Лопатки лопаточного колеса газотурбинного двигателя, оснащенные канавками для охлаждения



Лопатки лопаточного колеса газотурбинного двигателя, оснащенные канавками для охлаждения
Лопатки лопаточного колеса газотурбинного двигателя, оснащенные канавками для охлаждения
Лопатки лопаточного колеса газотурбинного двигателя, оснащенные канавками для охлаждения
Лопатки лопаточного колеса газотурбинного двигателя, оснащенные канавками для охлаждения
Лопатки лопаточного колеса газотурбинного двигателя, оснащенные канавками для охлаждения
Лопатки лопаточного колеса газотурбинного двигателя, оснащенные канавками для охлаждения
Лопатки лопаточного колеса газотурбинного двигателя, оснащенные канавками для охлаждения
Лопатки лопаточного колеса газотурбинного двигателя, оснащенные канавками для охлаждения
Лопатки лопаточного колеса газотурбинного двигателя, оснащенные канавками для охлаждения

 


Владельцы патента RU 2494263:

СНЕКМА (FR)

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.

 

Предлагаемое изобретение относится к лопатке лопаточного колеса газотурбинного двигателя, причем эта лопатка содержит аэродинамический профилированный элемент, имеющий нижнюю поверхность, и платформу, проходящую на одном из концов упомянутого профилированного элемента в направлении, в целом перпендикулярном к продольному направлению этого профилированного элемента, причем эта платформа содержит по меньшей мере один канал впрыскивания воздуха и, говоря более конкретно, содержит средства, предназначенные для использования в целях оптимизации условий охлаждения лопатки при помощи потока воздуха, впрыскиваемого через один или несколько каналов впрыскивания воздуха.

Известным образом такая лопатка обычно предназначается для размещения, совместно с множеством других по существу идентичных лопаток, с целью формирования венца лопаток вокруг оси этого венца, причем в этом венце аэродинамические профилированные элементы располагаются по существу в радиальном направлении и участки поверхностей платформ двух примыкающих друг к другу лопаток, располагающиеся между их соответствующими профилированными элементами, определяют межлопаточную поверхность. Эта межлопаточная поверхность связывает нижнюю поверхность одного аэродинамического профилированного элемента лопатки с соседней верхней поверхностью другой лопатки в межлопаточном канале.

Объединение лопаток вокруг оси упомянутого венца позволяет сформировать лопаточное колесо. Это лопаточное колесо может быть выполнено подвижным и может воспринимать, таким образом, энергию, создаваемую течением потока газов, или же может сообщать энергию потоку газов, движущемуся через это лопаточное колесо. Такое лопаточное колесо также может быть неподвижным и в этом случае его функция состоит в изменении направления движения потока газов.

Предлагаемое изобретение относится к лопаткам, используемым в потоках газов, имеющих высокую температуру, в частности, очень высокую температуру, которая может составлять, например, более 1000К. Это относится, например, к случаю, когда лопатки используются в ступенях турбин высокого или низкого давления турбореактивных двигателей, располагающихся по потоку позади камер сгорания этих двигателей.

Эти высокие температуры (и связанные с ними градиенты температур), которые в ряде случаев могут превышать температуру плавления лопаток, порождают различные проблемы для лопаток, такие, например, как опасность их расплавления, тепловое расширение, деформации, возникновение механических напряжений и т.п.

Известным образом охлаждение подвергающихся таким температурным воздействиям аэродинамических профилированных элементов и платформ лопаток реализуется при помощи воздушных каналов, выполненных в собственном объеме лопаток. Эти каналы обеспечивают подведение потоков охлаждающего воздуха к тем частям лопаток, которые подвергаются наиболее значительным тепловым или термомеханическим воздействиям.

Задняя кромка профилированного аэродинамического элемента, и в особенности область соединения этой задней кромки аэродинамического профилированного элемента с поверхностью платформы лопатки, которая подвергается весьма мощным механическим воздействиям, представляет собой одну из наиболее подверженных внешним воздействиям частей лопатки и называется критической частью лопатки.

Действительно, форма и местоположение этой части лопатки делает ее охлаждение при помощи потока воздуха особенно затруднительным для практической реализации. Вследствие этого на практике охлаждение этой критической части обеспечивается не вполне удовлетворительным образом и ее температура достигает высоких значений одновременно с высоким уровнем механических напряжений. Все это приводит к деформациям и образованию с течением времени трещин, что обусловливает, таким образом, уменьшение срока службы лопатки.

Упомянутые выше трудности обеспечения надлежащего охлаждения задней кромки лопатки путем впрыскивания потока воздуха схематически проиллюстрированы, в частности, на фиг.3.

На фиг.3 представлен вид в разрезе лопатки определенного в предшествующем изложении типа, демонстрирующий поведение потоков охлаждающего воздуха, впрыскиваемого через каналы впрыскивания воздуха, располагающиеся в непосредственной близости от аэродинамического профилированного элемента лопатки со стороны ее нижней поверхности.

Лопатка, схематически изображенная на фиг.3, представляет собой лопатку 10, содержащую аэродинамический профилированный элемент 50, платформу 60 и основание 66. Эта лопатка представлена здесь в разрезе по плоскости, перпендикулярной по отношению к продольной оси аэродинамического профилированного элемента 50.

Воздушные каналы 16 сформированы в платформе 60. Эти каналы используются для подведения потока охлаждающего воздуха, который впрыскивается, в частности, для охлаждения критической части упомянутого профилированного элемента. Эти каналы 16 впрыскивания воздуха проходят сквозь платформу лопатки и открываются на поверхности этой платформы 62 вдоль нижней поверхности 56 упомянутой лопатки 10.

Здесь следует отметить, что в последующем изложении термин "воздух" представляет собой обобщающий термин, который может означать как поток собственно воздуха, так и поток любой другой в основном газообразный поток, например, поток выхлопных газов.

На фиг.3 схематически представлена траектория движения потоков воздуха, подаваемого через отверстия 16 впрыскивания воздуха. Эти потоки воздуха не обтекают плавно нижнюю стенку 56, а быстро отрываются от нее и направляются по некоторой косой траектории в направлении по потоку движения газов и частично в направлении верхней поверхности 58 соседнего аэродинамического профилированного элемента 50.

В результате следования по этой косой траектории упомянутые потоки воздуха обеспечивают лишь незначительное охлаждение зоны 12 присоединения задней кромки лопатки к ее платформе. При этом только потоки охлаждающего воздуха, подаваемого через каналы 16, располагающиеся в наиболее задней по потоку части профилированного элемента 50, в незначительной степени содействуют охлаждению, в ряде случаев совершенно недостаточному, этой критической части 12 лопатки 10. При этом потоки охлаждающего воздуха, подводимые через другие каналы 16, отклоняются от нижней поверхности 56 аэродинамического профилированного элемента и не способствуют сколько-нибудь существенным образом охлаждению этой критической части 12 лопатки.

Первая техническая задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить лопатку ранее описанного типа, которая будет пригодна для использования в потоке воздуха с высокой температурой, которая будет относительно простой в изготовлении при относительно небольшой себестоимости, и критическая часть которой будет охлаждаться надлежащим образом.

Эта техническая задача решается благодаря тому обстоятельству, что в лопатке предлагаемой конструкции платформа содержит канавку, проходящую вдоль нижней поверхности в непосредственной близости от, по меньшей мере, задней по потоку части этой поверхности, причем в этой канавке выполнен, по меньшей мере, один канал впрыскивания охлаждающего воздуха.

Упомянутая выше канавка образует канал, в который впрыскивается поток воздуха через один или несколько каналов впрыскивания воздуха, выходные отверстия которых располагаются в этой канавке. При этом подаваемый поток воздуха направляется стенками этой канавки вдоль нижней поверхности аэродинамического профилированного элемента лопатки. Вследствие этого устраняется явление отрыва потока воздуха от нижней стенки и обеспечивается достаточно эффективное охлаждение зоны присоединения задней кромки аэродинамического профилированного элемента лопатки к ее платформе.

Таким образом, в процессе функционирования обеспечивается возможность определенного снижения температуры критической части лопатки. Вследствие этого срок службы лопатки увеличивается. И наоборот, можно выгодно использовать повышение коэффициента полезного действия охлаждения для того, чтобы уменьшить количество охлаждающего воздуха, впрыскиваемого через один или несколько каналов впрыскивания воздуха, или сократить количество этих каналов впрыскивания воздуха.

