Охлаждаемая турбина высокого давления



Охлаждаемая турбина высокого давления
Охлаждаемая турбина высокого давления
Охлаждаемая турбина высокого давления

 


Владельцы патента RU 2614909:

Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" (RU)

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.

 

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.

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.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к охлаждаемым турбинам газотурбинных двигателей. Охлаждаемая турбина высокого давления содержит рабочее колесо в виде диска колеса с установленными на нем рабочими лопатками с внутренними охлаждающими полостями, каналы подвода к лопаткам охлаждающего воздуха, сопловой аппарат закрутки, безлопаточный диффузор, замками фиксации лопаток и приставным кольцом с подкачивающими лопатками.

Устройство охлаждения платформы, выполненное в турбинной рабочей лопатке, содержит платформу, расположенную в области сопряжения аэродинамической части и корневой части.

Устройство охлаждения платформы предназначено для роторной лопатки турбины, имеющей платформу, расположенную на границе сопряжения между аэродинамическим профилем и хвостовой частью, содержащей средства крепления и хвостовик, проходящий между средствами крепления и платформой.

Устройство охлаждения платформы рабочей лопатки турбины содержит платформу, расположенную между аэродинамической частью лопатки и корнем лопатки, и имеет внутренний охлаждающий канал, проходящий в радиальном направлении от места соединения с источником охлаждающей текучей среды в корне лопатки.

Изобретение относится к авиадвигателестроению, в частности к системам охлаждения турбины газотурбинного двигателя. Охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя содержит рабочее колесо с каналами подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам и сопловой аппарат закрутки.

Газогенератор высокотемпературного газотурбинного двигателя содержит центробежное колесо-крыльчатку, диффузор-выпрямитель, отделенный от последнего полостью радиального кольцевого зазора и имеющий в нижней своей части кольцевой фланец, корпус силовой задний, камеру сгорания и турбину высокого давления.

Ротор турбины включает впускной и выпускной вкладыши для формирования охлаждающего контура. Впускной вкладыш расположен в первом осевом замковом пазу ротора и имеет радиальный охлаждающий канал, осевой канал и радиальные каналы.

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.

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.

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.

Изобретение относится к высокотемпературным турбинам газотурбинных двигателей, а именно к способам и системам охлаждения рабочих лопаток турбин авиационных двигателей. Охлаждаемая турбина содержит сопловой аппарат турбины с сопловыми лопатками, диск с рабочими лопатками, установленными в проточной части турбины, многоканальный воздуховод, проходящий через внутренние полости сопловых лопаток. Входная полость воздуховода сообщена с источником охлаждающего воздуха. Выходная полость воздуховода соединена, с одной стороны, через дополнительный аппарат закрутки статора, дополнительный безлопаточный диффузор и дополнительные воздушные каналы с внутренней полостью каждой рабочей лопатки, расположенной у входной кромки, а с другой стороны, через аппарат закрутки статора, безлопаточный диффузор и воздушные каналы с остальной полостью каждой рабочей лопатки. Дополнительный безлопаточный диффузор размещен на сопловом аппарате турбины и выполнен в виде канала, полость на входе которого соединена с дополнительным аппаратом закрутки статора, а полость на выходе соединена через дополнительные воздушные каналы с внутренней полостью каждой рабочей лопатки, расположенной у входной кромки. Полость на выходе из дополнительного безлопаточного диффузора отделена подвижными уплотнениями от проточной части турбины и от полости на входе в безлопаточный диффузор. Изобретение позволяет снизить массу и металлоемкость конструкции узла турбины, упростить технологию ее изготовления и сборки, повысить запасы прочности и ресурса двигателя при сохранении эффективности охлаждения рабочих лопаток турбины. 1 ил.

Изобретение относится к энергетике. Предложен удерживающий кронштейн, содержащий кольцевой корпус, который содержит кольцевую удерживающую скобу, ограничивающую первые сквозные отверстия, и кольцевое основание, ограничивающее вторые сквозные отверстия. Профиль удерживающей скобы имеет фланец, противоположный фланцу соединительный элемент и криволинейную секцию, проходящую между фланцем и соединительным элементом. Профиль основания имеет первую сторону, соответствующую фланцу, и вторую сторону, противоположную первой стороне и соответствующую соединительному элементу. Вторая сторона выполнена с возможностью соединения с соединительным элементом таким образом, что каждое из первых сквозных отверстий выровнено по положению с соответствующим одним из вторых сквозных отверстий. Также представлены варианты элемента турбомашины. Изобретение позволяет повысить надежность конструкции турбомашины. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх