RU2614909C1 - Охлаждаемая турбина высокого давления - Google Patents
Охлаждаемая турбина высокого давления Download PDFInfo
- Publication number
- RU2614909C1 RU2614909C1 RU2015154288A RU2015154288A RU2614909C1 RU 2614909 C1 RU2614909 C1 RU 2614909C1 RU 2015154288 A RU2015154288 A RU 2015154288A RU 2015154288 A RU2015154288 A RU 2015154288A RU 2614909 C1 RU2614909 C1 RU 2614909C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- cooling air
- disk
- channels
- cooled
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Изобретение относится к энергетике. Охлаждаемая турбина высокого давления содержит сопловой аппарат турбины с аппаратом закрутки, вход которого соединен с источником охлаждающего воздуха, а выходные каналы сообщены с безлопаточным диффузором, диск с охлаждаемыми рабочими лопатками, каналы подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам, установленным в проточной части турбины, при этом выходные каналы аппарата закрутки повернуты в сторону вращения диска с охлаждаемыми рабочими лопатками. При этом безлопаточный диффузор размещен на сопловом аппарате турбины и выполнен в виде канала на входе, присоединенного к выходным каналам аппарата закрутки, направленным в радиальном направлении относительно оси вращения, а на выходе направленным в сторону каналов подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам. Причём выход из безлопаточного диффузора отделен подвижными уплотнениями от проточной части турбины и от околодисковой полости, расположенной между безлопаточным диффузором и диском с охлаждаемыми рабочими лопатками. Изобретение позволяет снизить затраты на производство и ремонт как узла турбины, так и всего двигателя в целом, увеличивая при этом сроки межремонтного ресурса. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к охлаждаемым турбинам газотурбинных двигателей.
Известна охлаждаемая турбина высокого давления, содержащая сопловой аппарат турбины с аппаратом закрутки, вход которого соединен с источником охлаждающего воздуха, а выходные каналы сообщены с безлопаточным диффузором, диск с охлаждаемыми рабочими лопатками, каналы подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам, установленным в проточной части турбины, при этом выходные каналы аппарата закрутки повернуты в сторону вращения диска с охлаждаемыми рабочими лопатками (патент РФ №2196233, МПК F01D 5/08, опубл. 10.01.2003 г.).
Основным недостатком здесь является то, что безлопаточный диффузор соединен с диском турбины, т.е. находится в зоне действия центробежных сил. Для обеспечения требований по прочности, надежности и ресурсу узлов турбины необходимо увеличение массы как самого диска турбины, так и элементов конструкции, образующих безлопаточный диффузор. Также усложняются элементы крепления безлопаточного диффузора к диску турбины с учетом их размещения в поле центробежных сил на достаточно большом радиусе. Все это приводит к повышению затрат на производство и ремонт двигателя, а также к снижению сроков межремонтного ресурса.
Задача изобретения - снижение затрат на производство узла турбины и увеличение сроков межремонтного ресурса всего двигателя в целом.
Ожидаемый технический результат - уменьшение массы конструкции, упрощение технологии изготовления элементов узла турбины, повышение его запасов прочности и надежности при сохранении параметров охлаждения элементов турбины.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что в охлаждаемой турбине высокого давления, содержащей сопловой аппарат турбины с аппаратом закрутки, вход которого соединен с источником охлаждающего воздуха, а выходные каналы сообщены с безлопаточным диффузором, диск с охлаждаемыми рабочими лопатками, каналы подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам, установленным в проточной части турбины, при этом выходные каналы аппарата закрутки повернуты в сторону вращения диска с охлаждаемыми рабочими лопатками, по предложению безлопаточный диффузор размещен на сопловом аппарате турбины и выполнен в виде канала на входе присоединенного к выходным каналам аппарата закрутки, направленным в радиальном направлении относительно оси вращения, а на выходе направленным в сторону каналов подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам, при этом выход из безлопаточного диффузора отделен подвижными уплотнениями от проточной части турбины и от околодисковой полости, расположенной между безлопаточным диффузором и диском с охлаждаемыми рабочими лопатками.
