка на прилагаемые чертежи, на которых показаны в качестве иллюстрации примеры осуществления настоящего изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Для лучшего понимания преимуществ и признаков настоящего изобретения ниже приводится подробное описание и формула изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых подобные элементы обозначены подобными позициями, и на которых:
фиг.1А-1С иллюстрируют пример различных видов компонента турбины, такого как лопатка турбины или статорная лопасть, имеющего сменный соединитель, согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения, показанный на фиг.1А на общем виде, на фиг.1В - в разрезе по линии В-В на фиг.1А, и на фиг.1С - на виде сверху на фиг.1А по стрелке А;
фиг.2А-2С иллюстрируют компонент турбины, такой как лопатка турбины или статорная лопасть, имеющий другой сменный соединитель, согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения, показанный на фиг.2А на общем виде, на фиг.2В - в разрезе по линии С-С на фиг.2А, и на фиг.2С - на виде сверху на фиг.2А по стрелке D;
фиг.3 иллюстрирует пример осуществления компонента турбины с вставкой согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения на общем виде;
фиг.4А и 4В иллюстрируют внутреннюю бандажную полку с вставкой для показанного на фиг.3 компонента турбины согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения на виде сверху;
фиг.5 иллюстрируют пример осуществления компонента турбины с вставкой согласно другому примеру осуществления настоящего изобретения на общем виде;
фиг.6А и 6В иллюстрируют внутреннюю бандажную полку с вставкой для показанного на фиг.5 компонента турбины согласно одному примеру осуществления настоящего изобретения на виде сверху.
В описании чертежей для обозначения одинаковых частей используются одинаковые позиции.
ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Для более глубокого понимания настоящего изобретения ниже приводится подробное описание, включая прилагаемую формулу изобретения, со ссылками на указанные выше чертежи. В приведенном ниже описании приводится пояснение множества специальных деталей для обеспечения глубокого понимания настоящего изобретения. Однако специалистам в данной области техники следует понимать, что данное изобретение может быть реализовано без этих специальных деталей. В других случаях структуры и устройства показаны лишь схематично, для обеспечения ясности раскрытия. Ссылки в данном описании на «один вариант осуществления», «вариант осуществления», «другой вариант осуществления», «различные варианты осуществления» означают, что конкретный признак, структура или характеристика, описание которых приведено в связи с вариантом осуществления, включены по меньшей мере в один вариант осуществления настоящего изобретения. Появление фразы «в одном варианте осуществления» в различных местах описания не обязательно относится к одному и тому же варианту осуществления, а также отдельные или альтернативные варианты осуществления взаимно не исключают другие варианты осуществления. Кроме того, приведено описание различных признаков, которые могут иметься в некоторых вариантах осуществления и отсутствовать в других вариантах осуществления. Аналогичным образом приведено описание различных требований, которые могут быть требованиями для некоторых вариантов осуществления, но не требованиями для других вариантов осуществления.
Хотя последующее описание содержит многие особенности для иллюстрации, специалистам в данной области техники следует понимать, что многие вариации и/или изменения этих деталей входят в объем настоящего изобретения. Аналогичным образом, хотя описание многих признаков настоящего изобретения приведено по отдельности или в связи друг с другом, специалистам в данной области техники следует понимать, что многие из этих признаков могут быть предусмотрены независимо друг от друга. В соответствии с этим описание настоящего изобретения приводится без потери всеобщности и без создания ограничений настоящего изобретения. Кроме того, «один» или «другой» не означают ограничение количества, а означают присутствие по меньшей мере одного обозначаемого элемента.
На фиг.1-6В показаны в различных проекциях примеры осуществления компонента 100 газовой турбины для создания ступени газовой турбины, выполненного с возможностью изменения схемы охлаждения посредством охлаждающего воздуха (в режиме пленочного охлаждения и в режиме не пленочного охлаждения). На фиг.1А-1С показан в различных проекциях пример осуществления компонента 100 турбины, такой как лопатка турбины или статорная лопасть, имеющий сменный соединитель. На фиг.2А-2С показан в различных проекциях пример осуществления компонента 100 турбины, такой как лопатка турбины или статорная лопасть, имеющий другой сменный соединитель. На фиг.3-5 показаны в изометрической проекции компоненты 100 турбины с различными типами вставок (описание которых приведено ниже) в качестве вариантов осуществления настоящего изобретения, в то время как на фиг.4А, 4В, 6А и 6В показаны различные компоненты 100 турбины на виде сверху. Компонент 100 турбины может быть лопатками турбины, статорными лопастями или тепловыми экранами, выполненными за одно целое или в виде части турбины. Однако для краткости, ясности и исключения повторов описание компонента 100 турбины приводится применительно к лопаткам турбины без исключения из объема изобретения статорных лопастей или тепловых экранов или других турбинных компонентов. Кроме того, в конструкции и расположении турбины или компонентов 100 турбины (называемых в последующем лопаткой 100) для специалистов в данной области техники могут быть хорошо известны различные связанные с ними элементы, однако для целей понимания настоящего изобретения нет необходимости в указании и в пояснении всех конструктивных элементов. Достаточно отметить, что, как показано на фиг.1-6В, в лопатке 100 показаны лишь те компоненты, которые необходимы для описания различных вариантов осуществления настоящего изобретения.
Как показано на фиг.1А-2В, лопатка 100 включает профильный участок 120 пера, по меньшей мере один охлаждающий проход 130, множество отверстий 140 для образования пленки и сменные соединители 180, 190. Профильный участок 120 пера включает корыто 122 и спинку 124, соединенные вместе на хордово противоположных входной кромке 126 и выходной кромке 128. Кроме того, охлаждающий проход 130 выполнен с прохождением между корытом 122 и спинкой 124 вдоль входной кромки 126. Охлаждающий проход 130 обеспечивает возможность прохождения охлаждающей текучей среды в нем, которую он может получать из источника текучей среды, такого как компрессор двигателя или любого другого источника. Может иметься лишь один охлаждающий проход 130, или же не выходя из объема настоящего изобретения лопатка 100 может включать больше чем один охлаждающий проход в зависимости от потребности.
Кроме того, лопатка 100 включает множество отверстий 140 для образования пленки, продолжающихся между охлаждающим проходом 130 и внешней стороной профильного участка 120 пера. Множество отверстий 140 для образования пленки (называемых в последующем пленочными отверстиями 140) могут иметь геометрическую конфигурацию, выбранную из цилиндрической, веерной или консольной выемки, без исключения из объема изобретения других геометрических конфигураций, известных из уровня техники. Пленочные отверстия 140 выполнены с возможностью направления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из охлаждающего прохода 130 для прохождения по части профильного участка 120 пера с образованием пленки охлаждающего воздуха над частью профильного участка 120 пера для ее охлаждения, что называется режимом пленочного охлаждения. Однако, как указывалось выше, в зависимости от различных уровней температуры такая воздушная пленка на части профильного участка 120 пера может не требоваться (что называется режимом без пленочного охлаждения) и в соответствии с этим может требоваться изменение схемы охлаждения для лопаток или лопастей с режима пленочного охлаждения в режим без пленочного охлаждения или наоборот.
Для этой цели, в противоположность уровню техники, лопатка 100 включает сменные соединители 180, 190. Сменные соединители 180, 190 выполнены по отдельности для охлаждающего прохода 130. Сменные соединители 180, 190 предназначены для изменения схемы охлаждения посредством изменения потока охлаждающей текучей среды в соответствии с открыванием и закрыванием передних пленочных отверстий 140. Один сменный соединитель 180, как показано на фиг.1А-1С, включает покрывающий изгиб 182. Соединитель 180 с покрывающим изгибом 182 выполнен с возможностью крепления посредством подходящих средств, таких как уплотнительное устройство 184, над охлаждающим проходом 130. Однако не выходя из объема настоящего изобретения соединитель 180 может быть закреплен посредством других подходящих средств, таких как пайка твердым припоем, сварка или другое механическое соединение. Соединитель 180 обеспечивает возможность прохождения по меньшей мере части охлаждающей текучей среды от входной кромки 126 к выходной кромке 128 внутри внутренней части профильного участка 120 пера, когда пленочные отверстия 140 закрыты. Кроме того, другой сменный соединитель 190, как показано на фиг.2А-2С, включает плоский покрывающий элемент 192 с отверстием 194. Сменный соединитель 190 выполнен с возможностью крепления посредством подходящих средств, таких как уплотнительная система 196, над охлаждающим проходом 130. Однако не выходя из объема настоящего изобретения соединитель 190, аналогично соединителю 180, может быть закреплен посредством других подходящих средств, таких как пайка твердым припоем, сварка или другое механическое соединение. Соединитель 190 обеспечивает возможность протекания охлаждающей текучей среды из отверстия 194 внутри охлаждающего прохода 130. Кроме того, охлаждающая текучая среда из охлаждающего прохода 130 направляется к пленочным отверстиям 140 для прохождения охлаждающей текучей среды от входной кромки 126 к выходной кромке 128, когда множество пленочных отверстий 140 открыты, для образования пленочного охлаждающего слоя, проходящего от входной кромки 126 к выходной кромке 128. Сменные соединители 180, 190 выполнены с возможностью изменения схемы охлаждения посредством охлаждающей текучей среды, независимо от режимов охлаждения с пленкой или без пленки, в лопатке 100 в соответствии с требованиями в зависимости от уровней температуры в турбине.
