Система лопаток, охлаждаемая при помощи спиральной направляющей поверхности, каскадного соударения и системы с перемычками в двойной обшивке

 

Изобретение относится к турбиностроению, в частноcти к охлаждаемым лопаткам турбины, и позволяет уменьшить расход воздуха на вентиляцию лопаток и тем самым повысить КПД турбины. Внутренняя полость данной лопатки разделена на три полости (11, 12, 13) при помощи двух радиальных перегородок (9, 10). Передняя по потоку полость (11) содержит деталь с винтовой направляющей поверхностью (30) и запитывается охлаждающим воздухом в корневой части данной лопатки (3) через входное отверстие (22). Средняя полость (12) также запитывается охлаждающим воздухом в корневой части лопатки (3) и содержит перфорированный и разделенный на отсеки кожух. При этом охлаждающий воздух удаляется из каждого отсека через отверстия соударения и проникает в следующий отсек через специальные щели, а затем в конечном счете отводится в поток горячих газов данной турбины через отверстие в головке лопатки. Боковые стенки лопатки напротив задней по потоку полости (13) имеют двойную обшивку с перемычками. Охлаждающий воздух проходит через эти двойные обшивки, после чего центростремительно поступает в переднюю по потоку часть (15) этой задней по потоку полости (13) и затем попадает в заднюю по потоку часть (16) этой полости для последующего удаления из нее через щели (19), выполненные в задней кромке (6) данной лопатки. Третья радиальная перегородка (14) разделяет заднюю по потоку полость (13) на две части (15, 16). 6 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение касается системы лопаток турбины высокого давления газотурбинного двигателя или турбомашины.

Подвижные и неподвижные лопатки газовой турбины высокого давления подвергаются воздействию высоких температур от продуктов сгорания топлива, поступающих в турбину из камеры сгорания данного двигателя. Вот почему лопасти этих лопаток оснащаются специальными устройствами охлаждения, запитываемыми охлаждающим воздухом, отбираемым в зоне расположения компрессора высокого давления данного двигателя. Этот охлаждающий воздух проходит через специальные каналы, предусмотренные во внутренней полости данной лопатки, а затем отводится непосредственно в струю горячего газа, движущегося между лопатками.

В подвижных или вращающихся лопатках этот охлаждающий воздух поступает во внутреннюю полость их лопастей через корневую часть лопатки. Однако в неподвижных лопатках охлаждающий воздух может поступать через любое основание этой неподвижной лопатки, либо в ее корневой части, либо в ее головной части, причем корневой частью неподвижной лопатки считается ее конец, располагающийся ближе к оси вращения данной турбины.

Наиболее близким к заявленному изобретению является техническое решение, известное из патента США N 5387086 (кл. F 01 D 5/18, 07.02.95), в котором лопатка турбины содержит полую аэродинамическую стенку, которая проходит в радиальном направлении между корневой частью данной лопатки и головкой этой лопатки и которая имеет переднюю кромку и заднюю кромку, отделенные одна от другой и связанные друг с другом при помощи вогнутой боковой стенки, которая называется нижней поверхностью данной лопатки, и выпуклой боковой стенки, которая называется верхней поверхностью этой лопатки и которая дополнительно содержит устройство охлаждения, предусмотренное во внутренней полости данной лопатки, запитываемое охлаждающим воздухом через корневую часть этой лопатки, предназначенное для направления охлаждающего воздуха к внутренним поверхностям боковых стенок этой лопатки и содержащее две радиально расположенные перегородки, которые связывают между собой вогнутую боковую стенку и выпуклую боковую стенку и которые разделяют внутреннюю полость лопатки на переднюю по потоку полость, располагающуюся рядом с передней кромкой этой лопатки, среднюю полость, располагающуюся между радиальными перегородками, и заднюю по потоку полость, располагающуюся со стороны задней кромки данной лопатки, при этом передняя по потоку полость и средняя полость запитываются охлаждающим воздухом через одно входное отверстие, предусмотренное в корневой части данной лопатки, причем этот охлаждающий воздух удаляется затем из этих полостей через специальные отверстия, тогда как задняя по потоку полость запитывается охлаждающим воздухом через отдельное входное отверстие, предусмотренное в корневой части лопатки, и снабжена третьей радиальной перегородкой, разделяющей эту полость на сообщенные между собой переднюю по потоку часть и заднюю по потоку часть, располагающуюся рядом с задней кромкой данной лопатки, а охлаждающий воздух удаляется из задней по потоку полости через заднюю по потоку часть этой полости через множество щелей, выполненных в задней кромке лопатки.

Однако в известном устройстве не использован весь потенциал охлаждающего воздуха до того, как этот воздух снова выводится в газовую струю двигателя, и следовательно, необходим больший расход охлаждающего воздуха на вентиляцию лопаток газовой турбины. Это приводит к понижению эффективности теплообмена при обеспечении необходимого охлаждения лопаток.

Задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить такую конструкцию лопатки турбины, устройство охлаждения которой обеспечивает наилучшее использование возможностей имеющегося охлаждающего воздуха с тем, чтобы уменьшить расход воздуха на вентиляцию этих лопаток и тем самым повысить коэффициент полезного действия данного двигателя.

Эта задача решается тем, что в лопатке турбины, содержащей полую аэродинамическую стенку, которая проходит в радиальном направлении между корневой частью данной лопатки и головкой этой лопатки и которая имеет переднюю кромку и заднюю кромку, отделенные одна от другой и связанные друг с другом при помощи вогнутой боковой стенки, которая называется нижней поверхностью данной лопатки, и выпуклой боковой стенки, которая называется верхней поверхностью этой лопатки и которая дополнительно содержит устройство охлаждения, предусмотренное во внутренней полости данной лопатки, запитываемое охлаждающим воздухом через корневую часть этой лопатки, предназначенное для направления охлаждающего воздуха к внутренним поверхностям боковых стенок этой лопатки и содержащее две радиально расположенные перегородки, которые связывают между собой вогнутую боковую стенку и выпуклую боковую стенку и которые разделяют внутреннюю полость лопатки на переднюю по потоку полость, располагающуюся рядом с передней кромкой этой лопатки, среднюю полость, располагающуюся между радиальными перегородками, и заднюю по потоку полость, располагающуюся со стороны задней кромки данной лопатки, при этом передняя по потоку полость и средняя полость запитываются охлаждающим воздухом через одно входное отверстие, предусмотренное в корневой части данной лопатки, причем этот охлаждающий воздух удаляется затем из этих полостей через специальные отверстия, тогда как задняя по потоку полость запитывается охлаждающим воздухом через отдельное входное отверстие, предусмотренное в корневой части лопатки, и снабжена третьей радиальной перегородкой, разделяющей эту полость на сообщенные между собой переднюю по потоку часть и заднюю по потоку часть, располагающуюся рядом с задней кромкой данной лопатки, а охлаждающий воздух удаляется из задней по потоку полости через заднюю по потоку часть этой полости через множество щелей, выполненных в задней кромке лопатки, согласно изобретению, устройство охлаждения лопатки дополнительно содержит в передней по потоку полости - деталь с винтовой направляющей поверхностью, которая проходит от корневой части лопатки до головки лопатки в средней полости - кожух, опирающийся на внутренние стенки радиальных перегородок и удерживаемый на некотором расстоянии от боковых стенок, лопатки при помощи специальных выступающих элементов, причем этот кожух имеет против боковых стенок лопатки множество отверстий, предназначенных для охлаждения этих боковых стенок при помощи соударения со струйками охлаждающего воздуха, в задней по потоку полости - поперечную перегородку, перекрывающую нижний конец этой задней по потоку полости, при этом боковые стенки лопатки против передней по потоку части задней по потоку полости образованы двойными обшивками, связанными перемычками, между которыми циркулирует охлаждающий воздух, подаваемый из корневой части данной лопатки, причем этот охлаждающий воздух поступает затем в переднюю по потоку часть этой задней по потоку полости в головке лопатки, при этом две части задней по потоку полости сообщаются между собой через отверстие, выполненное в корневой части третьей радиальной перегородки, а отверстия для удаления охлаждающего воздуха передней по потоку и средней по потоку полостей выполнены в головке лопатки.

Внутренняя стенка передней по потоку полости содержит завихрители воздушного потока, причем завихрители воздушного потока могут быть образованы ребрами, или выступами, или перемычками, связывающими внутреннюю стенку лопатки с сердечником, или центральным телом детали с винтовой направляющей поверхностью, или штырьками.

Кожух средней полости содержит множество отсеков, примыкающих друг к другу и последовательно запитываемых одним и тем же расходом охлаждающего воздуха, поступающего из корневой части лопатки. При этом отсеки, за исключением первого из этих отсеков, запитываются расходом охлаждающего воздуха, поступающего из предыдущего отсека и соударяющегося с боковыми стенками данной лопатки, через щели, предусмотренные в стенках кожуха под выступающими элементами, причем эти выступающие элементы образуют поперечные ребра жесткости.

Система каскадного столкновения или соударения, располагающаяся в средней полости, позволяет использовать весь потенциал охлаждающего воздуха до того, как этот воздух будет снова выведен в газовую струю двигателя.

Благодаря системе скоб или перемычек удается получить эффективную систему охлаждения вблизи горячих зон лопатки, легко поддающуюся изменениям модульного характера.

Сочетание этих технологий охлаждения позволяет оптимизировать вентиляцию лопаток турбины, в максимально возможной степени используя потенциал охлаждающего воздуха и имея термические размерные параметры, приводящие к оптимизации механического срока службы лопатки.

Конструкция лопатки в соответствии с предлагаемым изобретением позволяет уменьшить расход охлаждающего воздуха, используемого для вентиляции этой лопатки, и, соответственно, повысить коэффициент полезного действия двигателя.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже описания, не являющегося ограничительным примером его практической реализации, где даются ссылки на фигуры, среди которых: - фиг. 1 представляет собой схематический вид сверху лопатки в соответствии с предлагаемым изобретением; - фиг. 2 представляет собой схематический вид в осевом разрезе лопатки, показанной на фиг. 1, причем этот разрез выполнен по осевой криволинейной поверхности, показанной линией II-II на фиг. 1; - фиг. 3 представляет собой схематический перспективный вид спиральной или винтовой направляющей поверхности, установленной в передней по потоку полости; - фиг. 4 - 7 представляют собой перспективные схематические виды внутреннего устройства передней кромки лопатки, которые показывают расположение винтовой направляющей поверхности в передней по потоку полости и различные типы завихрителей, - фиг. 8-10 представляют собой схематические виды лопатки в соответствии с предлагаемым изобретением в разрезах, выполненных на различных расстояниях от корневой части этой лопатки соответственно по линиям VIII-VIII, IX-IX и X-X, показанным на фиг. 2; - фиг. 11 представляет собой схематический вид в разрезе лопатки, показанной на фиг. 2, причем этот разрез выполнен по радиальной плоскости, проходящей через среднюю ось средней полости и представленной линией XI-XI, показанной на фиг. 2; - фиг. 12 представляет собой схематический вид лопатки, показанной на фиг. 2, в разрезе по плоскости радиального направления, секущей заднюю по потоку полость и показанную условно линией XII-XII на фиг. 2; - фиг. 13 представляет собой схематический вид в разрезе по средней плоскости двойной обшивки, образующей наружную стенку задней по потоку полости, причем эта плоскость схематически представлена линией XIII-XIII, показанной на фиг. 12; - фиг. 14 представляет собой схематический вид, подобный виду, показанному на фиг. 13, и демонстрирующий другой вариант расположения скоб или перемычек, связывающих двойную обшивку.

На фиг. 1 схематически представлена подвижная лопатка 1 турбины высокого давления в соответствии с предлагаемым изобретением, которая содержит полую аэродинамическую стенку 2, называемую также лопастью, которая проходит в радиальном направлении между корневой частью лопатки 3 и головкой лопатки 4. Эта аэродинамическая стенка 2 имеет четыре различных зоны, а именно закругленную переднюю кромку 5, предназначенную для ее размещения против потока горячих газов, поступающих из камеры сгорания, вытянутую тонкую заднюю кромку 6, удаленную от передней кромки и связанную с ней при помощи вогнутой боковой стенки 7, называемой нижней поверхностью лопатки, и выпуклой боковой стенки 8, называемой верхней поверхностью лопатки.

Боковые стенки 7 и 8 связаны между собой двумя радиальными перегородками 9 и 10, которые разделяют внутреннюю полость лопатки 1 на три полости, а именно переднюю по потоку полость 11, располагающуюся в непосредственной близости от передней кромки 5 этой лопатки, среднюю полость 12, располагающуюся между двумя этими радиальными перегородками 9 и 10, и заднюю по потоку полость 13, располагающуюся со стороны задней кромки 6 этой лопатки. Эта задняя по потоку полость 13 является наиболее широкой и занимает примерно две трети общей протяженности лопатки 1.

Третья радиальная перегородка 14 дополнительно разделяет заднюю по потоку полость 13 на ее переднюю по потоку часть 15 и ее заднюю по потоку часть 16, располагающуюся рядом с задней кромкой 6 данной лопатки. Поперечная перегородка 17 перекрывает нижний конец задней по потоку полости 13. Передняя по потоку часть 15 этой задней по потоку полости и ее задняя по потоку часть 16 сообщаются между собой через отверстие 18, выполненное в корневой части третьей перегородки 14.

В вытянутой тонкой части задней кромки 6 лопатки выполнено множество щелей 19, которые обеспечивают сообщение задней по потоку части 16 задней по потоку полости 13 со струей горячих газов данной турбины, которая проходит вдоль боковых стенок 7 и 8 лопатки 1.

Как можно видеть на фиг. 1 и 2, отверстие 20 выполнено в стенке головки лопатки 4 непосредственно над передней по потоку полостью 11, и второе отверстие 21 удлиненной формы выполнено в головке лопатки 4 над средней полостью 12.

В корневой части лопатки 3 выполнены два раздельных канала 22 и 23, предназначенных для подачи охлаждающего воздуха. Первый канал 22 непосредственно запитывает охлаждающим воздухом нижние части передней по потоку полости 11 и средней полости 13, как это наглядно можно видеть на фиг. 2 и 11.

Второй канал 23 запитывает охлаждающим воздухом переднюю по потоку часть 15 задней по потоку полости 13 в непосредственной близости от головки лопатки 4, причем этот охлаждающий воздух проходит транзитом через внутренние полости двух боковых стенок 6 и 7, образованных двумя обшивками каждая, связанными между собой скобами или перемычками 24 по меньшей мере над передней по потоку частью 15 задней по потоку полости 13, как это схематически показано на фиг. 12, 13 и 14.

Лопатка 1 изготовлена на уровне своей аэродинамической стенки 2 с упомянутыми выше полостями из двух полулопаток, соединяемых затем при помощи пайки, причем разрез между двумя полулопатками осуществляется на уровне остова или каркаса, или же лопатка может быть изготовлена в литейном производстве.

Как можно видеть на фиг. 2-7, передняя по потоку полость 11, располагающаяся рядом с передней кромкой 5 данной лопатки, охлаждается в результате конвекции при помощи винтовой направляющей поверхности 30.

Эта винтовая направляющая поверхность 30 может быть изготовлена в литейном производстве и может быть моноблочной с одной полулопаткой или может быть вставлена в переднюю по потоку полость 11 и припаяна к ней.

В этом последнем случае для изготовления этой детали с винтовой направляющей поверхностью выгодно использовать материал, обладающий высокой теплопроводностью, для того, чтобы повысить эффективность охлаждения в этом контуре вентиляции лопатки в соответствии с предлагаемым изобретением.

Деталь с винтовой направляющей поверхностью 30, схематически представленная на фиг. 3, имеет две нарезки или двухзаходную нарезку 31а, 31б. Однако эта винтовая деталь 30 может иметь как одну нарезку или быть однозаходной, так и иметь больше двух нарезок или быть многозаходной в зависимости от конкретных потребностей охлаждения данной лопатки.

Сердечник или центральное тело 32 этой детали с винтовой направляющей поверхностью 30 не обязательно должен иметь цилиндрическую форму. В случае необходимости этот сердечник может иметь эволютивное или переменное по высоте поперечное сечение с целью соответствующего изменения проходного сечения для охлаждающего воздуха с тем, чтобы регулировать тем или иным образом величину коэффициента теплообмена.

В передней по потоку полости 11 данной лопатки охлаждающий воздух циркулирует в системе охлаждения шнекового типа, которая начинается в корневой части 3 данной лопатки и заканчивается в головке 5 этой лопатки, откуда этот охлаждающий воздух отводится в горячий поток газов данной турбины через выходное отверстие 20. Такая система охлаждения позволяет существенно увеличить длину траектории движения потока охлаждающего воздуха и повысить при заданном расходе этого охлаждающего воздуха скорость его течения по сравнению со скоростью, получаемой в чисто радиальной полости охлаждения.

Таким образом, уровень коэффициента теплообмена оказывается повышенным. Кроме того, это вращающееся течение потока охлаждающего воздуха будет иметь тенденцию к акцентированию теплообмена на стенке данной лопатки в окрестности ее передней кромки 5, причем охлаждающий воздух выбрасывается на выходном конце детали с винтовой направляющей поверхностью 30 при помощи, в том числе, центробежного эффекта.

Как можно видеть на фиг. 4, 5, 6 и 7, различные конструктивные решения предложены в соответствии с данным изобретением совместно с деталью с винтовой направляющей поверхностью 30 в передней по потоку полости 11.

Как показано на фиг. 4, упомянутая деталь с винтовой направляющей поверхностью установлена в передней по потоку полости 11, внутренняя стенка которой является гладкой.

На фиг. 5 можно видеть, что завихрители 33 в виде наклонных ребер или выступов расположены либо на внутренней стенке передней по потоку полости 11, либо на детали с винтовой направляющей поверхностью.

Как можно видеть на фиг. 6, завихрители также могут быть образованы скобами или перемычками 34, которые связывают внутреннюю стенку передней по потоку полости 11 с сердечником или центральным телом 32 детали с винтовой направляющей поверхностью 30. Эти скобы или перемычки 34 могут быть расположены, например, в шахматном порядке.

На фиг. 7 можно видеть, что завихрители могут быть образованы штырьками 35, расположенными в шахматном порядке или в каком-либо другом порядке на поверхности внутренней стенки передней по потоку полости 11.

Описанное выше устройство охлаждения размещается в передней по потоку полости 11, располагающейся в непосредственной близости от передней кромки 5 данной лопатки. Однако такое устройство охлаждения может быть размещено также и в других полостях этой лопатки.

В описанной выше передней по потоку полости 11 охлаждающий воздух циркулирует центробежным образом по направлению от корневой части лопатки 3 к головке этой лопатки 5. Однако направление движения охлаждающего воздуха может быть и противоположным, в частности, в случае использования описанного устройства охлаждения в конструкции неподвижных лопаток, образующих, например, направляющий аппарат данной турбины. Соответствующая полость воздушного охлаждения лопатки также может быть оборудована несколькими деталями с винтовой направляющей поверхностью и с переворачиванием направления движения потока воздуха в контуре охлаждения в корневой части лопатки или в ее головке.

Средняя полость 12 охлаждается воздухом при помощи конвекции с использованием технологии каскадного соударения с подлежащими охлаждению поверхностями лопатки струек охлаждающего воздуха, подаваемого во внутреннюю полость 12 в ее нижней части из канала 22, выполненного в корневой части данной лопатки 3.

На фиг. 2, а также на фиг. 8-11, можно видеть, что специальный кожух или рубашка 40 размещен в этой средней полости 12. Этот кожух 40 изготавливается с использованием механосборочных и сварочных операций из совокупности листовых заготовок, в которых предварительно выполнены отверстия 41 для прохода струек воздуха и щели 42, или этот кожух может быть реализован непосредственно в литейном производстве.

Этот кожух 40 выполнен в виде вентиляционной вытяжки. Две противоположные друг другу боковые стенки кожуха 40, обозначенные позициями 43 и 44, упираются во внутренние стенки радиальных перегородок 9 и 10, а две другие противоположные друг другу стенки этого кожуха 45 и 46, которые содержат отверстия соударения 41 и щели 42, удерживаются на некотором расстоянии от боковых стенок 7 и 8 лопатки 1 при помощи специальных выступающих элементов 47, выполненных в виде поперечных ребер жесткости, сформированных на стенках 45 и 46 кожуха и равномерно распределенных между корневой частью 3 и головкой 4 данной лопатки.

Внутренняя полость кожуха 40 разделена на некоторое количество отсеков, обозначенных позициями C1-C7 на фиг. 11, при помощи поперечных перегородок 48, располагающихся соответственно, начиная от корневой части 3 данной лопатки, под парой выступающих элементов 47 и отделенных от этих выступающих элементов 47 двумя щелями 42, располагающимися против стенок 7 и 8 лопатки 1. Верхняя перегородка 48а несколько удалена от стенки, образующей головку лопатки 4, для того, чтобы охлаждающий воздух, удаляемый или отводимый из полости C7, имел возможность пройти через отверстие 21.

Процесс охлаждения в средней полости 12 данной лопатки в соответствии с предлагаемым изобретением осуществляется следующим образом.

Охлаждающий воздух подается через канал 22 в отсек C1 кожуха 40, затем этот охлаждающий воздух выводится из отсека C1 через отверстия соударения 41 для того, чтобы струйки воздуха ударялись во внутренние стенки нижней поверхности 7 и верхней поверхности 8 лопатки 1 в окрестности корневой части 3 этой лопатки. После соударения охлаждающий воздух поступает во второй отсек C2 через первые щели 42, затем этот воздух удаляется из этого отсека через отверстия соударения 21 отсека C2 с тем, чтобы затем попасть в третий отсек C3.

Этот охлаждающий воздух циркулирует аналогичным образом вплоть до последнего верхнего отсека C7, откуда этот воздух соударяется с внутренними стенками нижней поверхности 7 и верхней поверхности 8 данной лопатки в окрестности ее головки 4, после чего отводится за пределы данной лопатки 1 через выходное отверстие 21 в поток горячего газа.

Количество упомянутых выше отсеков в средней полости лопатки в соответствии с предлагаемым изобретением может отличаться от семи, как это представлено в приведенном здесь примере, и количество отверстий соударения 41 может быть различным для различных отсеков.

Описанный выше кожух 40 также может быть смонтирован в полости, располагающейся рядом с передней кромкой данной лопатки или рядом с ее задней кромкой. Этот кожух может быть с успехом адаптирован как к системе неподвижных лопаток данной турбины, так и к системе ее подвижных или вращающихся лопаток. Для неподвижных лопаток питание данной системы охлаждающим воздухом может осуществляться через головку 4 этой лопатки, и упомянутые выше отсеки C1-C7 могут быть расположены в радиальном направлении, как это показано в описанном выше примере реализации предлагаемого изобретения, или они могут быть расположены в осевом направлении от передней кромки 5 данной лопатки к ее задней кромке 6 или наоборот. Описанное выше устройство охлаждения может применяться как для распределенного соударения струек воздуха с охлаждаемыми поверхностями (множество рядов отверстий выхода охлаждающего воздуха), так и для концентрированного соударения струек охлаждающего воздуха с этими подлежащими охлаждению поверхностями (только один ряд выпускных отверстий 41).

Как уже было сказано выше, нижняя поверхность 7 и верхняя поверхность 8 данной лопатки содержат на уровне передней по потоку части 15 задней по потоку полости 13 двойные обшивки 7а, 7б и 8а, 8б, которые связаны между собой при помощи скоб или перемычек 24. Внутренние обшивки 7б и 8б связаны в окрестности корневой части 3 данной лопатки между собой при помощи поперечной перегородки 17. Две эти внутренние обшивки 7б и 8б проходят вплоть до перегородки, образующей головку 4 данной лопатки, оставляя свободными специальные проходы 50а и 50б рядом с головкой 4 лопатки, через которые охлаждающий воздух, поступающий через канал 23 в корневой части 3 лопатки и проходящий центробежным образом между обшивками 7а, 7б нижней поверхности 7 и обшивками 8а, 8б наружной или верхней поверхности 8 этой лопатки, подается в переднюю по потоку часть 15 задней по потоку полости данной лопатки. Этот охлаждающий воздух циркулирует центростремительным образом в этой передней по потоку части 15, после чего попадает в заднюю по потоку часть 16 этой задней по потоку полости через отверстие 18.

И наконец, охлаждающий воздух центробежным образом поднимается снова в задней по потоку части этой задней по потоку полости и выходит в горячий поток газа данной турбины через щели 19, выполненные в задней кромке 6 этой лопатки. Охлаждающий воздух, поступающий из канала 23, разделяется на два потока или расхода B1 и B2, циркулирующих центробежным образом через множество перемычек или скоб 24. Эти перемычки 24 формируются в литейном производстве в процессе отливки данной лопатки. Перемычки 24 могут быть расположены в шахматном порядке (см. фиг. 13) или могут располагаться в ряд (см. фиг. 14). Эти перемычки могут иметь любое поперечное сечение, например, цилиндрическое, квадратное, вытянутое и т.д. Данное устройство охлаждения также может быть использовано для обеспечения охлаждения зон, проходящих вплоть до передней кромки данной лопатки.

Формирование внутренних контуров охлаждения лопатки в соответствии с предлагаемым изобретением осуществляется при помощи введения дополнительных деталей, например, детали с винтовой направляющей поверхностью 30 и сварного кожуха 40, в упомянутые полулопатки, с последующим соединением с другой полулопаткой и спаиванием двух этих элементов для получения единой детали. Описанные выше контуры охлаждения могут быть реализованы также полностью или частично непосредственно в литейном производстве.

Формула изобретения

1. Лопатка турбины, содержащая полую аэродинамическую стенку, которая проходит в радиальном направлении между корневой частью данной лопатки и головкой этой лопатки и которая имеет переднюю и заднюю кромки, отделенные одна от другой и связанные друг с другом при помощи вогнутой боковой стенки, которая называется нижней поверхностью лопатки, и выпуклой боковой стенки, которая называется верхней поверхностью лопатки и которая дополнительно содержит устройство охлаждения, предусмотренное во внутренней полости лопатки, запитываемое охлаждающим воздухом через корневую часть лопатки, предназначенное для направления охлаждающего воздуха к внутренним поверхностям боковых стенок лопатки и содержащее две радиально расположенные перегородки, которые связывают между собой вогнутую и выпуклую боковые стенки и которые разделяют внутреннюю полость лопатки на переднюю по потоку полость, располагающуюся рядом с передней кромкой лопатки, среднюю полость, располагающуюся между радиальными перегородками, и заднюю по потоку полость, располагающуюся со стороны задней кромки лопатки, при этом передняя по потоку полость и средняя полость запитываются охлаждающим воздухом через одно входное отверстие, предусмотренное в корневой части лопатки, причем охлаждающий воздух удаляется затем из этих полостей через специальные отверстия, тогда как задняя по потоку полость запитывается охлаждающим воздухом через отдельное входное отверстие, предусмотренное в корневой части лопатки, и снабжена третьей радиальной перегородкой, разделяющей эту полость на сообщенные между собой переднюю по потоку и заднюю по потоку части, располагающуюся рядом с задней кромкой данной лопатки, а охлаждающий воздух удаляется из задней по потоку полости через заднюю по потоку часть этой полости через множество щелей, выполненных в задней кромке лопатки, отличающаяся тем, что устройство охлаждения лопатки дополнительно содержит в передней по потоку полости - деталь с винтовой направляющей поверхностью, которая проходит от корневой части лопатки до головки лопатки, в средней полости - кожух, опирающийся на внутренние стенки радиальных перегородок и удерживаемый на некотором расстоянии от боковых стенок лопатки при помощи специальных выступающих элементов, причем этот кожух имеет напротив боковых стенок лопатки множество отверстий, предназначенных для охлаждения этих боковых стенок при помощи соударения со струйками охлаждающего воздуха, в задней по потоку полости - поперечную перегородку, перекрывающую нижний конец этой задней по потоку полости, при этом боковые стенки лопатки напротив передней по потоку части задней по потоку полости образованы двойными обшивками, связанными перемычками, между которыми циркулирует охлаждающий воздух, подаваемый из корневой части данной лопатки, причем этот охлаждающий воздух поступает затем в переднюю по потоку часть этой задней по потоку полости в головке лопатки, при этом две части задней по потоку полости сообщаются между собой через отверстие, выполненное в корневой части третьей радиальной перегородки, а отверстия для удаления охлаждающего воздуха передней по потоку и средней по потоку полостей выполнены в головке лопатки.

2. Лопатка турбины по п.1, отличающаяся тем, что внутренняя стенка передней по потоку полости содержит завихрители воздушного потока.

3. Лопатка турбины по п.2, отличающаяся тем, что завихрители воздушного потока образованы ребрами или выступами.

4. Лопатка турбины по п.2, отличающаяся тем, что завихрители воздушного потока образованы перемычками, связывающими внутреннюю стенку лопатки с сердечником или центральным телом детали с винтовой направляющей поверхностью.

5. Лопатка турбины по п.2, отличающаяся тем, что завихрители воздушного потока образованы штырьками.

6. Лопатка турбины по одному из пп.1 - 5, отличающаяся тем, что кожух средней полости содержит множество отсеков, примыкающих друг к другу и последовательно запитываемых одним и тем же расходом охлаждающего воздуха, поступающего из корневой части лопатки.

7. Лопатка турбины по п.6, отличающаяся тем, что отсеки, за исключением первого, запитываются расходом охлаждающего воздуха, поступающего из предыдущего отсека, и соударяющегося с боковыми стенками данной лопатки, через щели, предусмотренные в стенках кожуха под выступающими элементами, причем эти выступающие элементы образуют поперечные ребра жесткости.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14

PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение

Номер и год публикации бюллетеня: 17-2004

(73) Патентообладатель:
СОСЬЕТЕ НАСЬОНАЛЬ Д`ЭТЮД Э ДЕ КОНСТРЮКСЬОН ДЕ МОТЕР Д`АВИАСЬОН "СНЕКМА" (FR)

(73) Патентообладатель:
СНЕКМА МОТЕР (FR)

Договор № 18928 зарегистрирован 06.04.2004

Извещение опубликовано: 20.06.2004