ОХЛАЖДАЕМАЯ ТУРБИНА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

Полезная модель относится к области газотурбинного двигателестроения, а именно к охлаждаемым турбинам газотурбинных двигателей (далее - ГТД).
Известна охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя, содержащая рабочее колесо с выполненными в его диске каналами подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам и сопловой аппарат закрутки с выходными каналами, выполненными в виде сверхзвуковых сопел, состоящих из сопряженных между собой по критическому сечению сопла дозвукового и сверхзвукового участков, направленными в сторону вращения рабочего колеса, повернутыми в радиальном направлении под углом относительно продольной оси двигателя и сообщенными с каналами подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам.
Основным недостатком известного устройства является то, выходные каналы выполнены в виде сопла Лаваля, то есть с расширяющейся сверхзвуковой частью, срез которой лежит в плоскости вращения рабочего колеса турбины. Изготовление таких сопел технологически затруднено и сопровождается значительным процентом брака. Для предотвращения брака требуется специальная оснастка, что приводит к удорожанию производства.
Задачей, на решение которой направлено заявленное решение, является снижение брака и удешевление производства при изготовлении аппарата закрутки и турбины в целом.
Задача решается тем, что в охлаждаемой турбине газотурбинного двигателя, содержащей рабочее колесо с выполненными в его диске каналами подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам, сопловой аппарат закрутки с каналами, включающими входной и выходной участки, направленными в сторону вращения рабочего колеса, повернутыми в радиальном направлении так, что средняя линия каждого канала образует с
продольной осью двигателя угол в интервале 15-90°, и сообщенными с каналами подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам через гидравлически гладкий канал диффузора, образованного диском рабочего колеса и соединенным с ним дополнительным диском, выходные участки каналов аппарата закрутки включают в себя верхний по потоку сужающийся участок и сопряженный с ним выходной участок с постоянным поперечным сечением.
Выполнение выходных участков каналов аппарата закрутки в виде сопряженных между собой верхнего по потоку сужающегося участка и выходного участка с постоянным поперечным сечением позволяет сохранить сверхзвуковой разгон потока воздуха, технологически упрощая изготовление выходных каналов аппарата закрутки, что снижает процент брака, а также удешевляет оснастку.
На фиг.1 показан продольный разрез охлаждаемой турбины;
На фиг.2 - разрез по каналам соплового аппарата закрутки в радиальном направлении (разрез А-А на фиг.1).
На фиг.3 - разрез по каналам соплового аппарата закрутки в радиальном направлении (разрез В-В на фиг.2).
Охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя содержит рабочее колесо 1, в диске 2 которого выполнены каналы 3 подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам 4, и сопловой аппарат закрутки 5 с каналами, направленными в сторону вращения рабочего колеса 1. Эти каналы состоят из входных участков 6 и сопряженных с ними выходных участков, имеющих, в свою очередь, верхний по потоку - дозвуковой сужающийся участок 7 и выходной участок 8 с постоянным поперечным сечением, равным по величине наименьшему поперечному сечению сужающегося участка 7. Кроме того, каналы аппарата закрутки 5 повернуты в радиальном направлении так, что средняя линия 9 каждого из этих каналов образует с продольной осью двигателя угол α, величина которого может лежать в интервале от 15° до 90°. Между выходом соплового аппарата 5 закрутки и
диском 2 образована кольцевая полость 10, сообщенная с входом безлопаточного диффузора 11, образованного диском 2 и соединенным с ним дополнительным диском 12. Выход диффузора 11 сообщен с каналами 3 подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам 4. Кольцевая полость 11 сообщена непосредственно с газовоздушным трактом турбины в зоне 13 перед рабочим колесом 1. Соединение 14 дополнительного диска 12 с диском 2 рабочего колеса 1 вынесено за пределы диффузора 11 для образования гидравлически гладкого канала.
Работа устройства осуществляется следующим образом.
Воздух из соплового аппарата 5 закрутки поступает во входной участок 6 каналов, в которых, проходя через участки 7 и 8 выходных участков, разгоняется до сверхзвуковых скоростей. Воздух из выходных участков 8 каналов, закрученный в направлении вращения рабочего колеса 1 и одновременно повернутый в радиальном направлении, выбрасывается в кольцевую полость 10. Из полости 10 основной поток воздуха поступает в гидравлически гладкий канал диффузора 11, из которого направляется в каналы 3 подвода охлаждающего воздуха и далее в охлаждаемые рабочие лопатки 4. Небольшая доля воздушного потока из кольцевой полости 10 поступает в зону 13 газовоздушного тракта турбины.
В результате при подаче охлаждающего воздуха от аппарата закрутки к рабочему колесу мы имеем сочетание пониженного уровня температуры воздушного потока с минимальными потерями его давления, что обеспечивает эффективное охлаждение всех элементов рабочего колеса.
Полезная модель, обеспечивая высокую эффективность охлаждения элементов рабочего колеса турбины путем снижения температуры воздушного потока и увеличения скорости в тракте охлаждения и уменьшая при этом технологические сложности в изготовлении выходных каналов аппарата закрутки, позволяет снизить процент брака и удешевить производство при изготовлении аппарата закрутки и турбины в целом.