PL232996B1 - Układ chłodzenia płaskich elementów turbin silników lotniczych - Google Patents

Abstract

Układ zawiera zestaw dysz (2, 3, 4, 5), kierujących strumień płynu (7) na chłodzoną powierzchnię. W skład zestawu dysz wchodzą dysze o zróżnicowanym kształcie geometrycznym wybrane ze zbioru: {dysza cylindryczna (3), dysza cylindryczna przedłużona (4), dysza stożkowa (2), dysza stożkowa odwrócona (5)}. Dysze (2, 3, 4, 5) są rozmieszczone w sposób zapewniający równy rozkład naprężeń cieplnych na chłodzonej powierzchni.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest układ chłodzenia turbin silników lotniczych, umożliwiający uzyskanie jednolitego rozkładu naprężeń cieplnych podczas chłodzenia płaskiej płyty.

Znane ze stanu techniki układy chłodzenia znajdujące zastosowanie w chłodzeniu płaskiej płyty, wykorzystują konwekcję wymuszoną. Znajdują one zastosowanie podczas chłodzenia turbin silników lotniczych, chłodzenia urządzeń elektronicznych, chłodzenia wirujących łopatek silników przepływowych i podobnych urządzeń. Układy te posiadają szereg równomiernie rozmieszczonych dysz, kierujących strumień chłodziwa o niskiej temperaturze na powierzchnię chłodzonego urządzenia. Użyte dysze posiadają jednakowy kształt geometryczny, a odpowiedni efekt chłodzenia uzyskiwany jest poprzez dobór parametrów takich, jak na przykład odległość pomiędzy sąsiednimi dyszami, odległość dyszy od powierzchni chłodzonej, czy średnica dyszy.

Rozwiązania te nie zapewniają jednolitego rozkładu naprężeń cieplnych na chłodzonej powierzchni. Parametrem opisującym zjawisko wymiany ciepła na chłodzonej powierzchni płyty jest liczba Nusselta.

Typowe rozwiązanie układu chłodzenia znanego ze stanu techniki zostało pokazane na rysunku schematycznym, na którym pos. I przedstawia znany układ chłodzenia, zaś pos. II - wykres rozkładu liczby Nusselta wzdłuż chłodzonej powierzchni płyty.

Pos. I przedstawia znany układ chłodzenia zawierający rurę rozprowadzającą I z wyciętymi i ułożonymi w jednej linii dyszami walcowymi II o wylotach cylindrycznych. Do rury rozprowadzającej I jest wprowadzane przez wpust III chłodziwo IV, którego strumienie są następnie kierowane poprzez dysze walcowe II na chłodzoną powierzchnię urządzenia V. Dysze walcowe II są położone na rurze rozprowadzającej I kolejno w miejscach A, B, C, D, E i F.

Przy zastosowaniu takiego rozwiązania występuje zróżnicowany rozkład liczby Nusselta Nu o wzdłuż chłodzonej płyty urządzenia V, co przedstawiono na pos. II, gdzie zobrazowano jej wartość mierzoną na chłodzonej płaszczyźnie w miejscach pod dyszami walcowymi II, a poszczególne wartości liczby Nusselta Nuo zostały podane kolejno dla miejsc A, B, C, D, E i F płyty urządzenia V, odpowiadających położeniu dysz walcowych II na rurze rozprowadzającej I.

Z europejskiego opisu zgłoszeniowego EP 2551562 A2 znana jest uszczelka zamontowana pomiędzy dwoma sąsiadującymi segmentami maszyny przepływowej. Uszczelka jest zbudowana z dwóch części końcowych i części środkowej. Części końcowe są przeznaczone do wciskania w uszczelniane obszary sąsiadujących segmentów i ich uszczelniania. W części środkowej uszczelki wykonane są dysze, które mogą mieć zróżnicowany kształt, rozmiar oraz rozmieszczenie. Dzięki dyszom zapewnione jest lepsze chłodzenie miejscowe samej uszczelki, uszczelnianych obszarów, oraz sąsiadujących segmentów maszyny przepływowej.

Układ chłodzenia płaskich elementów turbin silników lotniczych, zawierający zestaw dysz kierujących strumień płynu na chłodzoną powierzchnię, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zestaw zawiera dysze o zróżnicowanym kształcie geometrycznym, przy czym zestaw obejmuje co najmniej po jednej: dyszy cylindrycznej, dyszy cylindrycznej przedłużonej, dyszy stożkowej oraz dyszy stożkowej odwróconej, przy czym dysze ułożone są w jednym rzędzie.

Korzystnie układ chłodzenia zawiera rurkę dystrybucyjną, a dysze zestawu są rozmieszczo ne na tej rurce dystrybucyjnej.

Dalsze korzyści uzyskuje się, jeżeli jeden rząd dysz rozmieszczonych na rurce dystrybucyjnej zawiera dwie dysze stożkowe, dwie dysze cylindryczne jedną dyszę cylindryczną przedłużoną, jedną dyszę stożkową odwróconą, przy czym dysze od strony wlotu rurki dystrybucyjnej są rozmieszczone w następującej kolejności: dysza stożkowa, dysza cylindryczna, dysza cylindryczna przedłużona, dysza cylindryczna, dysza stożkowa odwrócona, dysza stożkowa.

Zastosowanie wynalazku umożliwia uzyskanie korzystnych skutków w postaci wyrównania naprężeń cieplnych na chłodzonej powierzchni.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony w ujęciu schematycznym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia zastosowane rodzaje dysz, fig. 2 - układ chłodzenia według wynalazku, a fig. 3 - wykres rozkładu liczby Nusselta wzdłuż płyty chłodzonej przez ten układ chłodzenia.

Układ chłodzenia, według wynalazku w przykładzie wykonania, jest przeznaczony do chłodzenia płaskich elementów turbin silników lotniczych i zawiera rurkę dystrybucyjną 1 z ułożonymi w jednej linii dyszami 2, 3, 4 i 5, które są położone na rurce dystrybucyjnej 1, patrząc od strony wlotu 6 chło

PL 232 996 B1 dzącego płynu 7, w kolejności: dysza stożkowa 2, dysza cylindryczna 3, dysza cylindryczna przedłużona 4, dysza cylindryczna 3, dysza stożkowa odwrócona 5, dysza stożkowa 2, odpowiednio w miejscach a, b, c, d, e, f, odpowiadających kolejności ich umiejscowienia na rurce dystrybucyjnej 1. Do rurki dystrybucyjnej 1 jest wprowadzany przez wlot 6 płyn 7 o niskiej temperaturze, którego strumienie są następnie kierowane poprzez osadzone w rurce dystrybucyjnej 1 dysze 2, 3, 4 i 5 na powierzchnię chłodzonej płyty 8.

Przy zastosowaniu rozwiązania według wynalazku uzyskuje się jednolity rozkład liczby Nusselta Nuo wzdłuż chłodzonej płyty 8, co przedstawiono na wykresie na fig. 3, gdzie wartości tej liczby zobrazowano pod dyszami 2, 3, 4 i 5, w miejscach a, b, c, d, e i f na chłodzonej powierzchni płyty 8, odpowiadających położeniu tych dysz 2, 3, 4 i 5 na rurce dystrybucyjnej 1.

Claims (3)

Zastrzeżenia patentowe

1. Układ chłodzenia płaskich elementów turbin silników lotniczych, zawierający zestaw dysz kierujących strumień płynu na chłodzoną powierzchnię, znamienny tym, że zestaw zawiera dysze (2, 3, 4, 5) o zróżnicowanym kształcie geometrycznym, przy czym zestaw obejmuje co najmniej po jednej: dyszy cylindrycznej (3), dyszy cylindrycznej przedłużonej (4), dyszy stożkowej (2) oraz dyszy stożkowej odwróconej (5), przy czym dysze (2, 3, 4, 5) ułożone są w jednym rzędzie.

2. Układ chłodzenia według zastrz. 1, znamienny tym, że zawiera rurkę dystrybucyjną (1), a dysze (2, 3, 4, 5) zestawu są rozmieszczone na tej rurce dystrybucyjnej (1).

3. Układ chłodzenia według zastrz. 2, znamienny tym, że jeden rząd dysz (2, 3, 4, 5) rozmieszczonych na rurce dystrybucyjnej (1) zawiera dwie dysze stożkowe (2), dwie dysze cylindryczne (3) jedną dyszę cylindryczną przedłużoną (4), jedną dyszę stożkową odwróconą (5), przy czym dysze od strony wlotu (6) rurki dystrybucyjnej (1) są rozmieszczone w następującej kolejności: dysza stożkowa (2), dysza cylindryczna (3), dysza cylindryczna przedłużona (4), dysza cylindryczna (3), dysza stożkowa odwrócona (5), dysza stożkowa (2).