Поиск патентов
ПАТЕНТНЫЙ ПОИСК В РФ

способ и устройство тангенциально смещающего внутреннего охлаждения на направляющей лопатке сопла

Классы МПК:F01D5/18 пустотелые лопатки; устройства для подогрева, теплоизоляции или охлаждения лопаток 
Автор(ы):
Патентообладатель(и):СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)
Приоритеты:
подача заявки:
2009-09-04
публикация патента:

Узел турбины содержит первое устройство (200) направляющих лопаток,

второе устройство (210) направляющих лопаток, и отражатель (100), образованный из пластинчатого элемента. Отражатель содержит первую область (101) отверстия с первой формой отверстия и вторую область (102) отверстия со второй формой отверстия. Первая область (101) отверстия содержит конфигурацию впускных отверстий (104), образующих первую форму отверстия. Вторая область (102) отверстия содержит дополнительную конфигурацию впускных отверстий (104), образующих вторую форму отверстия. Отражатель (100) является пространственно закрепляемым на первом устройстве (200) направляющих лопаток и на втором устройстве (210) направляющих лопаток таким образом, что охлаждающая текучая среда (106) способна протекать через впускные отверстия (104) первой области (101) отверстия в первое устройство (200) направляющих лопаток, и охлаждающая текучая среда (106) способна протекать через впускные отверстия (104) второй области (102) отверстия во второе устройство (210) направляющих лопаток. Первая форма отверстия отличается от второй формы отверстия для достижения заданного первого потока массы охлаждающей текучей среды (106) в первое устройство (200) направляющих лопаток и заданного второго потока массы охлаждающей текучей среды (106) во второе устройство (210) направляющих лопаток в заданных установочных положениях первого устройства (200) направляющих лопаток и второго устройства (210) направляющих лопаток. Изобретение направлено на обеспечение подходящей охлаждающей системы для турбины. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.

Рисунки к патенту РФ 2518775

способ и устройство тангенциально смещающего внутреннего охлаждения   на направляющей лопатке сопла, патент № 2518775 способ и устройство тангенциально смещающего внутреннего охлаждения   на направляющей лопатке сопла, патент № 2518775 способ и устройство тангенциально смещающего внутреннего охлаждения   на направляющей лопатке сопла, патент № 2518775 способ и устройство тангенциально смещающего внутреннего охлаждения   на направляющей лопатке сопла, патент № 2518775

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к отражателю для направления охлаждающей текучей среды к лопастному устройству турбины. Более того, настоящее изобретение относится к лопастному узлу турбины, содержащему отражатель. Более того, настоящее изобретение относится к способу изготовления отражателя для направления охлаждающей текучей среды к лопастному устройству турбины.

Уровень техники

В традиционных газовых турбинах камера сгорания изготавливается из определенного количества отдельных горелок, которые подают горячий газ в первую ступень с помощью сопловых направляющих лопаток, которые расположены после камеры сгорания. Направляющие лопатки направляют горячие газы от отдельных горелок и воздух от ступени компрессора в заданном направлении. Более того, направляющие лопатки содержат сопла, через которые охлаждающий воздух может быть выпущен для того, чтобы охлаждать поверхности направляющих лопаток.

В традиционной ступени камеры сгорания турбины определенное количество отдельных горелок расположено по окружности вокруг центра турбины. Таким образом, имеется некоторое тангенциальное колебание температуры газа, связанное с потоком горячих газов от отдельных камер сгорания в переднем направлении. Когда количество отдельных горелок уменьшается, величина тангенциального колебания температуры газа увеличивается, так как между грелками создается более низкая температура, а близко к горелкам создается более высокая температура.

Это тангенциальное колебание температуры приводит к изменению температурного режима в каждой передней сопловой направляющей лопатке, причем температурный режим на каждой сопловой направляющей лопатке зависит от положения сопловой направляющей лопатки относительно отдельных горелок, т.е. относительно положения установки сопловой направляющей лопатки внутри турбины.

Температура металла является решающим аспектом в сроке службы каждой сопловой направляющей лопатки. Температура металла может регулироваться использованием охлаждающего воздуха. Однако использование чрезмерного количества охлаждающего воздуха уменьшает мощность и эффективность газовой турбины. В традиционных охлаждающих системах, количество охлаждающего воздуха должно быть настроено в соответствии с температурным режимом газа для сопловой направляющей лопатки, которая подвергается воздействию наиболее высокой температуры так, чтобы все сопловый направляющие лопатки имели одинаковый допустимый срок службы.

Традиционная сопловая направляющая лопатка (NGV) содержит множество отверстий, через которые охлаждающая текучая среда может быть выпущена для обеспечения пленочного охлаждения на поверхностях NGV. NGV может содержать отражательные пластины или трубки, которые используются для дозирования воздуха в корректные положения. Эти отражательные пластины или трубки размещены внутри NGV для охлаждения внутренней стенки NGV.

В традиционном варианте выполнения системы принудительного охлаждения охлаждающий воздух, который течет внутри каждой NGV, в частности внутри отражательных пластин или трубок, является одинаковым для всех установленных NGV или регулируется сложными смещающими клапанами.

СА 2596040 А1 раскрывает систему распределения охлаждающего воздуха, которая распределяет охлаждающий воздух перед передним краем аэродинамического профиля направляющей лопатки. Множество отверстий установлено в опорном фланце так, что охлаждающий воздух может быть введен внутрь зоны горения для охлаждения переднего края аэродинамического профиля направляющей лопатки снаружи.

ЕР 1039096 А2 раскрывает направляющую лопатку, в которой установлена отражательная трубка. Отражательная пластина содержит выпускные отверстия, которые направляют охлаждающий воздух к внутренней поверхности направляющей лопатки для охлаждения внутренней стенки направляющей лопатки.

ЕР 1544414 В1 раскрывает направляющую лопатку, которая содержит отражательную трубку с выпускными отверстиями для направления охлаждающего воздуха изнутри к поверхности внутренней стенки направляющей лопатки. Некоторые выпускные отверстия для охлаждающей текучей среды направляющей лопатки могут отличаться от смежных выпускных отверстий смежных направляющих лопаток.

ЕР 1319806 А2 и US 4785624 раскрывают сложные устройства регулирования, например смещающие клапаны, и системы регулирования для регулирования размера выпускного устройства.

GB 2450405 А раскрывает сопло газовой турбины с неодинаково охлаждаемыми лопатками, причем разницы охлаждения могут быть достигнуты изменением конфигурации отверстий с пленочным охлаждением и толщиной термобарьерного покрытия.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения может быть обеспечение подходящей охлаждающей системы для турбины.

Для того чтобы решить определенную выше задачу, обеспечены отражатель для направления охлаждающей текучей среды в лопастное устройство турбины, лопастной узел турбины, содержащий отражатель, и способ изготовления отражателя для направления охлажденной текучей среды в лопастное устройство турбины согласно независимым пунктам формулы изобретения. Зависимые пункты формулы изобретения описывают предпочтительные усовершенствования и преобразования изобретения.

Согласно первому примерному варианту выполнения настоящего изобретения обеспечен отражатель для направления охлаждающей текучей среды в лопастное устройство турбины. Отражатель содержит первую область отверстия с первой формой отверстия и вторую область отверстия со второй формой отверстия. Отражатель является присоединяемым к первому лопастному устройству и второму лопастному устройству таким образом, что охлаждающая текучая среда способна протекать через первую область отверстия в первое лопастное устройство, и охлаждающая текучая среда способна протекать через вторую область отверстия во второе лопастное устройство. Первая форма отверстия отличается от второй формы отверстия для достижения заданного первого потока массы охлаждающей текучей среды в первое лопастное устройство и заданного второго потока массы охлаждающей текучей среды во второе лопастное устройство в заданных установочных положениях первого лопастного устройства и второго лопастного устройства.

Предпочтительно первая форма отверстия определяет первое поперечное сечение скорости потока, а вторая форма отверстия определяет второе поперечное сечение скорости потока, через которые охлаждающая среда может проходить, причем первое поперечное сечение скорости потока отличается от второго поперечного сечения скорости потока. Это может приводить к разнице между первым потоком массы и вторым потоком массы так, что в зависимости от первой формы отверстия и второй формы отверстия определенное количество охлаждающей текучей среды может быть направлено в первое лопастное устройство, и другое, но также определенное, количество охлаждающей текучей среды может быть направлено во второе лопастное устройство.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения настоящего изобретения, обеспечен лопастной узел турбины, причем лопастной узел содержит первое лопастное устройство, второе лопастное устройство и вышеописанный отражатель.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения настоящего изобретения обеспечен способ изготовления отражателя для направления охлаждающей текучей среды в лопастное устройство турбины. Согласно этому способу, может быть определена теплота окружающей среды в заданном установочном положении лопастного устройства в турбине. Для достижения заданного эффекта охлаждения лопастного устройства в заданном установочном положении, определяют или вычисляют заданный местный поток массы охлаждающей текучей среды в лопастное устройство. В отражателе образуют область отверстия так, что заданный местный поток массы охлаждающей текучей среды способен протекать в лопастное устройство.

Лопастное устройство турбины может обозначать аэродинамический профиль, лопасть ротора, лопасть статора или направляющую лопатку, в частности сопловую направляющую лопатку (NGV) газовой турбины.

Отражатель может быть образован из пластинчатого элемента, в котором используются теплостойкие материалы, такие как керамика или другие пригодные теплостойкие материалы. Первая и вторая области отверстия могут описывать область, через которую охлаждающая текучая среда может протекать внутрь лопастного устройства или отражательной трубки, размещенной внутри направляющей лопатки. Форма каждой первой и второй области отверстия может определять объем потока массы, который может протекать через отражатель в первое или второе лопастное устройство, форма первой и/или второй области отверстия может обеспечивать множество различных форм, таких как круглая, прямоугольная или другие многоугольные формы, множество размеров и множество ориентаций в отношении направления течения охлаждающей текучей среды. Другими словами, форма первой и/или второй области отверстия может определять способность протекать потока массы внутрь первого или второго лопастного устройства.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения, отражатель может содержать также более чем две первую и/или вторую области отверстия так, что один элемент отражателя может содержать множество областей отверстия, которые являются соединяемыми с множеством соответственных лопастных устройств. Более того, один отражатель может быть соединен с множеством лопастных узлов вокруг секции несущего устройства турбины. Отражатель может быть, например, пружиной, нагруженной относительно несущего устройства так, что отражатель может быть прикреплен к несущему устройству запрессовкой.

