RU2414615C1 - Gas turbine engine - Google Patents
Gas turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2414615C1 RU2414615C1 RU2009132352/06A RU2009132352A RU2414615C1 RU 2414615 C1 RU2414615 C1 RU 2414615C1 RU 2009132352/06 A RU2009132352/06 A RU 2009132352/06A RU 2009132352 A RU2009132352 A RU 2009132352A RU 2414615 C1 RU2414615 C1 RU 2414615C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- cooling
- cavity
- nozzle
- blades
- disk
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к системам охлаждения газотурбинных двигателей с помощью воздуха.The invention relates to cooling systems for gas turbine engines using air.
Известен двухконтурный газотурбинный двигатель, содержащий компрессор, камеру сгорания и двухступенчатую турбину с охлаждаемым сопловым аппаратом между ступенями турбины и каналом охлаждения междисковой полости, питающий воздуховод которого через теплообменник, установленный во втором контуре двигателя, и внутренние полости охлаждаемых сопловых лопаток соединен с полостью компрессора высокого давления (см. патент РФ №459986, МПК F02C 7/18, опубл. 08.12.1976 г). Недостатком такого решения является использование для охлаждения междисковой полости очень дорогого воздуха, отбираемого перед камерой сгорания.A two-circuit gas turbine engine is known, comprising a compressor, a combustion chamber and a two-stage turbine with a cooled nozzle apparatus between the turbine stages and the cooling disk of the interdisc cavity, the supply duct of which through a heat exchanger installed in the second circuit of the engine and the internal cavities of the cooled nozzle vanes are connected to the cavity of the high-pressure compressor (see RF patent No. 459986, IPC F02C 7/18, publ. 08.12.1976 g). The disadvantage of this solution is the use for cooling the interdisc space of very expensive air taken in front of the combustion chamber.
Этот недостаток устранен в другом техническом решении, наиболее близком к предлагаемому нами, а именно в газотурбинном двигателе, содержащем компрессор высокого давления, камеру сгорания и турбины высокого и низкого давлений с охлаждаемым сопловым аппаратом турбины низкого давления и каналом охлаждения междисковой полости с питающим коллектором на входе, причем канал охлаждения междисковой полости отделен от проточной части турбины лабиринтным уплотнением и щелевым зазором, а питающий коллектор канала охлаждения междисковой полости через входной коллектор системы охлаждения сопловых лопаток и теплообменник, установленный во втором контуре двигателя, соединен с думисной полостью компрессора высокого давления (см. патент РФ №2200859, МПК F02C 7/12, опубл. 20.03.2003 г).This drawback was eliminated in another technical solution closest to our offer, namely, in a gas turbine engine containing a high pressure compressor, a combustion chamber and high and low pressure turbines with a cooled nozzle apparatus of a low pressure turbine and a cooling channel for the interdisc space with a supply manifold at the inlet moreover, the cooling channel of the interdiscal cavity is separated from the flow part of the turbine by a labyrinth seal and a slot gap, and the supply manifold of the cooling channel of the interdisk cavity through the inlet manifold cooling nozzle vanes and a heat exchanger mounted in the second engine circuit, connected to the cavity dumisnoy high pressure compressor (see. №2200859 RF patent, IPC F02C 7/12, publ. 20.03.2003 g).
Однако охлажденный в теплообменнике охлаждающий воздух, проходя через внутренние полости сопловых лопаток, нагревается там и поступает на охлаждение междисковой полости нагретым до такой степени, что становится непригодным для эффективного охлаждения боковых поверхностей дисков турбины.However, the cooling air cooled in the heat exchanger, passing through the internal cavities of the nozzle blades, is heated there and is supplied to the cooling of the interdisc cavity heated to such an extent that it becomes unsuitable for efficient cooling of the side surfaces of the turbine disks.
Задача изобретения снизить температуру охлаждающего воздуха, поступающего в междисковую полость для охлаждения боковых поверхностей дисков турбин.The objective of the invention is to reduce the temperature of the cooling air entering the interdisc space for cooling the side surfaces of the turbine disks.