Кроме того, здесь следует отметить, что такой результат достигается просто вследствие придания платформе лопатки специфической формы, то есть предпочтительным образом с предельно малым увеличением стоимости (и даже при снижении этой стоимости в случае уменьшения количества каналов впрыскивания воздуха) изготовления лопатки.

В общем случае, поскольку упомянутая канавка сформирована в платформе, раскрытие этой канавки ориентировано по существу в радиальном направлении наружу по отношению к лопаточному колесу и оказывается по существу параллельным продольной оси лопатки. Таким образом, один или несколько каналов впрыскивания воздуха в тех точках, где они открываются в упомянутую канавку, не ориентированы в выходящем направлении, по существу перпендикулярном по отношению к нижней стенке лопатки. В частности, они могут быть ориентированы таким образом, чтобы формировать угол, составляющий по меньшей мере 45°, предпочтительным образом составляющий примерно 90°, и еще более предпочтительным образом превышающий 90°, по отношению к упомянутому направлению.

В соответствии с одним из способов реализации диаметр отверстий впрыскивания воздуха является относительно небольшим по сравнению с размерами поперечного сечения канавки в плоскости, перпендикулярной основному направлению этой канавки.

С другой стороны, предлагаемое изобретение может быть реализовано в соответствии с одним из двух способов его реализации, описанных в последующем изложении, а также в соответствии с любым другим способом реализации, являющимся промежуточным между двумя этими способами.

В соответствии с первым способом реализации поверхность платформы, находящаяся в непосредственной близости от задней по потоку части нижней поверхности лопатки, по существу представляет собой поверхность тела вращения по отношению к оси упомянутого венца лопаток и упомянутая канавка выполнена в углублении с понижением уровня по отношению к этой поверхности.

В соответствии с вторым способом реализации упомянутая канавка выполнена между нижней поверхностью и приливом, сформированным на поверхности платформы на некотором небольшом расстоянии от задней по потоку части нижней поверхности аэродинамического профилированного элемента. Упомянутый прилив выполнен выступающим по отношению к окружающей поверхности платформы и, таким образом, эта канавка не сформирована в углублении по отношению к поверхности платформы.

Здесь под выражением "небольшое расстояние" следует понимать расстояние, которое будет составлять малую часть ширины межлопаточного канала. Из этого следует, например, что упомянутый прилив не будет удален от нижней поверхности больше, чем на треть ширины межлопаточного канала, и предпочтительным образом, больше, чем на четверть этой ширины межлопаточного канала.

С другой стороны, упомянутый прилив предпочтительным образом выполнен на по существу постоянном расстоянии от нижней поверхности таким образом, чтобы эта канавка определяла канал, имеющий в целом постоянное поперечное сечение.

Таким образом, в целом упомянутая канавка может находиться либо во впадине, либо по существу на том же уровне (и даже выступающим образом) по отношению к остальной прилегающей поверхности платформы, причем два эти случая соответствуют двум способам реализации, упомянутым в предшествующем изложении. В случае устройства канавки на том же уровне, что и поверхность платформы, имеется необходимость реализовать на платформе выступающий прилив, причем канавка формируется, таким образом, между этим приливом и нижней стенкой лопатки.

В соответствии с усовершенствованием этого второго способа реализации упомянутая канавка ограничивается с одной стороны нижней поверхностью лопатки и с другой стороны упомянутым приливом. Таким образом, эффект этой канавки усиливается.

В том, что касается расположения канавки по направлению течения потока, в соответствии с предпочтительным способом реализации упомянутая канавка проходит, по отношению к нейтральной линии профилированного элемента лопатки, между ее первой четвертью и наиболее задней по потоку точкой аэродинамического профилированного элемента. При этом было отмечено, что канавка, проходящая в таком интервале, оказывается особенно эффективной.

И наконец, в соответствии с одним из способов реализации предлагаемая лопатка содержит множество каналов впрыскивания воздуха, распределенных вдоль упомянутой канавки. При этом наличие многочисленных каналов впрыскивания воздуха снижает опасность завихрений, которые могли бы возникать вследствие массированного притока воздуха, впрыскиваемого через один единственный канал впрыскивания воздуха. В этом случае, в частности, поперечное сечение канавки может быть возрастающим в направлении по потоку таким образом, чтобы обеспечить возможность прохождения с возрастающим расходом потока воздуха, постепенно впрыскиваемого через различные каналы впрыскивания воздуха.

Вторая техническая задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить лопаточное колесо, которое может быть использовано в потоке газов, имеющих высокую температуру, при сохранении умеренной себестоимости такого лопаточного колеса.

Эта техническая задача решается благодаря тому обстоятельству, что такое лопаточное колесо содержит множество лопаток описанного в предшествующем изложении типа.

Третья техническая задача данного изобретения состоит в том, чтобы предложить газотурбинный двигатель с высоким коэффициентом полезного действия при сохранении умеренной себестоимости такого газотурбинного двигателя.

Эта техническая задача решается благодаря тому обстоятельству, что такой газотурбинный двигатель содержит по меньшей мере одно лопаточное колесо описанного в предшествующем изложении типа. Здесь следует отметить, что такое лопаточное колесо может представлять собой как подвижное рабочее лопаточное колесо, так и лопаточное колесо с неподвижными лопатками типа направляющего аппарата высокого давления в турбореактивном двигателе.

Другие характеристики и преимущества предлагаемого изобретения будут лучше поняты из приведенного ниже подробного описания способов его реализации, использованных здесь в качестве не являющихся ограничительными примеров, где даются ссылки на приведенные в приложении фигуры, среди которых:

Фиг.1 представляет собой перспективный вид трех лопаток известного типа, располагающихся в своем относительном положении в том случае, когда они установлены в лопаточное колесо;

Фиг.2 схематический перспективный вид лопаточного колеса, содержащего лопатки, показанные на фиг.1;

Фиг.3, уже описанная ранее, и фиг.4 представляют собой перспективные виды лопатки в окрестности задней кромки ее аэродинамического профилированного элемента и со стороны ее нижней поверхности, демонстрирующие траекторию движения потока воздуха, впрыскиваемого через каналы впрыскивания воздуха, соответственно в случае лопатки известного типа и в случае лопатки, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением;

Фиг.5, 6 и 7 представляют собой виды в разрезе лопатки в соответствии с предлагаемым изобретением и в трех различных вариантах ее реализации;

Фиг.8 и 9 представляют собой виды межлопаточного канала между двумя аэродинамическими профилированными элементами в окрестности задней кромки аэродинамического профилированного элемента и со стороны нижней поверхности этого элемента в соответствии с двумя способами реализации, представленными соответственно на фиг.5 и 6.

Для упрощения понимания приведенных в приложении чертежей в том случае, когда тот или иной элемент появляется на различных фигурах идентичным образом или в аналогичной форме, ему присваивается на этих различных фигурах одна и та же цифровая позиция и этот элемент подробно описывается здесь только при его первом упоминании.

Теперь более подробно и со ссылками на фиг.1 и 2 будет описана общая форма лопатки, предназначенной для использования в лопаточном колесе газотурбинного двигателя.

На фиг.1 можно видеть три идентичных лопатки 10, составляющих часть лопаточного колеса 100, представленного на фиг.2. Каждая лопатка 10 спроектирована таким образом, чтобы быть соединенной с другими идентичными лопатками 10 с целью формирования лопаточного колеса 100. Это лопаточное колесо образовано в основном лопатками 10, установленными на диске 20 ротора. В этом лопаточном колесе 100 лопатки 10 располагаются в виде венца, являющегося симметричным относительно оси А этого лопаточного колеса.

Каждая лопатка 10 содержит аэродинамический профилированный элемент 50, платформу 60 и основание 66. Аэродинамический профилированный элемент содержит переднюю кромку 52, заднюю кромку 54, нижнюю поверхность 56 и верхнюю поверхность 58. Основание 66 предназначена для крепления лопатки на ступице, например, на диске ротора 20. Платформа 60 проходит в направлении, в целом перпендикулярном по отношению к продольному направлению аэродинамического профилированного элемента 50, и содержит верхнюю поверхность 62, располагающуюся со стороны этого аэродинамического профилированного элемента 50. Поскольку лопатки 10 присоединены друг к другу, верхние поверхности 62 их платформ определяют межлопаточные пространства 70, которые проходят от нижней поверхности 56 одного аэродинамического профилированного элемента до верхней поверхности 58 соседнего аэродинамического профилированного элемента. В лопаточном колесе 100 каждая межлопаточная поверхность 70 сформирована первой частью 63 верхней поверхности платформы, располагающейся со стороны нижней поверхности аэродинамического профилированного элемента, и второй частью 64 верхней поверхности платформы, располагающейся со стороны верхней поверхности аэродинамического профилированного элемента. Две эти части 63 и 64 располагаются в непрерывном примыкании друг к другу таким образом, чтобы обеспечить по существу герметичное соединение между двумя смежными лопатками 10. Поверхность платформы 62 связана с наружными поверхностями аэродинамического профилированного элемента 50 при помощи соединительных поверхностей 18 (которые по существу представляют собой закругленные переходы с эволютивным радиусом кривизны).

Кроме того, для охлаждения критической зоны 12 аэродинамического профилированного элемента 50, то есть части задней кромки 54, располагающейся в непосредственной близости от платформы 60, поверхность 62 этой платформы содержит каналы 16 впрыскивания воздуха, выполненные в объеме самой лопатки.

И еще, здесь следует отметить, что в примерах реализации, представленных на фиг.1-3, межлопаточная поверхность 70 представляет собой поверхность тела вращения, то есть это означает, что упомянутая поверхность представляет собой часть по существу поверхности вращения относительно оси А лопаточного колеса (здесь поверхностью вращения называется поверхность, образованная вращением некоторой кривой относительно некоторой оси). Такая форма является обычной для межлопаточных поверхностей лопаток, используемых в лопаточных колесах газотурбинных двигателей.

Теперь более подробно и со ссылками на фиг.3 и 4 будет описан эффект, обеспечиваемый лопаткой в соответствии с предлагаемым изобретением.

В лопатке, представленной на фиг.4, прилив 42 выполнен на, по существу, постоянном расстоянии от нижней поверхности 56 аэродинамического профилированного элемента 50. Вследствие наличия этого прилива 42 канавка 40 сформирована на поверхности 62 платформы. Эта канавка 40 проходит вдоль нижней поверхности 56 аэродинамического профилированного элемента в его задней по потоку части и размещается между этой нижней поверхностью 56 и приливом 42, который ограничивает эту канавку.

Благодаря наличию этой канавки 40 поток воздуха, впрыскиваемый через каналы 16 впрыскивания воздуха, предусмотренные в донной части канавки, отводится вдоль этой канавки и проходит, таким образом, вдоль нижней поверхности 56, обеспечивая тем самым эффективное охлаждение критической части 12 лопатки. И наоборот, в отсутствие такой канавки 40, как это показано на фиг.3, поток впрыскиваемого охлаждающего воздуха стремится, после выхода из каналов впрыскивания, отклониться от нижней поверхности 56. Таким образом, этот поток воздуха оказывается не в состоянии обеспечивать эффективное охлаждение критической части 12 лопатки, то есть зоны соединения между ее задней кромкой 54 и поверхностью платформы 62.

Теперь более подробно будут описаны три способа реализации предлагаемого изобретения, где будут даваться ссылки на фиг.5 и 8, с одной стороны, на фиг.6 и 9, с другой стороны, и, наконец, на фиг.7.

На фиг.5-7 представлены виды в разрезе лопаток в соответствии с предлагаемым изобретением, причем эти разрезы выполнены вдоль оси аэродинамического профилированного элемента и в направлении, по существу перпендикулярном к общему направлению течения потока газов. На фиг.8 и 9 представлена плоскость разреза (которая является одной и той же для всех трех фиг.5-7) для фиг.5 и 6 с позициями V и V1.

На фиг.5-7 пунктирная кривая представляет вид в разрезе средней поверхности вращения, которая аппроксимирует часть поверхности платформы 62, располагающейся в непосредственной близости от канавки 40.

На фиг.5 представлен вид в разрезе лопатки, показанной на фиг.4. Здесь прилив 42 выполнен выступающим по отношению к поверхности платформы 62 за счет добавления материала. Вследствие наличия прилива 42 упомянутая канавка 40 сформирована между этим приливом 42 и нижней поверхностью 56. В представленном здесь случае прилив 42 располагается в непосредственной близости от упомянутой нижней поверхности для отведения потока впрыскиваемого воздуха возможно ближе к этой нижней стенке. Поток воздуха впрыскивается через канал 16 впрыскивания воздуха, который имеет выходное отверстие, располагающееся в донной части канавки 40.

На фиг.6 представлена лопатка, в которой канавка 140 выполнена в виде выемки с понижением уровня по отношению к общей форме поверхности платформы 62, представленной пунктирной линией. В этом случае упомянутый прилив отсутствует.

На фиг.7 представлена лопатка, выполненная в соответствии со способом реализации, являющимся промежуточным между двумя способами реализации, представленными на фиг.5 и 6. Здесь канавка 240 выполнена в виде выемки с понижением уровня по отношению к общей форме поверхности платформы 62, однако эффект канавки, направляющей и отводящей поток впрыскиваемого воздуха, усиливается при помощи прилива 242, сформированного выступающим образом по отношению к общей форме поверхности платформы 62.

В соответствии с этим способом реализации канал 16 впрыскивания воздуха открывается в стенке прилива 242, располагающейся со стороны нижней поверхности 56 лопатки, и ориентирован в направлении этой нижней поверхности для того, чтобы направлять поток впрыскиваемого воздуха в сторону этой поверхности.

На фиг.8 и 9 представлены виды лопаток, уже продемонстрированных на фиг.5 и 6, но в разрезах, выполненных перпендикулярно по отношению к оси аэродинамического профилированного элемента 50. Эти виды в разрезе демонстрируют поперечное сечение аэродинамического профилированного элемента 50, выполненное в непосредственной близости от платформы 60 лопатки со стороны течения потока газов и на расстоянии от этой платформы, достаточном для того, чтобы это поперечное сечение представляло собой именно поперечное сечение упомянутого аэродинамического профилированного элемента и не затрагивало соединительных поверхностей 18, существующих между этим аэродинамическим профилированным элементом 50 и платформой 60.

В соответствии с двумя представленными здесь способами реализации канавка 40, 140 расположена вдоль нижней поверхности 56.

Распространение канавки 40, 140 прежде всего может оцениваться в направлении течения потока. Можно, в частности, определять количественные характеристики по отношению к нейтральной линии 55 аэродинамического профилированного элемента, которая проходит от передней кромки 52 к задней кромке 54 этого профиля по существу на одинаковом расстоянии от двух сторон этого профиля: эта канавка проходит по отношению к нейтральной линии 55 аэродинамического профилированного элемента между первой четвертью этой линии и наиболее задней по потоку точкой аэродинамического профилированного элемента (в направлении по потоку, то есть, если рассматривать упомянутые выше фигуры, от положения, располагающегося сверху и справа, к положению, располагающемуся снизу и слева). В частности, эта канавка проходит по меньшей мере на уровне задней по потоку части 57 упомянутой нижней поверхности 56.

Эта задняя по потоку часть по существу соответствует 40% нейтральной линии 55 аэродинамического профилированного элемента, если считать с ее задней по потоку стороны.

Кроме того, как это можно видеть на фиг.5-7, канавка 40, 140, 240 проходит на по существу постоянном расстоянии от нижней поверхности 56 и в непосредственной близости от нее. В разрезе эта линия представляет по существу форму дуги или полуокружности. Эта дуга или эта полуокружность связана на одной из своих сторон с нижней стенкой аэродинамического профилированного элемента. На другой стороне эта линия связана, через соединительную поверхность (которая содержит поверхность прилива 42, 242 на лопатках, представленных на фиг.5 и 7), с поверхностью платформы 62.

В соответствии с представленными здесь способами реализации поверхность платформы 62 в непосредственной близости от канавки (за исключением прилива, если он в данном случае имеется) представляет собой весьма слабо искривленную поверхность, форма которой представляет собой по существу форму тела вращения.

И наконец, в соответствии со способами реализации, представленными на фиг.8 и 9, вдоль канавки 40, 140 предусматривается размещение нескольких каналов 16 впрыскивания воздуха, предназначенных для подачи охлаждающего воздуха в межлопаточный канал и обеспечения таким образом охлаждения лопаток.

