Устройство охлаждения вала свободной турбины газотурбинной установки



Устройство охлаждения вала свободной турбины газотурбинной установки
Устройство охлаждения вала свободной турбины газотурбинной установки

 


Владельцы патента RU 2572515:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Всероссийский научно-исследовательский институт электрификации сельского хозяйства" (ФГБНУ ВИЭСХ) (RU)

Изобретение относится к наземным газотурбинным установкам, выполненным на основе турбокомпрессора от двигателя внутреннего сгорания, и предназначено для охлаждения вала свободной турбины, вращающегося в подшипниках качения. Устройство охлаждения вала свободной турбины газотурбинной установки включает турбину с валом и направляющий аппарат. В корпусе между направляющим аппаратом и первым подшипником выполнены два диаметрально расположенных отверстия с воздуховодами. По одному из воздуховодов подается холодный воздух к валу турбины, а по другому воздуховоду отводится нагретый валом воздух. В районе отверстий с воздуховодами вал имеет не проходящие через центр вращения вала поперечные отверстия, расположенные на разных поперечных сечениях вала и имеющие равное угловое смещение. Поперечные отверстия выполнены с возможностью захватывания при вращении вала холодного воздуха и пропускания его через тело вала, тем самым охлаждая последний. В районе подвода воздуха вал имеет увеличенный диаметр, площадь поперечного сечения которого больше на величину площади продольного сечения поперечного отверстия в этом сечении. Изобретение позволяет упростить устройство охлаждения вала свободной турбины. 2 ил.

 

Изобретение относится к малогабаритным микрогазотурбинным двигателям наземного применения, выполненным на основе турбокомпрессора от ДВС, и позволяет упростить конструкцию охлаждения вала свободной турбины.

Свободная турбина состоит из направляющего аппарата, турбины с лопатками, расположенными на конце вала, установленного на подшипниках в корпусе, подводящим и отводящим воздуховодами.

Известен способ охлаждения вала, где в турбокомпрессоре газотурбинного двигателя с расположенной под камерой сгорания задней опорой согласно изобретению в валу турбокомпрессора и в примыкающих к валу деталях: лабиринтах и фланцах, выполнены перед подшипником отверстия забора, а за подшипником отверстия выпуска охлаждающего воздуха, при этом отверстия забора связаны с отверстиями выпуска через перепускные отверстия (патент RU №2300003 от 27.05.2007 г.). Перед отверстиями выпуска охлаждающего воздуха за подшипником на валу турбокомпрессора выполнен бурт с уменьшенным кольцевым зазором между валами. Отверстия забора воздуха наклонены навстречу потоку, направленному в сторону турбины, а отверстия выпуска - по потоку.

Недостатком известной конструкции является низкая надежность и экономичность двигателя из-за наличия отверстий выпуска воздуха через вал (концентраторы напряжений).

Известен способ охлаждения вала, где турбокомпрессор газотурбинного двигателя, состоящий из компрессора, турбины с расположенной между ними задней опорой с подшипником, установленной под камерой сгорания (патент RU №2369759 от 10.10.2009 г.). Вокруг масляной полости расположена первая полость охлаждения. Над полостью между внутренним и наружным фланцами расположена вторая полость охлаждения. Между первой и второй полостями находится полость сброса. Между второй и полостью сброса обечайками образована третья полость охлаждения, соединенная с полостью каналами охлаждения во внутреннем фланце над внутренним лабиринтом. Снаружи второй полости образована обечайками четвертая полость охлаждения. В наружном фланце над наружным лабиринтом выполнены каналы охлаждения. Вокруг масляных труб организованы полости охлаждения. Путем охлаждения фланцев уменьшаются зазоры в лабиринтных уплотнениях, что повышает надежность и экономичность двигателя.

Недостатком известной конструкции является наличие большого количество деталей, что приводит к усложнению конструкции и снижению ее надежности.

Наиболее близким к заявляемому по технической сущности, является турбокомпрессор, в котором охлаждение валов ротора и внутренних обойм подшипников осуществляется холодным воздухом, проходящим внутри валов турбокомпрессора (патент US 6050079 A от 18.04.2000 г.). Охлаждение фланцев опор и наддув масляных полостей опор турбокомпрессора, расположенных под камерой сгорания, осуществляется воздухом с подводом его через стоики камеры сгорания.

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является наличие сложной двухсторонней подачи воздуха на охлаждение опор турбокомпрессора, расположенных под камерой сгорания.

Задачей предлагаемого изобретения является понижение температуры вала свободной турбины для обеспечения необходимого температурного режима подшипников качения.

