МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ТУРБИНА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК F01D9/02 

Изобретение относится к многоступенчатым турбинам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известна многоступенчатая турбина газотурбинного двигателя с охлаждаемыми сопловыми лопатками первой ступени и неохлаждаемыми сопловыми лопатками второй ступени (С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. - М.: Машиностроение, стр.205, рис.4.52).

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность при высоких температурах газа перед турбиной из-за повышенной температуры неохлаждаемых сопловых лопаток второй ступени.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является многоступенчатая турбина газотурбинного двигателя с сопловыми лопатками первой ступени, охлаждаемыми воздухом из-за компрессора, и сопловыми лопатками второй ступени, охлаждаемыми воздухом из-за промежуточной ступени компрессора (патент RU №2151884).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за высокой температуры входной кромки сопловой лопатки второй ступени, для эффективного охлаждения которой недостаточно давления охлаждающего воздуха, отбираемого из-за промежуточной ступени компрессора.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности многоступенчатой турбины газотурбинного двигателя путем повышения эффективности охлаждения сопловых лопаток второй ступени.

Сущность технического решения заключается в том, что в многоступенчатой турбине газотурбинного двигателя с сопловыми лопатками первой ступени, воздушные полости которых соединены с выходом из-за компрессора, и с установленными в наружном корпусе турбины сопловыми лопатками второй ступени, воздушные полости которых соединены на входе с промежуточной полостью компрессора, согласно изобретению сопловые лопатки второй ступени выполнены двуполостными, причем передняя по потоку газа воздушная полость лопатки через воздушную полость переднего шипа лопатки соединена осевой трубкой с воздушной полостью подвода воздуха на сопловую лопатку первой ступени, при этом трубка размещена в воздушной полости между корпусом турбины и разрезным кольцом первой ступени и установлена в переднем и заднем по потоку радиальных ребрах корпуса.

Выполнение сопловых лопаток второй ступени двуполостными с соединением переднего по потоку газа воздушной полости лопатки с воздушной полостью подвода воздуха на сопловую лопатку первой ступени позволяет организовать эффективное охлаждение входной кромки сопловой лопатки второй ступени за счет повышенного перепада давления охлаждающего воздуха, отбираемого из-за компрессора в полость подвода на охлаждение первой сопловой лопатки, что повышает надежность турбины.

Соединение передней по потоку газа воздушной полости лопатки с воздушной полостью подвода воздуха на сопловую лопатку первой ступени через воздушную полость переднего шипа лопатки с помощью осевой трубки позволяет осуществлять подвод воздуха с минимальными паразитными утечками охлаждающего воздуха, что способствует снижению температуры сопловой лопатки второй ступени с соответствующим повышением ее надежности, а также повышению КПД турбины.

Размещение осевой трубки в воздушной полости между корпусом турбины и разрезным кольцом первой ступени позволяет повысить эффективность системы активного регулирования радиальных зазоров турбины, а установка трубок в переднем и заднем по потоку радиальных ребрах корпуса позволяет минимизировать паразитные утечки охлаждающего воздуха из полости обдува разрезного кольца первой ступени.

На фиг.1 изображен продольный разрез многоступенчатой турбины газотурбинного двигателя.

На фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Многоступенчатая турбина 1 газотурбинного двигателя состоит из ротора 2 с рабочими лопатками первой и второй ступеней 3 и 4 соответственно, а также из статора 5 с сопловыми лопатками первой ступени 6 и сопловыми лопатками второй ступени 7, которые выполнены двуполостными. Задняя по потоку газа 8 полость 9 лопатки 7 соединена на входе через коллектор 10 с промежуточной ступенью компрессора (не показано). Передняя по потоку 8 полость 11 лопатки 7 на входе через воздушную полость 12 в шипе 13 переднего соединения 14 типа «шип-паз» и осевую трубку 15 соединена с воздушной полостью 16 подвода закомпрессорного воздуха на сопловую лопатку первой ступени 6, которая расположена с внешней стороны от лопатки 6. Трубки 15 расположены в воздушной полости 17 охлаждения разрезного кольца первой ступени 18 между корпусом 19 турбины 1 и кольцом 18 и установлены в переднем 20 и заднем 21 по потоку 8 радиальных ребрах корпуса 19. С внешней стороны корпуса 19 расположены трубы 22 системы активного регулирования радиальных зазоров между статором 5 и ротором 2. В передней полости 11 для организации интенсивного охлаждения входной кромки 23 лопатки 7 помещен дефлектор 24.

Работает устройство следующим образом.

При работе многоступенчатой газовой турбины 1 газотурбинного двигателя высокотемпературный газовый поток 8, натекающий на входную кромку 23 сопловой лопатки второй ступени 7, мог бы вызвать перегрев и поломку лопаток 7. Однако этого не происходит, так как с помощью воздуха высокого давления, с минимальными потерями из полости 16 по трубкам 15 поступающего в дефлектор 24, осуществляется интенсивное охлаждение входной кромки 23 лопатки 7, что повышает надежность турбины.

Изобретение относится к авиационному оборудованию. Технический результат состоит в повышении надежности путем повышения эффективности охлаждения. В многоступенчатой турбине газотурбинного двигателя сопловые лопатки второй ступени выполнены двуполостными. Передняя по потоку газа воздушная полость лопатки через воздушную полость переднего шипа лопатки соединена осевой трубкой с воздушной полостью подвода воздуха на сопловую лопатку первой ступени. Трубка размещена в воздушной полости между корпусом турбины и разрезным кольцом первой ступени и установлена в переднем и заднем по потоку радиальных ребрах корпуса. С помощью воздуха высокого давления, с минимальными потерями из полости по трубкам поступающего в дефлектор, осуществляется интенсивное охлаждение входной кромки лопатки, что повышает надежность турбины. 2 ил.

Многоступенчатая турбина газотурбинного двигателя с сопловыми лопатками первой ступени, воздушные полости которых соединены с выходом из-за компрессора, и с установленными в наружном корпусе турбины сопловыми лопатками второй ступени, воздушные полости которых соединены на входе с промежуточной полостью компрессора, отличающаяся тем, что сопловые лопатки второй ступени выполнены двуполостными, причем передняя по потоку газа воздушная полость лопатки через воздушную полость переднего шипа лопатки соединена осевой трубкой с воздушной полостью подвода воздуха на сопловую лопатку первой ступени, при этом трубка размещена в воздушной полости между корпусом турбины и разрезным кольцом первой ступени и установлена в переднем и заднем по потоку радиальных ребрах корпуса.