Кроме того, возможно, что каналы подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам выполнены в виде отверстий в диске рабочего колеса в районе его замковой части.
Размещение безлопаточного диффузора на сопловом аппарате турбины обеспечивает его неподвижность и независимость от действия центробежных сил диска. Тем самым упрощается крепление и размещение безлопаточного диффузора, уменьшается его масса, а, следовательно, и масса самого диска турбины при сохранении или увеличении запасов прочности данного элемента.
Выполнение безлопаточного диффузора в виде канала обеспечивает определенность его геометрии и независимость подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам турбины.
Подсоединение входа канала к выходными каналами аппарата закрутки позволяет подать охлаждающий воздух в безлопаточный диффузор с более низкой температурой, чем в источнике охлаждающего воздуха, поскольку воздух выходит из выходных каналов аппарата закрутки с большой скоростью, что обеспечивает снижение его температуры.
Направление выхода канала в сторону каналов подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам обеспечивает подачу охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам с минимальными потерями. Известно, что максимальная степень повышения давления охлаждающего воздуха при его торможении в безлопаточном диффузоре осуществляется до момента достижения равенства скорости охлаждающего воздуха и скорости диска рабочего колеса. В этом случае воздух входит в каналы подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам с минимальными потерями. В случае неподвижного безлопаточного диффузора это условие остается справедливым. Таким образом, при сохранении степени повышения давления в неподвижном безлопаточном диффузоре за вычетом потерь на трение воздуха о его неподвижные стенки, чтобы не снижать эффективность охлаждения рабочих лопаток турбины, радиус выхода неподвижного безлопаточного диффузора следует выбирать, исходя из условия равенства скорости охлаждающего воздуха и скорости диска.
В рамках данного изобретения каналы подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам могут иметь различное исполнение, например в виде отверстий в диске рабочего колеса либо в виде пазов для прохода охлаждающего воздуха. На фиг. 1 приведен частный случай выполнения каналов подвода охлаждающего воздуха.
Отделение выхода безлопаточного диффузора от проточной части и от околодисковой полости, расположенной между безлопаточным диффузором и диском с охлаждаемыми рабочими лопатками, подвижными уплотнениями обеспечивает минимальные утечки охлаждающего воздуха из безлопаточного диффузора.
Изобретение допускает любое выполнение подвижных уплотнений, например, в виде щеточных уплотнений, лабиринтных уплотнений, графитовых уплотнений.
На фиг. 1 показан продольный разрез охлаждаемой турбины. На фиг. 2 показано сечение А-А аппарата закрутки.
Охлаждаемая турбина высокого давления содержит сопловой аппарат турбины 1 с аппаратом закрутки 2, вход 3 которого соединен с источником охлаждающего воздуха 4, а выходные каналы 5 сообщены с безлопаточным диффузором 6, диск 7 с охлаждаемыми рабочими лопатками 8, каналы подвода охлаждающего воздуха 9 к рабочим лопаткам 8, установленным в проточной части турбины 10. При этом выходные каналы 5 аппарата закрутки 2 повернуты в сторону вращения диска 7 с охлаждаемыми рабочими лопатками 8.
Безлопаточный диффузор 6 размещен на сопловом аппарате турбины 1 и выполнен в виде канала 11, на входе 12 присоединенного к выходным каналам 5 аппарата закрутки 2, направленным в радиальном направлении относительно оси вращения, а на выходе 13 направленным в сторону каналов подвода охлаждающего воздуха 9 к рабочим лопаткам 8. При этом выход 13 из безлопаточного диффузора 6 отделен подвижными уплотнениями 14 и 15 от проточной части турбины 10 и от околодисковой полости 16, расположенной между безлопаточным диффузором 6 и диском 7 с охлаждаемыми рабочими лопатками 8.
