RU2525385C1 - Gas turbine engine - Google Patents
Gas turbine engine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2525385C1 RU2525385C1 RU2013132340/06A RU2013132340A RU2525385C1 RU 2525385 C1 RU2525385 C1 RU 2525385C1 RU 2013132340/06 A RU2013132340/06 A RU 2013132340/06A RU 2013132340 A RU2013132340 A RU 2013132340A RU 2525385 C1 RU2525385 C1 RU 2525385C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- cavity
- blades
- input
- gas turbine
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области газотурбиностроения и может быть использовано для газотурбинных установок различного назначения.The invention relates to the field of gas turbine engineering and can be used for gas turbine plants for various purposes.
Известно техническое решение по (1), где газотурбинный двигатель содержит диффузор 5 (фиг.1), камеру сгорания вихревого противоточного типа с кольцевой жаровой трубой 3, в кольцевом канале которой, между кольцевым козырьком 13, наружной кольцевой втулкой 4 и кожухом 18 расположено фронтовое устройство - завихритель 6 с поворотными лопатками 21. Топливо в камеру сгорания подается через струйные топливные форсунки 28, расположенные между лопатками 21 завихрителя 6. Расход и закрутка топливовоздушного потока из фронтового устройства меняется при повороте лопаток 21 завихрителя 6.A technical solution is known according to (1), where the gas turbine engine contains a diffuser 5 (Fig. 1), a countercurrent-type vortex combustion chamber with an
Недостатком данного технического решения является низкая эффективность газотурбинного двигателя из-за больших потерь давления воздуха в камере сгорания, определяемых перепадом давления перед и за завихрителем фронтового устройства. Потери значительно возрастают при повороте лопаток завихрителя в сторону увеличения закрутки потока.The disadvantage of this technical solution is the low efficiency of the gas turbine engine due to large losses of air pressure in the combustion chamber, determined by the pressure drop in front of and behind the swirl of the front device. Losses increase significantly with the rotation of the blades of the swirl to increase flow swirl.
Экономически неэффективным является также работа диффузора с большим углом раскрытия, при отсутствии специальных устройств организации потоков воздуха (2). На фиг.1 этот угол 50°, что значительно больше оптимального значения данного угла для кольцевого диффузора.The operation of a diffuser with a large opening angle, in the absence of special devices for organizing air flows, is also economically inefficient (2). In figure 1, this angle is 50 °, which is significantly greater than the optimal value of this angle for the annular diffuser.
Нерациональным является также использование подогретого в камере сгорания воздуха, из отверстий внутреннего кожуха 2, в системе охлаждения турбины.It is also irrational to use the air heated in the combustion chamber, from the openings of the
Известен также газотурбинный двигатель (3), содержащий компрессор 28 (фиг.2, 3), многосекторный диффузор 36 с фронтовым устройством, включающим топливоподводящий канал 34 со струйными отверстиями 50 и стабилизатором пламени 90. Имеется кольцевая жаровая труба 12, турбина с охлаждаемой сопловой лопаткой 42, охлаждающий воздух к которой поступает по пневмопроводу 110, 106 через теплообменник 100 из полости 102, соединенной с периферийным каналом проточной части 32 диффузора. Представлен вариант (фиг.4), когда часть воздуха из-за компрессора поступает в межтрубное пространство 24, 26 камеры сгорания через периферийные 31 и корневые 33 секции проточной части многосекторного диффузора, а система охлаждения сопловой лопатки 42 соединена с межтрубным пространством камеры сгорания.Also known is a gas turbine engine (3) comprising a compressor 28 (FIGS. 2, 3), a
Недостатком данного технического решения является неоптимальная работа камеры сгорания на различных режимах работы газотурбинного двигателя ввиду отсутствия конструктивных элементов, обеспечивающих изменение проходной площади для воздуха к фронтовому устройству.The disadvantage of this technical solution is the non-optimal operation of the combustion chamber at various operating modes of the gas turbine engine due to the lack of structural elements that provide a change in the passage area for air to the front-end device.
Использование воздуха с низким давлением из теплообменника не позволяет обеспечить эффективное охлаждение входной кромки сопловой лопатки путем ее перфорации.The use of low-pressure air from the heat exchanger does not allow for efficient cooling of the inlet edge of the nozzle blade by its perforation.
Известен также газотурбинный двигатель с изменяемой геометрией камеры сгорания (4), содержащий диффузор 58 (фиг.5), кольцевую камеру сгорания с противоточной жаровой трубой, имеющей фронтовое устройство с завихрителями 84, 86, и перепускные окна 64 в районе фронтового устройства и 92 в районе диффузора. Имеются две кольцевые ленты 104, 96 с рессорами 132 и 134, соединенными с управляющим механизмом, включающим привод, систему рычагов, рессор, колец и шарниров, таким образом, что ленты 104, 96 могут синхронно двигаться вдоль жаровой трубы - оси двигателя. В ленте 96, охватывающей патрубок 60 фронтового устройства, есть отверстия 98. На максимальном режиме газотурбинного двигателя лента 96 находится в положении, когда ее отверстия 98 совпадают с окнами 64 входа в патрубок 60. При этом лента 104 располагается так, что перекрывает перепускные окна 92. В этом случае воздух из диффузора 58 поступает в зону горения жаровой трубы через завихрители 84, 86, пройдя отверстия 98, окна 64, распределившись в патрубке 60. В зоне горения обеспечивается оптимальное соотношение воздух - топливо. При снижении режима работы двигателя, путем уменьшения количества топлива, подаваемого в двигатель, оптимальное соотношение воздуха и топлива в зоне горения обеспечивается перекрытием проходного сечения окон 64. Для этого с помощью управляющего механизма и рессорой 134 кольцевая лента сдвигается на закрытие окон 64. При этом синхронно с помощью рессоры 132 кольцевая лента 104 сдвигается в положение, когда открываются перепускные окна 92 для прохода воздуха внутрь жаровой трубы. Таким образом, в известном газотурбинном двигателе предпринимается попытка обеспечить на частичных режимах его работы перепуск воздуха, что должно обеспечить оптимальное горение и снижение потерь давления воздуха в камере сгорания.Also known is a gas turbine engine with a variable geometry of the combustion chamber (4) containing a diffuser 58 (Fig. 5), an annular combustion chamber with a countercurrent flame tube having a front device with swirls 84, 86, and
Однако данное техническое решение не в полной мере отвечает заявленной цели. Расположение окон 92 и торца 106 диффузора 58 не позволяют обеспечить беспрепятственное протекание воздуха в перепускные окна 92 при их открытии. Воздух, выходящий из диффузора с большой скоростью уменьшает статическое давление за торцом 106 перед окном 92, что не позволяет снизить сопротивление камеры сгорания. Кроме того, частичное закрытие перепускных отверстий 64 ведет к снижению давления перед завихрителями 84, 86, что снижает эффективность их работы.However, this technical solution does not fully meet the stated goal. The location of the windows 92 and the
В рассматриваемом прототипе отсутствует также эффективная система заградительного охлаждения входной кромки сопловой лопатки турбины.In the prototype under consideration, there is also no effective system for the cooling of the inlet edge of the nozzle blade of the turbine.
Заявленное изобретение направлено на решение ряда задач: повышение эффективности газотурбинного двигателя путем снижения потерь давления воздуха; повышение экологических характеристик двигателя при обеспечении устойчивости пусковых и рабочих характеристик; реализацию оптимального и экономически эффективного использования хладоресурса рабочего тела в системе охлаждения высокотемпературных турбин и камеры сгорания.The claimed invention is aimed at solving a number of problems: increasing the efficiency of a gas turbine engine by reducing air pressure losses; improving the environmental performance of the engine while ensuring the stability of starting and operating characteristics; the implementation of the optimal and cost-effective use of the coolant of the working fluid in the cooling system of high-temperature turbines and the combustion chamber.
Эти задачи решены в газотурбинном двигателе, содержащем компрессор, лопаточные диффузоры, канальные патрубки, кольцевую полость-ресивер, петлевую камеру сгорания с межтрубным пространством между внутренним, наружным корпусами и кольцевой жаровой трубой вихревого типа с фронтовыми устройствами, турбину с охлаждаемым сопловым аппаратом, лопатки которого вдоль профиля пера от входной кромки имеют первую, вторую, третью и четвертую внутренние полости, соединенные с проточной частью через отверстия в пере лопатки, и перепускное устройство, и в соответствии с сущностью изобретения вход фронтового устройства кольцевой жаровой трубы соединен с проточной частью компрессора последовательно от компрессора, через кольцевой сегмент лопаточного диффузора, выход которого соединен с входом канального патрубка, выход которого соединен с входом в третью внутреннюю полость охлаждаемой лопатки соплового аппарата, один из выходов из которой соединен со входом во фронтовое устройство жаровой трубы.These problems are solved in a gas turbine engine containing a compressor, scoop diffusers, duct pipes, an annular cavity cavity, a looped combustion chamber with an annulus between the inner, outer casings and a vortex-type annular flame tube with front-end devices, a turbine with a cooled nozzle apparatus, the blades of which along the profile of the pen from the inlet edge there are first, second, third and fourth internal cavities connected to the flowing part through openings in the shoulder blades, and a bypass device , and in accordance with the invention, the input of the frontal device of the annular flame tube is connected to the compressor flow path in series from the compressor, through the annular segment of the blade diffuser, the output of which is connected to the input of the channel pipe, the output of which is connected to the entrance to the third internal cavity of the cooled blade of the nozzle apparatus, one of the exits from which is connected to the entrance to the frontal device of the flame tube.
