RU2729312C1 - Double-flow engine - Google Patents
Double-flow engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2729312C1 RU2729312C1 RU2019123690A RU2019123690A RU2729312C1 RU 2729312 C1 RU2729312 C1 RU 2729312C1 RU 2019123690 A RU2019123690 A RU 2019123690A RU 2019123690 A RU2019123690 A RU 2019123690A RU 2729312 C1 RU2729312 C1 RU 2729312C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- outlet cavity
- circuit
- path
- cavity
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 41
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 claims abstract description 5
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000003068 static effect Effects 0.000 description 12
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 2
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 230000000740 bleeding effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
- F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
- F02C7/12—Cooling of plants
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к двигателестроению, в частности к выходным устройствам двухконтурного двигателя.The invention relates to engine building, in particular to the output devices of a two-circuit engine.
Известен двухконтурный двигатель, содержащий вентилятор, компрессор высокого давления, камеру сгорания, тракт наружного контура, многоступенчатую охлаждаемую турбину с рабочим колесом турбины низкого давления с охлаждаемыми рабочими лопатками, охлаждающие каналы которых своими выходами сообщены с газовым трактом турбины, а входами с магистралью подвода, проходящей через внутренние полости расположенных за турбиной радиальных стоек, при этом магистраль подвода через воздухозаборники, повернутые своими входами ко входу двигателя, сообщена с трактом наружного контура.Known is a two-circuit engine containing a fan, a high-pressure compressor, a combustion chamber, an external circuit path, a multistage cooled turbine with a low-pressure turbine impeller with cooled rotor blades, the cooling channels of which are connected with their outputs to the turbine gas path, and the inputs with a supply line passing through through the inner cavities of the radial struts located behind the turbine, while the supply line through the air intakes, turned by their inputs to the engine inlet, is connected to the outer loop.
/патент РФ №2143574, МПК F02C 7/12, опубл. 27.12.1999 г.// RF patent No. 2143574, IPC
Недостатком такого решения является то, что в данной схеме существующий перепад давления в системе охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления минимальный, , где - полное давление на входе в воздухозаборники магистрали подвода охлаждающего воздуха из тракта наружного контура; Pвых - статическое давление в газовоздушном тракте двигателя за турбиной, существенно снижает возможность интенсификации процессов охлаждения.The disadvantage of this solution is that in this scheme the existing pressure drop in the cooling system of the low-pressure turbine rotor blade is minimal, where - total pressure at the inlet to the air intakes of the cooling air supply line from the external circuit; P out - static pressure in the gas-air path of the engine behind the turbine, significantly reduces the possibility of intensifying the cooling processes.
Поэтому эффективность охлаждения составляет Θ=0,18…0,2, где ; - температура газа; Тст - температура стенки пера лопатки; - температура охлаждающего воздуха. Однако, за счет низкой температуры охлаждаемого воздуха, отбираемого из тракта наружного контура, происходит приемлемое охлаждение пера рабочей лопатки. Тем самым температура охлаждающего воздуха (300…400°С) компенсирует низкую эффективность охлаждения.Therefore, the cooling efficiency is Θ = 0.18 ... 0.2, where ; - gas temperature; T st is the temperature of the wall of the blade airfoil; - the temperature of the cooling air. However, due to the low temperature of the cooled air taken from the external circuit path, acceptable cooling of the airfoil of the rotor blade occurs. Thus, the temperature of the cooling air (300 ... 400 ° C) compensates for the low cooling efficiency.
В случае выхода двигателя на скоростные режимы, особенно при увеличении высоты полета, где температура газа достигает своего максимума, требуется повысить активный перепад в системе охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления, что увеличивает скорость охлаждающего воздуха, тем самым интенсифицируются процессы охлаждения в рабочей лопатки. В данной схеме, при сохранении источника охлаждающего воздуха решение этой задачи является затруднительной.If the engine reaches high-speed modes, especially with an increase in flight altitude, where the gas temperature reaches its maximum, it is required to increase the active drop in the cooling system of the low-pressure turbine rotor blade, which increases the cooling air speed, thereby intensifying the cooling processes in the rotor blade. In this scheme, while maintaining the source of cooling air, solving this problem is difficult.
Задача изобретения - повышение эффективности охлаждения турбины.The objective of the invention is to improve the efficiency of turbine cooling.
Ожидаемый технический результат - повышение активного перепада в системе охлаждения рабочей лопатки турбины на скоростных режимах, особенно при увеличении высоты полета.The expected technical result is an increase in the active drop in the cooling system of the turbine rotor blade at high-speed conditions, especially when the flight altitude is increased.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что двухконтурный двигатель, содержащий вентилятор, компрессор высокого давления, камеру сгорания, тракт наружного контура, многоступенчатую охлаждаемую турбину с рабочим колесом турбины низкого давления с охлаждаемыми рабочими лопатками, охлаждающие каналы которых своими выходами сообщены с газовым трактом турбины, а входами с магистралью подвода, проходящей через внутренние полости расположенных за турбиной радиальных стоек, при этом магистраль подвода через воздухозаборники, повернутые своими входами ко входу двигателя, сообщена с трактом наружного контура, по предложению, снабжен смесителем, расположенным за радиальными стойками за турбиной, и выполненный в виде чередующихся по периметру каналов, образующих выходную полость наружного контура и выходную полость внутреннего контура, при этом выходная полость наружного контура сообщена с трактом наружного контура, а выходная полость внутреннего контура сообщена с газовым трактом турбины, при этом воздухозаборники размещены по тракту наружного контура перед смесителем.The expected technical result is achieved by the fact that a two-circuit engine containing a fan, a high-pressure compressor, a combustion chamber, an external circuit path, a multistage cooled turbine with a low-pressure turbine impeller with cooled rotor blades, the cooling channels of which are connected with their outputs to the turbine gas path, and inputs with a supply line passing through the inner cavities of the radial struts located behind the turbine, while the supply line through the air intakes, turned by their inputs to the engine inlet, communicates with the external circuit path, according to the proposal, is equipped with a mixer located behind the radial struts behind the turbine, and made in the form of channels alternating along the perimeter, forming the outlet cavity of the outer contour and the outlet cavity of the inner contour, while the outlet cavity of the outer contour is communicated with the path of the outer contour, and the outlet cavity of the inner contour is communicated with the gas path of the turbine , while the air intakes are located along the path of the external circuit in front of the mixer.
Кроме того отношение площади выходной полости наружного контура к площади выходной полости внутреннего контура в радиальной плоскости может быть равно:In addition, the ratio of the area of the outlet cavity of the outer contour to the area of the outlet cavity of the inner contour in the radial plane can be equal to:
гдеWhere
FвыхНК - площадь выходной полости наружного контура;F outNK - area of the outlet cavity of the outer contour;
FвыхВК - площадь выходной полости внутреннего контура.F outVK - area of the outlet cavity of the inner contour.
Снабжение двухконтурного двигателя смесителем, расположенным за радиальными стойками за турбиной на высотных скоростных режимах работы двигателя, где температура газа максимальная, и существует необходимость иметь высокую эффективность охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления при отсутствии возможности изменить источник охлаждающего воздуха, позволяет снизить статическое давление в газовом тракте турбины (Рвых), которое становится равным статическому давлению на выходе из наружного контура. При этом поскольку на данных режимах степень двухконтурности двигателя выше, чем на земных режимах, при этом степень двухконтурности принята в общеизвестном диапазоне для двигателей со смешением, то через тракт наружного контура проходит больший расход воздуха, увеличивается скорость истечения потока из наружного контура и, при равенстве статических давлений за смесителем, полное давление в тракте наружного контура повышается, т.е. повышается активный перепад в системе охлаждения рабочей лопатки турбины низкого давления, что обеспечивает при том же самом источнике охлаждающего воздуха повышение эффективности охлаждения рабочей лопатки.The supply of a by-pass engine with a mixer located behind the radial struts behind the turbine at high-altitude speed modes of engine operation, where the gas temperature is maximum, and there is a need to have a high cooling efficiency of the low-pressure turbine rotor blade in the absence of the possibility to change the source of cooling air, allows to reduce the static pressure in the gas path turbine (P out ), which becomes equal to the static pressure at the outlet from the external circuit. At the same time, since in these modes the degree of bypass of the engine is higher than in terrestrial modes, while the degree of bypass is adopted in the well-known range for engines with mixing, then a greater air flow passes through the outer loop, the flow rate from the outer loop increases and, with equality static pressures downstream of the mixer, total pressure in the external circuit path increases, i.e. active drop increases in the cooling system of the rotor blade of a low-pressure turbine, which provides an increase in the cooling efficiency of the rotor blade with the same source of cooling air.