Как показано на фиг.3-6В в различных вариантах осуществления настоящего изобретения, лопатка 100 может включать вставку 150. Вставка 150 выполнена с возможностью функционального расположения внутри охлаждающего прохода 130 в согласовании со сменными соединителями 180, 190 по меньшей мере для частичного закрывания и открывания пленочных отверстий 140 в соединении с изменением схемы охлаждения. В частности, в режиме охлаждения без пленки (при низких уровнях температуры внутри турбины) вставка 150 выполнена с возможностью по меньшей мере частичного закрывания пленочных отверстий 140 для прерывания потока охлаждающей текучей среды над частью профильного участка 120 пера. Кроме того, в режиме охлаждения с пленкой (при высоких уровнях температуры внутри турбины) вставка 150 выполнена с возможностью открывания пленочных отверстий 140 для обеспечения протекания охлаждающей текучей среды над частью профильного участка 120 пера для образования охлаждающего слоя воздушной пленки, продолжающегося от входной кромки 126 к выходной кромке 128.
В одном варианте осуществления, как показано на фиг.3, 4А и 4В, вставка 150 может быть цилиндрическим поворотным клапаном (обозначенным позицией 152), выполненным с возможностью поворота вокруг своей оси Х для закрывания и открывания пленочных отверстий 140. В этом варианте осуществления цилиндрический поворотный клапан 152 может содержать части 152 со сквозным отверстием 152а, так что цилиндрический поворотный клапан поворачивается для согласования и рассогласования сквозных отверстий 152b частей 152a со сквозным отверстием с пленочными отверстиями 140 соответственно в режиме охлаждения с пленкой и без пленки для открывания и закрывания пленочных отверстий 140 для обеспечения и прерывания охлаждающей текучей среды.
В другом варианте осуществления, как показано на фиг.5, 6А и 6В, вставка 150 является цилиндрическим переключателем (обозначенным позицией 154), выполненным с возможностью вертикального перемещения вдоль оси Y для закрывания и открывания пленочных отверстий 140. Цилиндрический переключатель 154 может содержать расположенные на расстоянии друг от друга ребра 154а, так что цилиндрический переключатель 154 выполнен с возможностью перемещения вертикально в согласовании и рассогласованием ребер 154a с множеством пленочных отверстий 140 соответственно в режиме охлаждения с пленкой и без пленки для обеспечения и прерывания прохождения охлаждающей текучей среды.
В одном варианте осуществления вставку 150, такую как цилиндрический поворотный клапан 152 или цилиндрический переключатель 154, можно приводить в действие вручную посредством поворота вокруг оси Х или перемещения вдоль оси Y соответственно. В другом варианте осуществления вставку 150, такую как цилиндрический поворотный клапан 152 или цилиндрический переключатель 154, можно приводить в действие автоматически посредством поворота вокруг оси Х или перемещения вдоль оси Y соответственно, посредством гидравлических, пневматических или электрических устройств. Цилиндрический переключатель 154 может быть расположен внутри профильного участка 120 пера и может быть механическим переключателем или перемещаемой частью с отверстиями. В ручном режиме цилиндрический поворотный клапан 152 или цилиндрический переключатель 154 могут быть доступны после разборки двигателя и после разборки части, содержащей лопатки турбины, или после разборки двигателя, но без разборки части, содержащей статорные лопасти. В автоматическом режиме цилиндрический поворотный клапан 152 или цилиндрический переключатель 154 могут иметь активное управление, такое как элемент 156, для эффективного согласования части во время работы с использованием дистанционного исполнительного механизма, такого как гидравлические, пневматические или электромеханические переключатели, или с использованием биметаллических устройств.