Кроме того, имеются еще два выхода из третьей внутренней полости лопатки соплового аппарата. Один выход располагается в периферийной полке лопатки. Он соединяет третью внутреннюю полость лопатки с межтрубным пространством камеры сгорания, которое через окна во внутреннем корпусе камеры сгорания, кольцевую полость-ресивер и отверстие во внутренней полке лопатки соединено со входом в первую внутреннюю ее полость. Кольцевая полость-ресивер располагается между турбиной и компрессором и ограничена внутренним корпусом камеры сгорания с закрепленным на нем сопловым аппаратом и над роторным кожухом.In addition, there are two more exits from the third internal cavity of the blade of the nozzle apparatus. One outlet is located in the peripheral shelf of the scapula. It connects the third internal cavity of the blade with the annular space of the combustion chamber, which is connected through the windows in the internal housing of the combustion chamber, the annular cavity cavity and the hole in the internal shelf of the blade to the entrance to its first internal cavity. An annular cavity-receiver is located between the turbine and the compressor and is limited by the internal housing of the combustion chamber with a nozzle device mounted on it and above the rotor casing.
Вторым выходом из третьей внутренней полости лопатки является окно в разделительной стенке с четвертой внутренней полостью лопатки соплового аппарата.The second exit from the third internal cavity of the blade is a window in the dividing wall with the fourth internal cavity of the blade of the nozzle apparatus.
Помимо этого, имеются, по крайней мере, одна или несколько лопаток в сопловом аппарате, у которых третья внутренняя полость имеет четвертый выход, соединяющий ее через окно в разделительной стенке со второй внутренней полостью. Причем в этих лопатках располагается также перепускное устройство, и их вторая полость через отверстия в периферийной полке соединена со второй полостью лопатки, не имеющей перепускного устройства. Такие лопатки располагаются рядом с лопатками, не имеющими перепускного устройства, у которых стенка между второй и третьей полостью сплошная - не имеет окна. Перепускные устройства имеют кинематическую связь с клапанами на входе в топливные форсунки. Причем перепускное устройство связано с клапаном форсунки, расположенной во фронтовом устройстве, соединенном с лопаткой соответствующего перепускного устройства. Перепускное устройство соединяется также с управляющим механизмом. Один управляющий механизм может быть связан с одним или несколькими перепускными устройствами и соответствующими им клапанами форсунок.In addition, there are at least one or more blades in the nozzle apparatus, in which the third internal cavity has a fourth outlet connecting it through a window in the dividing wall with the second internal cavity. Moreover, in these blades there is also a bypass device, and their second cavity through holes in the peripheral shelf is connected to the second cavity of the blade, which does not have a bypass device. Such blades are located next to the blades that do not have a bypass device, in which the wall between the second and third cavity is continuous - does not have a window. Bypass devices have a kinematic connection with valves at the entrance to the fuel nozzles. Moreover, the bypass device is connected with the nozzle valve located in the front device connected to the blade of the corresponding bypass device. The bypass device is also connected to the control mechanism. One control mechanism may be associated with one or more bypass devices and their corresponding nozzle valves.
Еще, внутреннее сечение канального патрубка - пневмопровода, соединяющего лопаточный диффузор с третьей внутренней полостью охлаждаемой лопатки соплового аппарата, выполнено диффузором с эквивалентным углом раскрытия менее 12°.Still, the internal section of the channel pipe — the pneumatic line connecting the blade diffuser with the third internal cavity of the cooled blade of the nozzle apparatus, is made by a diffuser with an equivalent opening angle of less than 12 °.
Само перепускное устройство, расположенное внутри охлаждаемой сопловой лопатки, имеет поворотный клапан с осью вращения, опирающуюся, со стороны спинки и корыта лопатки на патрубок, соединяющий третью внутреннюю полость лопатки с входом во фронтовое устройство жаровой трубы. Поворотный клапан выполнен профилированным, в виде закрылка. Седлом для этого клапана является в положении «открыто» - стенка окна между второй и третьей внутренними полостями лопатки, а в положении «закрыто» - торец патрубка, соединяющий третью внутреннюю полость лопатки с входом во фронтовое устройство жаровой трубы.The bypass device itself, located inside the cooled nozzle blade, has a rotary valve with an axis of rotation, resting on the nozzle connecting the third internal cavity of the blade with the entrance to the front device of the flame tube, from the back and trough of the blade. The rotary valve is made profiled in the form of a flap. The seat for this valve is in the “open” position - the wall of the window between the second and third internal cavities of the scapula, and in the “closed” position - the end of the pipe connecting the third internal cavity of the scapula with the entrance to the frontal device of the flame tube.
И еще по высоте пера сопловой лопатки выполнены отверстия, соединяющие первую, вторую и четвертую внутренние полости лопатки с проточной частью турбины, причем отверстия первой полости выполнены на входной кромке лопатки, второй - на корыте и спинке, а четвертой - в выходной кромке.And even at the height of the feather of the nozzle blade, holes are made connecting the first, second and fourth internal cavities of the blade with the turbine flow part, the holes of the first cavity being made at the input edge of the blade, the second at the trough and back, and the fourth at the output edge.
Выполнение газотурбинного двигателя заявленным образом, включая соединение фронтового устройства с компрессором через сопловую лопатку, лопаточный и канальный патрубок, обеспечивает минимальные потери давления в газогенераторе и эффективное конвективное охлаждение сопловой лопатки. Специальное профилирование канального патрубка обеспечивает максимальную степень преобразования скоростного напора в давление. Оптимального и экономически эффективного использования хладоресурса рабочего тела в системе охлаждения камеры сгорания и соплового аппарата высокотемпературных турбин удается достичь благодаря соединению отверстий во входной кромки лопатки с компрессором через конвективную систему охлаждения лопатки - третью внутреннюю полость и межтрубное пространство камеры сгорания. И наконец, наличие перепускных устройств и связанных с ними топливных клапанов позволяет обеспечить экологически чистую работу камеры сгорания во всем ее диапазоне режимов работы, без дополнительных потерь давления воздуха.The implementation of the gas turbine engine in the claimed manner, including the connection of the front-end device with the compressor through the nozzle blade, the blade and channel pipe, provides minimal pressure loss in the gas generator and effective convective cooling of the nozzle blade. Special profiling of the channel nozzle provides the maximum degree of conversion of the pressure head to pressure. The optimal and cost-effective use of the coolant of the working fluid in the cooling system of the combustion chamber and the nozzle apparatus of high-temperature turbines can be achieved by connecting the holes in the inlet edge of the blade with the compressor through the convective cooling system of the blade — the third internal cavity and the annular space of the combustion chamber. And finally, the presence of bypass devices and associated fuel valves allows the environmentally friendly operation of the combustion chamber in its entire range of operating modes, without additional loss of air pressure.
Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:
фиг.6 - продольный разрез газогенератора газотурбинного двигателя;6 is a longitudinal section of a gas generator of a gas turbine engine;
фиг.7 - элемент A на фиг.6, перепускное устройство в положении «открыто»;Fig.7 - element A in Fig.6, the bypass device in the "open" position;
фиг.8 - сечение B-B на фиг.7;Fig.8 is a section B-B in Fig.7;
фиг.9 - элемент А на фиг.6, перепускное устройство в положении «закрыто»;Fig.9 - element a in Fig.6, the bypass device in the "closed" position;
фиг.10 - элемент Б на фиг.7, перепускное устройство в положении «открыто»;figure 10 - element B in figure 7, the bypass device in the "open" position;
фиг.11 - элемент А на фиг.6 сечения фиг.7, повернутого в окружном направлении на одну лопатку (на 360°/N, где N - число лопаток в сопловом аппарате).11 - element A in Fig.6 cross section of Fig.7, rotated in the circumferential direction by one blade (360 ° / N, where N is the number of blades in the nozzle apparatus).
