Устройство подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины

Устройство подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины содержит аппарат закрутки охладителя и рабочее колесо с охлаждаемыми рабочими лопатками, в ножке хвостовика которых расположены приемные каналы, в совокупности образующие кольцевой приемный канал. Входная часть приемного канала, расположенного в ножке хвостовика каждой охлаждаемой рабочей лопатки, выполнена между радиальными стенками ножки хвостовика этой лопатки, расположенными со стороны корыта и спинки, и окружными стенками ножки хвостовика этой лопатки. Выходная часть приемного канала сопряжена с каналами охлаждения этой лопатки. Такая конструкция позволяет осуществить подвод охладителя в каналы охлаждения рабочих лопаток с уменьшением гидравлических потерь и подогрева охладителя, обеспечивая увеличение эффективности охлаждения рабочих лопаток. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Изобретение относится к области турбостроения, а именно к устройствам подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины, и может быть использовано в транспортном и энергетическом машиностроении.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Известна охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя (ГТД), содержащая рабочее колесо с охлаждаемыми лопатками, аппарат закрутки охладителя и дополнительный диск, соединенный с диском рабочего колеса и образующий с ним безлопаточный диффузор, вход в который сообщен с выходными каналами аппарата закрутки охладителя, а выход - с каналами подачи охладителя к рабочим лопаткам, выполненными в ободе диска. (Патент РФ 2196233, F01D 5/08, 2003 г.).

Данная конструкция характеризуется конструктивной сложностью и наличием концентраторов напряжения в виде отверстий в ободе диска, что снижает его циклическую долговечность. Кроме этого, охлаждающий воздух охлаждает обод диска рабочего колеса, что снижает эффективность охлаждения лопаток и увеличивает потребное количество охлаждающего воздуха.

Известна система охлаждения, содержащая рабочее колесо с охлаждаемыми лопатками, аппарат закрутки охладителя и массив отдельных приемных каналов в форме ресиверов Пито, расположенных в корневой части лопаток, для подачи части предварительно закрученного охладителя к части охлаждающих каналов рабочих лопаток турбины. Часть охладителя, не попавшая в массив приемных каналов, подается в оставшиеся каналы охлаждения рабочей лопатки через дополнительный ряд отверстий и полость, образованную элементами рабочих лопаток и диском турбины. США, US 4178129, US 416/95, F01D 5/08, F01D 5/18, 1979 г.

Данная система охлаждения обеспечивает подвод охладителя к каналам охлаждения рабочих лопаток двумя потоками, один из которых характеризуется повышенными гидравлическими потерями и подогревом, обусловленными более сложной траекторией потока и взаимодействием с элементами конструкции диска и рабочих лопаток турбины, что снижает эффективность охлаждения рабочих лопаток турбины.

В качестве прототипа выбрано устройство подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам турбины, описанное в патенте США, US 3791758, US C1 416/116, МПК F01D 5/08, 1974 г.

Устройство содержит ротор турбины с охлаждаемыми лопатками и аппарат закрутки охладителя. Корневая часть каждой лопатки имеет радиальную ножку и поперечные стенки, образующие между ними углубления, из которых исходят каналы охлаждения лопатки. Взаимно противостоящие углубления корневых частей двух смежных лопаток образуют между ними распределительную полость. Корневая часть каждой лопатки имеет стенки, лежащие в направлении аппарата закрутки охладителя, совместно со стенками соседних лопаток, образующих кольцевой приемный канал, переходящий в распределительные полости.

Данная конструкция характеризуется повышенными гидравлическими потерями, связанными с поворотом потока охладителя при прохождении из распределительной полости в каналы охлаждения рабочих лопаток, необходимостью тщательного уплотнения зазоров между рабочими лопатками и дополнительным подогревом охладителя при охлаждении поперечных стенок рабочих лопаток, что снижает эффективность охлаждения рабочих лопаток.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

При создании данного изобретения решается задача расширения арсенала технических средств, направленных на улучшение охлаждения рабочих лопаток за счет уменьшения гидравлических потерь и подогрева охладителя при его подводе в каналы охлаждения рабочих лопаток высокотемпературной газовой турбины; технический результат заключается в реализации этого назначения.

