Ротор газовой турбины

 

Использование: газотурбостроение, в частности в организации охлаждения роторов газотурбинных установок. Сущность: ротор содержит рабочие диски и промежуточные диски 2, соединенные с рабочими перемычками и расположенные с образованием центральных и периферийных полостей . Центральные полости подключены к источнику охлаждающего воздуха. В промежуточных дисках выполнены подводящие и отводящие каналы, расположенные в средней плоскости дисков друг относительно друга равномерно в окружном направлении . Входные отверстия подводящих каналов подключены к центральной и периферийной полостям соответственно, а выходные выполнены в виде сопел, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочих дисков и расположены напротив замковых соединений лопаток, Входные отверстия отводящих каналов расположены в периферийных полостях в зоне перемычек, а их выходные выполнены на периферии промежуточных дисков и сообщены с проточной частью турбины. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИС УИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 F 01 D 5/08

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ, ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4455999/06 (22) 07.07.88 (46) 23.07.92. Бюл. № 27 (71) Институт технической теплофизики АН

УССР (72) Е.П.Дыбан, Б.Д,Билека и В.Н,Клименко (56) Патент Швейцарии

¹ 501139, кл. F 01 0 5/08, опублик. 1970. (54) РОТОР ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ (57) Использование: газотурбостроение, в частности в организации охлаждения роторов газотурбинных установок. Сущность: ротор содержит рабочие диски и промежуточные диски 2, соединенные с рабочими перемычками и расположенные с образованием центральных и периферийных полостей. Центральные полости подключены к

Изобретение относится к газотурбостроению и касается вопросов организации охлаждения роторов ГТУ.

Большая часть омываемых охлаждающим воздухом поверхностей приходится на боковые поверхности диска ротора. Как правило, в современных конструкциях газовых турбин центральные и боковые поверхности дисков отделены от проточной части турбины частично или полностью, что достигается,. например, с помощью дефлекторных дисков. В такой конструкции входная сторона диска отделена от полости между статором и ротором, в которую из проточной части через осевой зазор подсасывается. горячий газ. Отделение от такой полости благоприятно сказывается на термонапряженном состоянии диска. Ж 1747492 А1 источнику охлаждающего воздуха. В промежуточных дисках выполнены подводящие и отводящие каналы, расположенные в средней плоскости дисков друг относительно друга равномерно в окружном направлении. Входные отверстия подводящих каналов подключены к центральной и периферийной полостям соответственно, а выходные выполнены в виде сопел, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочих дисков и расположены напротив замковых соединений лопаток, Входные отверстия отводящих каналов расположены в периферийных полостях в зоне перемычек, а их выходные выполнены на периферии промежуточных дисков и сообщены с проточной частью турбины . 3 ил.

Однако выходная сторона диска контактирует с открытой полостью между диском и статором. Поскольку в эту полость подса- фь сывается газ, то в ней будет циркулировать с О газовоздушная смесь, образовывающаяся в Д„ результате смещения охлаждающего воздуха, выходящего из ротора, с газом из проточной части. Частично избавиться от этого недостатка помогает интенсификация теплоотдачи на боковой поверхности диска,М особенно на начальном участке после. выхода охлаждающего воздуха, достигаемая с помощью специальных закручивающих сопловых аппаратов, выполненных на выходе из центральной полости ротора, как это сделано в известном решении, Причем закрутка воздуха может выполняться как напротив. так и по направлению вращения

1749492 диска, Такое конструктивное решение усложняет и удорожает ротор. Оно, помимо того, не является эффективным по соображениям теплоотдачи, поскольку закрутка, сообщенная лопаточным аппаратом, вскоре теряется вследствие трения и воздух начинзет вращаться со скоростью, близкой к скорости диска. Сообщение же высоких предварительных скоростей в лопэточном аппарате перед поступлением на диск требует больших перепадов давлений и, следовательно, больших затрат энергии, эабираемой из рабочего цикла, Наиболее близким к предлагаемому является ротор с использованием промежуточных дисков, которые образуют с рабочими дисками центральные полости для подвода охлаждающего воздуха и периферийные охлаждающие полости.

Недостатком такой конструкции является низкая интенсивность охлаждения боковых поверхностей дисков вследствие близких окружных скоростей дискз и потока (иэ-эа высокой начальной закрутки егоj.

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения боковых поверхностей дисков при одновременном снижении расхода охлаждающего воздуха.

Поставленная цель достигается тем, что в роторе, содержащем рабочие диски с установленными в них посредством замковых соединений лопатками и промежуточные диски, соединенные с рабочими перемычками и расположенные с образованием центральных и периферийных полостей, при этом центральные полости подключены к

Источнику охлаждающего воздуха, в проме жуточных дисках выполнены подводящие и отводящие каналы, расположенные в средней плоскости диска друг относительно друга равномерно в окружном направлении, при этом входные отверстия подводящих каналов подключены к центральной и периферийной полостям соответственно, а выходные выполнены в виде сопел, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочих дисков и расположены напротив замковйх соединений лопаток, входные отверстия отводящих каналов расположены в периферийных полостях в зоне перемычек, а их выходные выполнены на периферии промежуточных дисков и сообщены с проточной частью турбины.

