RU2735972C1 - Turbojet turbine stage blades air-liquid cooling system - Google Patents
Turbojet turbine stage blades air-liquid cooling system Download PDFInfo
- Publication number
- RU2735972C1 RU2735972C1 RU2020115602A RU2020115602A RU2735972C1 RU 2735972 C1 RU2735972 C1 RU 2735972C1 RU 2020115602 A RU2020115602 A RU 2020115602A RU 2020115602 A RU2020115602 A RU 2020115602A RU 2735972 C1 RU2735972 C1 RU 2735972C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- turbine
- blades
- stage
- air
- cooling
- Prior art date
Links
- 238000001816 cooling Methods 0.000 title claims abstract description 106
- 239000007788 liquid Substances 0.000 title claims description 57
- 239000002826 coolant Substances 0.000 claims abstract description 18
- 230000002441 reversible effect Effects 0.000 claims abstract description 5
- 239000012535 impurity Substances 0.000 claims abstract 2
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims description 49
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims description 3
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims description 3
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 44
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 6
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 3
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 3
- 238000011089 mechanical engineering Methods 0.000 description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 2
- 238000005192 partition Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 230000001052 transient effect Effects 0.000 description 2
- 238000004887 air purification Methods 0.000 description 1
- 230000033228 biological regulation Effects 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 238000005266 casting Methods 0.000 description 1
- 239000000571 coke Substances 0.000 description 1
- 239000000110 cooling liquid Substances 0.000 description 1
- 230000006866 deterioration Effects 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 238000005530 etching Methods 0.000 description 1
- 238000000605 extraction Methods 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 230000003446 memory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 1
- 239000000243 solution Substances 0.000 description 1
- 239000004071 soot Substances 0.000 description 1
- 230000008646 thermal stress Effects 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
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
-
- 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
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
-
- 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
- F01D5/02—Blade-carrying members, e.g. rotors
- F01D5/08—Heating, heat-insulating or cooling means
-
- 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
-
- 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
-
- 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
-
- 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
-
- 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
-
- 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
- F02C7/16—Cooling of plants characterised by cooling medium
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области авиадвигателе строения газовых турбин, а именно к охлаждению турбин турбореактивных двигателей, в частности к охлаждению лопаток спрямляющего аппарата, лопаток турбины и рабочего колеса, предназначенным преимущественно для работы в области высоких температур.The invention relates to the field of an aircraft engine of the structure of gas turbines, namely to cooling the turbines of turbojet engines, in particular to cooling the blades of the straightening apparatus, turbine blades and impeller, intended mainly for operation in the area of high temperatures.
Задачей изобретения является повышение мощности двигателя, эффективности и экономичности турбины при ее работе на переменных и максимальных режимах, обеспечения охлаждение лопаток спрямляющего аппарата, лопаток турбины и рабочего колеса, забортным воздухом и увеличения ресурс эксплуатации двигателя.The objective of the invention is to increase the engine power, efficiency and economy of the turbine during its operation at variable and maximum modes, to provide cooling of the rectifier blades, turbine blades and impeller, outboard air and increase the engine service life.
Список литературыList of references
1. А.с. 1152289 ССР, МПК F01D 5/18. Охлаждаемая лопатка газовой турбины / В.М. Брегман, В.А. Мальков (СССР) - заявка 833532826/06, 07.01.1983.1.A.S. 1152289 SSR, IPC F01D 5/18. Cooled blade of a gas turbine / V.M. Bregman, V.A. Malkov (USSR) - application 833532826/06, 01/07/1983.
2. Стационарные газотурбинные установки / Л.В. Арсеньев, В.Г. Тырышкин, И.А. Богов и др.: Под ред. Л.В. Арсеньева и В.Г. Тырышкина. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние 1989. - 543 с.2. Stationary gas turbine installations / L.V. Arseniev, V.G. Tyryshkin, I.A. Bogov and others: Ed. L.V. Arsenyev and V.G. Tyryshkin. - L .: Mechanical engineering. Leningrad. branch 1989 .-- 543 p.
3. A.M. Дроконов. Оптимизация расхода охлаждающего воздуха в ГТД. // Совершенствование транспортных машин [Текст] + [Электронный ресурс]: сб. науч. тр. / под ред. В.В. Рогалева. - Брянск: БГТУ, 2018 - с. 147…151.3. A.M. Drokonov. Optimization of the cooling air consumption in the gas turbine engine. // Improvement of transport machines [Text] + [Electronic resource]: collection of articles. scientific. tr. / ed. V.V. Rogalev. - Bryansk: BSTU, 2018 - p. 147 ... 151.
4. Газотурбинные установки. Конструкция и расчет: Справочное пособие / Под общ. ред. Л.В. Арсеньева и В.Г. Тырышкина. - Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние 1978. - 232 с.4. Gas turbine installations. Design and calculation: Reference book / Under total. ed. L.V. Arsenyev and V.G. Tyryshkin. - L .: Mechanical engineering. Leningrad. branch 1978 .-- 232 p.
