Ступень турбины газотурбинной установки Советский патент 1991 года по МПК F01D11/00 

Изобретение относится к турбомаши- ностроению, в частности к ступеням турбин газотурбинных установок.

Известна ступень турбины газотурбинного двигателя, содержащая сопловой аппарат с направляющими лопатками, расположенную по периферии рабочего колеса обечайку, установленную в корпусе с образованием щели, которая сообщена каналами с трактом охлаждающего атмосферного воздуха.

Однако такое выполнение характеризуется относительно низкой эффективностью охлаждения обечайки и поэтому относительно невысокой надежностью,

Известна также ступень турбины газотурбинной установки, содержащая сопловой аппарат с направляющими лопатками, расположенную по периферии рабочего колеса обечайку, установленную в корпусе с образованием кольцевой щели, которая сообщена каналами с трактом охлаждающего воздуха, отбираемого из проточной части компрессора установки,

Однако и при таком выполнении надежность ступени относительно невысока из-за недостаточной интенсивности охлаждения обечайки.

Целью изобретения является повышение надежности путем интенсификации охлаждения обечайки при одновременном уменьшении вторичных потерь.

Поставленная цель достигается тем, что обечайка установлена с осевым зазором относительно торцовой части соплового аппарата, а каналы выполнены радиальными и расположены в плоскости осевого зазора, торцовая часть направляющего аппарата может быть выполнена с кольцевым криволинейным выступом, ориентированным к оси рабочего колеса, при этом выступ в радиальном сечении может быть выполнен с увеличивающимися по ходу рабочего тела радиусом кривизны, а минимальное расстояние по поверхности до оси колеса меньше расстояния до оси периферийного торца рабочих лопаток и больше периферийной части направляющих лопаток, радиальные каналы могут быть расположены как вдоль радиуса, так и с наклоном в окружном направлении против вращения колеса.

На фиг. 1 схематично представлена ступень турбины, продольное сечение; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг, 1.

Ступень содержит сопловой аппарат 1 с направляющими лопатками 2, расположенную по периферии лопаток 3 рабочего колеса (условно не показано) обечайку 4, установленную в корпусе 5 с образованием кольцевой щели б, которая сообщена каналами 7 с трактом 8 охлаждающего воздуха, отбираемого из проточной части компрессора (условно не показаны). Обечайка 4 установлена с осевым зазором 9 относительно

торцовой части 10 соплового аппарата 1, а каналы 7 выполнены радиальными и расположены в плоскости осевого зазора 9. Торцовая часть 10 выполнена с кольцевым криволинейным выступом 11, ориентире0 ванным к оси 12 рабочего колеса. Выступ 11 в радиальном (продольном) сечении выполнен с увеличивающимся по ходу рабочего тела радиусом кривизны (п гз), а минимальное расстояние RB его поверхности до

5 оси 12 колеса меньше расстояния Rpn до оси 12 периферийного торца рабочих лопаток 3 и больше расстояния от периферийной части направляющих лопаток 2 до оси 12. Радиальные каналы 7 расположены с накло0 ном в окружном направлении против вращения колеса. Между выступом 11 и направляющими лопатками 2 образована полость 13.

При работе ступени турбины охлаждаю5 щий воздух из тракта 8 по каналам 7 поступает частично в зазор 6 и далее течет вдоль обечайки 4„охлаждая ее снаружи, а частично через осевой зазор 9 - в проточную часть. В проточной части он разделяется на два

0 потока. Одна часть, обтекая выступ 11 (прилипая к нему, эффект Каунда) и натекая на направляющие лопатки, меняет свое направление, взаимодействуя с основным по- током (продуктами сгорания), и

5 одновременно отклоняет периферийные линии тока основного потока в направлении к оси 12. Далее вместе с основным потоком поток охлаждающего воздуха, постепенно смешиваясь, направляется к рабочим лопат0 кам, На входе в рабочее кЪлесо происходит взаимодействие этого потока с второй частью потока охлаждающего воздуха,, вошедшего в проточную часть через зазор 9.,

5 В результате описанного характера те 4ения в радиальном зазоре (между 3 и 4) установится течение, характеризуемое тем, что обечайка 4 изнутри будет охлаждаться воздухом практически той же температуры,

0 что и снаружи. Это благоприятно с точки зрения прочности, так как градиент поля температур при этом вдоль и поперек обечайки минимален.