Указанная задача достигается тем, что в газотурбинном двигателе, содержащем компрессор высокого давления, камеру сгорания и турбины высокого и низкого давлений с охлаждаемым сопловым аппаратом турбины низкого давления и каналом охлаждения междисковой полости с питающим коллектором на входе, причем канал охлаждения междисковой полости отделен от проточной части турбины лабиринтным уплотнением и щелевым зазором, а питающий коллектор канала охлаждения междисковой полости через входной коллектор системы охлаждения сопловых лопаток турбины низкого давления и теплообменник, установленный во втором контуре двигателя, соединен с думисной полостью компрессора высокого давления, в нем питающий коллектор канала охлаждения междисковой полости отделен от внутренних полостей охлаждаемых сопловых лопаток, а его соединение с входным коллектором системы охлаждения сопловых лопаток выполнено с помощью транзитных трубок, установленных во внутренних полостях сопловых лопаток с зазором относительно их стенок, при этом транзитные трубки снабжены калиброванными участками, а канал охлаждения междисковой полости может быть выполнен в виде последовательно расположенных полости охлаждения центральной части диска турбины высокого давления и полости охлаждения корневой части диска турбины высокого давления и диска турбины низких давлений, отделенных друг от друга лабиринтным уплотнением.This problem is achieved in that in a gas turbine engine containing a high pressure compressor, a combustion chamber and high and low pressure turbines with a cooled nozzle apparatus of a low pressure turbine and a cooling channel for the interdisc cavity with a supply manifold at the inlet, the cooling channel for the interdisc cavity being separated from the flow part turbines with a labyrinth seal and a gap, and the supply manifold of the cooling channel of the interdisc cavity through the inlet manifold of the cooling system of nozzle vanes low-pressure bins and a heat exchanger installed in the second circuit of the engine are connected to the dummy cavity of the high-pressure compressor, in it the supply manifold of the cooling disk of the interdisc cavity is separated from the internal cavities of the cooled nozzle blades, and its connection with the inlet manifold of the cooling system of the nozzle blades is made using transit tubes installed in the internal cavities of the nozzle blades with a gap relative to their walls, while the transit tubes are equipped with calibrated sections, and the channel l cooling of the interdiscal cavity can be made in the form of sequentially located cooling cavity of the Central part of the disk of the high pressure turbine and the cooling cavity of the root part of the disk of the high pressure turbine and the disk of the low pressure turbine, separated from each other by a labyrinth seal.
Кроме того, для сопловых аппаратов, состоящих из блоков сопловых лопаток, в каждом блоке сопловых лопаток может быть выполнена одна транзитная трубка размещенная в средней лопатке, а между стенкой лопаток и транзитной трубкой могут быть размещены дефлекторы с перфорационными отверстиями для охлаждения стенок лопаток.In addition, for nozzle apparatuses consisting of blocks of nozzle blades, one transit tube located in the middle blade can be made in each block of nozzle blades, and deflectors with perforations for cooling the walls of the blades can be placed between the wall of the blades and the transit tube.
Новым в изобретении является то, что питающий коллектор канала охлаждения междисковой полости отделен от внутренних полостей охлаждаемых сопловых лопаток, а его соединение с входным коллектором системы охлаждения сопловых лопаток выполнено с помощью транзитных трубок, установленных во внутренних полостях сопловых лопаток с зазором относительно их стенок, при этом транзитные трубки снабжены калиброванными участками, а канал охлаждения междисковой полости может быть выполнен в виде последовательно расположенных полости охлаждения центральной части диска турбины высокого давления и полости охлаждения корневой части диска турбины высокого давления и диска турбины низких давлений, отделенных друг от друга лабиринтным уплотнением.New in the invention is that the supply manifold of the cooling disk of the interdisc cavity is separated from the internal cavities of the cooled nozzle blades, and its connection with the input manifold of the cooling system of the nozzle blades is made using transit tubes installed in the internal cavities of the nozzle blades with a gap relative to their walls, this transit tubes are equipped with calibrated sections, and the cooling channel of the interdisc cavity can be made in the form of consecutive cooling cavities ntralnoy part cooling the high pressure turbine disk cavity and the root portion of the disc the high-pressure turbine and low pressure turbine disk, separated by labyrinth seals.
Кроме того, для сопловых аппаратов, состоящих из блоков сопловых лопаток, в каждом блоке сопловых лопаток может быть выполнена одна транзитная трубка, размещенная в средней лопатке, а между стенкой лопаток и транзитной трубкой могут быть размещены дефлекторы с перфорационными отверстиями для охлаждения стенок лопаток.In addition, for nozzle apparatuses consisting of blocks of nozzle blades, one transit tube located in the middle blade can be made in each block of nozzle blades, and deflectors with perforation holes for cooling the walls of the blades can be placed between the wall of the blades and the transit tube.