Выполнение смесителя в виде чередующихся по периметру каналов, образующих выходную полость наружного контура и выходную полость внутреннего контура обеспечивает с одной стороны, требуемое смешение потоков с выравниванием статического давления в области за смесителем, а с другой стороны, обеспечивает минимальную массу конструкции, поскольку в этом случае смеситель возможно изготовить из листового материала.The execution of the mixer in the form of channels alternating along the perimeter, forming the outlet cavity of the outer loop and the outlet cavity of the inner loop, provides, on the one hand, the required mixing of flows with equalization of the static pressure in the area behind the mixer, and on the other hand, provides a minimum mass of the structure, since in this case the mixer can be made from sheet material.
Сообщение выходной полости наружного контура с трактом наружного контура и выходной полости внутреннего контура с газовым трактом турбины обеспечивает связь внутреннего и наружного контуров между собой, поскольку в данной конструкции смеситель выполняет роль эжектора, где эжектируемым рабочим телом является воздух из канала наружного контура, а эжектирующим рабочим телом является газ из внутреннего контура, поскольку он обладает большей энергией потока (выше температура и расход потока). Таким образом, выполняется основное свойство эжекции, когда под действием энергии эжектирующего потока статическое давление на выходе из смесителя становится ниже полного давления эжектируемого потока. Под действием разности давлений эжектируемый поток устремляется в смеситель, на выходе из которого, в конечном итоге, эжектируемый и эжектирующий потоки смешиваются с выравниванием параметров по выходу из смесителя.Communication of the outlet cavity of the external circuit with the tract of the external circuit and the outlet cavity of the internal circuit with the gas tract of the turbine provides a connection between the internal and external circuits, since in this design the mixer plays the role of an ejector, where the ejected working fluid is air from the channel of the external circuit, and the ejecting working fluid is the body is the gas from the internal circuit, since it has a greater flow energy (higher temperature and flow rate). Thus, the main property of ejection is fulfilled when, under the action of the energy of the ejected flow, the static pressure at the outlet of the mixer becomes lower than the total pressure of the ejected flow. Under the influence of the pressure difference, the ejected flow rushes into the mixer, at the outlet of which, ultimately, the ejected and ejected flows are mixed with equalization of parameters at the outlet of the mixer.
Соотношение площадей является оптимальным соотношением, при котором с одной стороны, скорости истечения из выходных полостей наружного и внутреннего контура, потери по внутреннему контуру находятся в оптимальной точке, когда полное давление смешения становится максимальным, статическое давление максимально падает и эжектирующая способность внутреннего контура повышается, тем самым повышается активный перепад в системе охлаждения рабочей лопатки турбины.Area ratio is the optimal ratio at which, on the one hand, the flow rates from the outlet cavities of the outer and inner contour, the losses along the inner contour are at the optimal point, when the total mixing pressure becomes maximum, the static pressure drops to the maximum and the ejection capacity of the inner contour increases, thereby increasing active differential in the turbine rotor blade cooling system.
Размещение воздухозаборников по тракту наружного контура перед смесителем однозначно определяет, что область отбора охлаждающего воздуха на охлаждение рабочей лопатки турбины будет с большим полным давлением, чем в области за смесителем.The location of the air intakes along the path of the external circuit in front of the mixer unambiguously determines that the area of cooling air intake for cooling the turbine rotor blade will be with a higher total pressure than in the area behind the mixer.
Изобретение поясняется графическими материалами.The invention is illustrated by graphic materials.
На фиг. 1 - продольный разрез двухконтурного двигателя;FIG. 1 - longitudinal section of a by-pass engine;
На фиг. 2 - продольный разрез последней ступени турбины;FIG. 2 - longitudinal section of the last stage of the turbine;
На фиг. 3 - сечение смесителя.FIG. 3 - cross section of the mixer.