5. Патент 2268763, МПК F01D 5/18. Компонент газовой турбины / Й. Фербер, П.В. Лалетин; патентообладатель «Альстом Технолоджи ЛТД (СН)» - №2014103219/06; заявл. 30.01.2014; опубл. 10.08.2015, бюл. №22.5. Patent 2268763, IPC
6. Патент США N 4807433, НКИ 60-39.29, опубл. 1989 г.6. US patent N 4807433, NCI 60-39.29, publ. 1989 year
7. Применение эффекта памяти формы в современном машиностроении. С. Тихонов, А.П. Герасимов, И.И. Прохорова. - М.: Машиностроение, 1981. - 80 с.7. Application of the shape memory effect in modern mechanical engineering. S. Tikhonov, A.P. Gerasimov, I.I. Prokhorov. - M .: Mechanical Engineering, 1981 .-- 80 p.
Источники информацииSources of information
1. Патент США N 4275990, НКИ 416-95, опубл. 1981 г.1. US patent N 4275990, NKI 416-95, publ. 1981 year
Известны различные конструкции газовых турбин турбореактивных двигателей, в которых охлаждающий воздух проходит через сопловые и рабочие решетки, при этом газ может иметь температуру, близкую или даже превышающую точку плавления материала лопатки. Внутреннее охлаждение лопаток турбин реализуется в виде системы открытого и закрытого типов. При этом следует учитывать, что отбор даже 1% воздуха из компрессора на охлаждение проточной части турбины с температурой газа от 1300 до 1500 градусов Цельсия приводит к повышению расхода топлива агрегатом приблизительно 0,6%, что снижает эффективность работы турбины.Various designs of gas turbines of turbojet engines are known, in which the cooling air passes through the nozzle and working grids, and the gas can have a temperature close to or even higher than the melting point of the blade material. Internal cooling of turbine blades is realized in the form of an open and closed system. It should be borne in mind that the extraction of even 1% of air from the compressor for cooling the flow path of the turbine with a gas temperature of 1300 to 1500 degrees Celsius leads to an increase in the unit's fuel consumption of approximately 0.6%, which reduces the efficiency of the turbine.
Известна охлаждаемая лопатка газовой турбины, содержащая полое перо, входная часть которого имеет в зоне кромки, на спинке и корыте отверстия и размещенные в полости пера поперечные перегородки, разделяющие лопатку на ряд отдельных полостей, подключенных к источнику охлаждающей среды. При этом в полости входной части дополнительно установлены продольные перегородки, образующие со спинкой и корытом каналы, изолированные от упомянутой полости, и соединительные отверстия на спинке и корыте с одной из последующих полостей ряда.Known cooled gas turbine blade, containing a hollow feather, the inlet part of which has in the edge zone, on the back and trough holes and placed in the cavity of the feather transverse partitions, dividing the blade into a number of separate cavities connected to the source of the cooling medium. In this case, in the cavity of the inlet part, longitudinal partitions are additionally installed, forming channels with the back and the trough, isolated from the said cavity, and connecting holes on the back and the trough with one of the subsequent cavities of the row.
Недостатком данной охлаждаемой лопатки газовой турбины является невозможность регулирования подачи охлаждающего воздуха, что снижает эффективность работы турбины на переходных режимах. Недостатком этого устройства является невозможность автоматического регулирования подачи охлаждающего воздуха к лопатке и перехода с пленочного на беспленочное охлаждение кромок лопатки, что снижает эффективность работы турбины на переходных режимах ее работы.The disadvantage of this cooled gas turbine blade is the impossibility of regulating the supply of cooling air, which reduces the efficiency of the turbine in transient conditions. The disadvantage of this device is the impossibility of automatic regulation of the cooling air supply to the blade and the transition from film to filmless cooling of the blade edges, which reduces the efficiency of the turbine in transient modes of its operation.
Известна полая охлаждаемая лопатка с радиальными каналами для охлаждения сжатым воздухом (патент US №5947687). Недостатком известной лопатки является сложность в изготовлении из-за коробления, смещения стержня, оформляющего внутреннюю полость при отливке лопатки, а также трудность вытравливания стержня только через полость в замковой части лопатки. Known cooled hollow blade with radial channels for cooling with compressed air (US patent No. 5947687). The disadvantage of the known blade is the difficulty in manufacturing due to warpage, displacement of the rod, which forms the inner cavity when casting the blade, as well as the difficulty of etching the rod only through the cavity in the locking part of the blade.
Наиболее близкой к заявляемой конструкции является охлаждаемая лопатка газовой турбины, содержащая полое перо с радиальными каналами во внутренней полости и с заглушкой (патент RU №2106499). Недостатком конструкции, принятой за прототип, является сложность в изготовлении, недостаточная надежность лопатки турбомашины. Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату является охлаждаемая турбина, содержащая сопловые лопатки, каждая из которых выполнена в виде конструктивного элемента, ограниченного верхней и нижней полками, и пространства между ними, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки, в виде расположенных вдоль ее оси раздаточного коллектора входной кромки и раздаточной полости с транзитным дефлектором, образующим вдоль внутренних поверхностей стенок пера охлаждающие каналы, сообщенные с проточной частью турбины, раздаточный коллектор входной кромки соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе через перфорационные отверстия во входной кромке лопатки с проточной частью турбины, теплообменник, соединенный на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе последовательно сообщенный с воздушным коллектором, транзитным дефлектором раздаточной полости, транзитным воздуховодом, сопловым аппаратом закрутки, каналами охлаждения рабочего колеса и рабочей лопатки турбины. RU №2196239, МПК7 F02C 7/12, опубликовано 10.01.2001 г.Closest to the claimed design is a cooled gas turbine blade containing a hollow blade with radial channels in the inner cavity and with a plug (RU patent No. 2106499). The disadvantage of the design, taken as a prototype, is the difficulty in manufacturing, insufficient reliability of the turbomachine blade. The closest in technical essence and the achieved result is a cooled turbine containing nozzle blades, each of which is made in the form of a structural element bounded by the upper and lower shelves, and the space between them, bounded by the concave and convex walls of the blade airfoil, in the form of located along its axis the distributing header of the leading edge and the dispensing cavity with a transit deflector forming cooling channels along the inner surfaces of the feather walls, connected with the turbine flow path, the distributing header of the leading edge is connected at the inlet with the air cavity of the combustion chamber, and at the outlet through the perforations in the leading edge of the blade with the flow path of the turbine, a heat exchanger connected at the inlet with the air cavity of the combustion chamber, and at the outlet in series with the air manifold, the transit deflector of the dispensing cavity, the transit air duct, the swirling nozzle, the working cooling channels wheels and turbine rotor blades. RU No. 2196239, IPC 7 F02C 7/12, published 10.01.2001
Недостатком такой охлаждаемой турбины является то, что транзит охлаждающего воздуха к сопловому аппарату закрутки и охлаждение пера сопловой лопатки турбины высокого давления осуществляется совместно через общий дефлектор, что, с одной стороны, приводит к подогреву охлаждающего воздуха, идущего к сопловому аппарату закрутки, а с другой стороны, к зависимости количества охлаждающего воздуха, идущего к сопловому аппарату закрутки и количества охлаждающего воздуха, отобранного на охлаждение сопловой лопатки турбины высокого давления друг от друга, снижая тем самым эффективность охлаждения как самой сопловой лопатки турбины высокого давления, так и рабочей лопатки турбины, повышая тем самым требуемый уровень расхода охлаждающего воздуха, что приводит к ухудшению экономичности двигателя в целом.The disadvantage of such a cooled turbine is that the transit of cooling air to the swirl nozzle and the cooling of the nozzle blade of the high-pressure turbine is carried out jointly through a common deflector, which, on the one hand, leads to heating of the cooling air going to the swirl nozzle, and on the other hand, to the dependence of the amount of cooling air going to the swirl nozzle apparatus and the amount of cooling air taken to cool the high-pressure turbine nozzle blade from each other, thereby reducing the cooling efficiency of both the high-pressure turbine nozzle blade itself and the turbine rotor blade, increasing thus the required level of cooling air consumption, which leads to a deterioration in the efficiency of the engine as a whole.
Повысить эффективность турбины и перечисленных видов охлаждения лопаток можно, используя предварительно охлажденный воздух, например, в специальных теплообменниках, расположенных во втором контуре ТРДД (АЛ-31) Однако установка теплообменников во втором контуре ухудшает его гидравлические характеристики и в итоге увеличивает удельный расход топлива. Кроме того, подача холодного воздуха на нагретые поверхности может вызвать значительные термические напряжения из-за больших перепадов температур., отбираемым из-за компрессора двигателя, существенно увеличивает удельный расход топлива за счет того, что на сжатие охлаждающего воздуха затрачивается часть работы цикла, а работы этот воздух совершает меньше, чем мог бы совершить, проходя через проточную часть турбины, так как при протекании по каналам охлаждения теряет часть своей энергии. Рост степени повышения давления в современных газотурбинных двигателях приводит к повышению температуры охлаждающего воздуха и уменьшению температурного напора. Ориентировочно можно считать, что в зависимости от КПД узлов двигателя отбора воздуха на охлаждение турбины увеличивает удельный расход топлива на 0,5-0,7. Отбор воздуха на охлаждение турбины на современных двигателях составляет Gохл 10...12%, что приводит к значительному увеличению удельного расхода топлива.It is possible to increase the efficiency of the turbine and the listed types of cooling of the blades using pre-cooled air, for example, in special heat exchangers located in the second circuit of the turbofan engine (AL-31) However, the installation of heat exchangers in the second circuit worsens its hydraulic characteristics and, as a result, increases the specific fuel consumption. In addition, the supply of cold air to heated surfaces can cause significant thermal stresses due to large temperature differences., Taken from the engine compressor, significantly increases the specific fuel consumption due to the fact that part of the cycle work is spent on compressing the cooling air, and the work this air does less than it could do when passing through the flow path of the turbine, since it loses part of its energy when flowing through the cooling channels. An increase in the degree of pressure increase in modern gas turbine engines leads to an increase in the temperature of the cooling air and a decrease in the temperature head. Roughly, it can be considered that depending on the efficiency of the engine air bleed units for cooling the turbine, the specific fuel consumption increases by 0.5-0.7. The air intake for cooling the turbine on modern engines is
Другим недостатком способа охлаждения турбины воздухом, отбираемым из-за компрессора или вторичным воздухом камеры сгорания, является то, что в этом воздухе присутствует значительное количество посторонних частиц от выработки уплотнений компрессора, сажи, кокса от неполного сгорания топлива, а также пыли, попадающей на вход в компрессор двигателя. Попадание посторонних частиц внутрь лопаток и налипание их на стенки, уменьшая диаметр охлаждающих отверстий спрямляющего аппарата и лопаток турбины, значительно снижает теплоотвод от стенки к воздуху за счет роста температурного градиента в стенке лопатки, что увеличивает температуру лопатки. Следует отметить, что это явление особенно присуще вертолетным двигателям и в меньшей степени проявляется на силовых установках самолетов. Влияние отложений усугубляется при больших ресурсах двигателей.Another disadvantage of the method of cooling the turbine with air taken from the compressor or secondary air from the combustion chamber is that this air contains a significant amount of foreign particles from the production of compressor seals, soot, coke from incomplete combustion of fuel, as well as dust entering the inlet into the engine compressor. The ingress of foreign particles into the blades and their adhesion to the walls, reducing the diameter of the cooling holes of the straightener and turbine blades, significantly reduces the heat transfer from the wall to the air due to the growth of the temperature gradient in the blade wall, which increases the blade temperature. It should be noted that this phenomenon is especially characteristic of helicopter engines and to a lesser extent manifests itself in aircraft power plants. The influence of deposits is aggravated with long engine resources.
Техническим результатом изобретения является, увеличение мощности, срока эксплуатации и улучшение характеристик двигателя.The technical result of the invention is to increase power, service life and improve engine performance.
Техническим результат достигается тем, что воздух для охлаждения лопаток турбины и рабочего колеса забирается снаружи летательного аппарата, в рабочие колеса первой и второй ступени турбины встроены центробежные компрессора, в которые поступает отфильтрованный забортный воздух. Перед поступлением в спрямляющие и турбинные лопатки турбины воздух дожимается лопатками центробежного компрессора и лопатками повышения давления охлаждающей воздушно-жидкостной смеси, и спрямляющими лопатками охлаждающей воздушно-жидкостной смеси. Охлаждающий очищенный воздух охлаждает все элементы турбины. При работе двигателя на максимальном режиме и при включенном форсаже, в центробежный компрессор турбин дополнительно подаётся охлаждающая жидкость (вода). The technical result is achieved by the fact that the air for cooling the turbine blades and the impeller is taken from outside the aircraft; centrifugal compressors are built into the impellers of the first and second turbine stages, into which filtered outboard air enters. Before entering the straightening and turbine blades of the turbine, the air is compressed by the centrifugal compressor blades and the blades for increasing the pressure of the cooling air-liquid mixture, and by the straightening blades of the cooling air-liquid mixture. Cooling purified air cools all elements of the turbine. When the engine is running at maximum speed and with the afterburner on, an additional cooling liquid (water) is supplied to the centrifugal compressor of the turbines.
Изобретение иллюстрируется графическими материалами, где на:The invention is illustrated by graphic materials, where:
Фиг. 1. Система охлаждения воздушно-жидкостного лопаток ступеней турбины турбореактивного двигателя. FIG. 1. Cooling system for air-liquid blades of turbine stages of a turbojet engine.
1. Роторный вал;1. Rotor shaft;
2. Корпус 1 рабочего колеса, первой ступени лопаток турбины;2. Housing 1 of the impeller, the first stage of the turbine blades;
3. Корпус 2 рабочего колеса первой ступени лопаток турбины;3.
4. Лопатки центробежного компрессора первой ступени турбины;4. Blades of the centrifugal compressor of the first stage of the turbine;
5. Кольцевая камера сгорания;5. Annular combustion chamber;
6. Спрямляющие лопатки первой ступени турбины;6. Straightening blades of the first stage of the turbine;
7. Лопатки первой ступени турбины;7. Blades of the first stage of the turbine;
8. Спрямляющие лопатки второй ступени турбины;8. Straightening blades of the second stage of the turbine;
9. Лопатки второй ступени турбины;9. Blades of the second stage of the turbine;
10. Корпус обтекателя;10. Fairing body;
11. Узел крепления двигателя;11. Engine mounting unit;
12. Трубопровод охлаждающей жидкости (воды);12. Coolant (water) pipeline;
13. Воздухопроводный патрубок;13. Air inlet;
14. Очищенный воздух;14. Purified air;
15. Нагнетающий насос охлаждающей жидкости (воды) с реверсивным электродвигателем;15. Coolant (water) injection pump with reversible electric motor;
16. Резервуар охлаждающей жидкости (воды);16. Coolant (water) reservoir;
17. Фильтр тонкой очистки забортного воздуха;17. Filter for fine cleaning of outboard air;
18. Воздухопроводный патрубок;18. Air inlet;
19. Выход загрязнённого воздуха;19. Outlet of polluted air;
20. Центробежный фильтр;20. Centrifugal filter;
21. Забортный воздух;21. Outboard air;
22. Воздухопроводный патрубок;22. Air inlet;
23. Лопатки центробежного компрессора второй ступени турбины;23. Blades of the centrifugal compressor of the second stage of the turbine;
24. Корпус 1 рабочего колеса, второй ступени лопаток турбины;24. Housing 1 of the impeller, the second stage of the turbine blades;
25. Корпус 2 рабочего колеса, второй ступени лопаток турбины;25.
26. Корпус забортного охлаждающего воздуха;26. Housing for outside cooling air;
27. Стойка крепления форсунки охлаждающей жидкости (воды);27. Rack for mounting the coolant (water) nozzle;
28. Форсунка охлаждающей жидкости (воды);28. Coolant (water) nozzle;
29. Охлаждающая воздушно-жидкостная смесь.29. Cooling air-liquid mixture.
Фиг. 2. Система охлаждения воздушно-жидкостного лопаток ступеней турбины турбореактивного двигателя. FIG. 2. Cooling system of air-liquid blades of turbine stages of a turbojet engine.
3. Корпус 2 рабочего колеса первой ступени лопаток турбины;3.
4. Лопатка центробежного компрессора первой ступени турбины;4. Blade of the centrifugal compressor of the first stage of the turbine;
6. Лопатка спрямляющего аппарата лопатки первой ступени турбины;6. Blade of the straightening apparatus of the blade of the first stage of the turbine;
7. Лопатки второй ступени турбины;7. Blades of the second stage of the turbine;
8. Спрямляющие лопатки второй ступени турбины; 8. Straightening blades of the second stage of the turbine;
23. Лопатки центробежного компрессора второй ступени турбины;23. Blades of the centrifugal compressor of the second stage of the turbine;
24. Корпус 1 рабочего колеса, второй ступени лопаток турбины;24. Housing 1 of the impeller, the second stage of the turbine blades;
25. Корпус 2 рабочего колеса, второй ступени лопаток турбины;25.
29. Охлаждающая воздушно-жидкостная смесь;29. Cooling air-liquid mixture;
30. Спрямляющая лопатка охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) первой ступени компрессора;30. Straightening blade of the cooling air-liquid mixture (water) of the first stage of the compressor;
31. Торцевой канал охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) лопаток первой ступени турбины;31. End channel of the cooling air-liquid mixture (water) of the first stage turbine blades;
32. Средний канал охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) лопаток первой ступени турбины;32. Middle channel of the cooling air-liquid mixture (water) of the turbine first stage blades;
33. Концевой канал охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) лопаток первой ступени турбины;33. End channel of the cooling air-liquid mixture (water) of the first stage turbine blades;
34. Лопатка повышения давления охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) первой ступени турбины;34. Blade for increasing the pressure of the cooling air-liquid mixture (water) of the first stage of the turbine;
35. Кольцевая полка с бандажными уплотнителями первой ступени турбины;35. Annular shelf with bandage seals of the first stage of the turbine;
36. Выход охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) из лопаток спрямляющего аппарата второй ступени турбины;36. Outlet of the cooling air-liquid mixture (water) from the blades of the straightening apparatus of the second stage of the turbine;
37. Спрямляющая лопатка охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) второй ступени компрессора;37. Straightening blade of the cooling air-liquid mixture (water) of the second stage of the compressor;
38. Торцевой канал охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) лопаток второй ступени турбины;38. End channel of the cooling air-liquid mixture (water) of the blades of the second stage of the turbine;
39. Лопатка повышения давления охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) второй ступени турбины; 39. Blade for increasing the pressure of the cooling air-liquid mixture (water) of the second stage of the turbine;
40. Средний канал охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) лопаток второй ступени турбины;40. The middle channel of the cooling air-liquid mixture (water) of the blades of the second stage of the turbine;
41. Концевой канал охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) лопаток второй ступени турбины;41. End channel of the cooling air-liquid mixture (water) of the blades of the second stage of the turbine;
42. Кольцевая полка с бандажными уплотнителями второй ступени турбины;42. Annular shelf with bandage seals for the second stage of the turbine;
43. Выход охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) из лопаток второй ступени турбины;43. Outlet of the cooling air-liquid mixture (water) from the blades of the second stage of the turbine;
44. Выход охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) из лопаток первой ступени турбины;44. Outlet of the cooling air-liquid mixture (water) from the blades of the first stage of the turbine;
45. Движение охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) спрямляющих лопаток первой ступени турбины;45. The movement of the cooling air-liquid mixture (water) of the straightening blades of the first stage of the turbine;
46. Полость охлаждающей воздушно-жидкостной смеси спрямляющих лопаток первой ступени турбины;46. The cavity of the cooling air-liquid mixture of the straightening blades of the first stage of the turbine;
47. Выход охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) из лопаток спрямляющего аппарата первой ступени турбины;47. Outlet of the cooling air-liquid mixture (water) from the blades of the straightening apparatus of the first stage of the turbine;
48. Движение охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) спрямляющих лопаток второй ступени турбины;48. The movement of the cooling air-liquid mixture (water) of the straightening blades of the second stage of the turbine;
49. Полость охлаждающей воздушно-жидкостной смеси спрямляющих лопаток второй ступени турбины;49. The cavity of the cooling air-liquid mixture of the straightening blades of the second stage of the turbine;
50, 51, 52. Отверстия в кольцевой полки с бандажными уплотнителями первой ступени турбины;50, 51, 52. Holes in the annular flange with shroud seals of the first stage of the turbine;
53, 54, 55. Отверстия в кольцевой полки с бандажными уплотнителями второй ступени турбины.53, 54, 55. Holes in the annular shelf with bandage seals of the second stage of the turbine.
Работа системы охлаждения воздушно-жидкостного лопаток ступеней турбины турбореактивного двигателя осуществляется следующим образом: При вращении рабочих колёс первой и второй ступени турбины (которые состоят: первая ступень турбины - из корпуса 1 рабочего колеса, первой ступени лопаток турбины 2 и корпус 2 рабочего колеса первой ступени лопаток турбины 3, между которыми установлены и закреплены лопатки центробежного компрессора первой ступени турбины 4 которые образуют центробежный компрессор первой ступени, вторая ступень турбины - из корпуса 1 рабочего колеса, второй ступени лопаток турбины 24, корпус 2 рабочего колеса, второй ступени лопаток турбины 25, между которыми установлены и закреплены лопатки центробежного компрессора второй ступени турбины 23, которые образуют центробежный компрессор второй ступени), за счёт возникновения центробежных сил в центробежных компрессорах первой и второй ступеней турбины происходит засасывание охлаждающего забортного воздуха 21, который проходит через центробежный фильтр 20, где крупные частицы воздуха удаляются в атмосферу через патрубок загрязнённого воздуха 19, по воздухопроводному патрубку 18, воздух поступает в фильтр тонкой очистки забортного воздуха 17, для окончательной очистка воздуха, далее воздух поступает по воздухопроводному патрубку 13 и воздухопроводному патрубку 22 в корпус 26.The operation of the cooling system of the air-liquid blades of the turbine stages of a turbojet engine is carried out as follows: When the impellers of the first and second stages of the turbine rotate (which consist of: the first stage of the turbine - from the housing 1 of the impeller, the first stage of turbine blades 2 and the housing 2 of the impeller of the first stage turbine blades 3, between which the centrifugal compressor blades of the first stage of the turbine 4 are installed and fixed, which form the centrifugal compressor of the first stage, the second stage of the turbine - from the impeller housing 1, the second stage of the turbine blades 24, the impeller housing 2, the second stage of the turbine blades 25, between which are installed and fixed blades of the centrifugal compressor of the second stage of the turbine 23, which form the centrifugal compressor of the second stage), due to the occurrence of centrifugal forces in the centrifugal compressors of the first and second stages of the turbine, the cooling outside air 21 is sucked in, which passes through a centrifugal filter 20, where large air particles are removed to the atmosphere through the polluted air pipe 19, through the air pipe 18, the air enters the outboard air fine filter 17 for final air purification, then the air enters through the air pipe 13 and the air pipe 22 to building 26.
Из корпуса 26 воздух поступает в центробежный компрессор первой ступени турбины повышая его давление и продвигается по каналам: From
- торцевой канал охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) лопаток первой ступени турбины 31;- the end channel of the cooling air-liquid mixture (water) of the blades of the first stage of the
- средний канал охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) лопаток первой ступени турбины 32.;- the middle channel of the cooling air-liquid mixture (water) of the blades of the first stage of the turbine 32 .;
- концевой канал охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) лопаток первой ступени турбины 33;- the end channel of the cooling air-liquid mixture (water) of the blades of the first stage of the
Проходя по каналам 31, 32, 33 происходит охлаждение внутренней полости лопатки первой ступени турбины 7 вышедший под давлением воздух из выходных отверстий охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) из лопаток первой ступени турбины 44, препятствует повышению температуры лопаток первой ступени турбины 7.Passing through the
Воздух, проходящий по каналам 31, 32, 33 поступает через отверстия 50, 51, 52 в кольцевой полки с бандажными уплотнителями первой ступени турбины 35, на лопатки повышения давления охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) первой ступени турбины 34 и спрямляющие лопатки охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) первой ступени компрессора 30. The air passing through the
Лопатки повышения давления охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) первой ступени турбины 34 и спрямляющие лопатки охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) первой ступени компрессора 30, при вращении выполняют работу осевого компрессора, повышая давление воздуха.The blades for increasing the pressure of the cooling air-liquid mixture (water) of the first stage of the
Далее воздух под давлением поступает в полости охлаждающей воздушно-жидкостной смеси спрямляющих лопаток первой ступени турбины 46, охлаждая внутреннею полость спрямляющих лопаток турбины 6. Вышедший под давлением воздух из выходных отверстий охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) 47 препятствует повышению температуры лопаток спрямляющего аппарата лопаток первой ступени турбины 6.Further, pressurized air enters the cavities of the cooling air-liquid mixture of the straightening blades of the first stage of the turbine 46, cooling the inner cavity of the straightening blades of the
Так же из корпуса 26 воздух поступает в центробежный компрессор второй ступени турбины повышая его давление и продвигается по каналам: Also, from the
- торцевой канал охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) лопаток первой ступени турбины 38;- the end channel of the cooling air-liquid mixture (water) of the blades of the first stage of the
- средний канал охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) лопаток первой ступени турбины 40;- the middle channel of the cooling air-liquid mixture (water) of the blades of the first stage of the
- концевой канал охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) лопаток первой ступени турбины 41.- the end channel of the cooling air-liquid mixture (water) of the blades of the first stage of the
Проходя по каналам 38, 40, 41 происходит охлаждение внутренней полости лопатки второй ступени турбины 9 вышедший под давлением воздух из выходных отверстий охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) из лопаток первой ступени турбины 43, препятствует повышению температуры лопаток второй ступени турбины 9.Passing through the
Воздух, проходящий по каналам 38, 40, 41 поступает через отверстия 53, 54, 55 в кольцевой полки с бандажными уплотнителями второй ступени турбины 42, на лопатки повышения давления охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) второй ступени турбины 39 и спрямляющие лопатки охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) первой ступени компрессора 37. The air passing through the
Лопатки повышения давления охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) второй ступени турбины 39 и спрямляющие лопатки охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) первой ступени компрессора 37, при вращении выполняют работу осевого компрессора, повышая давление воздуха.The blades for increasing the pressure of the cooling air-liquid mixture (water) of the second stage of the
Далее воздух под давлением поступает в полости охлаждающей воздушно-жидкостной смеси спрямляющих лопаток второй ступени турбины 48, охлаждая внутреннею полость спрямляющих лопаток турбины 8. Вышедший под давлением воздух из выходных отверстий охлаждающей воздушно-жидкостной смеси (воды) 36 препятствует повышению температуры лопаток спрямляющего аппарата лопаток второй ступени турбины 8.Further, the air under pressure enters the cavities of the cooling air-liquid mixture of the straightening blades of the second stage of the
Охлаждающий забортный воздух 21 проходя между корпусом 1 рабочего колеса, первой ступени лопаток турбины 2 и корпусом 2 рабочего колеса первой ступени лопаток турбины 3 и лопатками центробежного компрессора первой ступени турбины 4 - охлаждает рабочее колесо первой ступени турбины.Cooling
Охлаждающий забортный воздух 21 проходя между корпусом 1 рабочего колеса и второй ступени лопаток турбины 24 и корпусом 2 рабочего колеса, второй ступени лопаток турбины 25 лопатками центробежного компрессора второй ступени турбины 23 - охлаждает рабочее колесо второй ступени турбины.Cooling
При увеличении оборотов двигателя с крейсерских до максимальных и влечении форсажа из резервуара охлаждающей жидкости (воды) 16, жидкость поступает в нагнетающий насос охлаждающей жидкости (воды) с реверсивным электродвигателем 15 (Количество охлаждающей жидкости регулируется реверсивным электродвигателем обеспечивая благоприятные условия работы лопаток турбины), по трубопроводу охлаждающая жидкости(воды) 12, поступает в форсунку охлаждающей жидкости (воды) 28, распыляясь смешивается с потоком охлаждающим воздухом образуя воздуха-жидкостную смесь, которая под давления поступает на лопатки турбины обеспечивая нормальную работу двигателя при изменении оборотов двигателя до максимальных и включение форсажа.With an increase in engine speed from cruising to maximum and afterburner engagement from the coolant (water)
Предложенное техническое решение не известно из доступных источников информации о системы охлаждения воздушно-жидкостного лопаток ступеней турбины и рабочего колеса турбореактивного двигателя, из которого следует, что может быть практически реализовано в производстве, то есть способствует критериям патентоспособности.The proposed technical solution is not known from available sources of information about the cooling system of the air-liquid blades of the turbine stages and the impeller of a turbojet engine, from which it follows that it can be practically implemented in production, that is, contributes to the criteria of patentability.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020115602A RU2735972C1 (en) | 2020-05-10 | 2020-05-10 | Turbojet turbine stage blades air-liquid cooling system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2020115602A RU2735972C1 (en) | 2020-05-10 | 2020-05-10 | Turbojet turbine stage blades air-liquid cooling system |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2735972C1 true RU2735972C1 (en) | 2020-11-11 |
Family
ID=73460717
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2020115602A RU2735972C1 (en) | 2020-05-10 | 2020-05-10 | Turbojet turbine stage blades air-liquid cooling system |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2735972C1 (en) |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6672075B1 (en) * | 2002-07-18 | 2004-01-06 | University Of Maryland | Liquid cooling system for gas turbines |
EP2450531A1 (en) * | 2010-11-04 | 2012-05-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Cooling of an axial compressor |
RU2500893C1 (en) * | 2012-08-07 | 2013-12-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" | System of liquid cooling of power gas turbine high-temperature stage blades |
RU2519678C1 (en) * | 2013-02-27 | 2014-06-20 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Gas turbine engine cooled turbine |
KR20180071347A (en) * | 2015-11-27 | 2018-06-27 | 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤 | A flow path forming plate, a flow path forming coarse member having the same, and a stator, a gas turbine, a method for manufacturing a flow path forming plate, and a method for converting a flow path forming plate |
-
2020
- 2020-05-10 RU RU2020115602A patent/RU2735972C1/en active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6672075B1 (en) * | 2002-07-18 | 2004-01-06 | University Of Maryland | Liquid cooling system for gas turbines |
EP2450531A1 (en) * | 2010-11-04 | 2012-05-09 | Siemens Aktiengesellschaft | Cooling of an axial compressor |
RU2500893C1 (en) * | 2012-08-07 | 2013-12-10 | Открытое акционерное общество "Всероссийский дважды ордена Трудового Красного Знамени теплотехнический научно-исследовательский институт" | System of liquid cooling of power gas turbine high-temperature stage blades |
RU2519678C1 (en) * | 2013-02-27 | 2014-06-20 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Gas turbine engine cooled turbine |
KR20180071347A (en) * | 2015-11-27 | 2018-06-27 | 미츠비시 히타치 파워 시스템즈 가부시키가이샤 | A flow path forming plate, a flow path forming coarse member having the same, and a stator, a gas turbine, a method for manufacturing a flow path forming plate, and a method for converting a flow path forming plate |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10494949B2 (en) | Oil cooling systems for a gas turbine engine | |
US8307662B2 (en) | Gas turbine engine temperature modulated cooling flow | |
US3734639A (en) | Turbine cooling | |
US10323571B2 (en) | Method and system for inlet guide vane heating | |
JP6925690B2 (en) | Particle Separator Assembly for Turbine Engines | |
US20140209286A1 (en) | Gas turbine engine integrated heat exchanger | |
US12123350B2 (en) | Three-stream engine having a heat exchanger | |
JP2017507279A (en) | Fan rotor for turbomachines such as multi-stream turbojet engines driven by reduction gears | |
US20180171871A1 (en) | Surface Cooler with Flow Recirculation | |
CN114718656B (en) | System for controlling blade clearance in a gas turbine engine | |
US11391364B2 (en) | Gear assembly for aeronautical engine with collector | |
EP3597857A1 (en) | Airfoil having angled trailing edge slots | |
US10041375B2 (en) | Apparatus for oil collection and heat exchanging for turbine engines | |
RU2735972C1 (en) | Turbojet turbine stage blades air-liquid cooling system | |
US10619489B2 (en) | Airfoil having end wall contoured pedestals | |
US20190170009A1 (en) | Turbine engine with clearance control system | |
RU2733681C1 (en) | Cooling method of working blades of turbine of double-flow gas turbine engine and device for its implementation | |
CN113454321B (en) | Turbomachine including a heat exchanger in a secondary path | |
US10947859B2 (en) | Clearance control arrangement | |
US11815030B1 (en) | Contrail suppression system | |
EP3351767A1 (en) | Intercooled cooling air system with bypass | |
US10533610B1 (en) | Gas turbine engine fan stage with bearing cooling | |
US10900370B2 (en) | Gas turbine engine offtake | |
US20250129747A1 (en) | Nacelle for a gas turbine engine | |
US12228075B2 (en) | Integral engine inlet frame air-cooled oil cooling apparatus |