×
10.04.2015
216.013.3df7

Результат интеллектуальной деятельности: ОСЕВАЯ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА

Вид РИД

Изобретение

№ охранного документа
0002547351
Дата охранного документа
10.04.2015
Аннотация: Осевая газовая турбина содержит ротор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых рабочих лопаток и воздухоохлаждаемых теплозащитных экранов ротора и статор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых направляющих лопаток и воздухоохлаждаемых теплозащитных экранов статора, установленных в держателе направляющих лопаток. Статор коаксиально охватывает ротор снаружи с образованием между ними тракта течения горячих газов так, что ряды рабочих лопаток и теплозащитных экранов статора и ряды направляющих лопаток и теплозащитных экранов ротора расположены относительно друг определенным образом соответственно. Ряды направляющих лопаток и следующий ряд рабочих лопаток в направлении вниз по ходу течения потока образуют ступень турбины. Ступень турбины обеспечена средствами для повторного использования охлаждающего воздуха, который уже был использован для охлаждения, в частности, профильных частей направляющих лопаток ступени турбины, с целью охлаждения теплозащитных экранов статора указанной ступени турбины, находящихся ниже по потоку от указанных направляющих лопаток. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения и снижение потребления охлаждающего воздуха. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Уровень техники

Настоящее изобретение относится к осевой газовой турбине, пример которой иллюстрируется на фиг.5. Газовая турбина 10, показанная на фиг.5, работает по принципу последовательного сжигания топлива. Она содержит компрессор 1, первую камеру 4 сгорания с некоторым количеством топливных форсунок 3 и первым средством 2 подачи топлива, турбину 5 высокого давления, вторую камеру 7 сгорания со вторым средством 6 подачи топлива и турбину 8 низкого давления с чередующимися рядами направляющих лопаток 13 или 33 и рабочих лопаток 16 или 36, которые установлены с образованием ряда ступеней турбины, размещенных вдоль оси 9 агрегата.

Газовая турбина 10, показанная на фиг.5, содержит статор и ротор. Статор содержит корпус с установленными в нем направляющими лопатками 13, 33. Эти направляющие лопатки 13, 33 необходимы для формирования профилированных каналов, через которые протекает горячий газ, полученный в камере 7 сгорания. Газ, протекающий в заданном направлении, ударяет в рабочие лопатки 16, 36, установленные в пазах вала ротора, и приводит ротор турбины во вращение. Для защиты корпуса статора от действия горячего газа, протекающего над рабочими лопатками 16, 36, используют теплозащитные экраны, установленные между соседними рядами направляющих лопаток. Для высокотемпературных ступеней турбины необходима подача охлаждающего воздуха внутрь направляющих лопаток, теплозащитных экранов статора и в рабочие лопатки.

На фиг.1 показана в разрезе типичная воздухоохлаждаемая ступень (СТ) газовой турбины 10. В пределах ступени (СТ) газовой турбины 10 в держателе 11 направляющих лопаток установлен ряд направляющих лопаток 13. Ниже по ходу течения потока от направляющих лопаток 13 размещен ряд вращающихся рабочих лопаток 16, каждая из которых содержит на конце внешнюю платформу 17. Напротив концов рабочих лопаток 16 находятся теплозащитные экраны 18 статора, установленные в держателе 11 направляющих лопаток. Каждая из направляющих лопаток 13 выполнена с внешней платформой 14. Направляющие лопатки 13 и рабочие лопатки 16 с их соответствующими внешними платформами 14 и 17 образуют границы газового тракта 12, через который протекает горячий газ, выходящий из камеры сгорания.

Для того чтобы обеспечить длительный срок эксплуатации такой высокотемпературной газовой турбины 10, все элементы, образующие тракт 12 течения горячего газа, должны эффективно охлаждаться. С этой целью охлаждающий воздух 23 направляют через соответствующие каналы 21 и 22 из камеры 20 к теплозащитным экранам 18 статора и направляющим лопаткам 13 и горячим внешним платформам 17 рабочих лопаток 16. Однако известная конструкция турбины, представленной на фиг.1, требует подачи в полость 19, образованную с задней стороны теплозащитных экранов 18 статора, значительного дополнительного количества охлаждающего воздуха 23 для охлаждения этих теплозащитных экранов статора и внешних платформ 17 рабочих лопаток, и эта особенность может быть рассмотрена как недостаток известной конструкции. Другой недостаток заключается в традиционном способе фиксации теплозащитных экранов статора, при котором между направляющей лопаткой 13 и теплозащитным экраном 18 статора существует зазор (см. зону А на фиг.1, обведенную замкнутой контурной линией), и некоторая часть охлаждающего воздуха из полости 19 вытекает через указанный зазор в газовый тракт 12 турбины (см. стрелки в обведенной зоне А).

Раскрытие изобретения

Задача настоящего изобретения заключается в обеспечении газовой турбины со схемой охлаждения ступени турбины, которая позволяет устранить недостатки, присущие известной охлаждающей конструкции, и в значительной степени снижает потребление охлаждающего воздуха в указанной ступени турбины.

Указанная выше и другие задачи решаются с помощью газовой турбины согласно п.1 формулы изобретения.

Газовая турбина согласно изобретению представляет собой осевую газовую турбину и содержит ротор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых рабочих лопаток и воздухоохлаждаемых теплозащитных экранов ротора и статор с чередующимися рядами воздухоохлаждаемых направляющих лопаток и воздухоохлаждаемых теплозащитных экранов статора, установленных в держателе направляющих лопаток, причем статор коаксиально охватывает снаружи ротор с образованием между ними тракта течения горячего газа, в котором ряды рабочих лопаток и теплозащитных экранов статора и ряды направляющих лопаток и теплозащитных экранов ротора расположены друг относительно друга определенным образом соответственно, при этом ряд направляющих лопаток и следующий за ним ряд рабочих лопаток, расположенный ниже по ходу течения потока, образуют ступень турбины. В соответствии с изобретением ступень турбины обеспечена средствами для повторного использования охлаждающего воздуха, который уже был использован для охлаждения, в частности, профильных частей направляющих лопаток ступени турбины, с целью охлаждения теплозащитных экранов статора указанной ступени турбины, находящихся ниже по потоку от указанных направляющих лопаток.

В соответствии с воплощением изобретения средства повторного использования включают первые средства, предназначенные для накапливания использованного воздуха, выходящего из направляющих лопаток, и вторые средства для направления накопленного воздуха к теплозащитным экранам статора указанной ступени турбины, ниже по потоку от направляющих лопаток, для их охлаждения.

Предпочтительно средства повторного использования, кроме того, включают третьи средства для направления накопленного использованного охлаждающего воздуха к внешним платформам рабочих лопаток указанной ступени турбины, ниже по потоку от направляющих лопаток, для их охлаждения.

Согласно другому воплощению изобретения направляющие лопатки ступени турбины каждая содержит внешнюю платформу, а средства повторного использования выполнены заодно с направляющими лопатками и находятся как раз над внешними платформами.

В соответствии с другим воплощением средства накапливания для каждой направляющей лопатки включают в себя первую полость, расположенную на выходе охлаждающего воздуха из направляющей лопатки с верхней стороны внешней платформы, средства направления охлаждающего воздуха включают вторую полость, проходящую в окружном направлении и соединенную с указанной первой полостью, при этом ряд первых ориентированных в осевом направлении отверстий, которые равномерно распределены в окружном направлении, направляет использованный охлаждающий воздух из второй полости на внешнюю поверхность близлежащих теплозащитных экранов статора ступени турбины для их охлаждения.

В соответствии с другим воплощением изобретения ряд вторых отверстий, ориентированных в осевом направлении, которые равномерно распределены в окружном направлении, направляет использованный охлаждающий воздух из второй полости к внешним платформам близлежащих рабочих лопаток ступени турбины для их охлаждения.

Предпочтительно внешние платформы рабочих лопаток ступени турбины выполнены с ориентированным в окружном направлении передним зубцом, при этом направляющие лопатки ступени турбины перекрывают указанный передний зубец посредством проходящего вниз по потоку и в окружном направлении выступа, имеющегося на задней стенке их внешней платформы, и каждый проходящий вниз по потоку выступ снабжен хонейкомбом, расположенным как раз напротив переднего зубца.

Согласно другому воплощению первая полость образована с помощью ребра в виде рамки, выполненного на верхней поверхности внешней платформы, при этом указанная рамка закрыта сверху уплотнительным экраном.

В соответствии с другим воплощением вторая полость образована с помощью выемки в задней стенке внешней платформы, которую покрывают сверху уплотнительным экраном.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение далее более подробно будет пояснено посредством различных воплощений и со ссылками на приложенные чертежи.

Фиг.1 - детальное раскрытие охлаждения ступени турбины в соответствии с известными аналогами.

Фиг.2 - детальное раскрытие охлаждения ступени турбины в соответствий с одним воплощением изобретения.