Устройство - газотурбинный двигатель содержит компрессор 1 (фиг.6) с рабочими 2 и спрямляющими лопатками 3, диффузор 4 (фиг.7) со спрямляющим аппаратом 5, лопаточным диффузором 6, канальные патрубки 7, петлевую камеру сгорания 8 (фиг.6) с межтрубным пространством 9 между внутренним 10 и наружным 11 корпусами и кольцевой жаровой трубой 12 вихревого типа с фронтовыми устройствами 13, имеющими вход 14 (фиг.8) и выход 15. Ротор 16 (фиг.7) соединяет компрессор с турбиной 17, которая имеет охлаждаемый сопловый аппарат 18 (фиг.9) с равномерно чередующимися полыми лопатками 19, 20 (фиг.8, 9, 11). Кроме этого, сопловые лопатки имеет первую 21 (фиг.10) вторую 22, третью 23 и четвертую 24 внутренние полости, разделенные стенками 25, 26 (фиг.11), и 27 (фиг.10), в которых есть окна 28 (фиг.9) и 29 (фиг.10). Перо лопатки имеет входную 30 (фиг.10), выходную 31 кромки и отверстия 32, (фиг.10), 33 (фиг.9) и 34. Во внутренней 35 (фиг.10) и периферийной 36 полке охлаждаемой лопатки выполнены отверстия 37, 38, 39, 40 и патрубок 41 (фиг.9). Имеются сегментная полость 42 (фиг.10), кольцевая полость-ресивер 43 (фиг.9), кожух 44, перепускные устройства 45 (фиг.7) с клапаном 46 на оси 47, с рессорами 48 и с управляющими механизмами 49, топливные форсунки 50. Обозначены направления потоков воздуха 51 (фиг.8), 52, 53 (фиг.7), 54 (фиг.9), 55, 56, 57, 58, 59 (фиг.11), 60 и 61. Показаны торец 62 (фиг.10), окна 63, 64, 65 вход 66 (фиг.8) и выход 67 патрубка канального диффузора, клапан 68 (фиг.8), топливный коллектор 69 и положения перепускного устройства «открыто» на фиг.7 и «закрыто» на фиг.9.The device - a gas turbine engine contains a compressor 1 (Fig.6) with working 2 and straightening
Вход 14 фронтового устройства 13 кольцевой жаровой трубы 12 соединен с проточной частью компрессора 1, последовательно от компрессора 1: через спрямляющий аппарат 5, диффузора 4; кольцевой сегмент лопаточного диффузора 6; выход из которого соединен далее с входом 66 пневмопровода - канального патрубка 7, выход 67 которо, через окно 65 во внутреннем корпусе 10 соединен через отверстие 40 во внутренней полке 35 с третьей внутренней полостью 23 охлаждаемой лопатки 19, 20 соплового аппарата 18. И наконец, патрубок 41 на периферийной полке 36 лопатки 19, 20 соединяет третью внутреннюю полость 23 с входом 14 фронтового устройства 13. В патрубке 41 лопатки 20 соплового аппарата 18 располагается клапан 46 перепускного устройства 45. Лопатки 20 установлены рядом с лопатками 19, у которых нет перепускных устройств 45. Вторые внутренние полости 22 попарно соседних лопаток 19 и 20 соединены между собой через отверстия 38 в их периферийных полках 36 и сегментную полость 42. Первая внутренняя полость 21, в районе входной кромки 30 лопатки 19, 20 соединена через отверстия 37 во внутренней полке 35 и окна 63 во внутреннем корпусе 10 камеры сгорания 8 с кольцевой полостью-ресивером 43. Кольцевая полость-ресивер 43 располагается между компрессором 1 и турбиной 17. По периферии кольцевая полость 43 ограничена кольцевым внутренним корпусом 10 камеры сгорания 8 с закрепленным на нем сопловым аппаратом 18, внутри - кольцами: лопаточным диффузором 6 и над роторным 16 кожухом 44. Кольцевая полость-ресивер 43 соединена через окна 61 во внутреннем корпусе 10 петлевой камеры сгорания 8 с межтрубным пространством 9. С межтрубным пространством 9 соединяется также третья внутренняя полость 23 лопатки 19, 20 через отверстие 39 в периферийной полке 36.The
Внутреннее проходное сечение патрубка 7, от входа 66 к выходу 67 выполнено диффузором с эквивалентным углом раскрытия менее 12°.The internal passage section of the
Клапан 46 перепускного устройства 45, расположенный внутри охлаждаемой сопловой лопатки 20, имеет поперечную ось вращения 47, опирающуюся со стороны спинки и корыта лопатки 20 на патрубок 41. Сам поворотный клапан 46 выполнен профилированным, в виде закрылка и через механизм, состоящий из рычагов и рессор 48, соединен с управляющим механизмом 49. За поворотным клапаном 46 во фронтовом устройстве 13 установлена топливная форсунка 50 с клапаном 68 между форсункой 50 и топливным коллектором 69. В аналогичном месте по длине фронтового устройства 13 располагается топливная форсунка 50 и за лопаткой 19. Эти форсунки 50 соединены с топливным коллектором 69 напрямую. Количество управляющих механизмов 49 меньше или равно количеству лопаток 20 с поворотным клапаном 46. Если количество управляющих механизмов 49 не соответствует количеству лопаток 20, то поворотные клапаны 46 нескольких лопаток 20 с помощью дополнительных рычагов и рессор 48 объединяются в группы, с подключением к общему для них управляющему механизму 49. При этом управляющий механизм 49 одновременно связан с помощью рычагов и рессор 48 с клапаном 68, установленным между топливным коллектором 69 и топливной форсункой 50 соответствующего фронтового устройства 13, за лопаткой 20 или группой лопаток 20, поворотный клапан 46 которых связан с этим же управляющим механизмом 49.The
В стенке 26 лопаток 20 есть окно 28, соединяющее вторую внутреннюю полость 22 с третьей 23. В стенке 27 лопатки 19, 20 есть окно 29, соединяющее третью 23 внутреннюю полость с четвертой 24. Стенка окна 28 являются также седлом для перепускного поворотного клапана 46 в положении «открыто». В положении «закрыто» седлом для клапана 46 является торец 62 патрубка 41.In the
Перо лопатки 19, 20 имеет отверстия. Так, на входной кромке 30 выполнен ряд отверстий 32 заградительного охлаждения. Отверстия 32 соединяют первую внутреннюю полость 21 с проточной частью турбины 17. На спинке и корыте лопатки 19, 20 выполнены ряды отверстий 33, соединяющие вторую внутреннюю полость 22 с проточной частью турбины 17. И в районе выходной кромки 31 лопатки 19, 20 выполнен ряд отверстий 34, соединяющий четвертую внутреннюю полость 24 с проточной частью турбины 17.The
При работе газотурбинного двигателя в компрессоре 1 на рабочих лопатках 2 и спрямляющих лопатках 3 сжимается воздух - рабочее тело газотурбинного двигателя. Турбина 17 через ротор 16 вращает компрессор 1. Скоростной, закрученный воздушный поток 51 из компрессора 1 поступает в диффузор 4, где в спрямляющем аппарате 5 и в лопаточном диффузоре 6 разворачивается в осевом направление и уменьшает скорость, преобразуя скоростной напор в давление. Затем воздух через вход 66 поступает в канальный патрубок 7, где продолжает тормозиться, повышая давление. Далее воздух через выход 67 патрубка 7 и отверстие 40 во внутренней полке 35 проходит в третью внутреннюю полость 23 охлаждаемой лопатки 19, 20 соплового аппарата 18 турбины 17. Здесь основной поток воздуха разделяется на несколько потоков. Часть потока 56 растекается потоками 60 и 61. Поток воздуха 60 через отверстие 39 в периферийной полке 36 вытекает в межтрубное пространство 9 камеры сгорания 8. Поток 61 через окно 29 в стенке 27 поступает в четвертую внутреннюю полость 24 лопатки 19, 20, откуда через отверстия 34 в выходной кромке 31 уходит в проточную часть турбины 17. Воздух 60, прошедший в межтрубное пространство 9, попадает из него через окна 64 потоком 55 в кольцевую полость-ресивер 43, откуда потоком 58 через окна 63 и отверстия 37 в первую внутреннюю полость 21 лопатки 19, 20, в районе входной кромки 30. Из этой полости 21 воздух выходит через отверстия 32 на входной кромке 30 в проточную часть соплового аппарата 18 турбины 17. Этот воздух формирует заградительное охлаждение лопатки 19, 20, включая ее входную кромку 30. При работе газотурбинного двигателя в районе номинального режима клапан 46 перепускного устройства 45 внутри лопаток 20 находится в положении «открыто» (фиг.7). В этом положении клапан 46 перекрывает окно 28 в стенке 26. При этом часть 52 потока воздуха, поступившего в третью полость 23, через патрубок 41 проходит во вход 14 фронтового устройства 13. Здесь воздух смешивается с топливом, поступающим во фронтовое устройство 13, через форсунку 50. Подготовленная топливовоздушная смесь выходит через выход 15 в кольцевую жаровую трубу 12, где воспламеняется и сгорает, образуя горячие газы, которые поступают в проточную часть турбины 17 через сопловый аппарат 18. Так же перетекает воздух 52 из третьей полости 23 лопатки 19 во фронтовое устройство 13. При этом количество воздуха 52 из лопатки 19, 20 и топлива из форсунки 50, поступающих во фронтовое устройство 13, после лопатки 19, 20 обеспечивают на выходе 15 топливовоздушную смесь в концентрации, реализующей горение в камере сгорания 8 с низким содержанием вредных веществ.During the operation of the gas turbine engine in the
При снижении мощности газотурбинного двигателя посредством уменьшения расхода топлива в топливный коллектор, на выходе 15 изменяется концентрация топливовоздушной смеси. Для обеспечения сохранности оптимальной концентрации топливовоздушной смеси в зоне горения камеры сгорания 8 выполняются следующие действия. Один из управляющих механизмов 49 через рычаги и рессоры 48 одновременно поворачивает клапан 46 и воздействует на соответствующий топливный клапан 68, прекращая подачу топлива в форсунку 50 фронтового устройства 13 за поворачиваемым клапаном 46. При этом поворотный клапан 46 садится на торец 62 патрубка 41, перекрывая воздуху 52 выход из этого патрубка 41 во фронтовое устройство 13 (фиг.9). Еще открывается окно 28 в стенке 26 лопатки 20. Через это окно 28 во вторую внутреннюю полость 22 лопатки 20 перепускается воздух 54, который разделяется здесь на два потока 57, 58. Поток 57 выходит через отверстие 38 лопатки 20 и сегментную полость 42, откуда через отверстие 38 соседней лопатки 19 потоком 59 входит в ее вторую внутреннюю полость 22, откуда через отверстия 33 выходит в проточную часть турбины 17. Воздушный поток 58 также через отверстия 33 лопатки 20 выходит в проточную часть турбины 17.When reducing the power of the gas turbine engine by reducing fuel consumption in the fuel manifold, the
Эти действия путем перераспределения воздуха и топлива в камере сгорания 8 обеспечивают на выходе 15 за лопатками 19 и лопатками 20 с клапанами в положение «открыто» топливовоздушную смесь в концентрации, реализующей горение в камере сгорания 8 с низким содержанием вредных веществ. При этом общее сопротивление воздушного тракта газогенератора не изменяется.These actions by redistributing air and fuel in the
При дальнейшем снижении мощности газотурбинного двигателя посредством уменьшения расхода топлива в топливный коллектор, за границами оптимальной концентрации топливовоздушной смеси на выходе 15 приводится в действие следующий управляющий механизм 49. Описанный выше алгоритм перераспределения воздуха и топлива, связанный с перекрываемыми форсункой 50 и лопаткой 20 или группами форсунок 50 и лопаток 20, повторяется.With a further decrease in the power of the gas turbine engine by reducing the fuel consumption in the fuel manifold, the following
Таким образом, на всех режимах работы газотурбинного двигателя обеспечивается работа камеры сгорания 8 в оптимальном режиме, с низкими выбросами вредных веществ, связанных с недожогом или перегревом. Переключения всех управляющих механизмов 49 не приводят к заметному изменению потерь давления в газогенераторе, обеспечивая высокий КПД газотурбинного двигателя на всех режимах работы.Thus, in all operating modes of the gas turbine engine, the
Высокий КПД двигателя обеспечивается также низкими потерями давления за компрессором, в каналах, выполненных диффузором с эквивалентным углом раскрытия менее 12°.High engine efficiency is also ensured by low pressure losses behind the compressor, in channels made by a diffuser with an equivalent opening angle of less than 12 °.
Заявляемое устройство обеспечивает экономичное использование хладоресурса охлаждающего воздуха. В заявляемом газотурбинном двигателе воздух 60 из-за компрессора с низкой температурой вначале конвективно охлаждает лопатку 19, 20 и жаровую трубу 12. Частично использовав хладоресурс, воздух 60 в дальнейшем используется в заградительном охлаждении лопатки 1, где его повышенная температура не оказывает существенного влияния на эффективность охлаждения.The inventive device provides an economical use of the cooling resource of cooling air. In the inventive gas turbine engine,
Специальное профилирование поворотного клапана 46 обеспечивает в положении «открыто» и «закрыто» обтекание его потоком воздуха с низкими потерями давления.Special profiling of the
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство СССР 1726917, F23R 3/04, опубл. 15.04.1992.1. Copyright certificate of the USSR 1726917,
2. Патент РФ №2469214, F04D 29/44, опубл. 10.12.20122. RF patent No. 2469214,
3. Патент США 5791148, F01C 1/00, опубл. 11.08.1998.3. US patent 5791148,
4. Патент США 4497170, F02C 3/14, опубл. 05.02.1985.4. US patent 4497170,
5. Патент США 4532762, F23R 3/26, опубл. 06.08.1985.5. US patent 4532762,
6. Патент США 4918926, F01C 1/00, опубл. 24.04.1990.6. US patent 4918926,
7. Патент США 5077967, F01C 3/00, опубл. 07.06.1992.7. US patent 5077967,
8. Патент США 5335501, F01C 1/00, опубл. 09.08.1994.8. US patent 5335501,
9. Патент США 5619855, F01C 7/08, опубл. 15.04.1997.9. US patent 5619855,
10. Патент США 3691761, F01C 9/14, опубл. 19.09.1972.10. US patent 3691761,
11. Патент США 4527386, F01C 3/14, опубл. 09.07.1985.11. US patent 4527386,
12. Патент США 3290880, F23R 3/04, опубл. 13.12.1960.12. US patent 3290880,
13. Патент США 5548951, F02C 3/30, опубл. 27.08.1996.13. US patent 5548951,
12. Патент Германии 3209135, F23R 3/06, опубл. 15.09.1983.12. German patent 3209135,
15. Патент Швейцарии 450817, F23D 11/00, опубл. 30.04.1968.15. Swiss Patent 450817,
16. Патент РФ 2215242, F23R 3/26, опубл. 27.10.2003.16. RF patent 2215242,
17. Патент РФ 2117874, F23R 3/38, опубл. 20.08.1998.17. RF patent 2117874,
Claims (6)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013132340/06A RU2525385C1 (en) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | Gas turbine engine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013132340/06A RU2525385C1 (en) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | Gas turbine engine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2525385C1 true RU2525385C1 (en) | 2014-08-10 |
Family
ID=51355339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013132340/06A RU2525385C1 (en) | 2013-07-12 | 2013-07-12 | Gas turbine engine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2525385C1 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3290880A (en) * | 1964-02-21 | 1966-12-13 | Rolls Royce | Combustion equipment for a gas turbine engine |
US4497170A (en) * | 1982-07-22 | 1985-02-05 | The Garrett Corporation | Actuation system for a variable geometry combustor |
US4532762A (en) * | 1982-07-22 | 1985-08-06 | The Garrett Corporation | Gas turbine engine variable geometry combustor apparatus |
SU1726917A1 (en) * | 1990-01-08 | 1992-04-15 | Рыбинский Авиационный Технологический Институт | Annular combustion chamber of gas-turbine engine |
US5791148A (en) * | 1995-06-07 | 1998-08-11 | General Electric Company | Liner of a gas turbine engine combustor having trapped vortex cavity |
RU2469214C2 (en) * | 2010-07-14 | 2012-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТурбоЗАР" | Diffuser |
-
2013
- 2013-07-12 RU RU2013132340/06A patent/RU2525385C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US3290880A (en) * | 1964-02-21 | 1966-12-13 | Rolls Royce | Combustion equipment for a gas turbine engine |
US4497170A (en) * | 1982-07-22 | 1985-02-05 | The Garrett Corporation | Actuation system for a variable geometry combustor |
US4532762A (en) * | 1982-07-22 | 1985-08-06 | The Garrett Corporation | Gas turbine engine variable geometry combustor apparatus |
SU1726917A1 (en) * | 1990-01-08 | 1992-04-15 | Рыбинский Авиационный Технологический Институт | Annular combustion chamber of gas-turbine engine |
US5791148A (en) * | 1995-06-07 | 1998-08-11 | General Electric Company | Liner of a gas turbine engine combustor having trapped vortex cavity |
RU2469214C2 (en) * | 2010-07-14 | 2012-12-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ТурбоЗАР" | Diffuser |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2530685C2 (en) | Impact action structures for cooling systems | |
EP2531709B1 (en) | Cooling of turbine components using combustor shell air | |
RU2671251C2 (en) | Cooling principle for blades or guide blades of turbines | |
CN108204250A (en) | For the fluid tip component of turbogenerator | |
US8800289B2 (en) | Apparatus and method for mixing fuel in a gas turbine nozzle | |
CN106133294B (en) | gas turbine combustor, gas turbine, control device and control method | |
JP5968329B2 (en) | Integrated variable shape flow restrictor and heat exchanger | |
JP6931992B2 (en) | Gradual fuel and air injection in the combustion system of a gas turbine | |
CN104061594B (en) | The transition conduit of improved cooling is carried in turbine | |
US9341075B2 (en) | Pre-turbine engine case variable area mixing plane | |
US9366437B2 (en) | System for reducing flame holding within a combustor | |
RU2665199C2 (en) | Burner arrangement and method for operating burner arrangement | |
BR102016018984A2 (en) | gas turbine engine | |
US20120058437A1 (en) | Apparatus and method for mixing fuel in a gas turbine nozzle | |
CN102175044A (en) | Mixing combustion guide coupling structure of combustion chamber | |
BR102016017637A2 (en) | gas turbine engine | |
US9151501B2 (en) | Gas turbine centripetal annular combustion chamber and method for flow guidance | |
CN102032575A (en) | Appartus and method for a gas turbine nozzle | |
JP2014132214A (en) | Fuel injector for supplying fuel to combustor | |
BR102016017667A2 (en) | gas turbine engines | |
JP2011515618A (en) | Gas turbine stationary blade and gas turbine equipped with such a stationary blade | |
US20110265486A1 (en) | Combustion system with variable pressure differential for additional turndown capability of a gas turine engine | |
RU2015134094A (en) | HEAT RETAINING AND DISTRIBUTION SYSTEM FOR GAS-TURBINE ENGINES | |
US20170234142A1 (en) | Rotor Blade Trailing Edge Cooling | |
CN103089318A (en) | Turbine of turbomachine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150713 |