Сопловой аппарат турбины высокого давления

Авторы патента:

F01D9/00 - Статоры (корпуса без направляющих устройств, а также регулирующие, управляющие и предохранительные устройства см. в соответствующих группах)

F01D5/18 - пустотелые лопатки; устройства для подогрева, теплоизоляции или охлаждения лопаток

Владельцы патента RU 2618990:

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

Сопловой аппарат турбины высокого давления содержит перо лопатки, ограниченное входной и выходной кромками, наружную и внутреннюю полки, внутреннее кольцо и наружное кольцо, установленные на внутренней полке с образованием между ними кольцевой щели нижней воздушной завесы. Сопловой аппарат снабжен ребрами, выполненными на внутреннем кольце. Ребра равномерно установлены по периметру кольцевой щели. Отношение площади щели для прохода охлаждающего воздуха к ее общей площади с учетом загромождения площади ребрами равно 0,8…0,9, а отношение высоты ребра к ширине паза между ребрами равно 0,16…0,20. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения, стойкость нижней полки, оптимизировать расход охлаждающего воздуха и обеспечить устойчивость стенки наружного кольца на всех режимах. 2 ил.

Предложение относится к турбостроению и может быть использовано в высокотемпературных газовых турбинах, более конкретно относится к конструкциям сопловых аппаратов турбин высокого давления с температурой перед турбиной Т3* более 1850K.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является сопловой аппарат турбины высокого давления, содержащий перо лопатки, ограниченное входной и выходной кромками, наружную и внутреннюю полки, внутреннее кольцо и наружное кольцо, установленные на внутренней полке с образованием между ними кольцевой щели нижней воздушной завесы

/RU 151769 U1, МПК F01D 9/02, Опубликовано: 20.04.2015/.

Недостатком такой сопловой лопатки является охлаждение в районе входной кромки в корневом сечении лопатки. Охлаждение вышеуказанных элементов осуществляется через щель на кольце нижней воздушной завесы и перфорацию на полке. Поскольку газовый поток очень быстро размывает защитную пеленку воздуха, такое охлаждение является недостаточным. Кроме того, щель на кольце нижней воздушной завесы, вследствие температурной деформации колец, изменяет свои размеры, что приводит к неравномерности охлаждения и происходят прогары входной кромки и обгар полки щели на кольце нижней воздушной завесы.

Задача изобретения - разработать усовершенствования, позволяющие эффективно охладить входную кромку сопловой лопатки в корневом сечении и внутреннюю полку в районе входной кромки.

Ожидаемый технический результат - повышение эффективности охлаждения, повышение стойкости нижней полки, оптимизация расхода охлаждающего воздуха.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что известный сопловой аппарат турбины высокого давления, содержащий перо лопатки, ограниченное входной и выходной кромками, наружную и внутреннюю полки, внутреннее кольцо и наружное кольцо, установленные на внутренней полке с образованием между ними кольцевой щели нижней воздушной завесы, по предложению, сопловой аппарат снабжен ребрами, выполненными на внутреннем кольце, ребра равномерно установлены по периметру кольцевой щели, при этом отношение площади щели для прохода охлаждающего воздуха к ее общей площади с учетом загромождения площади ребрами равно 0,8…0,9, а отношение высоты ребра к ширине паза между ребрами равно 0,16…0,20. В предложенном решении предложено зафиксировать отношение площади щели для прохода охлаждающего воздуха к суммарной площади с учетом загромождения ребрами, в результате исключаются прогары входной кромки и обгар полки.

Оптимальное отношение площади щели для прохода охлаждающего воздуха к суммарной площади с учетом загромождения ребрами, при котором охлаждение становится оптимальным и прогары практически исключаются, равно 0,8…0,9, при отношении высоты ребра к ширине паза между ребрами, равном 0,16…0,20.

При соотношении менее 0,8 возможно затенение участков на внутренней полке сопловых лопаток, что приведет к их обгару, а при соотношении более 0,9 возможна деформация стенки наружного кольца и уменьшение площади для прохода воздуха. Также установлено, что при отношении высоты ребер к ширине паза между ребрами, меньшем 0,16, происходит прикрытие щели кольцевым пояском наружного кольца, что приводит к прогибу наружного кольца и уменьшению расхода воздуха, подаваемого на охлаждение внутренних полок сопловых лопаток. При отношении большем 0,2 наблюдается повышенный расход воздуха на внутренней полке сопловых лопаток, что приводит к уменьшения расхода воздуха, подаваемого на охлаждение пера сопловых лопаток и рабочих лопаток.

Фиг. 1 - проточная часть соплового аппарата турбины высокого давления.

Фиг. 2 - сечение А-А по ребрам внутреннего кольца.

Сопловой аппарат турбины высокого давления состоит из сопловых лопаток 1 с входной 2 и выходной кромками 3, внутренней полки 4, наружной полки 5 и внутреннего кольца 6, наружного кольца 7, образующие между ними кольцевую щель 8 нижней воздушной завесы. Сопловой аппарат снабжен ребрами 9, выполненными на внутреннем кольце, ребра 9 равномерно установлены по периметру кольцевой щели 8, при этом отношение площади щели для прохода охлаждающего воздуха к ее общей площади с учетом загромождения площади ребрами равно 0,8…0,9, а отношение высоты ребра к ширине паза между ребрами равно 0,16…0,20.

При работе газовый поток проходит в канале, образованном выпуклой кромкой и вогнутой кромкой пера 1, наружной полки 5 и внутренней полки 4. Охлаждающий воздух проходит между ребрами 9 внутреннего кольца 5 и подается на входную кромку 2 и накрывает наружную поверхность внутренней 4 полки в районе входной полки. Отношение площади щели 8 для прохода охлаждающего воздуха к суммарной площади с учетом загромождения ребрами площади, а отношение высоты ребра к ширине паза между ребрами находится в пределах соответственно в пределах h*s*N/πD*h=0,8…0,9 и h/s=0,16…0,20, где h - высота ребра; s - ширина паза между ребрами; N - количество пазов; πD - длина кольцевой щели.

Применение изобретения позволяет повысить эффективность охлаждения, повысить стойкости нижней полки, оптимизировать расхода охлаждающего воздуха и обеспечить устойчивость стенки наружного кольца на всех режимах.

Сопловой аппарат турбины высокого давления, содержащий перо лопатки, ограниченное входной и выходной кромками, наружную и внутреннюю полки, внутреннее кольцо и наружное кольцо, установленные на внутренней полке с образованием между ними кольцевой щели нижней воздушной завесы, отличающийся тем, что он снабжен ребрами, выполненными на внутреннем кольце, ребра равномерно установлены по периметру кольцевой щели, при этом отношение площади щели для прохода охлаждающего воздуха к ее общей площади с учетом загромождения площади ребрами равно 0,8…0,9, а отношение высоты ребра к ширине паза между ребрами равно 0,16…0,20.

Похожие патенты:

Канал для охлаждения корпуса // 2599413

Турбина, в частности газовая турбина, содержит внутренний корпус, предназначенный для установки по меньшей мере одной статорной лопатки турбинной ступени, и наружный корпус, расположенный вокруг внутреннего корпуса таким образом, что образуется наружный охлаждающий канал между внутренним корпусом и наружным корпусом.

Система отбора воздуха для осевой турбомашины // 2584365

Изобретение относится к статору с лопатками, осевому компрессору для осевой турбомашины и осевой турбомашине. Статор содержит по меньшей мере одну цилиндрическую стенку (28, 30, 34, 36) для формирования кольцевого потока (18), ряд лопаток (26), проходящих радиально от цилиндрической стенки (28, 30, 34, 36), и устройства для нагнетания давления в камеру(48), сообщающиеся с кольцевым потоком (18).

Цилиндр паровой турбины с регулирующим отсеком // 2576392

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано при разработке или модернизации паровых турбин. Цилиндр паровой турбины с регулирующим отсеком, состоящим из наружного и внутреннего корпусов, патрубков паровпуска, кольцевой пароподводящей камеры подачи пара в проточную часть с однонаправленным движением парового потока, состоящую из нерегулируемых ступеней давления, обойм, устанавливаемых в наружном корпусе цилиндра.

Система повышения производительности ветровой турбины // 2532077

Изобретение относится к системе и способу повышения производительности ветровой турбины. Система повышения производительности ветровой турбины содержит средства впрыскивания воздуха в качестве первой текучей среды в набегающий на турбину поток второй текучей среды.

Узел статора газотурбинного двигателя и способ ремонта такого узла, а также двигатель, содержащий такой узел статора // 2394161

Способ смерчевого преобразования энергии сплошной среды, смерчевой преобразователь энергии (варианты), преобразователь солнечной энергии, способ магнитотеплового преобразования энергии, смерчевой преобразователь магнитотепловой энергии, смерчевой нагнетатель и смерчевая турбина // 2386857

Конструкция для отделения друг от друга турбодетандеров высокого и низкого давления в газовой турбине // 2299993

Изобретение относится к конструкции для отделения друг от друга турбодетандеров высокого и низкого давления в газовой турбине. .

Узел вентиляции статорного кольца // 2276733

Изобретение относится к узлу вентиляции статорного кольца газотурбинного двигателя. .

Одновенечная турбина со ступенями давления // 2265127

Изобретение относится к машиностроению, в частности к турбостроению, и может найти применение в одновенечных паровых и газовых турбинах со ступенями давления и повторным подводом рабочего тела.

Статор турбомашины // 2205276

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к статорам турбин и компрессоров. .

Держатель уплотнения и сопловая лопатка для газовой турбины (варианты) // 2618805

В настоящей заявке описан держатель уплотнения, используемый вокруг ряда отверстий в платформе сопловой лопатки турбины, предназначенных для прохождения воздуха. Держатель уплотнения может иметь внутреннюю поверхность, обращенную к платформе и имеющую выполненные на ней пазы, совмещенные с проточными отверстиями платформы, и противоположную внешнюю поверхность, вокруг которой расположено уплотнение.