Охлаждение турбины осуществляется следующим образом. Воздух от источника охлаждающего воздуха 4 поступает в аппарат закрутки 2, где в его выходных каналах 5 поток разгоняется и выбрасывается в сторону вращения диска 7 с охлаждаемыми рабочими лопатками 8 с падением давления и температуры потока. Далее воздух с более низкой температурой, чем была на входе 3 в аппарат закрутки 2, поступает на вход 12 неподвижного канала 11 безлопаточного диффузора 6, где происходит торможение потока охлаждающего воздуха с увеличением давления на выходе 13 из безлопаточного диффузора 6 за вычетом потерь на трение воздуха о неподвижные стенки канала 11. Затем поток воздуха, переходя из абсолютного движения в неподвижном безлопаточном диффузоре 6 в относительное движение в каналах подвода охлаждающего воздуха 9, поступает непосредственно к рабочим лопаткам 8, где происходит охлаждение их внутренних полостей.
Через подвижные уплотнения 14 и 15 минимальные протечки воздуха поступают в проточную часть турбины 10 и в околодисковую полость 16, расположенную между безлопаточным диффузором 6 и диском 7 с охлаждаемыми рабочими лопатками 8.
Реализация этого изобретения позволяет снизить затраты на производство и ремонт как узла турбины, так и всего двигателя в целом, увеличивая при этом сроки межремонтного ресурса, за счет снижения массы элементов, упрощения технологии их изготовления, снижения металлоемкости и, как следствие, удешевления стоимости операции по изготовлению, повышения надежности и ресурса при сохранении эффективности охлаждения самой турбины.
Claims (2)
1. Охлаждаемая турбина высокого давления, содержащая сопловой аппарат турбины с аппаратом закрутки, вход которого соединен с источником охлаждающего воздуха, а выходные каналы сообщены с безлопаточным диффузором, диск с охлаждаемыми рабочими лопатками, каналы подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам, установленным в проточной части турбины, при этом выходные каналы аппарата закрутки повернуты в сторону вращения диска с охлаждаемыми рабочими лопатками, отличающаяся тем, что безлопаточный диффузор размещен на сопловом аппарате турбины и выполнен в виде канала на входе, присоединенного к выходным каналам аппарата закрутки, направленным в радиальном направлении относительно оси вращения, а на выходе направленным в сторону каналов подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам, при этом выход из безлопаточного диффузора отделен подвижными уплотнениями от проточной части турбины и от околодисковой полости, расположенной между безлопаточным диффузором и диском с охлаждаемыми рабочими лопатками.
2. Охлаждаемая турбина высокого давления по п. 1, отличающаяся тем, что каналы подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам выполнены в виде отверстий в диске рабочего колеса в районе его замковой части.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154288A RU2614909C1 (ru) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Охлаждаемая турбина высокого давления |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015154288A RU2614909C1 (ru) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Охлаждаемая турбина высокого давления |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2614909C1 true RU2614909C1 (ru) | 2017-03-30 |
Family
ID=58507182
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015154288A RU2614909C1 (ru) | 2015-12-17 | 2015-12-17 | Охлаждаемая турбина высокого давления |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2614909C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2684298C1 (ru) * | 2018-07-05 | 2019-04-05 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Способ охлаждения ротора турбины высокого давления (ТВД) газотурбинного двигателя (ГТД), ротор ТВД и лопатка ротора ТВД, охлаждаемые этим способом, узел аппарата закрутки воздуха ротора ТВД |