Вышеуказанный технический результат достигается тем, что предлагаемое устройство охлаждения вала свободной турбины газотурбинной установки, включающее турбину с валом, содержит направляющий аппарат, при этом в корпусе между направляющим аппаратом и первым подшипником выполнены два диаметрально расположенных отверстия с воздуховодами, причем по одному из воздуховодов подается холодный воздух к валу турбины, а по другому воздуховоду отводится нагретый валом воздух, при этом в районе отверстий с воздуховодами вал имеет не проходящие через центр вращения вала поперечные отверстия, расположенные на разных поперечных сечениях вала и имеющие равное угловое смещение, поперечные отверстия выполнены с возможностью захватывания при вращении вала холодного воздуха и пропускания его через тело вала, тем самым охлаждая последний, в районе подвода воздуха вал имеет увеличенный диаметр, площадь поперечного сечения которого больше на величину площади продольного сечения поперечного отверстия в этом сечении.

Сущность технического решения заключается в том, что газовая струя с температурой 400-450°C, приводящая во вращение турбину, нагревает направляющий аппарат, турбину и вал, на котором находятся подшипники качения, внутренние обоймы которых нагреваются, что приводит к снижению ресурса работы подшипников. Подшипники находятся в корпусе, который прикреплен к направляющему аппарату через термоизолирующие прокладки. Температура от горячей турбины через вал передается на внутреннюю обойму подшипников. Согласно изобретению в корпусе между направляющим аппаратом и первым подшипником устраиваются два диаметрально расположенных отверстия с подводящим и отводящим воздуховодами, по которым подается холодный воздух к валу турбины, где в районе этих отверстий вал имеет увеличенный диаметр с отверстиями, не проходящими через центр вращения вала и расположенными на разных поперечных сечениях вала, имеющих равное угловое смещение и которые при вращении вала захватывают холодный воздух, пропуская его через тело вала, тем самым охлаждая его.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 представлена общая схема свободной турбины газотурбинного устройства; на фиг. 2 представлена схема вала свободной турбины с навесным оборудованием.

Свободная турбина газотурбинной установки содержит направляющий аппарат 1, прикрепленный через термоизолирующую прокладку 2 к корпусу 3, в котором через первый подшипник качения 4 и второй подшипник качения 5 установлен вал 6. Вал 6 с турбиной 7, первым подшипником 4 и вторым подшипником 5, между которыми установлена распорная втулка 8, закреплен гайкой 9. Проникновению горячих газов 10 во внутреннюю полость корпуса 11 препятствует защитная пластина 12. В корпусе турбины 3 имеется подводящий холодный воздух воздуховод 13 и отводящий нагретый валом воздух воздуховод 14. В районе подвода воздуха вал имеет увеличенный диаметр на величину компенсации потерь прочности вала из-за просверленных поперечных отверстий 15.

При работе двигателя холодный атмосферный воздух поступает во внутреннюю полость корпуса 11, где, попадая в отверстия 15, расположенные на вращающимся валу 6, охлаждает его и выходит в компрессор газотурбинного двигателя. Отверстия 15 расположены на разных поперечных сечениях вала 6 в непосредственной близости друг от друга, не проходят через центр вращения вала и имеют равное угловое смещение. Количество и диаметр отверстий регулируется необходимым уровнем снижения температуры.

Устройство охлаждения вала свободной турбины газотурбинной установки, включающее турбину с валом, отличающееся тем, что устройство содержит направляющий аппарат, при этом в корпусе, между направляющим аппаратом и первым подшипником выполнены два диаметрально расположенных отверстия с воздуховодами, причем по одному из воздуховодов подается холодный воздух к валу турбины, а по другому воздуховоду отводится нагретый валом воздух, при этом в районе отверстий с воздуховодами вал имеет не проходящие через центр вращения вала поперечные отверстия, расположенные на разных поперечных сечениях вала и имеющие равное угловое смещение, поперечные отверстия выполнены с возможностью захватывания при вращении вала холодного воздуха и пропускания его через тело вала, тем самым охлаждая последний, в районе подвода воздуха вал имеет увеличенный диаметр, площадь поперечного сечения которого больше на величину площади продольного сечения поперечного отверстия в этом сечении.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано в автономных энергоустановках с высокоскоростными генераторами в летательных и космических аппаратах.

Установка с потоком текучей среды, в особенности газовая турбина с аксиально проходящим потоком нагретого газа, выполнена с рядами лопаток ротора со стороны ротора и рядами направляющих лопаток со стороны корпуса, расположенными соответственно аксиально между последовательными рядами лопаток ротора, а также с валом ротора, окруженным теплозащитными элементами и элементами основания лопаток ротора.

Осевая газовая турбина содержит ротор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых рабочих лопаток и теплозащитных экранов ротора, и статор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых направляющих лопаток и теплозащитных экранов статора, установленных в держателе направляющих лопаток.