Изоляция питающего коллектора канала охлаждения междисковой полости от внутренних полостей охлаждаемых сопловых лопаток позволяет избавиться от поступления в этот коллектор нагретого в сопловом аппарате воздуха, а за счет соединения питающего коллектора канала охлаждения междисковой полости с входным коллектором системы охлаждения сопловых лопаток с помощью транзитных трубок подавать в него более холодный охлаждающий воздух по самому короткому пути.Isolation of the supply manifold of the cooling channel of the interdiscal cavity from the internal cavities of the cooled nozzle blades allows you to get rid of the air heated in the nozzle apparatus into this manifold, and by feeding the nozzle cooling system of the cooling of the interdisc cavity to the input manifold of the cooling system of the nozzle blades using transit tubes colder cooling air along the shortest path.
Установка во внутренних полостях сопловых лопаток транзитных трубок с зазором относительно стенок лопаток исключает прямой контакт охлаждающего воздуха, идущего в междисковую полость, и горячих стенок сопловых лопаток, что также уменьшает подогрев от горячих стенок сопловых лопаток воздуха, идущего на охлаждение междисковой полости.The installation of transit tubes in the internal cavities of the nozzle blades with a gap relative to the walls of the blades eliminates direct contact of the cooling air going into the interdisc cavity and the hot walls of the nozzle blades, which also reduces the heating from the hot walls of the nozzle blades of air going to cool the interdisc cavity.
Калиброванные участки в транзитных трубках дают возможность регулирования скорости протекания охлаждающего воздуха по этим трубкам и обеспечивать минимальное время нахождения охлаждающего воздуха в самой горячей зоне, что тоже снижает подогрев охлаждающего воздуха.The calibrated sections in the transit tubes make it possible to control the flow rate of cooling air through these tubes and to ensure the minimum residence time of the cooling air in the hottest area, which also reduces the heating of the cooling air.
Выполнение канала охлаждения междисковой полости в виде последовательно расположенных полости охлаждения центральной части диска турбины высокого давления и полости охлаждения корневой части диска турбины высокого давления и диска турбины низкого давлений, отделенных друг от друга лабиринтным уплотнением, позволяет направить охлаждающий воздух сначала на охлаждение наиболее теплонапряженного центрального участка диска турбины высокого давления, а уже потом на охлаждение корневой его части и диска турбины низкого давления.The implementation of the cooling channel of the interdisc space in the form of a sequentially located cooling cavity of the central part of the high-pressure turbine disk and the cooling cavity of the root part of the high-pressure turbine disk and the low-pressure turbine disk, separated from each other by a labyrinth seal, allows directing the cooling air first to cool the most heat-stressed central section high-pressure turbine disk, and only then to cool its root part and low-pressure turbine disk.
Выполнение для сопловых аппаратов, состоящих из блоков сопловых лопаток, одной транзитной трубки, размещенной в средней лопатке, позволяет минимизировать количество транзитных трубок и, следовательно, уменьшить подогрев охлаждающего воздуха, поступающего на охлаждение в междисковую полость.The implementation for nozzle devices, consisting of blocks of nozzle blades, one transit tube located in the middle blade, allows you to minimize the number of transit tubes and, therefore, reduce the heating of the cooling air supplied to the cooling in the interdisc space.
Размещение между стенкой лопатки и транзитной трубкой дефлектора с перфорационными отверстиями для охлаждения стенок лопатки помимо охлаждения стенок сопловых лопаток несколько уменьшает и подогрев транзитного воздуха.Placing a deflector with perforation holes between the blade wall and the transit tube for cooling the walls of the blade, in addition to cooling the walls of the nozzle blades, slightly reduces the heating of the transit air.
На фиг.1 показан продольный разрез газотурбинного двигателя;Figure 1 shows a longitudinal section of a gas turbine engine;
на фиг.2 показан поперечный разрез транзитной трубки в районе калиброванных отверстий;figure 2 shows a cross section of a transit tube in the region of calibrated holes;
на фиг.3 показан поперечный разрез пера лопатки с дефлектором в ней;figure 3 shows a cross section of a feather blade with a deflector in it;
на фиг.4 показан поперечный разрез соплового аппарата для случая, когда транзитная трубка размещена в средней сопловой лопатке.figure 4 shows a cross section of a nozzle apparatus for the case when the transit tube is placed in the middle nozzle blade.