Существенные признаки:

ограничительные: устройство подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины, аппарат закрутки охладителя, рабочее колесо с охлаждаемыми рабочими лопатками, в ножке хвостовика которых расположены приемные каналы, в совокупности образующие кольцевой приемный канал

отличительные: входная часть приемного канала, расположенного в ножке хвостовика каждой охлаждаемой рабочей лопатки, выполнена между радиальными стенками ножки хвостовика этой лопатки, расположенными со стороны корыта и спинки, и окружными стенками ножки хвостовика этой лопатки, а выходная часть сопряжена с каналами охлаждения этой лопатки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

На чертеже показаны:

Фиг. 1 - продольный разрез устройства подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины.

Фиг. 2 - фрагмент рабочего колеса с охлаждаемыми рабочими лопатками, с вырезом по приемному каналу, размещенному в ножке хвостовика охлаждаемой рабочей лопатки.

Фиг. 3 - разрез А-А (см фиг. 1) устройства подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины.

Фиг. 4 - продольный разрез устройства подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины с приемным каналом, размещенным в ножке хвостовика охлаждаемой рабочей лопатки со стороны входной кромки рабочей лопатки.

Фиг. 5 - продольный разрез устройства подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины с приемными каналами, размещенными в ножке хвостовика охлаждаемой рабочей лопатки со стороны входной и выходной кромок рабочей лопатки.

ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Устройство подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины (Фиг. 1) включает в себя аппарат закрутки охладителя 1, рабочее колесо 2 (Фиг. 2) с охлаждаемыми рабочими лопатками 3. В ножке хвостовика 4 охлаждаемой рабочей лопатки размещен приемный канал 5, входная часть которого выполнена между радиальными стенками ножки хвостовика этой лопатки, расположенными со стороны спинки 6 и со стороны корыта 7, и окружными стенками ножки хвостовика этой лопатки 8 и 9. Своей выходной частью приемный канал плавно сопрягается с каналами 10 охлаждения рабочей лопатки.

Охладитель через каналы аппарата закрутки 1 подводится ко входной части приемных каналов 5 и далее в каналы 10 охлаждения рабочей лопатки. В ножке хвостовика охлаждаемой рабочей лопатки приемный канал, входная часть которого выполнена между радиальными стенками ножки хвостовика этой лопатки, расположенными со стороны корыта и спинки, и окружными стенками ножки хвостовика этой лопатки, а выходная часть сопряжена с каналами охлаждения этой лопатки. Это позволяет осуществить подвод и транспортировку охладителя в каналы охлаждения рабочих лопаток с уменьшением гидравлических потерь за счет оптимизации траектории движения, плавного изменения скорости и направления потока охладителя при движении в каналы охлаждения рабочей лопатки, а также с уменьшением подогрева охладителя за счет исключения его смешения с продуктами сгорания, поступающими через зазоры между рабочими лопатками, обеспечивая увеличение эффективности охлаждения рабочих лопаток.

Размещение в ножке хвостовика охлаждаемой рабочей лопатки приемного канала, входная часть которого выполнена между радиальными стенками ножки хвостовика этой лопатки, расположенными со стороны корыта и спинки, и окружными стенками ножки хвостовика этой лопатки, а выходная часть сопряжена с каналами охлаждения этой лопатки, можно осуществить со стороны выходной кромки рабочей лопатки (поз. 5 Фиг. 1), со стороны входной кромки рабочей лопатки (поз. 11 Фиг. 4), а также со стороны как входной, так и выходной кромок рабочей лопатки (поз. 12 и 13 Фиг. 5).

1. Устройство подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины, содержащее аппарат закрутки охладителя и рабочее колесо с охлаждаемыми рабочими лопатками, в ножке хвостовика которых расположены приемные каналы, в совокупности образующие кольцевой приемный канал, отличающееся тем, что входная часть приемного канала, расположенного в ножке хвостовика каждой охлаждаемой рабочей лопатки, выполнена между радиальными стенками ножки хвостовика этой лопатки, расположенными со стороны корыта и спинки, и окружными стенками ножки хвостовика этой лопатки, а выходная часть сопряжена с каналами охлаждения этой лопатки.

2. Устройство подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины по п. 1, отличающееся тем, что приемный канал размещен в ножке хвостовика охлаждаемой рабочей лопатки со стороны выходной кромки рабочей лопатки.

3. Устройство подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины по п. 1, отличающееся тем, что приемный канал размещен в ножке хвостовика охлаждаемой рабочей лопатки со стороны входной кромки рабочей лопатки.