При работе ступени в полости 13 обра5 зуется вихрь, отклоняющий поток охлаждающего воздуха в направлении оси 12. Интенсивность охлаждения обечайки 4 увеличивается при придании закрутки потокам охлаждающего воздуха,.обтекающим ее снаружи (в зазоре 6) и изнутри (в радиальном зазоре). Такой характер течения обеспечивается при выполнении каналов 7 с наклоном в окружном направлении.

Предложенное выполнение ступени позволяет уменьшить вторичные потери, обусловленные как перетечкой рабочего тела вдоль радиального зазора (за счет экранирования и отклонения основного потока потоком охлаждающего воздуха), так и обусловленные перетечкой рабочего тела с корыта на спинку рабочих лопаток по периферии (за счет встречного течения охлаждающего воздуха из-за наличия закрутки против направления вращения колеса),

Наличие выступа 11 предложенной формы, позволяющее реализовать описанный характер течения охлаждающего воздуха в проточной части после его прохода через осевой зазор 9, позволяет относительно уменьшить потери от взаимодействия потока охлаждающего воздуха и основного потока, которые имели бы место при его отсутствии, за счет расширения поверхности контакта потоков.

Формула изобретения 1. Ступень турбины газотурбинной установки, содержащая сопловой аппарат с направляющими лопатками, расположенную

по периферии рабочего колеса обечайку, установленную в корпусе с образованием кольцевой щели, сообщенной каналами с трактом охлаждающего воздуха, отбираемого из проточной части компрессора установки, отличающаяся тем, что, с целью повышения надежности путем интенсификации охлаждения обечайки при одновременном уменьшении вторичных

потерь, обечайка установлена с осевым зазором относительно торцовой части соплового аппарата, каналы выполнены радиальными и расположены в плоскости осевого зазора,.а торцовая часть аппарата

выполнена с кольцевым, ориентированным к оси рабочего колеса, криволинейным выступом, расстояние которого до оси колеса меньше расстояния до оси периферийного торца рабочих лопаток и больше расстояния

до оси периферийной части направляющих лопаток.

2.Ступень по п. 1,отличающаяся тем, что выступ в радиальном сечении выполнен с увеличивающимся по ходу рабочего тела радиусом кривизны.

3.Ступень по пп. 1 и2,отличающа- я с я тем, что радиальные каналы расположены с наклоном в окружном направлении против вращения колеса.

Изобретение относится к турбиностро- ению, в частности к ступеням турбин газотурбинных установок Ступень турбины содержит сопловой аппарат 1 с направляющими лопатками 2. По периферии лопаток 3 /4рабочего колеса установлена обечайка 4 в корпусе 5 с образованием кольцевой щели 6, сообщенной радиальными каналами 7 с трактом 8 охлаждающего воздуха. Обечайка 4 установлена с кольцевым зазором 9 относительно торцовой части 10 соплового аппарата 1. Торцовая часть 10 аппарата 1 выполнена с кольцевым ориентированным к оси 12 рабочего колеса криволинейным выступом 11, расстояние которого до оси 12 колеса меньше расстояния до оси 12 периферийного торца рабочих лопаток 3 и больше расстояния до оси 12 периферийной части направляющих лопаток 2. Выступ 11 в радиальном сечении выполнен с увеличивающимся по ходу рабочего тела радиусом кривизны, а радиальные каналы 7 расположены с наклоном в окружном направлении. 2 з п ф-лы, 1 ил. со с Os 2 О СО ел Фиг

, Направление f вращения колеса

NT Фиг.