Фиг.3 - вид в перспективе, иллюстрирующий конструктивное выполнение внешней платформы направляющей лопатки, показанной на фиг.2, в соответствии с одним воплощением изобретения, при этом все экраны удалены.

Фиг.4 - вид в перспективе, иллюстрирующий конструктивное выполнение внешней платформы направляющей лопатки, показанной на фиг.3, при этом все экраны размещены по месту.

Фиг.5 - хорошо известная базовая конструкция газовой турбины с последовательным сжиганием топлива, которая может быть использована для осуществления изобретения.

Осуществление изобретения

На фиг.2 подробно раскрыто воплощение предложенной конструкции высокотемпературной ступени турбины, в которой обеспечивается частичная экономия охлаждающего воздуха благодаря утилизации воздуха, использованного ранее, в направляющих лопатках ступени турбины. Газовая турбина 30, показанная на фиг.2, содержит ступень турбины СТ с рядом направляющих лопаток 33, за которым расположен ряд рабочих лопаток 36. Рабочие лопатки 33 установлены на роторе, который на фиг.2 не показан. Направляющие лопатки 33 установлены в держателе 31 направляющих лопаток, который охватывает ротор с образованием между ними тракта 32 течения горячего газа. Кроме того, на держателе 31 направляющих лопаток установлены теплозащитные экраны 38 статора, расположенные напротив внешних платформ 37, имеющихся на концах рабочих лопаток 36. На внешней поверхности внешних платформ 37 выполнено некоторое количество зубцов, каждый из которых проходит в окружном направлении. Один из этих зубцов, передний зубец, обозначен ссылочным номером 50. Воздух, использованный в направляющей лопатке 33, проходит из профильной части направляющей лопатки через внешнюю платформу 34 в небольшую полость 39, отделенную от основной (внешней) платформы 34 ребром 40 (см. фиг.2 и фиг.3). Затем воздух протекает из полости 39 в находящуюся рядом полость 41, которая располагается в окружном направлении, и распределяется в два параллельных ряда первых и вторых отверстий 42 и 43, находящихся на одинаковом расстоянии друг от друга в окружном направлении (см. фиг.2 и фиг.3). Первые отверстия 42 направляют струи использованного охлаждающего воздуха к другой стороне теплозащитных экранов 38 статора. Вторые отверстия 43 направляют струи использованного охлаждающего воздуха 1 к передним зубцам 50 внешних платформ 37 рабочих лопаток. Полости 39 и 41 закрывают общим уплотнительным экраном 44 (см. фиг.4). Другой (перфорированный) экран 45 размещен поверх остальной наибольшей части внешней платформы 34, и воздух, предназначенный для охлаждения поверхности платформы и для прохождения внутрь профильной части направляющей лопатки, проходит сквозь отверстия в этом экране.

Эффективная утилизация использованного ранее воздуха, как это описано выше, позволяет избежать дополнительной подачи свежего охлаждающего воздуха к теплозащитным экранам 38 статора, к наружным ободам или внешним платформам 37 рабочих лопаток.

Другая важная новая особенность предложенной конструкции согласно фиг.2 заключается в выполнении выступа 47 на задней стенке внешней платформы 34 направляющей лопатки (см. фиг.2-4). Этот выступ 47 снабжен размещенным на его нижней поверхности хонейкомбом 51. Передний зубец 50 на внешней платформе 37 рабочей лопатки расположен под выступом 47, и этот зубец 50 предотвращает дополнительные утечки использованного воздуха из полости 46, образованной между внешней платформой 37 и теплозащитным экраном 38 статора, в газовый тракт 32 турбины.

При сравнении предложенной формы внешней платформы 34 направляющей лопатки, соответствующей фиг.2, с формой внешней платформы 14 направляющей лопатки, представленной на фиг.1, становится понятным, что минимизация утечек является также результатом отсутствия дополнительного зазора (см. зону А, обозначенную на фиг.1). Таким образом, использованный воздух протекает без потерь через первые отверстия 42 в полость 46 между теплозащитным экраном 38 статора и внешней платформой 37 рабочей лопатки. Этот воздух в значительной степени улучшает тепловое состояние внешних платформ 37 рабочей лопатки и позволяет избежать дополнительной подачи воздуха для охлаждения. Использованный воздух проходит также в полость 52 между держателем 31 направляющей лопатки и теплозащитными экранами 38 статора через зазоры в стыках между элементами конструкции. Использованный воздух, проходящий через вторые отверстия 43, служит для защиты переднего зубца 50 внешних платформ 37 рабочих лопаток.

С помощью настоящего изобретения можно обеспечить следующие преимущества:

1. Использованный в направляющей лопатке воздух используют затем для охлаждения других элементов конструкции.

2. Отсутствует необходимость ввода дополнительного воздуха для охлаждения теплозащитных экранов статора.

3. Предложенная форма внешней платформы направляющей лопатки с дополнительным выступом 47 на ее задней стенке позволяет избежать дополнительных утечек охлаждающего воздуха через щель, обозначенную на фиг.1 как зона А.

4. Использованный воздух заполняет полость 52 (см. фиг.2) и защищает держатель 31 направляющих лопаток от перегрева.

Таким образом, сочетание направляющей лопатки, выполненной с выступом 47 на внешней платформе 34, и отдельного коллектора (полость 39) для использованного воздуха, а также сочетание неохлаждаемого теплозащитного экрана 38 статора и внешней платформы 37 рабочей лопатки, выполненной с тремя зубцами, с образованной между ними полостью 46, обеспечивают создание современной турбины с высокими рабочими характеристиками.


ОСЕВАЯ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА
ОСЕВАЯ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА
ОСЕВАЯ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА
ОСЕВАЯ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА
ОСЕВАЯ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 131-140 из 218.
20.08.2015
№216.013.726e

Способ мониторинга машин с вращающимися валами

Изобретение относится к способу обнаружения точек истирания и/или контакта на машинах с вращающимися частями. Вращающиеся части образуют электрическую коаксиальную систему относительно неподвижных частей такой машины, а в этой системе импульсы электрического напряжения распространяются с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560864
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.7285

Система и способ изготовления роторов

Изобретение относится к области производства роторов. Установка содержит множество обрабатывающих секций 2000 и множество перемещающих устройств 3000. Обрабатывающие секции 2000 включают в себя сварочную обрабатывающую секцию 100 для выполнения сварки и сопутствующих процессов, таких как...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560887
Дата охранного документа: 20.08.2015
27.08.2015
№216.013.7456

Способ работы устройства горения

Изобретение относится к энергетике. Способ работы устройства горения включает в себя подачу топлива и окислителя в устройство горения и их сжигание. Согласно способу во время, по меньшей мере, части периода работы в неустановившемся режиме дополнительная текучая среда подается вместе с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561357
Дата охранного документа: 27.08.2015
27.08.2015
№216.013.7458

Способ эксплуатации камеры сгорания при работе в неустановившемся режиме

Изобретение относится к способу эксплуатации камеры сгорания при работе в неустановившемся режиме. В камеру сгорания подают, по меньшей мере, топливо. Неустановившийся режим включает в себя период, имеющий продолжительность, в течение которого топливо подают в количестве меньшем, чем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561359
Дата охранного документа: 27.08.2015
27.08.2015
№216.013.7522

Теплообменный узел для поворотного регенеративного подогревателя

Изобретение относится к теплообменному узлу для поворотного регенеративного подогревателя. Теплообменный узел содержит множество теплообменных элементов, расположенных в стопку на расстоянии друг от друга. Каждая выемка из множества выемок одного из теплообменных элементов опирается на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561561
Дата охранного документа: 27.08.2015
10.09.2015
№216.013.75e2

Горелка многоконусного типа предварительного смешивания для газовой турбины

Горелка предварительного смешивания многоконусного типа для газовой турбины содержит множество кожухов, расположенных вокруг центральной оси горелки и являющихся частями виртуального аксиально продолжающегося общего конуса , открытого в направлении вниз по потоку. Указанные части смещены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561767
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.760d

Кольцо псевдоожижающего сопла для сварки

Изобретение относится к способу быстрой замены псевдоожижающих сопел. Способ быстрой замены псевдоожижающих сопел, имеющих колпачок сопла, прикрепленный к кольцу надетой на и продолжающейся радиально от вертикальной секции подводящей трубы, содержащий следующие этапы. Скользят инструментом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561810
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.760e

Газотурбинная система генерирования энергии, содержащая систему аварийной подачи энергии

Настоящее изобретение относится к газотурбинной системе генерирования энергии, содержащей генератор с водородным охлаждением, имеющий водород в качестве теплоносителя, хранилище водорода энергоблока, вспомогательное оборудование генератора и систему аварийной подачи энергии, которая содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561811
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.762a

Цикл преобразования энергии для пара, генерируемого реактором на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением

Изобретение относится к циклу преобразования энергии для пара, генерируемого реактором на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением. Цикл имеет первую стадию, на которой первое расширение пара, выходящего из парогенератора, связанного с реактором, осуществляется для приведения пара из исходного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561839
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.769f

Газотурбинная система сгорания

Изобретение относится к энергетике. Газотурбинная система сгорания, при этом газовая турбина содержит компрессор, камеру сгорания для выработки рабочего газа, соединенную для приема сжатого воздуха из компрессора, турбину, соединенную для приема рабочего газа из камеры сгорания. Камера сгорания...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561956
Дата охранного документа: 10.09.2015
Показаны записи 131-140 из 206.
20.08.2015
№216.013.6f65

Горелочное устройство

Настоящее изобретение относится к горелочному устройству для вырабатывания горячих газов (8), расширяемых в газовой турбине, содержащему горелку внутри камеры (1), причем указанная горелка содержит средство (5) впрыска топлива, средство (6) подачи воздуха и средство образования воспламеняющейся...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560087
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.726e

Способ мониторинга машин с вращающимися валами

Изобретение относится к способу обнаружения точек истирания и/или контакта на машинах с вращающимися частями. Вращающиеся части образуют электрическую коаксиальную систему относительно неподвижных частей такой машины, а в этой системе импульсы электрического напряжения распространяются с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560864
Дата охранного документа: 20.08.2015
20.08.2015
№216.013.7285

Система и способ изготовления роторов

Изобретение относится к области производства роторов. Установка содержит множество обрабатывающих секций 2000 и множество перемещающих устройств 3000. Обрабатывающие секции 2000 включают в себя сварочную обрабатывающую секцию 100 для выполнения сварки и сопутствующих процессов, таких как...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002560887
Дата охранного документа: 20.08.2015
27.08.2015
№216.013.7456

Способ работы устройства горения

Изобретение относится к энергетике. Способ работы устройства горения включает в себя подачу топлива и окислителя в устройство горения и их сжигание. Согласно способу во время, по меньшей мере, части периода работы в неустановившемся режиме дополнительная текучая среда подается вместе с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561357
Дата охранного документа: 27.08.2015
27.08.2015
№216.013.7458

Способ эксплуатации камеры сгорания при работе в неустановившемся режиме

Изобретение относится к способу эксплуатации камеры сгорания при работе в неустановившемся режиме. В камеру сгорания подают, по меньшей мере, топливо. Неустановившийся режим включает в себя период, имеющий продолжительность, в течение которого топливо подают в количестве меньшем, чем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561359
Дата охранного документа: 27.08.2015
27.08.2015
№216.013.7522

Теплообменный узел для поворотного регенеративного подогревателя

Изобретение относится к теплообменному узлу для поворотного регенеративного подогревателя. Теплообменный узел содержит множество теплообменных элементов, расположенных в стопку на расстоянии друг от друга. Каждая выемка из множества выемок одного из теплообменных элементов опирается на...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561561
Дата охранного документа: 27.08.2015
10.09.2015
№216.013.75e2

Горелка многоконусного типа предварительного смешивания для газовой турбины

Горелка предварительного смешивания многоконусного типа для газовой турбины содержит множество кожухов, расположенных вокруг центральной оси горелки и являющихся частями виртуального аксиально продолжающегося общего конуса , открытого в направлении вниз по потоку. Указанные части смещены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561767
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.760d

Кольцо псевдоожижающего сопла для сварки

Изобретение относится к способу быстрой замены псевдоожижающих сопел. Способ быстрой замены псевдоожижающих сопел, имеющих колпачок сопла, прикрепленный к кольцу надетой на и продолжающейся радиально от вертикальной секции подводящей трубы, содержащий следующие этапы. Скользят инструментом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561810
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.760e

Газотурбинная система генерирования энергии, содержащая систему аварийной подачи энергии

Настоящее изобретение относится к газотурбинной системе генерирования энергии, содержащей генератор с водородным охлаждением, имеющий водород в качестве теплоносителя, хранилище водорода энергоблока, вспомогательное оборудование генератора и систему аварийной подачи энергии, которая содержит...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561811
Дата охранного документа: 10.09.2015
10.09.2015
№216.013.762a

Цикл преобразования энергии для пара, генерируемого реактором на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением

Изобретение относится к циклу преобразования энергии для пара, генерируемого реактором на быстрых нейтронах с натриевым охлаждением. Цикл имеет первую стадию, на которой первое расширение пара, выходящего из парогенератора, связанного с реактором, осуществляется для приведения пара из исходного...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002561839
Дата охранного документа: 10.09.2015
+ добавить свой РИД