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения лопатка 100 дополнительно включает множество задних сквозных отверстий 160, выполненных на стороне входной кромки 126 в согласовании с охлаждающим проходом 130. Задние сквозные отверстия 160 выполнены с возможностью направления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из охлаждающего прохода 130 для прохождения внутри внутренней части профильного участка 120 пера от входной кромки 126 к выходной кромке 128 для внутреннего охлаждения лопатки 100 или профильного участка 120 пера. Множество задних сквозных отверстий 160 могут быть выполнены с возможностью закрывания и открывания посредством вставки 150 указанным выше образом. Выходная кромка 128 может включать игольчатую кромку 128а (как показано на фиг.1А и 2А), через который может выходить охлаждающая текучая среда после охлаждения внутренней части профильного участка 120 пера. Различные стрелки на фиг.4А и 4В показывают направление потока охлаждающего воздуха, без какого-либо ограничения, посредством пленочных отверстий 140 и задних сквозных отверстий 160. Кроме того, различные стрелки на фиг.6А и 6В показывают направление потока охлаждающего воздуха из охлаждающего прохода 130 к профильному участку 120 пера посредством пленочных отверстий 140 (см. фиг.6В) и направление потока охлаждающего воздуха из охлаждающего прохода 130 к задним сквозным отверстиям 160 (см. фиг.6А) в качестве иллюстрации. Аналогичным образом на фиг.1А, 1В, 2А и 2В также показано направление потока охлаждающего воздуха. Таким образом, без каких-либо ограничений, лопатка 100 может также включать принудительное охлаждение 132, которое может принимать охлаждающую текучую среду из охлаждающего прохода 130 для охлаждения входной кромки 126. Лопатка 100 может также включать каналы 134, которые могут обеспечивать выход охлаждающей текучей среды от входной кромки 126 и направление охлаждающего воздуха к выходной кромке через множество задних сквозных отверстий 160 для охлаждения выходной кромки 128. Описание множества задних сквозных отверстий 160 будет приведено ниже.
В другом варианте осуществления настоящего изобретения лопатка 100 может дополнительно включать множество временных пробок 170 (как показано лишь на фиг.4А). Временные пробки 170 могут быть выполнены с возможностью введения в пленочные отверстия 140 в режиме без пленки для защиты пленочных отверстий 140 от впрыска горячих газов или оксидантов. В одном варианте осуществления временные пробки 170 могут быть керамическими пробками, металлическими пробками, высокотемпературным клеем или керамическими пробками, пробками, покрытыми теплопроводным соединением. В режиме охлаждения с пленкой временные пробки 170 можно удалять для открывания пленочных отверстий 140 посредством механического сжимания или химического разложения, на месте или дистанционно.
Компоненты 100 газовой турбины, такие как лопатки турбины или статорные лопасти или любая другая часть, такая как тепловые экраны, согласно данному изобретению являются предпочтительными во многих отношениях. Компоненты 100 газовой турбины оптимизированы для изменения схемы охлаждения эффективным образом, так что требуемую схему охлаждения легко получать экономичным и согласованным образом. Сменные соединители и вставки обеспечивают возможность изменения схемы охлаждения и восстановления схемы охлаждения экономичным образом, не требуя дорогостоящих литейных форм. Различные другие преимущества и признаки настоящего изобретения следуют из приведенного выше описания и прилагаемой формулы изобретения.
Приведенное выше описание специальных вариантов осуществления настоящего изобретения дано для целей иллюстрации и описания. Их не следует рассматривать в качестве исчерпывающих или ограничивающих данное изобретение точно раскрытыми формами, и понятно, что возможны многие модификации и вариации в свете приведенных выше идей. Варианты осуществления выбраны и описаны для наилучшего пояснения принципов настоящего изобретения и их практического применения, для предоставления специалистам в данной области техники возможности наилучшим образом использовать данное изобретение и различные варианты осуществления с различными модификациями, как это требуется при конкретном применении. Понятно, что различные упущения и эквивалентные замены возможны или могут быть целесообразными без отхода от идеи и выхода за объем настоящего изобретения, определяемый формулой изобретения.
СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ
100 - Компонент газовой турбины
120 - Профильный участок пера
122 - Корыто
124 - Спинка
126 - Входная кромка
128 - Выходная кромка
128а - Игольчатая кромка
130 - Охлаждающий проход
132 - Принудительное охлаждение
134 - Каналы
140 - Множество пленочных отверстий
150 - Вставка
152 - Цилиндрический поворотный клапан (один вариант вставки 150)
152а - Части со сквозными отверстиями
152b - Сквозные отверстия
154 - Цилиндрический переключатель (другой вариант вставки 150)
154 - Ребра
156 - Элемент
160 - Множество задних охлаждающих отверстий
170 - Множество временных пробок
180,190 - Сменные соединители
182 - Покрывающий изгиб
184 - Уплотнительное устройство
192 - Плоский покрывающий элемент
194 - Отверстие
196 - Уплотнительное устройство

Claims (17)

1. Компонент (100) газовой турбины для образования части ступени газовой турбины, выполненный с возможностью изменения схемы ее охлаждения, содержащий:
профильный участок (120) пера, имеющий корыто (122) и спинку (124), соединенные вместе на хордово противоположных входной кромке (126) и выходной кромке (128);
по меньшей мере один охлаждающий проход (130), продолжающийся между корытом (122) и спинкой (124) вдоль входной кромки (126), при этом по меньшей мере один охлаждающий проход (130) обеспечивает возможность протекания через него охлаждающей текучей среды;
множество пленочных отверстий (140), продолжающихся между по меньшей мере одним охлаждающим проходом (130) и внешней стороной профильного участка (120) пера, при этом множество пленочных отверстий (140) выполнены с возможностью направления по меньшей мере части потока охлаждающей текучей среды из по меньшей мере одного охлаждающего прохода (130) по части профильного участка (120) пера; и
сменные соединители (180, 190), выполненные с возможностью изменения для по меньшей мере одного охлаждающего прохода (130) поочередно схемы охлаждения посредством изменения протекания охлаждающей текучей среды в согласовании с открыванием и закрыванием множества пленочных отверстий (140).
2. Компонент (100) газовой турбины по п.1, в котором один из сменных соединителей (180) содержит покрывающий изгиб (182), выполненный с возможностью закрепления над по меньшей мере одним охлаждающим проходом (130) для обеспечения протекания по меньшей мере части охлаждающей текучей среды от входной кромки (126) к выходной кромке (128) на внутренней стороне профильного участка (120) пера, когда множество пленочных отверстий (140) закрыто.
3. Компонент (100) газовой турбины по п.1, в котором другой из сменных соединителей (190) содержит плоский покрывающий элемент (192) с отверстием (194) для закрепления над по меньшей мере одним охлаждающим проходом (130) для обеспечения протекания охлаждающей текучей среды от отверстия (194) внутри по меньшей мере одного охлаждающего прохода (130) для направления из множества пленочных отверстий (140) от входной кромки (126) к выходной кромке (128), когда множество пленочных отверстий (140) открыты, для образования пленочного охлаждающего слоя, продолжающегося от входной кромки (126) к выходной кромке (128).
4. Компонент (100) газовой турбины по п.1, дополнительно содержащий:
вставку (150), функционально расположенную внутри по меньшей мере одного охлаждающего прохода (130) в согласовании со сменными соединителями (180, 190) для по меньшей мере частичного закрывания и открывания множества пленочных отверстий (140) в соответствии с изменением схемы охлаждения.
5. Компонент (100) газовой турбины по п.4, в котором вставка (150) выполнена с возможностью по меньшей мере частичного закрывания множества пленочных отверстий (140) для прерывания потока охлаждающей текучей среды над частью профильного участка (120) пера и направления потока охлаждающей текучей среды для прохождения от входной кромки (126) к выходной кромке (128) внутри профильного участка (120) пера.
6. Компонент (100) газовой турбины по п.5, в котором вставка (150) выполнена с возможностью открывания множества пленочных отверстий (140) для обеспечения протекания охлаждающей текучей среды над частью профильного участка (120) пера для образования пленочного охлаждающего слоя, продолжающегося от входной кромки (126) к выходной кромке (128).
7. Компонент (100) газовой турбины по п.4, в котором вставка (150) является цилиндрическим поворотным клапаном, выполненным с возможностью поворота вокруг своей оси для закрывания и открывания множества пленочных отверстий (140).
8. Компонент (100) газовой турбины по п.7, в котором цилиндрический поворотный клапан содержит части со сквозным отверстием, так что цилиндрический поворотный клапан поворачивается для согласования и рассогласования сквозных отверстий частей со сквозным отверстием с множеством пленочных отверстий (140) соответственно для открывания и закрывания множества пленочных отверстий (140), для обеспечения и прерывания потока охлаждающей текучей среды.
9. Компонент (100) газовой турбины по п.4, в котором вставка (150) является цилиндрическим переключателем, выполненным с возможностью перемещения вертикально вдоль своей оси для закрывания и открывания множества пленочных отверстий (140).
10. Компонент (100) газовой турбины по п.9, в котором цилиндрический переключатель содержит расположенные на расстоянии ребра так, что цилиндрический переключатель выполнен с возможностью перемещения по вертикали для согласования и рассогласования ребер с множеством пленочных отверстий (140) соответственно для обеспечения и прерывания потока охлаждающей текучей среды.
11. Компонент (100) газовой турбины по п.4, в котором вставка (150) приводится в действие вручную.
12. Компонент (100) газовой турбины по п.4, в котором вставка (150) приводится в действие автоматически посредством одного из гидравлического, пневматического или электрического устройства.
13. Компонент (100) газовой турбины по п.1, в котором множество пленочных отверстий (140) имеют геометрическую конфигурацию, выбранную из одной из цилиндрической, веерной или консольной прорези.
14. Компонент (100) газовой турбины по любому из пп.1-13, дополнительно содержащий множество задних сквозных отверстий (160), выполненных на стороне входной кромки (126) в согласовании с по меньшей мере одним охлаждающим проходом (130) для направления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из по меньшей мере одного охлаждающего прохода (130) для протекания во внутренней части профильного участка (120) пера от входной кромки (126) к выходной кромке (128).
15. Компонент (100) газовой турбины по п.14, в котором множество задних сквозных отверстий (160) выполнены с возможностью закрывания и открывания посредством приведения в действие вставки (150).
16. Компонент (100) газовой турбины по п.1, дополнительно содержащий множество временных пробок (170), выполненных с возможностью введения во множество пленочных отверстий (140) для их закрывания.
17. Компонент (100) газовой турбины по п.16, в котором множество временных пробок (170) являются керамическими пробками, металлическими пробками, выполненными из высокотемпературного клея или керамики пробками, пробками, покрытыми теплопроводным соединением.
RU2014103219/06A 2014-01-30 2014-01-30 Компонент газовой турбины RU2568763C2 (ru)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014103219/06A RU2568763C2 (ru) 2014-01-30 2014-01-30 Компонент газовой турбины
CN201580006655.2A CN105980662B (zh) 2014-01-30 2015-01-26 燃气涡轮构件
JP2016549321A JP2017504759A (ja) 2014-01-30 2015-01-26 ガスタービン構成部品
US15/114,005 US10883372B2 (en) 2014-01-30 2015-01-26 Gas turbine component
PCT/EP2015/051448 WO2015113925A1 (en) 2014-01-30 2015-01-26 Gas turbine component
EP15700899.6A EP3099902B1 (en) 2014-01-30 2015-01-26 Gas turbine component

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014103219/06A RU2568763C2 (ru) 2014-01-30 2014-01-30 Компонент газовой турбины

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014103219A RU2014103219A (ru) 2015-08-10
RU2568763C2 true RU2568763C2 (ru) 2015-11-20

Family

ID=52394272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014103219/06A RU2568763C2 (ru) 2014-01-30 2014-01-30 Компонент газовой турбины

Country Status (6)

Country Link
US (1) US10883372B2 (ru)
EP (1) EP3099902B1 (ru)
JP (1) JP2017504759A (ru)
CN (1) CN105980662B (ru)
RU (1) RU2568763C2 (ru)
WO (1) WO2015113925A1 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2716648C1 (ru) * 2019-07-16 2020-03-13 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" Охлаждаемая лопатка газовой турбины

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9670797B2 (en) * 2012-09-28 2017-06-06 United Technologies Corporation Modulated turbine vane cooling

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4162136A (en) * 1974-04-05 1979-07-24 Rolls-Royce Limited Cooled blade for a gas turbine engine
US4650399A (en) * 1982-06-14 1987-03-17 United Technologies Corporation Rotor blade for a rotary machine
US4992026A (en) * 1986-03-31 1991-02-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Gas turbine blade
US5387086A (en) * 1993-07-19 1995-02-07 General Electric Company Gas turbine blade with improved cooling
RU2146766C1 (ru) * 1997-06-26 2000-03-20 Сосьете Насьональ Д'Этюд э де Констрюксьон де Мотер Д'Авиасьон "СНЕКМА" Система лопаток, охлаждаемая при помощи спиральной направляющей поверхности, каскадного соударения и системы с перемычками в двойной обшивке
RU2208683C1 (ru) * 2002-01-08 2003-07-20 Ульяновский государственный технический университет Охлаждаемая лопатка турбины

Family Cites Families (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3045965A (en) * 1959-04-27 1962-07-24 Rolls Royce Turbine blades, vanes and the like
US3005496A (en) * 1959-08-24 1961-10-24 Hiller Aircraft Corp Airfoil boundary layer control means
BE794195A (fr) * 1972-01-18 1973-07-18 Bbc Sulzer Turbomaschinen Aube directrice refroidie pour des turbines a gaz
US3937588A (en) * 1974-07-24 1976-02-10 United Technologies Corporation Emergency control system for gas turbine engine variable compressor vanes
US5726348A (en) 1996-06-25 1998-03-10 United Technologies Corporation Process for precisely closing off cooling holes of an airfoil
WO1998010174A1 (de) 1996-09-04 1998-03-12 Siemens Aktiengesellschaft Turbinenschaufel, welche einem heissen gasstrom aussetzbar ist
JP4087586B2 (ja) * 2001-09-13 2008-05-21 株式会社日立製作所 ガスタービン及びその静翼
DE10339857A1 (de) * 2003-08-29 2005-03-24 Daimlerchrysler Ag Brennkraftmaschine mit einer Motorbremseinrichtung
EP1591626A1 (de) 2004-04-30 2005-11-02 Alstom Technology Ltd Schaufel für Gasturbine
US7708229B1 (en) 2006-03-22 2010-05-04 West Virginia University Circulation controlled airfoil
EP2407639A1 (en) 2010-07-15 2012-01-18 Siemens Aktiengesellschaft Platform part for supporting a nozzle guide vane for a gas turbine
US20130104517A1 (en) 2011-10-31 2013-05-02 Victor Hugo Silva Correia Component and method of fabricating the same
US9670797B2 (en) * 2012-09-28 2017-06-06 United Technologies Corporation Modulated turbine vane cooling
US9664111B2 (en) * 2012-12-19 2017-05-30 United Technologies Corporation Closure of cooling holes with a filing agent