Выражение «заданное установочное положение» может обозначать особое установочное положение лопастного устройства внутри турбины, т.е. выражение «заданное установочное положение» может обозначать положение, в котором первое и второе лопастное устройство предусмотрено устанавливаемым внутри турбины. В частности, турбины и газовые турбины содержат окружное поперечное сечение, причем в его тангенциальных положениях, например, близких к трубчатому корпусу турбины, устанавливают отдельные горелки и вводят горячий газ из отдельных горелок. Заданные установочные положения, в частности, определяются тангенциальным положением лопастных устройств в отношении положений выпуска горячего газа из отдельных горелок для того, чтобы направлять горячие выпускаемые газы из горелок и/или ступени компрессора в заданном направлении. Например, первое лопастное устройство может быть расположено прямо в центре горячего выпускаемого газа, обеспеченного первой камерой сгорания, тогда как второе лопастное устройство может быть расположено вне этого центра или может находиться непосредственно между двумя камерами сгорания так, что второе лопастное устройство не испытывает попадания основного потока горячих выпускаемых газов, но двумя второстепенными потоками из этих двух камер сгорания. В связи с этим, количество и положения камер сгорания, а также форма и длина переходного канала между камерами сгорания, и запуск ступени турбины имеют влияние на местное распределение горячих газов.

Для определения потока массы охлаждающей текучей среды в заданном установочном положении первого и/или второго лопастного устройства теплоту окружающей среды в заданном установочном положении первого и второго лопастного устройства в турбине узнают, например, измерением температуры или имитированием турбинных рабочих условий. Если теплота окружающей среды в заданном установочном положении лопастного устройства известна, первый поток массы и второй поток массы охлаждающей текучей среды может определяться и регулироваться первой и второй областью отверстия так, что заданный первый поток массы и второй поток массы способны протекать внутрь лопастного устройства для охлаждения лопастного устройства. Таким образом, заданный эффект охлаждения достигается для первого и второго лопастного устройства, при этом заданный эффект охлаждения адаптируется в точности до необходимого для каждого первого и второго лопастного устройства, в частности адаптируется к заданному установочному положению первого и второго лопастного устройства.

С помощью настоящего изобретения использование охлаждающей текучей среды, в частности, охлаждающего воздуха, может быть оптимизировано адаптацией потока массы охлаждающей текучей среды индивидуально к каждому лопастному устройству в отношении заданного установочного положения лопастного устройства. В зависимости от заданного установочного положения лопастное устройство принимает заданный поток массы охлаждающей текучей среды за счет точно отрегулированной формы области отверстия в отражателе.

Первая форма отверстия и вторая форма отверстия отличаются друг от друга так, что различные первый поток массы и второй поток массы охлаждающей текучей среды способны протекать внутрь соответствующих первого лопастного устройства и второго лопастного устройства.

Другими словами, используя отражатель с первой и второй областью отверстия для направления охлаждающей текучей среды, отражатель частично блокирует формой первой области отверстия и второй области отверстия вход охлаждающей текучей среды внутрь первого и/или второго лопастного устройства так, что в различные лопастные устройства может входить больше или меньше охлаждающей текучей среды. Блокировка соответственно формы отверстия небольшого размера может быть использована только для лопастных устройств, которые не подвергаются воздействию, например, температур наиболее горячих газов. Потоки массы охлаждающей текучей среды в лопастные устройства, которые подвергаются воздействию даже более низких температур, могут блокироваться больше меньшей формой отверстия первой и/или второй областей отверстия. Для максимального потока массы охлаждающей текучей среды в лопастное устройство первая и/или вторая форма отверстия первой и/или второй области отверстия может содержать одинаковый размер с внутренней трубкой первого и/или второго лопастного устройства так, что дефлектором не создается блокировка и достигается максимальный эффект охлаждения и максимальный поток массы.

В частности, отражатель размещают на участке впуска охлаждающей текучей среды первого и/или второго лопастного устройства так, что отражатель управляет впуском, соответственно впуском охлаждающей текучей среды, внутрь лопастного устройства. При этом, при управлении впуском охлаждающей текучей среды в первое и/или второе лопастное устройство далее может быть обеспечено более точное управление потоком массы при обеспечении выпуска, соответственно выпуска потока массы, наружу первого и/или второго лопастного устройства. Таким образом, в примерном варианте выполнения отражатель содержит первую область отверстия и вторую область отверстия, причем отражатель установлен с возможностью управления впуском охлаждающей текучей среды внутрь первого и/или второго лопастного устройства.

С помощью настоящего изобретения может быть обеспечен простой механизм охлаждения для лопастного устройства. Простым регулированием формы первой области отверстия и/или второй области отверстия отражателя согласно заданному установочному положению первого лопастного устройства и второго лопастного устройства, может быть обеспечен особый заданный эффект охлаждения для соответственных лопастных устройств. Комплексные смещающие системы для эффекта охлаждения могут быть больше не нужны. Более того, отражатель может быть просто установлен в существующей газовой турбине, в частности между лопастным устройством и несущим кольцом для поддержания лопастных устройств. Может быть возможно переоснащение существующих газовых турбин. Более того, так как отражатель может быть изготовлен простым обеспечением двух областей отверстия с различными формами в пластинчатом листе отражателя, может быть обеспечен простой и недорогой способ изготовления.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения на отражателе может быть обеспечена первая специальная конфигурация первого средства соединения. Первая специальная конфигурация соответствует второй специальной конфигурации второго средства соединения в заданном установочном месте отражателя в турбине.

