Ротор газовой турбины

)5 г Р 1 " ЦЙ КОМИТЕТ . ЯМ И ОТКРЦТИ ГОСУДАРСТВЕ ПО ИЭОБРЕТЕ ПРИ ГКНТ СС Е ИЗОБРЕТЕНИ И МУ СВИДЕТЕЛЬ К АВТО(71) Институт технической теплофизики АНУССР(54) РОТОР ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ(57) Использование: газотурбостроение, вчастности в организации охлаждения роторов газотурбинных установок. Сущность:ротор содержит рабочие диски и промежуточные диски 2, соединенные с рабочимиперемычками и расположенные с образованием центральных и периферийных полостей. Центральные полости подключены к Изобретение относится к газот роению и касается вопросов орган ц охлаждения роторов ГТУ,Большая часть омываемых охлаждающим воздухом поверхностей приходится на боковые поверхности диска ротора. Как правило, в современных конструкциях газовых турбин центральные и боковые поверхности дисков отделены от проточной части турбины частично или полностью, что достигается,. например, с помощью дефлекторных дисков. В такой конструкции входная сторона диска отделена от полости между статором и ротором, в которую из проточной части через осевой зазор подсасывается. горячий газ. Отделение от такой полости благоприятно сказывается на термонапряженном состоянии диска,источнику охлаждающего воздуха. В промежуточных дисках выполнены подводящие и отводящие каналы, расположенные в средней плоскости дисков друг относительно друга равномерно в окружном направлении. Входные отверстия подводящих каналов подключены к центральной и периферийной полостям соответственно, а выходные выполнены в виде сопел, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочих дисков и расположены напротив замковых соединений лопаток, Входные отверстия отводящих каналов расположены в периферийных полостях в зоне перемычек, а их выходные выполнены на периферии промежуточных дисков и сообщены с проточной частью турбины. 3 ил. Однако выходная сторона диска контак- -"ф тирует с открытой полостью между диском и статором. Поскольку в эту полость подса- ь. сывается газ, то в ней будет циркулировать сО газовоздушная смесь, образовывающаяся в Д результате смещения охлаждающего воздуха, выходящего из ротора, с газом из проточной части. Частично избавиться от этого недостатка помогает интенсификация теплоотдачи на боковой поверхности диска,М особенно на начальном участке после выхо- ъ да охлаждающего воздуха, достигаемая с помощью специальных закручивающих сопловых аппаратов, выполненных на выходе из центральной полости ротора, как это сделано в известном решении, Причем закрутка воздуха может выполняться как напротив. так и по направлению вращениядиска, Такое конструктивное решение усложняет и удорожает ротор, Оно, помимо того, не является эффективным по соображениям теплоотдачи, поскольку закрутка, сообщенная лопаточным аппаратом, вскоре теряется вследствие трения и воздух начинает вращаться со скоростью, близкой к скорости диска. Сообщение же высоких предварительных скоростей в лопэточном аппарате перед поступлением на диск требует больших перепадов давлений и, следовательно, больших затрат энергии,эабираемой из рабочего цикла,Наиболее близким к предлагаемому является ротор с использованием промежуточных дисков, которые образуют с рабочими дисками центральные полости для подвода охлаждающего воздуха и периферийные охлаждающие полости,Недостатком такой конструкции является низкая интенсивность охлаждения боковьх поверхностей дисков вследствие близких окружных скоростей диска и потока (иэ-ээ высокой начальной закрутки его).Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения боковых поверхностей дисков при одновременном снижении расхода охлаждающего воздуха.Поставленная цель достигается тем, что в роторе, содержащем рабочие диски с установленными в них посредством замковых соединений лопатками и промежуточные диски, соединенные с рабочими перемычками и расположенные с образованием центральных и периферийных полостей, при этом центральнь 1 е полости подключены к Источнику охлаждающего воздуха, в промежуточных дисках выполнены подводящие и отводящие каналы, расположенные в средней плоскости диска друг относительно друга равномерно в окружном направлении, при этом входные отверстия подводящих каналов подключены к центральной и периферийной полостям соответственно, а выходные выполнены в виде сопел, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочих дисков и расположены напротив замковйх соединений лопаток, входные отверстия отводящих каналов расположены в периферийных полостях в зоне перемычек, а их выходные выполнены на периферии промежуточных дисков и сообщены с проточной частью турбины.Таким образом, воздух на охлаждение подается через сопла на периферии охлаждающей вращающейся полости И движется на выход в направлении центра дисков. 8 соответствии с законом сохранения момента количества движения потока воздуха после выхода из сопел будет двигаться с соблюдением условия Со г = сопя (где Сц -окружная составляющая скорости, г - текущий радиус), Вследствие этого поток воздуха при движении к выходным отверстиям,5 расположенным на меньшем радиусе в зоневнутренней поверхности охлаждающих полостей, будет разгоняться, приобретаябольшую окружную скорость в сравнении сначальной, полученной в сопле, Это разли 10 чие будет тем больше, чем больше отношение радиусов подвода и отводаохлаждающего воздуха,На фиг,1 представлен ротор, общий вид,на фиг,2 - вид А на фиг,1; нэ фиг.З- разрез15 Б-Б на фиг,2.Ротор содержит диски а рабочими лопатками 1 и 3, промекуточный диск 2, соединяющиеся с помощью хиртовыхсоединений 4 и стягиваемые посредством20 стяжек 5. Охлаждающий воздух, отбираемый из компрессора, поступает в центральные полости 6, образуемые дисками 1 и 3 спромежуточным диском 2. В промежуточном диске выполнены подводящие каналы25 7,начинающиеся в центральной полости иоканчивающиеся соплами 8 в правой и левой периферийных охлаждающих полостях9. Подводящие каналы располокены равномерно по окружности в среднем сечении30 диска 2. Сопла расположены под углом а==20 - 30 к полости, проходящей через среднее сечение промекуточного диска, и находятся на периферии охлаждающих полостейв зоне хвостовых соединений диска с лопат 35 ками.Отводящие каналы 10 расположены также в среднем сечении промежуточного диска равномерно по окружности, чередуясь сподводящими каналами. Их входные сече 40 ния находятся нэ внутренней поверхностиохлаждающих полостей, а оканчиваются каналы,на наружной поверхности промежуточного диска 2, Таким образом, на каждыйподводящий канал с одним входом в цент 45 ральной полости приходятся два сопла,расположенные справа и слева от промежуточного диска, Точно также на каждый.отводящий канал приходятся два входа навнутренней поверхности периферийных ох 50 лаждающих полостей справа и слева от промежуточного диска, представляющих собойцилиндрический канал, параллельный осии соединяющий левую и правую полости,и имеется один общий выход на наружной55 поверхности его. Благодаря такой конструкции охлаждающие полости гидравлически связаны между собой, это позволяетвыровнять давление в полостях и поддерживать одинаковые условия охлаждения вних.Охлаждающий воздух, отбираемый из компрессора, поступает в центральную полость 6 между дисками. Далее по подводящим каналам 7 воздух поступает в сопло 8, где он разгоняется до определенной на чальной скорости и ему придается направление, близкое к касательной к поверхности охлаждаемого диска. Придание потоку начальной скорости происходит за счет избыточного давления от компрессора, а 10 частично и эа счет напора, получаемого в радиальных. подводящих каналах за счет центробежных сил, работающих как центробежный насос. Величина последнего определяется в соответствии с зависимостью 15 ЬРцБс=Р (еу(В - В2 ВТ- 1),20где Р - давление на входе в канал;в - угловая скорость диска;В 1 и В 2 - радиус входа и выхода йз канала;Т - температура потока.Воздух, обдувая боковые поверхности дисков на периферии охлаждающих полостей в зоне хвостовых соединений, далее перемещается в направлении центра к входным отверстиям отводящих каналов 10. При этом его окружная скорость возрастает. Таким образом, охлаждающий эффект потока воздуха после выхода из сопел не только сохраняется, но даже возрастает. Далее воздух по отводящим радиальным каналам 10 выбрасывается в проточную часть.Таким образом, в предлагаемом решении при расходах охлаждающего воздуха одинаковых с существующим можно обеспечить более высокую интенсивность сьема40 теплоты от диска, т.е, обеспечить более низкую температуру их. Сохранив ту же температуру дисков, можно уменьшить расход охлаждающего воздуха. В результате в первом случае можно заменить материал дисков на менее жаропрочный, технологичный и более дешевый, во втором, можно сократить расход охлаждающего воздуха, отбираемого из цикла, и повысить экономичность установки.Формула изобретения Ротор газовой турбины, содержащий рабочие диски с установленными в них посредством замковых соединений лопатками и промежуточные диски, соединенные с рабочими перемычками и расположенные с образованием центральных и периферийных полостей, при этом центральные полости подключены к источнику охлаждающего воздуха, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения боковых поверхностей дисков при одновременном снижении расхода охлаждающего воздуха, в промежуточных дисках выполнены подводящие и отводящие каналы, расположенные в средней плоскости диска друг относительно друга равномерно в окружном направлении, при этом входные отверстия подводящих Каналов подключены к центральной и периферийной полостям соответственно, а выходные выполнены в виде сопел, оси которых ориентированы в направлении вращения рабочих дисков и расположены напротив замковых соединений лопаток, входные отверстия каналов расположены в периферийных полостях в зоне перемычек, а их выходные выполнены на периферии промежуточных дисков и сообщены с проточной частью турбины,тавитель М. Парамоноваред М.Моргентал Корректор О, Ципле Редактор А. Мотыль ьс пй комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.ГагПроизводственно-издат.льс пй к каз 276 ВНИИПИ Госуд Тираженного комитет13035. Москва,ПодписноеСизобретениям и открытиям при ГКНТ СС