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4162136A (en) * 1974-04-05 1979-07-24 Rolls-Royce Limited Cooled blade for a gas turbine engine
US4650399A (en) * 1982-06-14 1987-03-17 United Technologies Corporation Rotor blade for a rotary machine
US4992026A (en) * 1986-03-31 1991-02-12 Kabushiki Kaisha Toshiba Gas turbine blade
US5387086A (en) * 1993-07-19 1995-02-07 General Electric Company Gas turbine blade with improved cooling
RU2146766C1 (ru) * 1997-06-26 2000-03-20 Сосьете Насьональ Д'Этюд э де Констрюксьон де Мотер Д'Авиасьон "СНЕКМА" Система лопаток, охлаждаемая при помощи спиральной направляющей поверхности, каскадного соударения и системы с перемычками в двойной обшивке
RU2208683C1 (ru) * 2002-01-08 2003-07-20 Ульяновский государственный технический университет Охлаждаемая лопатка турбины

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2716648C1 (ru) * 2019-07-16 2020-03-13 ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ "Брянский государственный технический университет" Охлаждаемая лопатка газовой турбины

Also Published As

Publication number Publication date
EP3099902B1 (en) 2019-06-19
US20160341047A1 (en) 2016-11-24
EP3099902A1 (en) 2016-12-07
US10883372B2 (en) 2021-01-05
CN105980662B (zh) 2018-06-22
WO2015113925A1 (en) 2015-08-06
RU2014103219A (ru) 2015-08-10
CN105980662A (zh) 2016-09-28
JP2017504759A (ja) 2017-02-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103492677B (zh) 燃气涡轮发动机中的翼型件
JP6669436B2 (ja) プラットフォーム冷却機構及び、タービンロータブレードにプラットフォーム冷却機構を形成するための方法
JP5947519B2 (ja) タービンロータブレードのプラットフォーム領域を冷却するための装置及び方法
EP3155233B1 (en) Gas turbine engine with rotor centering cooling system in an exhaust diffuser
US9803559B2 (en) Variable vane and seal arrangement
JP7051289B2 (ja) 後縁冷却回路を有するタービン翼形部
CN102619574B (zh) 用于冷却涡轮转子叶片平台区的设备及方法
JP2014077439A (ja) 適応冷却経路を有するタービン構成部材
RU2568763C2 (ru) Компонент газовой турбины
US9745853B2 (en) Integrated circuit cooled turbine blade
JP2017096270A (ja) 冷却導入口を有する静翼をもつガスタービンエンジン
US11377957B2 (en) Gas turbine engine with a diffuser cavity cooled compressor
JP2012132438A (ja) タービンロータブレードのプラットフォーム領域を冷却するための装置及び方法
RU2699115C2 (ru) Способ регулировки уплотнительного зазора в турбомашине и соответствующая турбомашина
EP2852734B1 (en) Passive thermostatic valve
CN108699913B (zh) 用于涡轮发动机的冷却***
CN106050317B (zh) 涡轮翼型件
JP2015113835A (ja) 蒸気タービン及びその組み立て方法
EP3091182B1 (en) Blade
CN104975885B (zh) 推力板组合件
KR20160056821A (ko) 터빈 블레이드 플랫폼-날개부 결합부들을 위한 냉각
WO2017003455A1 (en) Turbine stator vane cooling circuit with flow stream separation
US10190427B2 (en) Turbine nozzle box
RU2799867C2 (ru) Устройство охлаждения корпуса газотурбинного двигателя
US11486313B2 (en) Linear electric air valve

Legal Events

Date Code Title Description
HC9A Changing information about inventors
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20170426