Первое и/или второе средство соединения может содержать, например, петлю или шпильку на одной стороне и соответствующий зазор, выполняющий функцию соответствия первому и/или второму средству соединения, на другой стороне. Если, например, отражатель содержит первую специальную конфигурацию петель, как первого средства соединения, первая специальная конфигурация петель может крепиться только к соответствующей второй специальной конфигурации зазоров, как второго средства соединения, в заданном установочном положении отражателя турбины. Другими словами, специальная конфигурация петель и специальная конфигурация зазоров образуют особое установочное положение для отражателя относительно турбины. Таким образом, используя первую специальную конфигурацию первого средства соединения и вторую специальную конфигурацию второго средства соединения может быть обеспечена маркировка заданных установочных мест. Это приводит к способу точной установки отражателя внутри турбины, так как отражатель может быть установлен только в специально отведенном и заданном установочном положении. Первое и второе средства соединения также могут быть выбраны из группы, состоящей из шпилек и соответственных отверстий. Первая и вторая специальные конфигурации могут быть обеспечены образованием определенной компоновки или определенным диаметром средства соединения. Первое и второе средства соединения также могут содержать жетоны, которые содержат информацию о корректном установочном положении отражателя. Более того, вторая специальная конфигурация второго средства соединения может быть образована в первом и/или втором лопастных устройствах на (общей) базовой области лопастных устройств или на несущем устройстве, например несущем кольце турбины.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения первая область отверстия и/или вторая область отверстия содержит конфигурацию впускных отверстий. Первая форма отверстий и вторая форма отверстий может быть образована с одним впускным отверстием или с множеством впускных отверстий для охлаждающей текучей среды. Таким образом, за счет конфигурации впускных отверстий характеристики потока охлаждающей текучей среды (например, требуемая турбулентность внутри лопастного устройства) могут быть адаптированы так, что эффект улучшения может быть улучшен.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения, отражатель может содержать выпускные отверстия для выпуска охлаждающей текучей среды в среду первого лопастного устройства и/или второго лопастного устройства для обеспечения пленочного охлаждения на внешней поверхности первого лопастного устройства и/или второго лопастного устройства. Таким образом, часть охлаждающей текучей среды может быть введена через первую и вторую область отверстия внутрь соответственных лопастных устройств, но к тому же, другая часть охлаждающей текучей среды может быть использована для выпуска в среду лопастных устройств. Таким образом, может быть обеспечено внешнее пленочное охлаждение, которое может быть обеспечено на внешней поверхности лопастных устройств, и, подобным образом, может быть обеспечен эффект внутреннего охлаждения, регулируемый первой и второй формами отверстия первой и второй областей отверстия.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения отражателя, отражатель является пространственно закрепляемым на несущем устройстве турбины или на первом лопастном устройстве и/или втором лопастном устройстве.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения лопастного узла, этот узел содержит несущее устройство, в котором несущее устройство прикреплено к турбине и определяет заданное установочное положение первого лопастного устройства и второго лопастного устройства относительно турбины. Согласно дополнительному примерному варианту выполнения, несущее устройство представляет собой несущее кольцо.

Выражение «несущее устройство» может обозначать устройство, которое может поддерживать лопастное устройство в заданном установочном положении в турбине. Несущее устройство может обозначать внутреннее несущее кольцо, которое продолжается по окружности вокруг центра турбины, причем несущее устройство выполнено с возможностью поддержания лопастных устройств. От внутреннего несущего кольца лопастные устройства могут продолжаться в направлении наружу (радиально наружу) относительно центра турбины. Более того, несущее устройство может обозначать внешнее несущее кольцо, от которого лопастные устройства могут продолжаться радиально внутрь к осевой линии газовой турбины. Несущее устройство может быть несущим кольцом статора и, в связи с этим, может быть неподвижно прикреплено к турбине. Более того, несущее устройство может быть несущим кольцом ротора, которое присоединено к оси вращения турбины и может быть выполнено с возможностью поддержания лопастей ротора, в частности ступени турбины газовой турбины.

Отражатель может быть пространственно прикреплен к несущему устройству турбины или к первому или второму лопастному устройству так, что отражатель может быть предварительно собран либо с несущим устройством, либо лопастными устройствами так, что может быть обеспечен способ гибкого изготовления.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения лопастного узла, отражатель неразъемно образован с первым лопастным устройством и/или вторым лопастным устройством.

Выражением «неразъемно» может обозначать, что отражатель и первое и/или второе лопастное устройство изготовлены как одно целое. В частности, лопастные устройства могут быть изготовлены использованием так называемого способа литья в выплавляемые модели, в котором могут быть образованы внутренние охлаждающие пустоты. Кроме охлаждающих пустот отражатель также может быть изготовлен цельным так, что могут быть не нужны дополнительно соединение и изготовление или этап установки между отражателем и лопастными устройствами.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения лопастного узла, отражатель размещают между (a) первым лопастным устройством и вторым лопастным устройством и (b) несущим устройством таким образом, что образуется зазор между отражателем и несущим устройством так, что охлаждающая текучая среда способна протекать через этот зазор. Охлаждающая текучая среда может быть подана в зазор. Первая область отверстия и вторая область отверстия отражателя могут быть соединены с зазором так, что через области отверстия охлаждающая текучая среда может протекать из зазора внутрь первого и/или второго лопастных устройств. Тем самым, отражатель может покрывать по меньшей мере часть поверхности несущего устройства и/или первого и/или второго лопастного устройства так, что охлаждающая текучая среда может быть направлена в зазор между отражателем и этой поверхностью.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения, отражатель содержит третью специальную конфигурацию третьего средства соединения, а несущее устройство содержит четвертую специальную конфигурацию четвертного средства соединения. Третья специальная конфигурация соответствует четвертой специальной конфигурации четвертого средства соединения в заданном установочном положении отражателя.

Третье средство соединения и четвертое средство соединения могут содержать петли и соответствующие зазоры, которые выровнены в заданной специальной конфигурации так, что специальная конфигурация третьего средства соединения крепится к специальной конфигурации четвертого средства соединения (исключительно) в заданном установочном положении.

С помощью настоящего изобретения использование охлаждающего воздуха может быть оптимизировано так, что каждому лопастному устройству придают заданную соответственную форму отверстия области отверстия в зависимости от его заданного установочного положения (например, тангенциального положения) лопастного устройства относительно турбины. Заявленный отражатель может быть установлен в существующей отливке турбины и может быть установлен в несущих устройствах и лопастных устройствах без какого-либо преобразования существующей турбины.

Первая область отверстия и/или вторая область отверстия могут содержать определенное количество впускных отверстий для уменьшения количества охлаждающей текучей среды, используемой для охлаждения лопастных устройств. Применяя заявленный отражатель, эффект охлаждения каждого из лопастных устройств приводят в соответствие со специальным установочным положением лопастного устройства внутри турбины, в частности, относительно установочного положения горелок турбины.

Отметим, что варианты выполнения изобретения были описаны со ссылкой на различные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты выполнения были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения типа устройство, тогда как другие варианты выполнения были описаны со ссылкой на пункты формулы изобретения типа способ. Однако специалист в области техники сделает вывод из вышеуказанного и следующего далее описания, что помимо отмеченного, в дополнение к любой совокупности признаков, относящихся к одному типу объекта изобретения, любая совокупность между признаками, относящимися к различным объектам изобретения, в частности между признаками пунктов формулы изобретения типа устройство и признаками пунктов формулы изобретения типа способ, также рассматривается как раскрываемая этой заявкой.

Краткое описание чертежей

Вышеопределенные аспекты и дополнительные аспекты настоящего изобретения выражены в примерах варианта выполнения, описываемого далее, и объяснены со ссылкой на примеры варианта выполнения. Далее изобретение будет описано более подробно со ссылкой на примеры варианта выполнения, причем которым изобретение не ограничивается.

Фиг. 1 иллюстрирует схематический вид примерного варианта выполнения отражателя;

Фиг. 2 иллюстрирует примерный вариант выполнения лопастного узла турбины с отражателем согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 3 иллюстрирует схематический вид лопастного узла согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения; и

Фиг. 4 иллюстрирует увеличенный вид лопастного узла с отражателем согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения.

Подробное описание

Иллюстрации на чертежах являются схематическими. Отметим, что на различных фигурах подобные или идентичные элементы обеспечены одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг. 1 показывает отражатель 100 для направления охлаждающей текучей среды 106 к лопастному устройству турбины. Отражатель 100 содержит первую область 101 отверстия с первой формой отверстия и вторую область 102 отверстия со второй формой отверстия. Отражатель 100 является соединяемым с первым лопастным устройством 200 (см. Фиг. 2) и со вторым лопастным устройством (см. Фиг. 2) таким образом, что охлаждающая текучая среда 106 способна протекать в первую область 101 отверстия в первое лопастное устройство 200, и охлаждающая текучая среда способна протекать через вторую область 102 отверстия во второе лопастное устройство 210. Первая форма отверстия отличается от второй формы отверстия для достижения заданного первого потока массы в первое лопастное устройство 200 и заданного второго потока массы во второе лопастное устройство 210 в заданных установочных положениях первого лопастного устройства 200 и второго лопастного устройства 210. Другими словами, первая и вторая области отверстий адаптированы к теплу окружающей среды в заданном установочном положении лопастных устройств 200, 210 в турбине таким образом, что заданный поток массы охлаждающей текучей среды 106 способен протекать в лопастное устройство 200 для достижения заданного эффекта охлаждения для лопастных устройств 200, 210 в заданных установочных положениях.

Заданное установочное положение может определять заданное положение первого и/или второго лопастного устройства 200, 210 относительно турбины. Для каждого заданного установочного положения лопастных устройств 200, 210 в турбине может быть измерено или вычислено заданное тепло окружающей среды так, что заданный поток массы охлаждающей текучей среды 106 может быть определен для достижения требуемого эффекта охлаждения в лопастных устройствах 200, 210.

Как показано на Фиг. 1, первая область 101 отверстия и вторая область 102 отверстия могут содержать конфигурацию впускных отверстий 104, которые могут определять первую форму отверстия первой области 101 отверстия и вторую форму отверстия второй области 102 отверстия. Как показано на Фиг. 1, первая область 101 отверстия, имеющая два впускных отверстия 104, может обеспечивать поток охлаждающей текучей среды 106 в первое лопастное устройство 200, и частично заблокированная вторая область 102 отверстия, имеющая пять меньших впускных отверстий 104, может обеспечивать поток охлаждающей текучей среды 106 во второе лопастное устройство 210. Первая форма отверстия и вторая форма отверстия могут обеспечивать, в частности, с помощью его впускных отверстий 104 частичную блокировку для ограничения потока охлаждающей текучей среды 106 в лопастное устройство 200, 210. Блокировка охлаждающей текучей среды 106 первой формой отверстия и второй формой отверстия также может зависеть от давления, с которым охлаждающая текучая среда 106 подается через первую и вторую формы отверстия.

Первая область 101 отверстия и вторая область 102 отверстия показаны пунктирными линиями на фигурах, так как не могут быть видимы, но лишь определяют область, в которой формы отверстия определены. Дополнительно, первая и вторая области 101, 102 отверстия могут представлять вход аэродинамическому охлаждению в отливке сопловой направляющей лопатки, если она отливается. В связи с этим, в изготовленном изделии формы областей 101 и 102 отверстия могут быть видны незначительно, но это не является обязательным случаем.

Более того, как может быть видно на Фиг. 1, отражатель 100 может содержать первое средство 103 соединения, которое прикреплено в заданной первой специальной конфигурации к отражателю 100. В частности, первое средство 103 соединения может быть образовано в виде петель или шпилек. Фиг. 1 иллюстрирует три возможных положения первого средства 103 соединения в отражателе 100. Первое средство 103 соединения, в частности петли, может быть размещено в левой, центральной или правой части отражателя 100 (см. пунктирные линии на Фиг. 1). В частности, петля (как первое средство 103 соединения) может выполняться только в одном из трех положений, показанных в виде пунктирных линий на Фиг. 1. Левая, центральная и правая петля крепятся в соответствующем левом, центральном или правом зазоре (как втором средстве 201 соединения) в первом лопастном устройстве 200 и/или втором лопастном устройстве 210. Положение, в котором шпилька крепится, определяет зазор и, таким образом, управляет относительным положением отражателя 100 относительно первого лопастного устройства 200 и/или второго лопастного устройства 210 и, таким образом, центра камеры сгорания. Другими словами, посредством границы, определенной вторым средством 201 соединения, может быть определено положение отражателя 100 относительно центра камеры сгорания.

Более того, могут быть образованы одно, два или три первых средств 103 соединения, обозначенных пунктирными линиями на Фиг.1 . Другие положения первого средства 103 соединения в отражателе 100 также могут быть возможны.

Соответствующее второе средство 201 соединения (см. Фиг. 2) может содержать вторую специальную конфигурацию. Первая специальная конфигурация первого средства 103 соединения может крепиться ко второй специальной конфигурации второго средства 201 соединения (исключительно) в заданном установочном положении отражателя 100 в турбине. Если, например, первое средство 103 соединения содержит петлю в левом положении, как видно на Фиг. 1, соответствующая вторая специальная конфигурация второго средства 201 соединения может быть образована зазором, в который можно вставлять петлю, образованную на левой стороне отражателя 100, как видно на Фиг. 1. Если зазор будет отсутствовать в корректном положении в установочном положении, отражатель 100 не может крепиться в этом положении, так как петля исключает корректную установку отражателя 100.

Фиг. 2 иллюстрирует лопастной узел 220, в котором лопастной узел 220 содержит первое лопастное устройство 200, второе лопастное устройство 210 и отражатель 100. Отражатель 100 может быть установлен в базовой области первого лопастного устройства 200 и/или второго лопастного устройства 210. В лопастном узле 220 может быть образовано второе средство 201 соединения. Как показано на Фиг. 2, второе средство 201 соединения образует три зазора, причем положение этих трех зазоров образует вторую специальную конфигурацию. Отражатель 100 должен содержать для его корректной установки первую специальную конфигурацию первого средства 103 соединения, в частности корректные положения петель, так, чтобы первое средство 103 соединения крепилось ко второму средству 201 соединения. Первая специальная конфигурация и вторая специальная конфигурация выполнены таким образом, что отражатель 100 является устанавливаемым исключительно в особом установочном положении. Таким образом, может быть предотвращена некорректная установка отражателя 100 в некорректном установочном положении, где первая область 101 отверстия и вторая область 102 отверстия могут, например, быть соединены с возможностью повреждения лопастных устройств 200, 210. В базовой области первого лопастного устройства 200 и/или второго лопастного устройства 210 может быть образована поперечина, в которой образовано второе средство 201 соединения, например посредством образованием выемок.

Как может быть более того принято во внимание из Фиг. 2, третье средство 202 соединения может быть образовано либо на дефлекторе 100, либо в первом лопастном устройстве 200 и/или втором лопастном устройстве 210. Третье средство соединения может образовывать третью специальную конфигурацию, например отдельно образованные зацепки или зажимы, которые крепятся к четвертому средству 301 соединения (см. Фиг. 3) или несущему устройству 300 (см. Фиг. 3) в особом заданном установочном положении.

В довершении, внутри первого лопастного устройства 200 и второго лопастного устройства 210 пунктирными линями обозначены отверстия 211 для охлаждения лопаток. Может потребоваться создавать вынужденное падение давления, чтобы позволять отражателю 100 - который также может быть назван отражательной пластиной - работать.

Фиг. 3 иллюстрирует примерный вариант выполнения настоящего изобретения, в котором три лопастных узла 220 прикреплены к несущему устройству 300. Несущее устройство 300 может содержать, например, внутреннее несущее кольцо, выполненное с возможностью поддержания лопаток турбины, от внутреннего несущего кольца которой первое лопастное устройство 200 и второе лопастное устройство 210 продолжаются радиально наружу относительно осевой линии турбины. Несущее устройство 300 может содержать четвертое средство 301 соединения, которое может быть образовано в виде зазоров, с которыми может быть зацеплено третье средство 202 соединения. Четвертое средство 301 соединения образует четвертую специальную конфигурацию так, что только заданные лопастные узлы 220, которые содержат соответствующую третью специальную конфигурацию третьего средства 202 соединения, могут быть закреплены в заданном установочном положении на несущем устройстве 300 и таким образом в заданном установочном положении относительно турбины. Как может быть видно на Фиг. 3, левый лопастной узел 220 содержит на правой стороне зацепку или шпильку, образующую третье средство 202 соединения. Только в левом положении несущего устройства 300 третье средство 202 соединения может быть зацеплено четвертым средством 301 соединения. Срединный или правый лопастные узлы 220 не могут прикрепляться к несущему устройству 300 в левом положении, так как третья специальная конфигурация третьего средства 202 соединения срединного или правого лопастных узлов 220 не является прикрепляемой к четвертной специальной конфигурации четвертого средства 301 соединения в левой области несущего устройства 300. Таким образом, каждому лопастному узлу 220 может быть определено заданное особое установочное положение относительно несущего устройства 300 и таким образом относительно турбины.

Более того, как может быть видно на Фиг. 3, лопастные узлы 220 разнесены от поверхности несущего устройства 300 так, что образуется зазор 302. Через зазор 302 охлаждающая текучая среда 106 может быть подана в первое лопастное устройство 200 и/или второе лопастное устройство 210. Охлаждающая текучая среда 106 может быть подана ступенью компрессора турбины в зазор 302.

Лопастные узлы 220 размещены на несущем устройстве 300, причем несущее устройство 300 может быть внутренним несущим кольцом или внешним несущим кольцом. Выравнивание определенного количества лопастных узлов 220 может образовывать конфигурацию, причем эта конфигурация лопастных узлов 220 может повторять себя вокруг периферии несущих колец. Согласно Фиг. 3, конфигурация лопастных узлов 220 может содержать три лопастных узла 220. Такая конфигурация лопастных узлов 220 может повторяться вокруг периферии несущего кольца, например в отношении количества горелок для сжигания. В частности, если горелка для сжигания выпускает нагретый воздух вблизи лопастного узла 220, который размещен в среднем из трех лопастных узлов 220, как показано на Фиг. 3, отражатель 100, закрепленный за средним лопастным узлом 220, может содержать первые формы отверстия и вторые формы отверстия, которые обеспечивают большую величину потока массы охлаждающей текучей среды 106 для того, чтобы охлаждать лопастные устройства 200, 210. Правый и левый лопастные узлы 220, как может быть видно на Фиг. 3, более разнесены от горелки для сжигания так, что на лопастные устройства 200, 210 воздействуют более низкой теплотой окружающей среды. Таким образом, отражатели 100, закрепленные за левым лопастным узлом 220 и правым лопастным узлом 220, могут содержать меньшие области 101, 102 отверстия так, что поток массы охлаждающей текучей среды 106 блокируется больше в отношении этих областей 101, 102 отверстий лопастного узла 220, который размещен в среднем из трех лопастных узлов 220.

Фиг. 3 иллюстрирует только три лопастных узла 220, образующих определенную конфигурацию лопастных узлов 220. Кроме того, конфигурация лопастных узлов 220 может содержать два лопастных узла или множество из более чем трех лопастных узлов 220. Более того, каждая конфигурация может быть повторена вокруг всей периферии несущего устройства 330, в частности несущего кольца.

Фиг. 4 иллюстрирует боковой вид лопастного узла 220. Отражатель 100 может быть прикреплен к базовой области первого и/или второго лопастного устройства 200, 210. Несущее устройство 300 может содержать внутреннее несущее кольцо ступени статора газовой турбины. От центра турбины охлаждающая текучая среда 106 может быть подана через канал 401 подачи в несущее устройство 300. Охлаждающая текучая среда 106 может быть подана в зазор 302, от которого охлаждающая текучая среда 106 направляется внутрь лопастных устройств 200, 210. Тем самым, охлаждающая текучая среда 106 должна проходить отражатель 100 и, таким образом, первую область 101 отверстия и вторую область 102 отверстия. Размеры соответственно первой формы отверстия и второй формы отверстия адаптированы к заданному установочному положению лопастного узла 220, соответственно первого лопастного устройства 200 и второго лопастного устройства 210 относительно турбины.

Более того, как может быть видно на Фиг. 4, третье средство 202 соединения образовано в крюкообразной форме, причем третье средство 202 соединения прикреплено либо к (базовой области) лопастных устройств 200, 201, либо к элементу 100 отражателя. Третье средство 202 соединения может крепиться к заданной специальной конфигурации четвертого средства 301 соединения.

Кроме того, на Фиг. 4 для специального лопастного устройства 200, 210 пунктирными линиями обозначены два впускных отверстия 104, образующих проход через отражатель 100. Более того, отверстие 402 лопасти в основании лопастного устройства 200, 210 также обозначено пунктирными линиями. Поперечное сечение отверстия 402 лопасти может быть значительно шире поперечного сечения впускных отверстий 104. Поток массы через лопастное устройство 200, 210 опять же может быть определен поперечным сечением впускных отверстий 104.

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Узел турбины, причем узел (220) содержит

первое устройство (200) направляющих лопаток,

второе устройство (210) направляющих лопаток, и

отражатель (100), образованный из пластинчатого элемента,

причем отражатель (100) содержит

первую область (101) отверстия с первой формой отверстия, причем первая область (101) отверстия содержит конфигурацию впускных отверстий (104), образующих первую форму отверстия, и

вторую область (102) отверстия со второй формой отверстия, причем вторая область (102) отверстия содержит дополнительную конфигурацию впускных отверстий (104), образующих вторую форму отверстия,

причем отражатель (100) является пространственно закрепляемым на первом устройстве (200) направляющих лопаток и на втором устройстве (210) направляющих лопаток таким образом, что охлаждающая текучая среда (106) способна протекать через впускные отверстия (104) первой области (101) отверстия в первое устройство (200) направляющих лопаток, и охлаждающая текучая среда (106) способна протекать через впускные отверстия (104) второй области (102) отверстия во второе устройство (210) направляющих лопаток, и

причем первая форма отверстия отличается от второй формы отверстия для достижения заданного первого потока массы охлаждающей текучей среды (106) в первое устройство (200) направляющих лопаток и заданного второго потока массы охлаждающей текучей среды (106) во второе устройство (210) направляющих лопаток в заданных установочных положениях первого устройства (200) направляющих лопаток и второго устройства (210) направляющих лопаток.

2. Узел по п.1, в котором отражатель дополнительно содержит выпускные отверстия (105) для выпуска охлаждающей текучей среды (106) в среду первого устройства (200) направляющих лопаток и/или второго устройства (210) направляющих лопаток для обеспечения пленочного охлаждения на поддерживающей поверхности первого устройства (200) направляющих лопаток и/или второго устройства (210) направляющих лопаток.

3. Узел по п.1 или 2,

в котором отражатель (100) образован как одно целое с первым устройством (200) направляющих лопаток и/или вторым устройством(210) направляющих лопаток.

4. Узел по п.1 или 2, дополнительно содержащий

несущее устройство (300),

причем несущее устройство (300) установлено в турбине и определяет заданное установочное положение первого устройства (200) направляющих лопаток и второго устройства (210) направляющих лопаток относительно турбины.

5. Узел по п.3, дополнительно содержащий

несущее устройство (300),

причем несущее устройство (300) установлено в турбине и определяет заданное установочное положение первого устройства (200) направляющих лопаток и второго устройства (210) направляющих лопаток относительно турбины.

6. Узел по п.4,

в котором несущее устройство представляет собой несущее кольцо.

7. Узел по п.5,

в котором несущее устройство представляет собой несущее кольцо.

8. Узел по п.4,

в котором отражатель (100) размещен между

(a) первым и вторым устройством (200, 210) направляющих лопаток и

(b) несущим устройством (300) таким образом, что образован зазор (302) между отражателем (100) и несущим устройством (300) так, что охлаждающая текучая среда (106) способна протекать через этот зазор (302).

9. Узел по одному из пп.5-7,

в котором отражатель (100) размещен между

(a) первым и вторым устройством (200, 210) направляющих лопаток и

(b) несущим устройством (300) таким образом, что образован зазор (302) между отражателем (100) и несущим устройством (300) так, что охлаждающая текучая среда (106) способна протекать через этот зазор (302).

10. Узел по п.1,

в котором отражатель (100) дополнительно содержит

первую конфигурацию первого средства (103) соединения,

причем первая конфигурация соответствует второй конфигурации второго средства (201) соединения в заданном установочном положении отражателя (100) в турбине.

11. Узел по п.4,

в котором отражатель (100) содержит третью конфигурацию третьего средства (202) соединения,

в котором несущее устройство (300) содержит четвертую конфигурацию четвертого средства (301) соединения, и

причем третья конфигурация соответствует четвертой конфигурации четвертого средства (301) соединения в заданном установочном положении отражателя (100).

12. Узел по одному из пп.5-8,

в котором отражатель (100) содержит третью конфигурацию третьего средства (202) соединения,

в котором несущее устройство (300) содержит четвертую конфигурацию четвертого средства (301) соединения, и

причем третья конфигурация соответствует четвертой конфигурации четвертого средства (301) соединения в заданном установочном положении отражателя (100).

13. Узел по п.9,

в котором отражатель (100) содержит третью конфигурацию третьего средства (202) соединения,

в котором несущее устройство (300) содержит четвертую конфигурацию четвертого средства (301) соединения, и

причем третья конфигурация соответствует четвертой конфигурации четвертого средства (301) соединения в заданном установочном положении отражателя (100).


Скачать патент РФ Официальная публикация
патента РФ № 2518775

patent-2518775.pdf
Патентный поиск по классам МПК-8:

Класс F01D5/18 пустотелые лопатки; устройства для подогрева, теплоизоляции или охлаждения лопаток 


Наверх