Двухконтурный двигатель содержит вентилятор 1, компрессор высокого давления 2, камеру сгорания 3, тракт наружного контура 4, многоступенчатую охлаждаемую турбину 5 с рабочим колесом 6 турбины низкого давления 7 с охлаждаемыми рабочими лопатками 8. Охлаждающие каналы 9 рабочих лопаток 8 своими выходами 10 сообщены с газовым трактом 11 турбины 7, а входами 12 через каналы диска 13, входной направляющий аппарат 14 и внутренние полости 15 расположенных за турбиной 7 радиальных стоек 16 с трактом наружного контура 4 двигателя. Причем каналы диска 13, входной направляющий аппарат 14 и внутренние полости 15 радиальных стоек 16 образуют магистраль подвода 17 охлаждающего воздуха из тракта наружного контура 4 к входам 12 каналов охлаждения 9 рабочей лопатки 8 турбины низкого давления 7.The two-circuit engine contains a
Также двухконтурный двигатель снабжен смесителем 18, расположенным за радиальными стойками 16 за турбиной 7, и выполненный в виде чередующихся по периметру каналов 19, образующих выходную полость наружного контура 20 и выходную полость внутреннего контура 21. При этом выходная полость наружного контура 20 сообщена с трактом наружного контура 4, а выходная полость внутреннего контура 21 сообщена с газовым трактом турбины 11.Also, the bypass engine is equipped with a
Входы магистрали повода 17 охлаждающего воздуха выполнены в виде воздухозаборников 22, повернутых своими входами 23 ко входу двигателя и размещенных по тракту наружного контура 4 перед смесителем 18.The inlets of the line of the
Двигатель работает следующим образом:The engine works as follows:
При работе двигателя воздух из вентилятора 1 разделяется на два потока: один из них поступает в компрессор высокого давления 2, а другой -в тракт наружного контура 4. Из тракта наружного контура 4 охлаждающий воздух поступает в воздухозаборники 22, повернутые своими входами 23 к входу двигателя. При этом давление отбора охлаждающего воздуха из тракта наружного контура 4 соответствует давлению торможения воздуха в воздухозаборниках 22. Далее воздух по магистрали подвода 17 охлаждающего воздуха через внутренние полости 15 расположенных за турбиной 7 радиальных стоек 16, входной направляющий аппарат 14 и каналы диска 13 попадает на входы 12 охлаждающих каналов 9 рабочих лопаток 8, охлаждая их внутренние полости. Далее воздух через выходы 10 выбрасывается в газовый тракт 11 турбины 7, и, смешиваясь с газом, поступает в выходную полость внутреннего контура 21.When the engine is running, the air from the
Смеситель 18 выравнивает статические давления потоков из выходной полости наружного контура 20 и из выходной полости внутреннего контура 21. Поскольку выходная полость внутреннего контура 21 сообщена с газовым трактом 11 турбины 7, то и там устанавливается такое же статическое давление. Перепад давлений, необходимый для обеспечения охлаждения рабочих лопаток 8, складывается из перепада давлений между полным давлением отбора из тракта наружного контура 4 и статическим давлением в газовом тракте 11 турбины 7.The
При работе двигателя на высотных скоростных режимах через тракт наружного контура 4 проходит большее количество воздуха, чем на земном режиме. Таким образом, скорость истечения охлаждающего воздуха в выходной полости наружного контура 20 увеличивается. Известно, что при увеличении скорости, при постоянстве статического давления, полное давление потока повышается. Поэтому полное давление отбора охлаждающего воздуха из тракта наружного контура 4 увеличивается, при сохранении равенства статических давлений выходной полости наружного контура 20 и выходной полости внутреннего контура 21, тем самым повышается активный перепад в системе охлаждения рабочих лопаток 8 турбины низкого давления 7.When the engine is operating at high-speed modes, a larger amount of air passes through the tract of the