Таким образом, воздух на охлаждение подается через сопла на периферии охлаждающей вращающейся полости И движется на выход в направлении центра дисков. В соответствии с законом сохранения моментз количества движения потока воздуха после выхода из сопел будет двигаться с соблюдением условия Cu r = const (где Cu— окружная составляющая скорости, г — текущий радиус). Вследствие этого поток воздуха при движении к выходным отверстиям, 5 расположенным на меньшем радиусе в зоне внутренней поверхности охлаждающих полостей, будет разгоняться, приобретая большую окружную скорость в сравнении с начальной, полученной в сопле, Это разли10 чие будет тем больше, чем больше отношение радиусов подвода и отвода охлаждающего воздуха.

На фиг,1 представлен ротор, общий вид, на фиг,2 — вид А на фиг,1; нэ фиг.3- разрез

15 Б-Б на фиг,2.

Ротор содержит диски а рабочими лопатками 1 и 3, проме>куточный диск 2, соединяющиеся с помощью хиртовых соединений 4 и стягиваемые посредством

20 стяжек 5. Охлаждающий воздух, отбираемый из компрессора, поступает B центральные полости 6, образуемые дисками 1 in 3 с промежуточным диском 2. В промежуточном диске выполнены подводящие каналы

25 7, начинающиеся в центральной полости и оканчивающиеся соплами 8 в правой и левой периферийных охлаждающих полостях .

9. Подводящие каналы располо>кены равномерно по окружности в среднем сечении

30 диска 2. Сопла расположены под углом а=

=20 — 30 к полости, проходящей через среднее сечение проме>куточного диска, и находятся на периферии охлаждающих полостей в зоне хвостовых соединений диска с лопат35 ками.

Отводящие каналы 10 расположены также в среднем сечении проме>куточного диска равномерно по окружности, чередуясь с подводящими каналами. Их входные сече40 ния находятся нэ внутренней поверхности охлаждающих полостей, а оканчиваются каналы,на наружной поверхности промежуточного диска 2, Таким образом, на каждый подводящий канал с одним входом в цент45 ральной полости приходятся два сопла, расположенные справа и слева от промежуточного диска, Точно также на каждый .отводящий канал приходятся два входа на внутренней поверхности периферийных ох50 лаждающих полостей справа и слева от промежуточного диска, представляющих собой цилиндрический канал, параллельный оси и соединяющий левую и правую полости, и имеется один общий выход на наружной

55 поверхности его. Благодаря такой конструкции охлаждающие полости гидравлически связаны между собой, это позволяет выровнять давление в полостях и поддерживать одинаковые условия охлаждения в них.

1749492

Охлаждающий воздух, отбираемый из компрессора, поступает в центральную полость 6 между дисками. Далее по подводящим каналам 7 воздух поступает в сопло 8, где он разгоняется до определенной на- 5 чальной скорости и ему придается направление, близкое к касательной к поверхности охлаждаемого диска. Придание потоку начальной скорости происходит за счет избыточного давления от компрессора, а 10 частично и эа счет напора, получаемого в радиальных. подводящих каналах за счет центробежных сил, работающих как центробежный насос. Величина последнего определяется в соответствии с зависимостью 15 РцБс = (е у (R) — R)

2RT — 1), 20 где P — давление на входе в канал; в — угловая скорость диска;

R> и R2 — радиус входа и выхода йз канала;

Т вЂ” температура потока.

Воздух, обдувал боковые поверхности дисков на периферии охлаждающих полостей в зоне хвостовых соединений, далее перемещается в направлении центра к входным отверстиям отводящих каналов 10.

При этом его окружная скорость возрастает.

Таким образом, охлаждающий эффект потока воздуха после выхода из сопел не только сохраняется, но даже возрастает. Далее воздух по отводящим радиальным каналам

10 выбрасывается в проточную часть.

Таким образом, в предлагаемом решении при расходах охлаждающего воздуха одинаковых с существующим можно обеспечить более высокую интенсивность съема

40 теплоты от диска, т.е. обеспечить более низкую температуру их. Сохранив ту же температуру дисков, можно уменьшить расход охлаждающего воздуха. В результате в первом случае можно заменить материал дисков на менее жаропрочный, технологичный и более дешевый, во втором, можно сократить расход охлаждающего воздуха, отбираемого из цикла, и повысить экономичность установки.

Ф ор мул а изобретен ия

Ротор газовой турбины, содержащий рабочие диски с установленными в них посредством замковых соединений лопатками и промежуточные диски, соединенные с рабочими перемычками и расположенные с образованием центральных и периферийных полостей, при этом центральные полости подключены к источнику охлаждающего воздуха, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения боковых поверхностей дисков при одновременном снижении расхода охлаждающего воздуха, в промежуточных дисках выполнены подводящие и отводящие каналы, расположенные в средней плоскости диска друг относительно друга равномерно в окружном направлении, при этом входные отверстия подводящих Каналов подключены к центральной и периферийной полостям соответственно, а выходные выполнены в виде сопел, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочих дисков и расположены напротив замковых соединений лопаток, входные отверстия каналов расположены в периферийных полостях в зоне перемычек, а их выходные выполнены на периферии промежуточных дисков и сообщены с проточной частью турбины.

1749492

Составитель М. Парамонова

Техред М.Моргентал Корректор О. Ципле

Редактор А. Мотыль л.Гага ина, 101

i с пй комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. р

Производственно-издат .льс пй к

Подписное

Заказ 2576 и об етениям и открытиям при ГКНТ СССР

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5