охлаждаемая турбина

Классы МПК:F01D5/18 пустотелые лопатки; устройства для подогрева, теплоизоляции или охлаждения лопаток 
F02C7/16 отличающееся охлаждающей средой 
Автор(ы):, , ,
Патентообладатель(и):Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" (RU)
Приоритеты:
подача заявки:
2013-04-04
публикация патента:

Охлаждаемая турбина содержит сопловые лопатки, теплообменник. Каждая из сопловых лопаток 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. Транзитный дефлектор образует 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 соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе последовательно сообщен с воздушным коллектором, транзитным дефлектором раздаточной полости, транзитным воздуховодом, сопловым аппаратом закрутки, каналами охлаждения рабочего колеса и рабочей лопатки турбины. Охлаждаемая турбина снабжена охлаждающим дефлектором, выполненным с перфорационными отверстиями на двух его противоположных стенках. Охлаждающий дефлектор установлен в раздаточной полости на стенке раздаточного коллектора входной кромки с зазором относительно транзитного дефлектора и с зазором между вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки и стенками охлаждающего дефлектора с перфорационными отверстиями. В верхней и нижней полках лопатки выполнены воздуховоды, соединенные на выходе с проточной частью турбины. Вход воздуховода верхней полки и вход охлаждающего дефлектора соединены с воздушным коллектором. Вход воздуховода в нижней полке соединен с выходом охлаждающего дефлектора. Изобретение направлено на повышение эффективности и экономичности турбины. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

охлаждаемая турбина, патент № 2518768 охлаждаемая турбина, патент № 2518768 охлаждаемая турбина, патент № 2518768 охлаждаемая турбина, патент № 2518768 охлаждаемая турбина, патент № 2518768

Формула изобретения

1. 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, отличающаяся тем, что она снабжена охлаждающим дефлектором, выполненным с перфорационными отверстиями на двух его противоположных стенках, охлаждающий дефлектор установлен в раздаточной полости на стенке раздаточного коллектора входной кромки с зазором относительно транзитного дефлектора и с зазором между вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки и стенками охлаждающего дефлектора с перфорационными отверстиями, в верхней и нижней полках лопатки выполнены воздуховоды, соединенные на выходе с проточной частью турбины, вход воздуховода верхней полки и вход охлаждающего дефлектора соединены с воздушным коллектором, а вход воздуховода в нижней полке соединен с выходом охлаждающего дефлектора.

2. Охлаждаемая турбина по п.1, отличающаяся тем, что в зазоре между охлаждающим и транзитным дефлекторами выполнены направляющие элементы.

3. Охлаждаемая турбина по п.1, отличающаяся тем, что в зазоре между вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки и стенками охлаждающего дефлектора и стенками транзитного дефлектора в охлаждающих каналах выполнены центрирующие элементы.

4. Охлаждаемая турбина по п.1, отличающаяся тем, что в стенках транзитного дефлектора выполнены перфорированные отверстия.

5. Охлаждаемая турбина по п.1, отличающаяся тем, что на вогнутой и/или выпуклой стенках раздаточной полости выполнены перфорированные отверстия.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к охлаждению турбин авиационных газотурбинных двигателей.

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./

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.

Задачей изобретения является повышение эффективности и экономичности турбины.

Ожидаемый технический результат - улучшение экономичности турбины за счет понижения температуры газа перед турбиной и обеспечения оптимального расхода и температуры охлаждающего воздуха, подаваемого для охлаждения пера сопловой лопатки турбины.

Технический результат достигается тем, что известная 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, по предложению, снабжена охлаждающим дефлектором, выполненным с перфорационными отверстиями на двух его противоположных стенках, охлаждающий дефлектор установлен в раздаточной полости на стенке раздаточного коллектора входной кромки с зазором относительно транзитного дефлектора и с зазором между вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки и стенками охлаждающего дефлектора с перфорационными отверстиями, в верхней и нижней полках лопатки выполнены воздуховоды, соединенные на выходе с проточной частью турбины, вход воздуховода верхней полки и вход охлаждающего дефлектора соединены с воздушным коллектором, а вход воздуховода в нижней полке соединен с выходом охлаждающего дефлектора.

Кроме того, возможно что:

а) в зазоре между охлаждающим и транзитным дефлекторами выполнены направляющие элементы;

б) в зазоре между вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки и стенками охлаждающего дефлектора и стенками транзитного дефлектора в охлаждающих каналах выполнены центрирующие элементы;

в) в стенках транзитного дефлектора выполнены перфорационные отверстия;

г) на вогнутой и/или выпуклой стенках раздаточной полости выполнены перфорационные отверстия.

Снабжение охлаждаемой турбины охлаждающим дефлектором, выполненным с перфорационными отверстиями на двух его противоположных стенках, позволяет автономно охлаждать сопловую лопатку турбины высокого давления, обеспечивая оптимальный расход охлаждающего воздуха, что улучшает экономичность двигателя.

Установка охлаждающего дефлектора в раздаточной полости на стенке раздаточного коллектора входной кромки с зазором относительно транзитного дефлектора и с зазором между вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки и стенками охлаждающего дефлектора с перфорационными отверстиями позволяет охлаждающему воздуху омывать внутренние поверхности пера лопатки, при этом, с одной стороны, создавая более эффективное охлаждение пера самой лопатки, а с другой стороны, изолируя транзитный дефлектор от горячего воздуха проточной части, тем самым уменьшая подогрев охлаждающего воздуха, проходящего через транзитный дефлектор, что улучшает охлаждение рабочих лопаток турбины.

Выполнение в верхней и нижней полках лопатки воздуховодов, соединенных на выходе с проточной частью турбины, а также соединение входа воздуховода верхней полки с воздушным коллектором, а входа воздуховода в нижней полке с выходом охлаждающего дефлектора, позволяет дополнительно улучшить охлаждение верхней и нижней полок, за счет обеспечения максимального перепада давлений на верхней и нижней полках.

Выполнение в зазоре между охлаждающим и транзитным дефлекторами направляющих элементов обеспечивает фиксацию и облегчает установку охлаждающего и транзитного дефлекторов в раздаточной полости.

Выполнение в зазоре между вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки и стенками охлаждающего дефлектора и стенками транзитного дефлектора в охлаждающих каналах центрирующих элементов позволяет обеспечить гарантированный зазор и облегчает установку охлаждающего и транзитного дефлекторов в раздаточной полости при сборке сопловой лопатки.

Выполнение в стенках транзитного дефлектора перфорационных отверстий улучшает эффективность охлаждения пера сопловой лопатки и ликвидацию мест перегрева элементов пера сопловой лопатки.

Выполнение на вогнутой и/или выпуклой стенках пера сопловой лопатки перфорационных отверстий обеспечивает снижение температуры лопатки в зонах перегрева за счет образования завесы охлаждающего воздуха.

На фиг.1 показан продольный разрез охлаждаемой турбины;

на фиг.2 - поперечное сечение сопловой лопатки;

на фиг.3 - сечение А-А по сопловой лопатке;

на фиг.4 - сечение Б-Б по сопловой лопатке;

на фиг.5 - поперечное сечение сопловой лопатки с направляющими элементами и с перфорированным транзитным дефлектором.

Охлаждаемая турбина содержит сопловые лопатки 1, каждая из которых выполнена в виде конструктивного элемента 2, ограниченного верхней 3 и нижней 4 полками, и пространства 5 между ними, ограниченного вогнутой 6 и выпуклой 7 стенками пера лопатки 1, в виде расположенных вдоль ее оси раздаточного коллектора входной кромки 8 и раздаточной полости 9 с транзитным дефлектором 10, образующим вдоль внутренних поверхностей стенок пера охлаждающие каналы 11, сообщенные с проточной частью турбины 12.

Раздаточный коллектор входной кромки 8 соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания 13, а на выходе через перфорационные отверстия 14 во входной кромке 15 лопатки 1 с проточной частью турбины 12.

Охлаждаемая турбина содержит теплообменник 16, соединенный на входе с воздушной полостью камеры сгорания 13, а на выходе последовательно сообщенный с воздушным коллектором 17, транзитным дефлектором 10 раздаточной полости 9, транзитным воздуховодом 18, сопловым аппаратом закрутки 19, каналами охлаждения 20 рабочего колеса 21 и рабочей лопатки 22 турбины.

Охлаждаемая турбина снабжена охлаждающим дефлектором 23, выполненным с перфорационными отверстиями 24 на двух его противоположных стенках. Охлаждающий дефлектор 23 установлен в раздаточной полости 9 на стенке раздаточного коллектора входной кромки 8 с зазором 25 относительно транзитного дефлектора 10 и с зазором 26 между вогнутой 6 и выпуклой 7 стенками пера лопатки 1 и стенками охлаждающего дефлектора 23 с перфорационными отверстиями 24.

В верхней 3 и нижней 4 полках лопатки выполнены воздуховоды 27 и 28, соединенные на выходе с проточной частью турбины 12. Вход воздуховода 27 верхней полки 3 и вход охлаждающего дефлектора 23 соединены с воздушным коллектором 17, а вход воздуховода 28 в нижней полке 4 соединен с выходом охлаждающего дефлектора 23.

Для охлаждаемой турбины возможны варианты, когда:

1. В зазоре 25 между охлаждающим 23 и транзитным 10 дефлекторами выполнены направляющие элементы 29, а в зазоре 26 между вогнутой 6 и выпуклой 7 стенками пера лопатки 1 и стенками охлаждающего дефлектора 23 и стенками транзитного дефлектора 10 в охлаждающих каналах 11 выполнены центрирующие элементы 30;

2. В стенках транзитного дефлектора 10 выполнены перфорационные отверстия 31, а на вогнутой 6 и выпуклой 7 стенках раздаточной полости 9 выполнены перфорационные отверстия 32.

Охлаждение турбины осуществляется следующим образом

Воздух из воздушной камеры сгорания 13 поступает, с одной стороны, в раздаточный коллектор входной кромки 8, где через перфорационные отверстия 14 во входной кромке 15 лопатки 1 выдувается в проточную часть турбины 12, а с другой стороны, поступает в теплообменник 16, где он охлаждается и поступает в воздушный коллектор 17, где в первую очередь он транспортируется через транзитный дефлектор 10 раздаточной полости 9, транзитный воздуховод 18, сопловой аппарат закрутки 19 в каналы охлаждения 20 рабочего колеса 21 и рабочей лопатки 22 турбины, а во вторую очередь поступает и в воздуховод 27 верхней полки 3 и далее в проточную часть турбины 12, обеспечивая максимальный перепад давлений на верхней полке 3 и тем самым улучшая эффективность ее охлаждения, и в охлаждающий дефлектор 23, расположенный в раздаточной полости 9, где он, с одной стороны, через перфорационные отверстия 24 на двух противоположных стенках охлаждающего дефлектора 23 поступает в зазор 26 между вогнутой 6 и выпуклой 7 стенками пера лопатки 1 и стенками охлаждающего дефлектора 23 и охлаждающие каналы 11, где происходит охлаждение внутренних поверхностей пера лопатки и изолирование этим воздухом стенок транзитного дефлектора 10, далее этот воздух выдувается в проточную часть турбины 12, что обеспечивает максимальный перепад давления и улучшение эффективности охлаждения внутренних полостей пера лопатки, с другой стороны, транспортируется в воздуховод 28 нижней полки 4 и далее в проточную часть турбины 12, что также обеспечивает максимальный перепад давлений и улучшение охлаждения нижней полки 4.

Применение изобретения позволяет улучшить эффективность охлаждения, с одной стороны, пера сопловой лопатки, за счет обеспечения максимального перепада давлений, с другой стороны, рабочего колеса и рабочей лопатки турбины, за счет уменьшения подогрева охлаждающего воздуха при его транспортировки через транзитный дефлектор к сопловому аппарату закрутки и далее в каналы рабочего колеса и рабочей лопатки турбины.

Также изобретение позволяет улучшить экономичность турбины за счет возможности автономного охлаждения сопловой лопатки турбины высокого давления, обеспечивая оптимальный расход охлаждающего воздуха.

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

рабочая лопатка турбины газотурбинного двигателя -  патент 2529273 (27.09.2014)
способ охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя и устройство для его осуществления -  патент 2525379 (10.08.2014)
теплотрубный контур охлаждения лопатки турбины -  патент 2522156 (10.07.2014)
охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя -  патент 2519678 (20.06.2014)
способ и устройство тангенциально смещающего внутреннего охлаждения на направляющей лопатке сопла -  патент 2518775 (10.06.2014)
охлаждаемая турбина -  патент 2518729 (10.06.2014)
охлаждаемая турбина -  патент 2514818 (10.05.2014)
кольцевой неподвижный элемент для использования с паровой турбиной и паровая турбина -  патент 2511914 (10.04.2014)
охлаждаемая рабочая лопатка газовой турбины -  патент 2506429 (10.02.2014)
полая лопатка для ротора турбины, при этом лопатка включает в себя ребро -  патент 2503820 (10.01.2014)

Класс F02C7/16 отличающееся охлаждающей средой 

Наверх