ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ТУРБИНА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2009 года по МПК F01D5/08 

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

Известна турбина газотурбинного двигателя, междисковая полость которой уплотнена от газового потока с помощью кольца, закрепленного на дисках. (С.А.Вьюнов «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей», Москва, «Машиностроение», 1981 г., стр.214, рис.4.57).

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за повышенных напряжений в кольце.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является высокотемпературная турбина газотурбинного двигателя, междисковая полость в которой уплотнена от газового потока с помощью переднего и заднего по потоку промежуточных дисков, причем в ободе переднего промежуточного диска выполнены отверстия для прохода охлаждающего воздуха (патент RU №2193091, F01D 5/06).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность и увеличенный вес из-за повышенной температуры и массы обода первого по потоку промежуточного диска.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в повышении надежности и в снижении веса высокотемпературной газовой турбины путем повышения интенсивности конвективного охлаждения обода первого промежуточного диска.

Сущность технического решения заключается в том, что в высокотемпературной турбине газотурбинного двигателя междисковая полость в которой уплотнена передним и задним промежуточными дисками с охлаждающими отверстиями в ободе переднего промежуточного диска, согласно изобретению с внутренней стороны обода переднего промежуточного диска между отверстиями выполнены выемки с образованием осевых ребер с отверстиями, причем поверхности выемок образованы дугами окружностей, а число выемок равно числу отверстий.

Современные высокотемпературные газовые турбины для получения высоких КПД выполняются с высокими окружными скоростями по рабочим лопаткам, а обод промежуточного диска, расположенный в непосредственной близости от проточной части турбины, имеет окружную скорость порядка 300…350 м/сек. Охлаждающий воздух, перемещающийся в радиальном направлении в полости между диском первой ступени и передним промежуточным диском, существенно отстает по скорости в окружном направлении от обода переднего промежуточного диска, а выполнение с внутренней стороны обода выемок с образованием осевых ребер с отверстиями приводит к дополнительной турбулизации потока охлаждающего воздуха на ребрах за счет движения обода диска относительно воздуха с соответствующим повышением коэффициентов теплоотдачи и интенсивности охлаждения обода. Повышению интенсивности охлаждения обода также способствует утонение стенок обода между отверстиями с соответствующим снижением теплового сопротивления этой стенки.

Выполнение поверхности выемок дугами окружности снижает концентрацию напряжений на внутренней поверхности обода, что также повышает надежность промежуточного диска.

Выемки облегчают ободную часть диска, что способствует снижению веса полотна переднего промежуточного диска и турбины в целом, а также увеличивает площадь поверхности теплоотдачи по холодному воздуху.

Выполнение числа выемок равным числу отверстий в максимальной степени способствует снижению температуры обода промежуточного диска и повышению надежности турбины.

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

На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1.

На фиг.3 - сечение Б-Б на фиг.2.

Высокотемпературная турбина 1 газотурбинного двигателя состоит из ротора 2 с установленными в нем дисками первой и второй ступеней 3 и 4, а также из статора 5 с сопловыми лопатками второй ступени 6. Междисковая полость 7 ротора 2 уплотнена от потока газа 8, протекающего в проточной части 9 турбины 1, с помощью переднего 10 и заднего 11 по потоку промежуточных дисков. Уплотнительные гребешки 12, выполненные на наружной поверхности 13 промежуточных дисков 10 и 11, совместно с нижней полкой 14 сопловой лопатки 6 образуют лабиринтное уплотнение 15, препятствующее перетеканию газа мимо проточной части 9. В ободе 16 переднего промежуточного диска 10 выполнены отверстия 17 подвода охлаждающего воздуха в уплотнение 15, а в полотне 18 выполнены отверстия 19 для прохода охлаждающего воздуха 20 на охлаждение дисков 11 и 4. С внутренней стороны 21 переднего промежуточного диска 10 между отверстиями 17 выполнены выемки 22 с образованием осевых ребер 23 с отверстиями 17, причем поверхности 24 выемок 22 образованы дугами окружностей. Выполнение выемок 22 приводит к существенному утонению стенок 25 обода 16 между отверстиями 17 промежуточного диска 10.

Работает устройство следующим образом.

При работе высокотемпературной турбины 1 газовый поток 8, перетекающий через лабиринтное уплотнение 15, турбулизируется на лабиринтных гребешках 12 промежуточных дисков 10 и 11 и интенсивно отдает тепло в обод 16 переднего промежуточного диска 10, что могло бы привести к перегреву и к поломке обода 16 и диска 10. Однако этого не происходит, так как интенсивное конвективное охлаждение внутренней стороны 21 обода 16 за счет перемещения обода 16 в окружном направлении относительно охлаждающего воздуха 20, протекающего в междисковой полости 7, способствует снижению температуры обода 16 и повышению его надежности. Улучшению охлаждения также способствует увеличенная поверхность охлаждения 24 и тонкие стенки 25, снижающие тепловое сопротивление и способствующие снижению температуры внешней поверхности 13 и уплотнительных лабиринтных гребешков 12 переднего промежуточного диска 10.

Изобретение относится к высокотемпературным турбинам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Высокотемпературная турбина газотурбинного двигателя содержит диски турбины и полость между ними. Междисковая полость уплотнена передним и задним промежуточными дисками с охлаждающими отверстиями в ободе переднего промежуточного диска. С внутренней стороны обода переднего промежуточного диска между отверстиями выполнены выемки с образованием осевых ребер с отверстиями. Поверхности выемок образованы дугами окружностей, а число выемок равно числу отверстий. Изобретение позволяет снизить вес турбины, а также повысить ее надежность за счет повышения интенсивности конвективного охлаждения обода первого промежуточного диска. 3 ил.

Высокотемпературная турбина газотурбинного двигателя, междисковая полость в которой уплотнена передним и задним промежуточными дисками с охлаждающими отверстиями в ободе переднего промежуточного диска, отличающаяся тем, что с внутренней стороны обода переднего промежуточного диска между отверстиями выполнены выемки с образованием осевых ребер с отверстиями, причем поверхности выемок образованы дугами окружностей, а число выемок равно числу отверстий.