СОПЛОВОЙ АППАРАТ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1999 года по МПК F01D9/02 F01D25/12 

Изобретение относится к статорам газовых турбин, а именно к их сопловым аппаратам.

Известен сопловой аппарат газовой турбины, содержащий лопатки, установленные в корпусе, и козырек, образующий с корпусом осевую кольцевую щель для подвода охлаждающего воздуха к периферийным концам лопаток [1].

Известен также сопловой аппарат газовой турбины, содержащий лопатки, установленные между наружной и внутренней обечайками, вокруг по меньшей мере одной из которых установлен козырек, вместе с обечайкой образующий кольцевой щелевой канал для подвода охлаждающего воздуха [2].

Недостатком указанных выше сопловых аппаратов является низкая эффективность охлаждения участка соплового аппарата, примыкающих к входным кромкам сопловых лопаток. Это объясняется неравномерным распределением расхода охлаждающего воздуха вследствие переменного в окружном направлении перепада давления в системе охлаждения. Указанный недостаток объясняется следующими причинами. Как известно, полное давление вторичного воздуха, отбираемого на охлаждение, обычно всего на 2-3% превышает полное давление рабочего тела перед сопловым аппаратом. При этом статическое давление рабочего тела перед сопловым аппаратом в зоне входных кромок отличается от полного давления, примерно, на 1-3%, в то время как статическое давление газа перед сопловым аппаратом для зоны, расположенной между лопатками, ниже полного давления на 5-8%. Таким образом, перепад давления в системе охлаждения для участков кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок лопаток, оказывается примерно в 2-3 раза меньшим, чем для участков кольцевого щелевого канала, расположенных между входными кромками лопаток. Данное обстоятельство и является причиной обеднения охлаждающим воздухом участков соплового аппарата в зоне входных кромок лопаток, отмеченный факт убедительно подтверждается дефектами, имеющими место в конструкциях высокотемпературных сопловых аппаратов газовых турбин, где применяется заградительное охлаждение с помощью кольцевого щелевого канала, расположенного перед сопловым аппаратом у границы проточной части.

Задача изобретения - уменьшить неравномерность распределения расхода охлаждающего воздуха в окружном направлении в системе охлаждения лопаток и тем самым повысить эффективность охлаждения участков соплового аппарата, примыкающих к входным кромкам сопловых лопаток.

Указанная задача достигается тем, что в сопловом аппарате газовой турбины, содержащем лопатки, установленные между наружной и внутренней обечайками, вокруг по меньшей мере одной из которых установлен козырек, вместе с обечайкой образующий кольцевой щелевой канал для подвода охлаждающего воздуха, в нем выходной срез козырька размещен в межлопаточном канале, в кольцевом щелевом канале по обе стороны входных кромок лопаток установлены продольные ребра, а площади проходных сечений секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок и между ними, связаны с длинами дуг секций соотношением: F₁/F₂ • L₂/L₁ = 1,4 - 1,8, где F₁ - площадь проходного сечения секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок лопаток: F₂ - площадь проходного сечения секций кольцевого щелевого канала, расположенных между входными кромками лопаток; L₁ - длина дуги секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок лопаток; L₂ - длина дуги секций кольцевого щелевого канала, расположенных между входными кромками лопаток.

Новым здесь является то, что выходной срез козырька размещен в межлопаточном канале, в кольцевом щелевом канале по обе стороны входных кромок лопаток установлены продольные ребра, а площади проходных сечений секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок и между ними, связаны с длинами дуг секций соотношением: F₁/F₂ • L₂/L₁ = 1,4 - 1,8, где F₁ - площадь проходного сечения секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок лопаток; F₂ - площадь проходного сечения секций кольцевого щелевого канала, расположенных между входными кромками лопаток; L₁ - длина дуги секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок лопаток; L₂ - длина дуги секций кольцевого щелевого канала, расположенных между входными кромками лопаток.

Из уровня техники неизвестно, чтобы в известных нам решениях выходной срез козырька был размещен в межлопаточном канале, в кольцевом щелевом канале по обе стороны входных кромок лопаток были установлены продольные ребра, а площади проходных сечений секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок и между ними, связаны с длинами дуг секций соотношением: F₁/F₂ • L₂/L₁ = 1,4 - 1,8, где F₁ - площадь проходного сечения секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок лопаток; F₂ - площадь проходного сечения секций кольцевого щелевого канала, расположенных между входными кромками лопаток; L₁ - длина дуги секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок лопаток; L₂ - длина дуги секций кольцевого щелевого канала, расположенных между входными кромками лопаток.