RU2691868C1 (ru) * | 2018-07-05 | 2019-06-18 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Ротор турбины высокого давления газотурбинного двигателя (варианты) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3635586A (en) * | 1970-04-06 | 1972-01-18 | Rolls Royce | Method and apparatus for turbine blade cooling |
US4425079A (en) * | 1980-08-06 | 1984-01-10 | Rolls-Royce Limited | Air sealing for turbomachines |
RU2196233C1 (ru) * | 2001-06-21 | 2003-01-10 | Открытое акционерное общество "А.Люлька-Сатурн" | Охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя |
US20040046326A1 (en) * | 2002-09-11 | 2004-03-11 | Mitsubishi Heavy Industries Ltd. | Gas turbine |
RU2490473C1 (ru) * | 2012-03-13 | 2013-08-20 | Открытое акционерное общество Конструкторско-производственное предприятие "Авиамотор" | Система охлаждения рабочего колеса турбины газотурбинного двигателя |
-
2015
- 2015-12-17 RU RU2015154288A patent/RU2614909C1/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3635586A (en) * | 1970-04-06 | 1972-01-18 | Rolls Royce | Method and apparatus for turbine blade cooling |
US4425079A (en) * | 1980-08-06 | 1984-01-10 | Rolls-Royce Limited | Air sealing for turbomachines |
RU2196233C1 (ru) * | 2001-06-21 | 2003-01-10 | Открытое акционерное общество "А.Люлька-Сатурн" | Охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя |
US20040046326A1 (en) * | 2002-09-11 | 2004-03-11 | Mitsubishi Heavy Industries Ltd. | Gas turbine |
RU2490473C1 (ru) * | 2012-03-13 | 2013-08-20 | Открытое акционерное общество Конструкторско-производственное предприятие "Авиамотор" | Система охлаждения рабочего колеса турбины газотурбинного двигателя |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2684298C1 (ru) * | 2018-07-05 | 2019-04-05 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Способ охлаждения ротора турбины высокого давления (ТВД) газотурбинного двигателя (ГТД), ротор ТВД и лопатка ротора ТВД, охлаждаемые этим способом, узел аппарата закрутки воздуха ротора ТВД |
RU2691868C1 (ru) * | 2018-07-05 | 2019-06-18 | Публичное акционерное общество "ОДК-Уфимское моторостроительное производственное объединение" (ПАО "ОДК-УМПО") | Ротор турбины высокого давления газотурбинного двигателя (варианты) |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US9638050B2 (en) | Axial compressor, gas turbine with axial compressor, and its remodeling method | |
CN106567749B (zh) | 燃气涡轮冷却***和方法 | |
US10017259B2 (en) | De-icing splitter for an axial turbine engine compressor | |
US10669852B2 (en) | Gas turbine | |
EP2924238B1 (en) | Turbine sections of gas turbine engines with dual use of cooling air | |
RU2013152735A (ru) | Канал для охлаждения корпуса | |
CN102187062A (zh) | 涡轮机高压涡轮的通风 | |
US10378372B2 (en) | Turbine with cooled turbine guide vanes | |
US20160177833A1 (en) | Engine and method for operating said engine | |
CN107387170B (zh) | 一种用于轮缘密封的预旋增压转子盘结构 | |
CN106246241B (zh) | 涡轮机密封板 | |
US20140064952A1 (en) | Assembly of an axial turbomachine and method for manufacturing an assembly of this type | |
RU2614909C1 (ru) | Охлаждаемая турбина высокого давления | |
RU2615391C1 (ru) | Охлаждаемая турбина двухконтурного газотурбинного двигателя | |
US20140271150A1 (en) | Labyrinth disk for a turbomachine | |
US9057275B2 (en) | Nozzle diaphragm inducer | |
RU2592095C2 (ru) | Способ и охлаждающая система для охлаждения лопаток по меньшей мере одного лопаточного венца в роторной машине | |
US9810151B2 (en) | Turbine last stage rotor blade with forced driven cooling air | |
JP2004028096A (ja) | ガスタービン段のノズル用の簡易支持装置 | |
US20100293963A1 (en) | Two-Shaft Gas Turbine | |
US9657592B2 (en) | Cooling device for a jet engine | |
RU2639443C1 (ru) | Охлаждаемая турбина двухконтурного газотурбинного двигателя | |
RU2226609C2 (ru) | Турбина газотурбинного двигателя | |
RU2386816C1 (ru) | Высокотемпературная газовая турбина | |
RU2352788C1 (ru) | Высокотемпературная газовая турбина |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner |