Охлаждаемая лопатка турбины

 

Стенка лопатки в районе входной кромки между ребрами выполнена утоненной по сравнению с остальной частью профиля лопатки. Использование изобретения позволит повысить эффективность охлаждения. 1 ил.

Изобретение относится к области турбин, в частности к охлаждению лопаток высокотемпературных газовых турбин, предназначенных для использования во всех отраслях народного хозяйства.

Известны конструкции лопаток, содержащие оребренную входную кромку (С.З. Копелев Основы проектирования турбин авиадвигателей. М.: Машиностроение, 1988, с. 131, 139; И.Г. Швец, Е.П.Дыбан Воздушное охлаждение деталей газовых турбин. Киев, Наукова думка, 1974, с. 76, 88).

Известная охлаждаемая лопатка (А.С. N 896960), выбранная в качестве прототипа, содержит на внутренней поверхности входной кромки для улучшения ее охлаждения поперечные ребра, разделенные продольными пазами. При этом ребра во входной кромке выполнены совместно со стенкой лопатки, и размер толщины стенки в районе между ребрами соизмерим или совпадает с размером толщины стенки лопатки.

Конструкция имеет большую поверхность теплообмена со стороны воздуха, но обладает и значительным термическим сопротивлением. Этот элемент позволяет получить высокие уровни коэффициентов теплоотдачи со стороны воздуха, однако получаемые при этом температуры металла при высоких температурах газа также высоки, что требует применения для входной кромки пленочного охлаждения (выдува охладителя через ряд отверстий на наружную поверхность входной кромки).

Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения путем уменьшения расхода охлаждения при заданной температуре лопатки.

Указанная цель достигается тем, что стенка лопатки в районе входной кромки между ребрами выполнена утоненной по сравнению с остальной частью профиля лопатки.

На приведенном чертеже изображена входная кромка лопатки 1 с расположенными на ней ребрами 2. При этом толщина стенки лопатки в районе между ребрами δ_ст существенно меньше толщины стенки лопатки δʹ_ст в других частях профиля, что позволяет приблизить этот параметр к размеру толщины оболочки.

Предложенная конструкция дает возможность повысить поверхность теплообмена со стороны воздуха за счет увеличения внутреннего радиуса входной кромки, что, в конечном итоге, приводит к повышению α_в (коэффициента теплоотдачи со стороны воздуха).

Кроме того, утонение входной кромки снижает термическое сопротивление стенки, позволяет получить более низкие температуры металлы, дает возможность при высоких температурах газа отказаться от применения пленочного охлаждения входной кромки и использовать более простую схему охлаждения и конструкцию лопатки.

Отказ от пленочного охлаждения входной кромки позволяет уменьшить расход воздуха, поступающего на охлаждение профиля, существенно упростить схему охлаждения и конструкция лопатки, обеспечить меньшие профильные потери лопатки, улучшить работу следующих по газовому тракту деталей турбины. Все это приводит к повышению КПД турбины и повышению экономичности установки в целом.

Формула изобретения

Охлаждаемая лопатка турбины, содержащая входную кромку с расположенными на ней ребрами, отличающаяся тем, что стенка лопатки в районе входной кромки между ребрами выполнена утоненной по сравнению с остальной частью профиля лопатки.

РИСУНКИ

Рисунок 1