Газотурбинный двигатель содержит компрессор высокого давления 1, думисную полость 2 с лабиринтом 3 между ней и последней ступенью компрессора высокого давления 1, камеру сгорания 4 и турбину высокого давления 5, турбину низкого давления 6 с охлаждаемым сопловым аппаратом 7 и каналом охлаждения 8 междисковой полости, выполненным в виде последовательно расположенных питающего коллектора 9, полости 10 охлаждения центральной зоны диска 11 турбины высокого давления 5 и полости 12 охлаждения корневой части диска 11 турбины высокого давления 5 и диска 13 турбины низкого давления 6, отделенных друг от друга лабиринтным уплотнением 14. От проточной части турбины 15 полость 10 отделена лабиринтным уплотнением 16, а полость 12 - щелевым зазором 17. Питающий коллектор 9 через входной коллектор 18 системы охлаждения сопловых лопаток 19 и теплообменник 20, установленный во втором контуре 21 двигателя, соединен с думисной полостью 2 компрессора высокого давления 1. Питающий коллектор 9 отделен от внутренних полостей 22 охлаждаемых сопловых лопаток 19 стенкой 23 и соединен с входным коллектором 18 системы охлаждения сопловых лопаток 19 транзитными трубками 24, установленными во внутренних полостях 22 сопловых лопаток 19 с зазором относительно их стенок 25, при этом транзитные трубки 24 снабжены калиброванными участками 26 на их входе. Для сопловых аппаратов 7, состоящих из блоков 27 сопловых лопаток 19, в каждом блоке выполнена одна транзитная трубка 24, размещенная в средней лопатке 19. Между стенкой 25 сопловых лопаток 19 и транзитной трубкой 24 могут быть размещены дефлекторы 28 с перфорационными отверстиями 29 для охлаждения стенок 25 сопловых лопаток 19. Думисная полость 2 соединена с входным коллектором 18 системы охлаждения сопловых лопаток 19 воздуховодом 30.The gas turbine engine comprises a high pressure compressor 1, a dummy cavity 2 with a labyrinth 3 between it and the last stage of the high pressure compressor 1, a combustion chamber 4 and a high pressure turbine 5, a low pressure turbine 6 with a cooled nozzle apparatus 7 and a cooling channel 8 of the interdisc cavity made in the form of a sequentially located supply manifold 9, a cooling cavity 10 of the central zone of the disk 11 of the high pressure turbine 5 and the cooling cavity 12 of the root part of the disk 11 of the high pressure turbine 5 and disk 1 3 low-pressure turbines 6, separated by a labyrinth seal 14. From the flow part of the turbine 15, the cavity 10 is separated by a labyrinth seal 16, and the cavity 12 by a gap gap 17. The supply manifold 9 through the inlet manifold 18 of the nozzle
Двигатель работает следующим образом.The engine operates as follows.
Воздух от компрессора 1 через лабиринтное уплотнение 3 поступает в думисную полость 2, откуда через стойки камеры сгорания 4 по воздуховоду 30 через теплообменник 20, установленный во втором контуре 21 двигателя во входной коллектор 18 системы охлаждения сопловых лопаток 19. Из входного коллектора 20 воздушный поток разветвляется на два направления: одно - через внутренние полости 22 охлаждаемых сопловых лопаток 19 охлаждаемого соплового аппарата 7 и выходит через заднюю кромку лопатки 19 в проточную часть 15 турбин 5 и 6, а второе - через калиброванные входы 26 транзитных трубок 24 в питающий коллектор 9 канала охлаждения междисковой полости 8 и из нее в полость 10 для охлаждения центральной зоны диска 11 турбины высокого давления 5 и далее через лабиринтное уплотнение 14 в полость 12 для охлаждения центральной части диска 11 турбины высокого давления 5 и диска 13 турбины низкого давления 6 и через щелевой зазор 17 вытекает в проточную часть турбины 15, омывая и охлаждая боковые поверхности дисков 11 и 13. Охлаждающий воздух, вытекающий через лабиринтное уплотнение 16 из полости 10 в проточную часть турбины 15, омывает периферийную зону диска 11 турбины высокого давления 5, охлаждая эту часть диска.The air from the compressor 1 through the labyrinth seal 3 enters the dummy cavity 2, from where through the struts of the combustion chamber 4 through the duct 30 through the heat exchanger 20 installed in the second circuit 21 of the engine into the inlet manifold 18 of the cooling system of the
Для сопловых аппаратов 7, состоящих из блоков 27 по три сопловых лопатки 19 в каждом блоке, воздух в полости 10 и 12 каждого блока 27 поступает только через одну транзитную трубку 24, размещенную в средней лопатке 19 блока 27.For nozzle devices 7, consisting of
Для соплового аппарата 7, в сопловых лопатках 19 которого размещены дефлекторы 28, охлаждающий воздух из внутренних полостей 22 поступает через перфорационные отверстия 29 на стенки 25, а далее вытекает через выходные кромки в проточную часть турбин 15.For the nozzle apparatus 7, in the
Транспортировка охлаждающего воздуха в междисковую полость через транзитные трубки значительно уменьшает поверхность соприкосновения этого охлаждающего воздуха со стенками лопатки, в результате чего уменьшается его подогрев, снижается его температура, а так как этот воздух омывает поверхность конструкции междисковой полости, включая диски турбин, то через это снижается температура и собственно дисков. Дополнительное снижение подогрева охлаждающего воздуха в транзитных трубках происходит за счет снижения контактной поверхности теплоподвода от стенки лопаток к транзитной трубке, когда последние размещены только в средних лопатках сопловых блоков.The transportation of cooling air into the interdiscal cavity through the transit tubes significantly reduces the contact surface of this cooling air with the walls of the scapula, as a result of which its heating decreases, its temperature decreases, and since this air washes the surface of the design of the interdisc cavity, including turbine disks, it decreases through this temperature and the actual drive. An additional decrease in the heating of cooling air in the transit tubes occurs due to a decrease in the contact surface of the heat supply from the wall of the blades to the transit tube, when the latter are located only in the middle blades of the nozzle blocks.