Лопатка газовой турбины с концевым сечением, смещенным в сторону стороны повышенного давления, и охлаждающими каналами // 2617633

Полая лопатка имеет аэродинамический профиль, простирающийся в продольном направлении, и содержит основание, конец, внутренний канал охлаждения внутри аэродинамического профиля, полость, расположенную в конце, открытую к свободному окончанию лопатки и ограниченную торцевой стенкой и ободом.

Газотурбинный двигатель // 2616743

Газотурбинный двигатель содержит камеру сгорания и узел направляющих лопаток. Узел направляющих лопаток содержит первый и второй узлы направляющих лопаток, расположенные вдоль окружного направления турбины, а также дополнительный первый узел направляющих лопаток.

Элемент турбины газотурбинного двигателя с микроканальным охлаждением (варианты) // 2616335

Элемент турбины газотурбинного двигателя содержит подложку, имеющую наружную поверхность, внутреннюю поверхность и торец. Внутренняя поверхность ограничивает по меньшей мере одно полое внутреннее пространство.

Узел инжекционного охлаждения и способ его установки // 2615620

Узел инжекционного охлаждения для использования во внутренней платформе сопловой лопатки турбины содержит вставку инжекционного охлаждения, камеру инжекционного охлаждения и трубный элемент.

Направляющая лопатка турбины, снабженная дроссельным элементом // 2615091

Направляющая лопатка турбины имеет аэродинамически изогнутую рабочую часть лопатки, которая имеет снабженную дроссельным элементом канальную систему из канальных участков для направления охлаждающего средства.

Внутренняя платформа сопловой лопатки турбины и сопловая лопатка турбины (варианты) // 2614892

Изобретение относится к энергетике. Предложена внутренняя платформа сопловой лопатки турбины.

Аэродинамический профиль // 2611465

Аэродинамический профиль имеет внутреннюю поверхность, внешнюю поверхность, противоположную внутренней поверхности, сторону повышенного давления, сторону пониженного давления, противоположную стороне повышенного давления, линию торможения потока, расположенную между сторонами повышенного и пониженного давления ниже по потоку от линии торможения.

Принудительное охлаждение турбинных лопаток или лопастей // 2606004

Турбинный узел содержит в основном полый аэродинамический профиль, по меньшей мере один сегмент стенки, расположенный на стороне полого аэродинамического профиля, ориентированной в основном перпендикулярно направлению размаха полого аэродинамического профиля, и по меньшей мере одно вводное отверстие в по меньшей мере одном сегменте стенки, обеспечивающее доступ в полый аэродинамический профиль, и по меньшей мере одну трубку принудительного охлаждения, подлежащую введению через вводное отверстие в полый аэродинамический профиль для расположения внутри полого аэродинамического профиля и проходящую по меньшей мере в направлении размаха полого аэродинамического профиля.

Устройство охлаждения платформы и турбинный двигатель внутреннего сгорания // 2605866

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

Двухконтурный турбореактивный двигатель // 2618993

Двухконтурный турбореактивный двигатель содержит компрессор с думисной полостью, камеру сгорания, турбину, аппарат закрутки турбины, сообщенный и с транзитными полостями лопаток соплового аппарата турбины, и с каналами подвода воздуха высокого давления, вращающийся направляющий аппарат и каналы подвода воздуха низкого давления, сообщенные с внутренними полостями охлаждаемых рабочих лопаток турбины. Охлаждаемые рабочие лопаток турбины выполнены в виде профиля, ограниченного входной и выходной кромками, корытом и спинкой, с перегородкой, отделяющей внутреннюю полость каждой рабочей лопатки турбины, примыкающей к входной кромке, от остальной полости. Внутренняя полость каждой рабочей лопатки турбины, примыкающая к входной кромке, сообщена и с системой подвода воздуха высокого давления, и через перфорационные отверстия на входной кромке с проточной частью турбины. Остальная полость сообщена с системой подвода воздуха низкого давления. При этом остальная полость каждой рабочей лопатки турбины разделена вдоль средней линии профиля продольной перегородкой и образует канал, примыкающий к корыту профиля, и канал, примыкающий к спинке профиля. В верхней части каждой лопатки выполнены воздушные каналы, соединенные с одной стороны через внутреннюю полость каждой рабочей лопатки турбины, примыкающей к входной кромке, с системой подвода воздуха высокого давления, а с другой стороны с каналом, примыкающим к корыту профиля. Канал, примыкающий к спинке профиля, соединен с системой подвода воздуха низкого давления. При этом каналы, примыкающие к корыту и спинке профиля, через перфорационные отверстия на корыте и спинке профиля соответственно соединены с проточной частью турбины. Изобретение позволяет повысить экономичность двигателя, ресурс и надежность рабочей лопатки турбины. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.