Размещая выходной срез козырька в межлопаточном канале и устанавливая там продольные ребра по обе стороны от входных кромок лопаток, мы принудительно заставляем нужную нам часть охлаждающего воздуха, вытекающего из выходного среза, поступать в район входной кромки лопатки, являющийся наиболее теплонапряженным. Причем варьируя в заданном интервале соотношениями длин и площадей проходных сечений секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок лопаток, и секций кольцевого щелевого канала, расположенных между входными кромками лопаток, можно не увеличивая общий расход охлаждающего воздуха, уменьшить неравномерность распределения расхода охлаждающего воздуха в окружном направлении в системе охлаждения лопаток и тем самым повысить эффективность охлаждения участков соплового аппарата, примыкающих к входным кромкам сопловых лопаток.

На фиг. 1 показан продольный разрез соплового аппарата газовой турбины;
на фиг. 2 показан поперечный разрез соплового аппарата газовой турбины в месте расположения кольцевого щелевого канала;
на фиг. 3 показан вид сверху на зону входной кромки лопатки.

Охлаждаемый сопловой аппарат содержит сопловые лопатки 1, установленные между наружной 2 и внутренней 3 обечайками. Наружная обечайка 2 закреплена в корпусе 4. У наружной обечайки 2 размещен козырек 5, с помощью которого образован кольцевой щелевой канал 6 для подвода охлаждающего воздуха. Выходной срез 7 козырька 5 имеет выемку 8 напротив входных кромок 9 лопаток 1 и размещен в межлопаточном канале 10. В кольцевом щелевом канале 6 по обе стороны входных кромок 9 лопаток 1 установлены продольные ребра 11. Продольные ребра 11 разделяют кольцевой щелевой канал 6 на секции 12, расположенные напротив входных кромок 9 сопловых лопаток 1, и на секции 13, расположенные между входными кромками 9 сопловых лопаток 1. Площади проходных сечений секций 12 и секций 13 кольцевого щелевого канала 6 связаны с длинами дуг секций соотношением: F₁/F₂ • L₂/L₁ = 1,4 - 1,8, где F₁ - площадь проходного сечения секций 12, F₂ - площадь проходного сечения секций 13, L₁ - длина дуги секций 12, а L₂ - длина дуги секций 13.

Во время работы охлаждающий воздух поступает в кольцевой щелевой канал 6, причем, часть воздуха проходит в секциях 12, расположенных напротив входных кромок 9, а другая часть - в секциях 13, расположенных между входными кромками 9 сопловых лопаток 1.

Продольные ребра 11 предотвращают перетечки охлаждающего воздуха между секциями 12 и 13 кольцевого щелевого канала 6. Воздух, поступающий в секции 12, производит охлаждение участков соплового аппарата, расположенных вблизи сопловых лопаток 1, а воздух, поступающий в секции 13, производит охлаждение участков соплового аппарата, расположенных между сопловыми лопатками 1. В процессе движения в межлопаточном канале 10 охлаждающий воздух смешивается с потоком рабочего тела.

В предлагаемом сопловом аппарате газовой турбины используются элементы конструкций, каждый из которых в отдельности широко используется в промышленности. Из этого следует вывод о соответствии предлагаемого изобретения критерию "промышленная применимость".

Источники информации
1. Патент США N 3237918, НКИ 415-218, опубл. 1966 г.

2. Патент РФ N 1540388, МКИ F 01 D 9/02, зарег. 21.07.94 г.

Изобретение относится к сопловым аппаратам газовых турбин. Выходной срез козырька, образующего с одной из обечаек щелевой канал для подвода охлаждающего воздуха, размещен в межлопаточном канале. В кольцевом щелевом канале по обе стороны входных кромок лопаток установлены продольные ребра. Площади проходных сечений секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок и между ними, связаны с длинами дуг секций определенным соотношением. Размещение выходного среза козырька в межлопаточном канале и установка там продольных ребер по обе стороны от входных кромок лопаток заставляет нужную часть охлаждающего воздуха, вытекающего из выходного среза, поступать в район входной кромки лопатки, являющийся наиболее теплонапряженным. Это позволяет, не увеличивая общий расход охлаждающего воздуха, уменьшить неравномерность распределения расхода охлаждающего воздуха в окружном направлении в системе охлаждения лопаток и тем самым повысить эффективность охлаждения участков соплового аппарата, примыкающих к входным кромкам сопловых лопаток. 3 ил.

Сопловой аппарат газовой турбины, содержащий лопатки, установленные между наружной и внутренней обечайками и по меньшей мере один козырек, образующий с одной из обечаек кольцевой щелевой канал для подвода охлаждающего воздуха, отличающийся тем, что выходной срез козырька размещен в межлопаточном канале, в кольцевом щелевом канале по обе стороны входных кромок лопаток установлены продольные ребра, а площади проходных сечений секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок и между ними, связаны с длинами дуг секций следующим соотношением:
F₁/F₂ • L₂/L₁ = 1,4 - 1,8,
где F₁ - площадь проходного сечения секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок лопаток;
F₂ - площадь проходного сечения секций кольцевого щелевого канала, расположенных между входными кромками лопаток;
L₁ - длина дуги секций кольцевого щелевого канала, расположенных напротив входных кромок лопаток;
L₂ - длина дуги секций кольцевого щелевого канала, расположенных между входными кромками лопаток.