Реализация изобретения позволяет повысить надежность рабочей лопатки турбины и снизить эксплуатационные затраты за счет повышения эффективности охлаждения турбины на режимах с максимальной температурой газа, а, следовательно, повысить ресурс как самой рабочей лопатки, так и двигателя в целом.Implementation of the invention makes it possible to increase the reliability of the turbine rotor blade and reduce operating costs by increasing the efficiency of turbine cooling at the maximum gas temperature modes, and, consequently, to increase the resource of both the rotor blade itself and the engine as a whole.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123690A RU2729312C1 (en) | 2019-07-26 | 2019-07-26 | Double-flow engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019123690A RU2729312C1 (en) | 2019-07-26 | 2019-07-26 | Double-flow engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2729312C1 true RU2729312C1 (en) | 2020-08-05 |
Family
ID=72085400
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019123690A RU2729312C1 (en) | 2019-07-26 | 2019-07-26 | Double-flow engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2729312C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2143574C1 (en) * | 1997-10-03 | 1999-12-27 | Открытое акционерное общество "А.Люлька-Сатурн" | Cooled multistage turbine of turbojet engine |
| US7856824B2 (en) * | 2007-06-25 | 2010-12-28 | Honeywell International Inc. | Cooling systems for use on aircraft |
| RU2480604C1 (en) * | 2011-11-10 | 2013-04-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Jet turbine engine |
| RU2555928C2 (en) * | 2013-11-07 | 2015-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") | Jet turbine engine |
| RU2565129C2 (en) * | 2010-02-10 | 2015-10-20 | СНЕКМА Сосьете аноним | Double-flow turbojet engine assembly and double-flow turbojet engine |
-
2019
- 2019-07-26 RU RU2019123690A patent/RU2729312C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2143574C1 (en) * | 1997-10-03 | 1999-12-27 | Открытое акционерное общество "А.Люлька-Сатурн" | Cooled multistage turbine of turbojet engine |
| US7856824B2 (en) * | 2007-06-25 | 2010-12-28 | Honeywell International Inc. | Cooling systems for use on aircraft |
| RU2565129C2 (en) * | 2010-02-10 | 2015-10-20 | СНЕКМА Сосьете аноним | Double-flow turbojet engine assembly and double-flow turbojet engine |
| RU2480604C1 (en) * | 2011-11-10 | 2013-04-27 | Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") | Jet turbine engine |
| RU2555928C2 (en) * | 2013-11-07 | 2015-07-10 | Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") | Jet turbine engine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8192148B2 (en) | Fluid return in the splitter of turbomachines with bypass-flow configuration | |
| CN106460677B (en) | Method of providing cooling flow from a compressor to a turbine in a gas turbine | |
| US20170248155A1 (en) | Centrifugal compressor diffuser passage boundary layer control | |
| US9151164B2 (en) | Dual-use of cooling air for turbine vane and method | |
| US9033668B2 (en) | Impeller | |
| CN103089328B (en) | For the blade assembly of turbine system | |
| JP2001304194A (en) | Multi-purpose air extraction at high recovery ratio | |
| US8246296B2 (en) | Aspirated impeller | |
| CN101178014A (en) | Dual interstage cooled engine | |
| US10323571B2 (en) | Method and system for inlet guide vane heating | |
| US9366260B2 (en) | Spool for turbo machinery | |
| US10830144B2 (en) | Gas turbine engine compressor impeller cooling air sinks | |
| RU2459967C1 (en) | Double-flow gas turbine engine | |
| KR102511426B1 (en) | Diffuser for a radial compressor | |
| JP2008151137A (en) | System of supplying air to vehicle and turbofan engine | |
| US11326619B2 (en) | Diffuser for a radial compressor | |
| US20140356128A1 (en) | Method and device for stabilizing a compressor current | |
| JP2017193984A (en) | Turbo machine | |
| RU2729312C1 (en) | Double-flow engine | |
| CN215633160U (en) | Turbine cooling seal air supply structure and aircraft engine | |
| US20080219843A1 (en) | Centrifugal impeller with forward and reverse flow paths | |
| GB1348127A (en) | Gas turbine engine | |
| RU2733681C1 (en) | Cooling method of working blades of turbine of double-flow gas turbine engine and device for its implementation | |
| CN116591971A (en) | A double-channel centrifugal compressor with high and low pressure ratio | |
| RU2439348C1 (en) | Gas turbine engine |