Следующее снижение температуры дисков происходит, когда транзитная трубка размещена внутри дефлектора с перфорационными отверстиями, так как в этом случае снижается подогрев воздуха, находящегося внутри дефлектора, за счет того, что между стенкой лопатки и дефлектором существует зазор, через который циркулирует охлаждающий воздух.The next decrease in the temperature of the disks occurs when the transit tube is placed inside the deflector with perforations, since in this case the heating of the air inside the deflector is reduced due to the fact that there is a gap between the blade wall and the deflector through which cooling air circulates.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволяет уменьшить подогрев воздуха, поступающего в междисковую полость, снизить температуру охлаждающего воздуха, поступающего к конструкции турбин и, в частности, температуру дисков со стороны междисковой полости.Thus, the present invention allows to reduce the heating of the air entering the interdisc cavity, to reduce the temperature of the cooling air entering the turbine structure and, in particular, the temperature of the disks from the side of the interdisc cavity.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009132352/06A RU2414615C1 (en) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | Gas turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009132352/06A RU2414615C1 (en) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | Gas turbine engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2414615C1 true RU2414615C1 (en) | 2011-03-20 |
Family
ID=44053742
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009132352/06A RU2414615C1 (en) | 2009-08-28 | 2009-08-28 | Gas turbine engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2414615C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2490490C1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Double-flow gas-turbine engine |
RU2529269C1 (en) * | 2013-06-19 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение ОАО "УМПО" | Bypass gas turbine engine |
-
2009
- 2009-08-28 RU RU2009132352/06A patent/RU2414615C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2490490C1 (en) * | 2011-12-14 | 2013-08-20 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Double-flow gas-turbine engine |
RU2529269C1 (en) * | 2013-06-19 | 2014-09-27 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение ОАО "УМПО" | Bypass gas turbine engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US8834108B2 (en) | Running-gap control system of an aircraft gas turbine | |
EP3075983B1 (en) | Gas turbine engine | |
US6334755B1 (en) | Turbomachine including a device for supplying pressurized gas | |
US20050135920A1 (en) | Cooled turbine vane platform | |
JP6431690B2 (en) | Turbine rotor blade for the turbine section of a gas turbine | |
WO2018044571A1 (en) | Turbine stator vane with closed-loop sequential impingement cooling insert | |
JP2007170375A (en) | Countercooled turbine nozzle | |
RU2514818C1 (en) | Cooled turbine | |
JP2001317302A (en) | Film cooling for closed loop cooled airfoil | |
RU2012125059A (en) | ENERGY RECOVERY METHOD | |
US20170002834A1 (en) | Cooled compressor | |
CN106460550A (en) | Gas turbine engine with rotor centering cooling system in an exhaust diffuser | |
JP2017020494A (en) | Method of cooling gas turbine, and gas turbine executing the same | |
RU2459967C1 (en) | Double-flow gas turbine engine | |
US9194237B2 (en) | Serpentine cooling of nozzle endwall | |
RU2196239C2 (en) | Turbojet engine turbine cooling system | |
RU2414615C1 (en) | Gas turbine engine | |
JP4103773B2 (en) | Gas turbine plant and cooling method of gas turbine plant | |
RU2347091C1 (en) | Gas-turbine engine | |
RU2236609C1 (en) | Gas-turbine engine | |
RU2200859C2 (en) | Gas turbine engine | |
RU2450144C1 (en) | Gas turbine engine | |
CA2349994C (en) | Turbojet powerplant with heat exchanger | |
RU2490490C1 (en) | Double-flow gas-turbine engine | |
RU2518729C1 (en) | Cooled turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20130926 |
|
PD4A | Correction of name of patent owner |