Изобретение касается конструктивного элемента газовой турбины, например лопатки турбины или диска ротора. Конструктивный элемент газовой турбины снабжен по меньшей мере одним оканчивающимся на неструктурированной поверхности каналом для направления охлаждающего средства.

Осевая газовая турбина содержит ротор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых рабочих лопаток и воздухоохлаждаемых теплозащитных экранов ротора и статор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых направляющих лопаток и воздухоохлаждаемых теплозащитных экранов статора, установленных в держателе направляющих лопаток.

Газовая турбина осевого типа содержит ротор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых рабочих лопаток и теплозащитных экранов ротора и статор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых направляющих лопаток и теплозащитных экранов статора, установленных в держателе направляющих лопаток.

Рабочая лопатка газовой турбины содержит профильную часть, проходящую в продольном направлении, и хвостовик лопатки, служащий для крепления рабочей лопатки на валу ротора газовой турбины.

Осевая газовая турбина содержит ротор и статор. Статор представляет собой корпус, охватывающий ротор снаружи с образованием между ними тракта течения горячего газа, через который протекает горячий газ, полученный в камере сгорания.

Изобретение относится к роторам турбин низкого давления газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Ротор турбины включает установленный на задней по потоку газа стороне обода диска лабиринт с внутренним радиальным ребром, а также установленный с передней стороны обода диска фланец.

Изобретение относится к роторам высокотемпературных турбин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Ротор высокотемпературной турбины включает диски первой и второй ступени, между которыми расположен промежуточный диск с радиальными выступами.

Лопатка для турбомашины, в частности газовой турбины, расположена на турбинном роторе и содержит перо и хвостовую часть, выполненные за одно целое с лопаткой, проход для подачи охлаждающего воздуха в хвостовой части для направления охлаждающего воздуха в охладитель и отвод охлаждающего воздуха, расположенный в хвостовой части и соединенный по текучей среде с проходом для подачи охлаждающего воздуха. Перо имеет охладитель, расположенный внутри пера, а хвостовая часть имеет две узкие стороны и две широкие стороны. Отвод охлаждающего воздуха содержит сопло на одной из узких сторон хвостовой части, и сопло образовано с помощью отверстия. Хвостовая часть лопатки содержит верхнюю платформу лопатки и нижнюю платформу лопатки. Верхняя платформа лопатки и нижняя платформа лопатки выполнены в качестве частей лабиринтного уплотнения в собранном состоянии в турбомашине. Сопло расположено между верхней платформой лопатки и нижней платформой лопатки. Осевое направление отверстия наклонено вверх под углом между 92° и 135° относительно продольного направления лопатки. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения зон крайних кромок платформы соседних сопловых направляющих лопастей и увеличение срока службы этих частей двигателя. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к энергетике. Охлаждающий контур для многоступенчатой паровой турбины, содержащей барабанный ротор с лопатками, установленными в тангенциальных охватывающих пазах пазового замка для по меньшей мере одной ступени, содержащий внешний источник охлаждающего пара, барабанный ротор. Причем в выступах барабанного ротора между ступенями из лопаток с тангенциальным вводом и пазовым замком выполнены осевые охватывающие пазы пазового замка, предназначенные для установки осевых вставок. Осевые вставки могут иметь осевые и радиальные охлаждающие каналы, обеспечивающие возможность прохождения более холодного наружного пара, предназначенного для охлаждения барабанного ротора. Также представлены многоступенчатая паровая турбина с паровым охлаждающим контуром и осевая вставка. Изобретение позволяет обеспечить эффективное охлаждение ступеней барабанного ротора. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 17 ил.

Способ охлаждения лопаток по меньшей мере одного лопаточного венца в роторной машине, содержащей канал осевого потока, который радиально ограничен изнутри роторным узлом и снаружи по меньшей мере одним неподвижным компонентом. Лопатки расположены на роторном узле и предоставляют бандажированную вершину лопатки, радиально обращенную к неподвижному компоненту. Охлаждающий воздух под давлением подают радиально снаружи к вершине каждой из лопаток по меньшей мере в одном лопаточном венце. Охлаждающий воздух под давлением входит в лопатки через по меньшей мере одно отверстие у бандажированной вершины лопатки. При этом охлаждающий воздух под давлением подают через неподвижный компонент, окружающий упомянутый по меньшей мере один лопаточный венец радиально, и он входит в полость, охваченную неподвижным компонентом и бандажированными вершинами лопаток по меньшей мере в одном лопаточном венце. Изобретение направлено на упрощение подачи воздуха во вращающиеся лопатки роторной машины. 3 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх