RU2382885C2 - Nozzle vane of gas turbine with cyclone-swirler cooling system - Google Patents
Nozzle vane of gas turbine with cyclone-swirler cooling system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2382885C2 RU2382885C2 RU2008120064/06A RU2008120064A RU2382885C2 RU 2382885 C2 RU2382885 C2 RU 2382885C2 RU 2008120064/06 A RU2008120064/06 A RU 2008120064/06A RU 2008120064 A RU2008120064 A RU 2008120064A RU 2382885 C2 RU2382885 C2 RU 2382885C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cooling
- gas turbine
- blade
- cyclone
- cylindrical channels
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
- F01D5/187—Convection cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D9/00—Stators
- F01D9/06—Fluid supply conduits to nozzles or the like
- F01D9/065—Fluid supply or removal conduits traversing the working fluid flow, e.g. for lubrication-, cooling-, or sealing fluids
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/80—Platforms for stationary or moving blades
- F05D2240/81—Cooled platforms
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в конструкции охлаждаемых сопловых лопаток газовых турбин.The invention relates to the field of engine engineering and can be used in the construction of cooled nozzle blades of gas turbines.
Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения, а следовательно, увеличить ресурс лопатки.The invention improves the cooling efficiency, and therefore, increase the resource of the blade.
Известны современные конструкции охлаждаемых сопловых лопаток газовой турбины с конвективными и конвективно-пленочными способами охлаждения, имеющие канально-петлевую с многочисленными «ходами», дефлекторную, струйно-дефлекторную схему течения хладагента. Существенными недостатками известных лопаток является: слабая интенсивность охлаждения, значительный расход хладагента, сложность и трудоемкость изготовления дефлекторов (Богомолов Е.Н. Рабочие процессы в охлаждаемых турбинах газотурбинных двигателей с перфорированными лопатками [Текст] / Е.Н.Богомолов - М. Машиностроение, 1987. - 160 с.).Known modern designs of cooled nozzle blades of a gas turbine with convective and convective-film cooling methods, having a channel-loop with numerous "strokes", a deflector, jet-deflector flow pattern of the refrigerant. Significant disadvantages of the known blades are: low cooling rate, significant refrigerant consumption, complexity and laboriousness of manufacturing deflectors (Bogomolov E.N. Workflows in cooled turbines of gas turbine engines with perforated vanes [Text] / E.N. Bogomolov - M. Machine-building, 1987 . - 160 p.).
Процесс охлаждения лопаток может быть интенсифицирован при использовании закрученных потоков. Таким образом, в качестве альтернативных схем охлаждения лопаток газовых турбин могут быть предложены циклонно-вихревые (с закруткой потока) системы охлаждения. Характерные особенности закрученного потока наиболее полно подходят для создания эффективных схем конвективных и конвективно-пленочных систем охлаждения лопаток проточной части ГТД.The cooling process of the blades can be intensified by using swirling flows. Thus, cyclone-vortex (flow swirl) cooling systems can be proposed as alternative cooling schemes for gas turbine blades. The characteristic features of a swirling flow are most fully suited for creating effective schemes for convective and convective-film cooling systems for blades of a gas-turbine engine flow passage.
Наиболее близкой по технической сущности к заявленной является лопатка турбины с использованием вихревой системы охлаждения [Патент США, №US 6981846 F01D 5/18, Jan. 3. 2006], в полости которой выполнены две полые камеры, из которых хладагент через закручивающие устройства поступает в охлаждающие ячейки. Охлаждающие ячейки представляют собой не менее двух соединенных между собой закручивающими устройствами цилиндрические каналы. Хладагент из полых камер поступает в первый охлаждающий канал и выходит через боковые поверхности в проточную часть через последний охлаждающий канал ячейки. Часть хладагента из центральной полой камеры поступает в канал входной кромки и выходит в газовый тракт через перфорацию на входной кромке. Хладагент из второй полой камеры поступает в каналы, расположенные в выходной кромке, охлаждает ее и отводится в проточную часть.Closest to the technical nature of the claimed is a turbine blade using a vortex cooling system [US Patent No. US 6981846 F01D 5/18, Jan. 3. 2006], in the cavity of which two hollow chambers are made, from which the refrigerant enters into the cooling cells through swirling devices. The cooling cells are at least two cylindrical channels interconnected by twisting devices. The refrigerant from the hollow chambers enters the first cooling channel and exits through the side surfaces into the flow part through the last cooling channel of the cell. Part of the refrigerant from the central hollow chamber enters the channel of the inlet edge and enters the gas path through perforation at the inlet edge. The refrigerant from the second hollow chamber enters the channels located in the outlet edge, cools it and is discharged into the flow part.
Недостатками известной конструкции лопатки турбины с вихревой системой охлаждения являются:The disadvantages of the known design of the turbine blades with a vortex cooling system are:
- неэффективное охлаждение выходной кромки лопатки из-за отсутствия турбулизации охлаждающего потока;- inefficient cooling of the outlet edge of the blade due to the lack of turbulization of the cooling stream;
- охлаждающая завеса на боковых поверхностях лопатки сдувается набегающим потоком, что приводит к снижению эффективности охлаждения и увеличению расхода хладагента за счет его выброса в проточную часть;- the cooling curtain on the side surfaces of the blades is blown off by the oncoming flow, which leads to a decrease in cooling efficiency and an increase in the flow rate of the refrigerant due to its discharge into the flow part;
- вследствие соединения в охлаждающей ячейке каналов закручивающим устройством снижается интенсивность закрутки в последующих каналах.- due to the connection in the cooling cell of the channels with a twisting device, the twist intensity in the subsequent channels is reduced.
Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение эффективности охлаждения, а следовательно, увеличение ресурса лопатки.The technical result of the claimed invention is to increase the cooling efficiency, and therefore, increase the resource of the blade.
Указанный технический результат достигается тем, что в теле лопатки имеется центральная полая камера, подводящая дополнительно хладагент через закручивающие устройства, расположенные по высоте охлаждающих цилиндрических каналов на расстоянии, равном 4 и 8 калибрам, отнесенных к диаметру охлаждающих каналов, а в выходной кромке размещена вихревая матрица. Лопатка содержит нижний и верхний ресиверы. Охлаждающие цилиндрические каналы сообщаются с нижним и верхним ресиверами.The specified technical result is achieved by the fact that in the body of the blade there is a central hollow chamber supplying additional refrigerant through swirling devices located along the height of the cooling cylindrical channels at a distance of 4 and 8 calibers, referred to the diameter of the cooling channels, and a vortex matrix is placed in the outlet edge . The blade contains the lower and upper receivers. Cooling cylindrical channels communicate with the lower and upper receivers.
Использование циклонно-вихревой схемы охлаждения позволяет добиться требуемой равномерности температуры по контуру и по высоте лопатки, обеспечивая высокую степень ее охлаждения, при сохранении используемого для этой цели расхода охладителя.Using a cyclone-vortex cooling scheme allows to achieve the required uniformity of temperature along the contour and along the height of the blade, providing a high degree of cooling, while maintaining the flow rate of the cooler used for this purpose.
Изобретение поясняется чертежами.The invention is illustrated by drawings.
На фиг.1 представлен общий вид лопатки.Figure 1 presents a General view of the scapula.
На фиг.2 показан разрез пера входной кромки лопатки фиг.1, сечение А-А.Figure 2 shows a section of the pen of the input edge of the blade of figure 1, section AA.
На фиг.3 изображен поперечный разрез пера лопатки фиг.1, сечение В-В.Figure 3 shows a cross section of the feather of the blade of figure 1, section bb.
На фиг.4 представлен поперечный разрез пера лопатки фиг.1, сечение С-С.Figure 4 presents a cross section of the feather of the blade of figure 1, section CC.
На фиг.5 показан разрез пера лопатки фиг.4, сечение Е-Е.Figure 5 shows a section of the feather of the blade of figure 4, section EE.
На фиг.6 показан общий вид боковой поверхности лопатки.Figure 6 shows a General view of the side surface of the scapula.
На фиг.7 показан разрез пера лопатки фиг.6, сечение D-DIn Fig.7 shows a section of the pen blade of Fig.6, section D-D
На фиг.8 показан разрез нижнего ресивера лопатки фиг.6, сечение F-FOn Fig shows a section of the lower receiver of the blades of Fig.6, section F-F
Сопловая лопатка газовой турбины с циклонно-вихревой системой охлаждения (фиг.1) содержит перо 1 с нижним 2 и верхним 3 элементами крепления ее к корпусу двигателя. Во входной кромке 4, показано на фиг.2, выполнен продольный канал 5, сообщающийся с центральной полой камерой 7 закручивающими устройствами 8. Центральная полая камера 7 соединена с расположенным нормально к ней нижним ресивером 6, как показано на фиг.8. Нижний ресивер 6 сообщается с каналом подвода хладагента 9. Канал 5 входной кромки сообщается с верхним ресивером 10 для отвода охладителя (фиг.2). По всей высоте пера входная кромка содержит перфорацию 11 (фиг.2) для создания охлаждающей завесы. В боковых стенках по всей высоте пера лопатки выполнены цилиндрические каналы 12 диаметром 2 мм с подводом воздуха через закручивающее устройство 13 (фиг.2) из нижнего ресивера 6. В теле лопатки содержится центральная полая камера 7, соединенная с нижним ресивером 6 и охлаждающими цилиндрическими каналами 12 закручивающими устройствами 14, расположенными на высоте 4 и 8 калибров (отнесенных к диаметру охлаждающих каналов 12) от корневого сечения лопатки. Охлаждающие цилиндрические каналы 12 сообщаются с верхним ресивером 10, с которым соединяется вихревая матрица 15 с выпуском охладителя через щель выходной кромки 16.The nozzle blade of a gas turbine with a cyclone-vortex cooling system (Fig. 1) contains a
Сопловая лопатка газовой турбины с циклонно-вихревой системой охлаждения работает следующим образом. Сжатый охладитель через канал подвода хладагента 9 и нижний ресивер 6 и из центральной полой камеры 7 через закручивающие устройства 8 втекает в канал 5. Часть хладагента из канала 5 отводится через перфорацию 11 во входной кромке 4 в газовоздушный тракт двигателя, создавая охлаждающую завесу на поверхности входной кромки 4, часть охладителя из канала 5 поступает в верхний ресивер 10 и отводится в вихревую матрицу 15. Из нижнего ресивера 6 сжатый воздух через закручивающееся устройство 13 в виде интенсивно закручивающего потока поступает в охлаждающие цилиндрические каналы 12. Интенсивно закрученный поток перемещается вдоль периферии каналов 12, теряет свою закрутку в процессе диссипативного воздействия вязкостных сил и потери импульса на генерацию турбулентности и когерентных вихревых структур, однако благодаря подводу охладителя из центральной полой камеры 7 через закручивающие устройства 14 этого не происходит, таким образом, на оси цилиндрических каналов не возникает возвратного приосевого течения в виде вынужденного вихря.The nozzle blade of a gas turbine with a cyclone-vortex cooling system operates as follows. The compressed cooler flows through the coolant supply channel 9 and the
Хладагент из цилиндрических каналов 12 поступает в верхний ресивер 10, из которого, проходя вихревую матрицу 15, охлаждающий поток турбулизируется и выводится через щель выходной кромки 16.The refrigerant from the
Закрутка потока и интенсивная турбулизация его обеспечивают существенное увеличение коэффициента теплоотдачи. Конструкция циклонно-вихревой конвективно-пленочной системы охлаждения сопловой лопатки газовой турбины позволит обеспечить повышение уровня температуры перед газовой турбиной на 100-200°С и равномерное распределение температуры по поверхности лопатки.The swirling of the flow and its intense turbulization provide a significant increase in the heat transfer coefficient. The design of the cyclone-vortex convective-film cooling system of the nozzle blade of a gas turbine will ensure an increase in the temperature level in front of the gas turbine by 100-200 ° C and a uniform temperature distribution over the surface of the blade.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008120064/06A RU2382885C2 (en) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | Nozzle vane of gas turbine with cyclone-swirler cooling system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008120064/06A RU2382885C2 (en) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | Nozzle vane of gas turbine with cyclone-swirler cooling system |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008120064A RU2008120064A (en) | 2009-11-27 |
RU2382885C2 true RU2382885C2 (en) | 2010-02-27 |
Family
ID=41476265
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008120064/06A RU2382885C2 (en) | 2008-05-20 | 2008-05-20 | Nozzle vane of gas turbine with cyclone-swirler cooling system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2382885C2 (en) |
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2575260C2 (en) * | 2010-07-15 | 2016-02-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Nozzle blade with cooled platform for gas turbine |
RU2605165C2 (en) * | 2011-12-30 | 2016-12-20 | Дженерал Электрик Компани | Turbine blade platform cooling device and method of said cooling device making |
RU2605866C2 (en) * | 2011-12-30 | 2016-12-27 | Дженерал Электрик Компани | Platform cooling device and internal combustion turbine engine |
RU2605791C2 (en) * | 2011-12-30 | 2016-12-27 | Дженерал Электрик Компани | Platform cooling device intended for turbine rotary blade and its manufacturing method |
RU2636645C2 (en) * | 2012-03-01 | 2017-11-24 | Дженерал Электрик Компани | Pressure turbine blade (versions) and method of cooling turbine pressure blade platform |
US9856747B2 (en) | 2010-07-15 | 2018-01-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Nozzle guide vane with cooled platform for a gas turbine |
RU2641782C2 (en) * | 2016-05-30 | 2018-01-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" | Steam turbines high-temperature stud pins refrigeration method and device for its actualization |
RU2641787C2 (en) * | 2016-05-30 | 2018-01-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" | Gas-driven turbines high-temperature stud pins refrigeration method and device for its actualization |
RU183316U1 (en) * | 2018-04-09 | 2018-09-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | DEFLECTOR OF THE COOLED NOZZLE TURBINE SHOVEL |
RU2675433C2 (en) * | 2014-03-20 | 2018-12-19 | Ансалдо Энерджиа Свитзерлэнд Аг | Turbine vane with cooled fillet |
-
2008
- 2008-05-20 RU RU2008120064/06A patent/RU2382885C2/en not_active IP Right Cessation
Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2575260C2 (en) * | 2010-07-15 | 2016-02-20 | Сименс Акциенгезелльшафт | Nozzle blade with cooled platform for gas turbine |
US9856747B2 (en) | 2010-07-15 | 2018-01-02 | Siemens Aktiengesellschaft | Nozzle guide vane with cooled platform for a gas turbine |
RU2605165C2 (en) * | 2011-12-30 | 2016-12-20 | Дженерал Электрик Компани | Turbine blade platform cooling device and method of said cooling device making |
RU2605866C2 (en) * | 2011-12-30 | 2016-12-27 | Дженерал Электрик Компани | Platform cooling device and internal combustion turbine engine |
RU2605791C2 (en) * | 2011-12-30 | 2016-12-27 | Дженерал Электрик Компани | Platform cooling device intended for turbine rotary blade and its manufacturing method |
RU2636645C2 (en) * | 2012-03-01 | 2017-11-24 | Дженерал Электрик Компани | Pressure turbine blade (versions) and method of cooling turbine pressure blade platform |
RU2675433C2 (en) * | 2014-03-20 | 2018-12-19 | Ансалдо Энерджиа Свитзерлэнд Аг | Turbine vane with cooled fillet |
RU2641782C2 (en) * | 2016-05-30 | 2018-01-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" | Steam turbines high-temperature stud pins refrigeration method and device for its actualization |
RU2641787C2 (en) * | 2016-05-30 | 2018-01-22 | Общество с ограниченной ответственностью "Газпром трансгаз Казань" | Gas-driven turbines high-temperature stud pins refrigeration method and device for its actualization |
RU183316U1 (en) * | 2018-04-09 | 2018-09-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Рыбинский государственный авиационный технический университет имени П.А. Соловьева" | DEFLECTOR OF THE COOLED NOZZLE TURBINE SHOVEL |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008120064A (en) | 2009-11-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2382885C2 (en) | Nozzle vane of gas turbine with cyclone-swirler cooling system | |
JP4688758B2 (en) | Pattern-cooled turbine airfoil | |
US7374401B2 (en) | Bell-shaped fan cooling holes for turbine airfoil | |
JP4815223B2 (en) | High efficiency fan cooling hole in turbine airfoil | |
CA2526717C (en) | Multiform film cooling holes | |
US6126396A (en) | AFT flowing serpentine airfoil cooling circuit with side wall impingement cooling chambers | |
US8070443B1 (en) | Turbine blade with leading edge cooling | |
KR101509385B1 (en) | Turbine blade having swirling cooling channel and method for cooling the same | |
US9051841B2 (en) | Cooled turbine blades for a gas-turbine engine | |
US20120183412A1 (en) | Curved cooling passages for a turbine component | |
US20130302179A1 (en) | Turbine airfoil trailing edge cooling hole plug and slot | |
US20120070302A1 (en) | Turbine airfoil vane with an impingement insert having a plurality of impingement nozzles | |
KR20160037093A (en) | Cooling scheme for a turbine blade of a gsa turbine | |
US9017026B2 (en) | Turbine airfoil trailing edge cooling slots | |
US20130302177A1 (en) | Turbine airfoil trailing edge bifurcated cooling holes | |
EP2855850A1 (en) | Turbine airfoil trailing edge cooling slot | |
CA2513045C (en) | Internally cooled gas turbine airfoil and method | |
CN110700894B (en) | Turbine rotor blade of gas turbine and gas turbine using same | |
WO2014075895A1 (en) | Turbine blade with cooling arrangement | |
EP3412866A1 (en) | Cooled gas turbine blade | |
EP3412867B1 (en) | Cooled gas turbine blade | |
RU87748U1 (en) | GAS TURBINE OPERATING WHEEL | |
RU2276732C2 (en) | Turbine cooled blade | |
CN113167124A (en) | Turbine engine bucket with improved cooling | |
CN113250758B (en) | Turbine nozzle segment and turbine nozzle comprising such a turbine nozzle segment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20101221 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180521 |