Элемент охлаждаемой лопатки турбомашины


 


Владельцы патента RU 2479726:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") (RU)

Изобретение относится к охлаждению газотурбинного двигателя и, в частности, к усовершенствованию охлаждения профильной части и полок лопатки турбины высокого давления. Элемент охлаждаемой лопатки турбомашины содержит канал для охлаждающего воздуха, выполненный внутри лопатки в направлении вдоль входной кромки, соединенный входными каналами через раздаточный коллектор с питающим каналом, а выходными каналами - с внешней поверхностью лопатки. Входные и выходные каналы выполнены тангенциально относительно канала для охлаждающего воздуха. Элемент охлаждаемой лопатки снабжен транзитным трубопроводом, установленным внутри канала для охлаждающего воздуха с зазором относительно внутренней стенки последнего. Изобретение позволяет организовать условия охлаждения элементов лопатки на различных ее участках, за счет чего уменьшить локальные температурные градиенты, уменьшить термические напряжения в лопатках, повысить рабочий ресурс турбомашины, в частности турбореактивного двигателя. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Настоящее изобретение относится к охлаждению газотурбинного двигателя и, в частности, к усовершенствованию охлаждения лопатки турбины.

Известен элемент охлаждаемой лопатки турбомашины, содержащий канал для охлаждающего воздуха, выполненный внутри лопатки в направлении вдоль входной кромки, соединенный входными каналами через раздаточный коллектор с питающим каналом, а выходными каналами - с внешней поверхностью лопатки, при этом входные и выходные каналы выполнены тангенциально относительно канала для охлаждающего воздуха /RU №2117768 МПК8 F01D 5/18, опубл. 1998/ /1/.

Выполнение входного и выходного каналов тангенциально относительно радиального канала позволяет охлаждающему воздуху двигаться вдоль стенки канала, разгоняться до высоких значений скоростей и образовывать вихревое течение (циклонное движение охлаждающего воздуха), что вызывает интенсивный отвод тепла от горячей поверхности лопатки к охлаждающему воздуху, а направление канала на наружную поверхность способствует увеличить располагаемый перепад давления для охлаждающего воздуха и созданию на наружной поверхности лопатки пленочного охлаждения. Такой элемент охлаждаемой лопатки обладает очень высокими характеристиками по охлаждению пера лопатки и успешно применяется даже для охлаждения наиболее горячей входной кромки лопаток.

Следует отметить, что охлаждающий воздух при движении по каналу для охлаждающего воздуха за счет центробежных сил прижимается к поверхности канала, при этом центральная область канала остается незадействованной. В то же время очень часто возникает необходимость транзита через внутренние полости лопатки каких-либо технологических сред, например транзит охлаждающего воздуха от зоны верхней полки сопловой лопатки к нижней для организации ее надежного охлаждения или для подачи этого воздуха на охлаждение рабочей лопатки последующей ступени турбины.

Задача изобретения - использовать центральную область канала для охлаждающего воздуха для транзита через нее различных технологических сред, например охлаждающего воздуха от зоны верхней полки сопловой лопатки к нижней.

Технический результат от использования изобретения - повышение экономичности турбомашины, расширение возможностей эксплуатации и проектирования лопаток за счет установки в центральной области канала для охлаждающего воздуха транзитного трубопровода, отделяющего воздух, поступающий в циклонную область по входным каналам от транзитного потока среды, и движущегося по транзитному трубопроводу в перпендикулярных к друг другу направлениях.

Технический результат достигается тем, что известный элемент лопатки турбомашины, содержащий канал для охлаждающего воздуха, выполненный внутри лопатки в направлении вдоль входной кромки, соединенный входными каналами через раздаточный коллектор с питающим каналом, а выходными каналами - с внешней поверхностью лопатки, при этом входные и выходные каналы выполнены тангенциально относительно канала для охлаждающего воздуха, по предложению элемент снабжен транзитным трубопроводом, установленным внутри канала для охлаждающего воздуха с зазором относительно внутренней стенки последнего.

Элемент охлаждаемой лопатки турбомашины может быть снабжен подводящим и/или отводящим каналами для технологических сред турбомашины, соединенными с транзитным трубопроводом.

Предусмотрено, что элемент охлаждаемой лопатки турбомашины может иметь отношение площади проходных сечений выходного и входного каналов, выбранное в интервале 4,2>Fвыхода/Fвхода>1,7, а отношение диаметра выходного канала к величине зазора между внутренней поверхностью радиального канала и наружной поверхностью транзитного трубопровода, выбранное в интервале 1,0…1,4.

Турбореактивный двигатель, имеющий в своей комплектации охлаждаемую лопатку, может содержать, по меньшей мере, один элемент в соответствии с любым из вариантов выполнения элемента охлаждаемой лопатки.

Сущность предложения заключается в том, что в канале для охлаждающего воздуха при тангенциальном выполнении входных и выходных каналов при работе лопатки реализуется вихревое вращательное движение воздуха (циклон), который распределяется по стенке канала. Средняя часть канала практически не принимает участия в процессе движения. По предложению, предусмотрено в этой зоне поместить транзитный трубопровод, с помощью которого и его питающих и отводящих каналов дополнительно направить технологические среды турбомашины на наиболее температурно-напряженные участки охлаждаемой лопатки, например, на охлаждение полок лопаток. Транзитный трубопровод отделяет два движущихся во взаимно перпендикулярных направлениях и не дает возможности им сталкиваться друг с другом, что привело бы к нарушению работы и одного и второго потоков. Транзитный трубопровод может также использоваться для передачи газа, воздуха, жидкостей, масел и других сред. Заявленный элемент лопатки с транзитным трубопроводом, позволяет многократно его использовать, размещая в необходимых участках лопатки для достижения оптимальных температурных напряжений.

На чертеже показан поперечный разрез элемента лопатки турбомашины.

Элемент охлаждаемой лопатки турбомашины 1 с выпуклой 2 и вогнутой 3 внешними поверхностями содержит канал 4 для охлаждающего воздуха, выполненный внутри лопатки 1 в направлении вдоль входной кромки 5, соединенный входными каналами 6 через раздаточный коллектор 7 с питающим каналом (на чертеже не показан), а выходными каналами 8 - с выпуклой 2 внешней поверхностью лопатки 1, при этом входные 6 и выходные 8 каналы выполнены тангенциально относительно канала 4 для охлаждающего воздуха. Элемент снабжен транзитным трубопроводом 9, установленным внутри канала 4 для охлаждающего воздуха с зазором относительно внутренней стенки 10 последнего. Транзитный трубопровод может использоваться составным элементом в системе для охлаждения полок лопаток, рабочих колес турбины охлаждающим воздухом независимо от охлаждения элемента лопатки турбомашины. По этому транзитному трубопроводу можно проводить различные потоки технологических сред турбомашины.

Элемент лопатки турбомашины работает следующим образом. Охлаждающий воздух, двигаясь вдоль стенки канала 4, разгоняется до высоких значений скоростей, образует вихревое течение в зазоре канала 4 и транзитного трубопровода 9, что вызывает интенсивный отвод тепла от горячей поверхности к охлаждающему воздуху. Направление охлаждающего воздуха на наружную поверхность элемента способствует созданию вдоль наружной поверхности элемента пленочного охлаждения, что приведет к уменьшению в элементе лопатки 1, температурных градиентов и термических напряжений соответственно.

Таким образом, использование изобретения позволяет использовать центральную область канала для охлаждающего воздуха для транзита через нее различных технологических сред, например охлаждающего воздуха от зоны верхней полки сопловой лопатки к нижней, позволяет повысить экономичность турбомашины, расширить возможности эксплуатации и проектирования лопаток.

1. Элемент охлаждаемой лопатки турбомашины, содержащий канал для охлаждающего воздуха, выполненный внутри лопатки в направлении вдоль входной кромки, соединенный входными каналами через раздаточный коллектор с питающим каналом, а выходными каналами с внешней поверхностью лопатки, при этом входные и выходные каналы выполнены тангенциально относительно канала для охлаждающего воздуха, отличающаяся тем, что он снабжен транзитным трубопроводом, установленным внутри канала для охлаждающего воздуха с зазором относительно внутренней стенки последнего.

2. Элемент охлаждаемой лопатки турбомашины по п.1, отличающийся тем, что он снабжен подводящим и/или отводящим каналами для потоков технологических сред в турбомашине, соединенных с транзитным трубопроводом.

3. Элемент охлаждаемой лопатки турбомашины по п.1, отличающийся тем, что отношение площади проходных сечений выходного и входного каналов выбрано в интервале 4,2>Fвыхода/Fвхода>1,7, а отношение диаметра выходного канала к величине зазора между внутренней поверхностью радиального канала и наружной поверхностью транзитного трубопровода выбрано в интервале 1,0-1,4.

4. Турбореактивный двигатель, имеющий в своей комплектации охлаждаемую лопатку, содержащую по меньшей мере один элемент по любому из пп.1-3.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области двигателестроения, точнее к осевым турбинам и компрессорам газотурбинных двигателей, а конкретно к способу изготовления биметаллических блисков с охлаждаемыми лопатками, в том числе высокотемпературных газотурбинных двигателей большого ресурса.

Изобретение относится к охлаждению осевой турбомашины и, в частности, к усовершенствованию охлаждения профильной части лопатки турбины высокого давления. .

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к охлаждаемым лопаткам турбомашин, применяемым в авиационных двигателях, а также в стационарных газотурбинных установках.

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в высокотемпературных газовых турбинах. .

Изобретение относится к роторной лопатке и к роторному диску для газотурбинного двигателя. .

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в последних ступенях влажно-паровых турбин. .

Изобретение относится к способу изготовления лопатки турбомашины, может применяться в авиационных газотурбинных двигателях и энергетических установках при изготовлении рабочих и направляющих лопаток вентиляторов, компрессоров и турбин.

Изобретение относится к способу нанесения теплобарьерного покрытия на основе диоксида циркония на монокристаллический жаропрочный сплав на основе никеля, имеющего следующий состав, мас.%: 3,5-7,5 Сr, 0-1,5 Мо, 1,5-5,5 Re, 2,5-5,5 Ru, 3,5-8,5 W, 5-6,5 Al, 0-2,5 Ti, 4,5-9 Та, 0,08-0,12 Hf, 0,08-0,12 Si, остальное до 100% составляют Ni и неизбежные примеси.

Изобретение относится к лопатке газотурбинного двигателя, и в частности к лопатке, находящейся в потоке горячих газов, требующих использования специальных средств, несмотря на температурные условия и часто высокое давление.

Изобретение относится к нанесению алюминиевого покрытия на металлическую деталь, а именно на полую деталь, содержащую внутреннюю рубашку, а также к рубашке для циркуляции охлаждающего воздуха, алюминированной полой лопатке газотурбинного двигателя и направляющему сопловому аппарату газотурбинного двигателя

Изобретение относится к детали газотурбинного двигателя, содержащей основную часть и ребро атаки

Изобретение относится к системам охлаждения турбин двухконтурных газотурбинных двигателей воздушной средой

Колесо компрессора с облегченными лопатками включает в себя диск и приваренные к нему облегченные лопатки. Облегченная лопатка состоит из двух частей, соединенных между собой сваркой. В каждой части лопатки выполнены полости таким образом, что соседние полости образуют ребра, вершинами которых между собой соединены обе части лопатки в корневой области. Ребра в корневой области лопатки ориентированы преимущественно радиально по отношению к оси вращения. В средней и периферийной областях ребра изогнуты таким образом, что ребра одной части лопатки скрещиваются с ребрами другой части лопатки, соединяясь между собой по контактным площадкам. Выбор геометрических размеров, количества и направления ребер, количества, формы и расположения контактных площадок осуществляется исходя из условий статического и динамического нагружения лопаток и колеса компрессора. Достигается минимизация массы рабочих лопаток и массы колес компрессора. 3 ил.

Лопатка лопаточного колеса газотурбинного двигателя содержит аэродинамический профилированный элемент, имеющий нижнюю поверхность и платформу, проходящую от одного из концов аэродинамического профилированного элемента в направлении, в целом перпендикулярном продольному направлению аэродинамического профилированного элемента. Платформа содержит, по меньшей мере, один канал впрыскивания воздуха и канавку, проходящую вдоль нижней поверхности вблизи от, по меньшей мере, задней по потоку части этой поверхности. 1. При этом канавка проходит на по существу постоянном расстоянии от нижней поверхности и в непосредственной близости от нее. В этой канавке выполнен, но меньшей мере, один канал впрыскивания воздуха. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 9 ил.

Изобретение относится к изготовлению лопаток для газотурбинного двигателя. В способе изготавливают лопатки из алюминиевого сплава для газотурбинных двигателей путем выполнения каналов в заготовке лопатки, размещения в каналах вставок из медного сплава, осуществления ковки заготовки и последующего удаления вставок химическим растворением. Изобретение позволяет быстро и экономично изготовить легкие и стойкие к механическим сопротивлениям лопатки для газотурбинного двигателя, имеющие один или несколько каналов и обладающие улучшенными механическими и химическими свойствами. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Система жидкостного охлаждения лопаток, по меньшей мере, одной высокотемпературной ступени газовой турбины, закрепленных хвостовой частью на ободе несущего диска указанной ступени ротора турбины, содержит с одной из сторон несущего диска осесимметричный ему открытый вниз кольцевой желоб, по меньшей мере, две неподвижные форсунки, а также расположенные по периметру профиля лопатки в ее подповерхностном слое продольные охлаждающие каналы. Форсунки направлены симметрично в сторону для подачи в желоб охлаждающей жидкости. Входные концы продольных охлаждающих каналов сообщены соединительными каналами с желобом с образованием петлевидного охлаждающего тракта в каждой лопатке и свободной поверхности жидкости в желобе при вращении ротора. Желоб расположен в зоне диска со средним радиусом, определяемым из защищаемого в изобретении соотношения. Выходные концы охлаждающих каналов сообщены так же, как входные, с помощью соединительных каналов с желобом. Емкость желоба в 100…110 раз превышает емкость охлаждающего тракта одной лопатки. Суммарная производительность всех форсунок выбрана из условия поддержания стабильного уровня свободной поверхности охлаждающей жидкости в пределах желоба при вращении ротора. Изобретение повышает надежность жидкостного охлаждения всей профильной части лопаток, обеспечивает тепловое состояния лопатки в соответствии с жаропрочностью выбранного материала, а также обеспечивает возможность совмещения с воздушным охлаждением лопаток последующих менее теплонапряженных ступеней турбины. 6 з.п. ф-лы, 2 ил.

Охлаждаемая лопатка выполнена из упругопористого нетканого материала металлорезина. В нетканом материале выполнены полости для подвода охлаждающей среды через его поры к внешней поверхности профиля лопатки. Изобретение позволяет реализовать однородную пористость при различных ее величинах в отдельных элементах лопатки, что обеспечивает интенсивный теплоотвод по всей внешней ее поверхности, омываемой высокотемпературными продуктами сгорания. Вследствие высокой стойкости лопатки к разрушению при циклических нагружениях повышается ресурс лопатки. 3 ил.

Лопатка турбины простирается радиально между хвостовиком лопатки и венцом лопатки. В венце лопатки выполнена открытая полость, которая образована замкнутой концевой стенкой и боковым ободом. Боковой обод полости несет на себе, по меньшей мере, одно ребро, проходящее между передним краем и задним краем лопатки. Упомянутое ребро при работе вызывает возникновение турбулентной структуры, которая имеет три уровня газового потока в радиальном направлении. Изобретение направлено на структурирование потока горячего газа в полости так, чтобы уменьшить теплообмен между горячим газом и стенками полости. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 6 ил.
Наверх