Эти каналы 16 впрыскивания воздуха располагаются по существу на одной линии, один за другим и на небольшом расстоянии от стенки нижней поверхности 56.

По отношению к нейтральной линии 55 аэродинамического профилированного элемента эти каналы проходят на наибольшей ее части: первый канал впрыскивания воздуха располагается примерно на уровне 20% этой нейтральной линии, считая от передней кромки 52, тогда как последний канал 16 впрыскивания воздуха располагается примерно на уровне 90% этой нейтральной линии 55. Как это можно видеть на фиг.8 и 9, каналы впрыскивания воздуха могут быть распределены на некоторой амплитуде по отношению к нейтральной линии аэродинамического профилированного элемента 50, выступающей за пределы амплитуды канавки 40, 140.

1. Лопатка (10) лопаточного колеса (100) газотурбинного двигателя, содержащая аэродинамический профилированный элемент (50), имеющий нижнюю поверхность (56) и платформу (60), проходящую от одного из концов аэродинамического профилированного элемента (50) в направлении, в целом перпендикулярном продольному направлению аэродинамического профилированного элемента, причем платформа содержит, по меньшей мере, один канал (16) впрыскивания воздуха, отличающаяся тем, что платформа (60) содержит канавку (40, 140, 240), проходящую вдоль нижней поверхности (56) вблизи от, по меньшей мере, задней по потоку части (57) этой поверхности, при этом канавка (40, 140, 240) проходит на, по существу, постоянном расстоянии от нижней поверхности (56) и в непосредственной близости от нее, причем в этой канавке выполнен, по меньшей мере, один канал (16) впрыскивания воздуха.

2. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что она выполнена с возможностью размещения совместно с множеством других, по существу, идентичных лопаток для формирования венца вокруг оси (А) венца, причем в венце профилированные аэродинамические элементы (50) располагаются, по существу, в радиальном направлении, а поверхность платформы (62), расположенная вблизи от задней по потоку части нижней поверхности (56), по существу, представляет собой поверхность тела вращения относительно оси венца лопаток, причем канавка выполнена с понижением уровня по отношению к этой поверхности.

3. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что канавка (40, 240) сформирована между нижней поверхностью (56) и приливом (42, 242), сформированным на поверхности платформы (62) на некотором относительно небольшом расстоянии от задней по потоку части (57) нижней поверхности.

4. Лопатка по п.3, отличающаяся тем, что канавка (40) с одной стороны ограничена нижней поверхностью (56), а с другой стороны ограничена приливом (42).

5. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что канавка (40, 140) проходит относительно нейтральной линии (55) аэродинамического профилированного элемента между ее первой четвертью и наиболее задней по потоку точкой этого аэродинамического профилированного элемента.

6. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что она содержит множество каналов (16) впрыскивания воздуха, распределенных вдоль канавки (40, 140).

7. Лопаточное колесо, отличающееся тем, что оно содержит множество лопаток по любому из пп.1-6.

8. Газотурбинный двигатель, отличающийся тем, что он содержит, по меньшей мере, одно лопаточное колесо по п.7.



 

Похожие патенты:

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.

Изобретение относится к системам охлаждения турбин двухконтурных газотурбинных двигателей воздушной средой. .

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

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 охлаждению газотурбинного двигателя и, в частности, к усовершенствованию охлаждения профильной части и полок лопатки турбины высокого давления.

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 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.

Изобретение относится к газотурбостроению, а именно к производству рабочих лопаток турбины газотурбинных двигателей. Охлаждаемая рабочая лопатка газовой турбины содержит хвостовик и перо, выполненные с внутренним трактом охлаждения в виде продольного канала от хвостовика к торцу пера и связанным с этим каналом комплексом поперечных каналов, ориентированных в направлении выходной кромки пера. Перо выполнено в виде центрального несущего стержня, имеющего наружный рельеф в виде поперечных канавок, и содержит накладные пластинчатые элементы, соединенные с центральным несущим стержнем таким образом, что формируют своей внешней стороной конфигурацию пера рабочей лопатки, а своей внутренней стороной - конфигурацию каналов внутреннего тракта охлаждения. Изобретение обеспечивает упрощение конструкции и технологии изготовления охлаждаемой рабочей лопатки, повышает рабочие характеристики и надежность, снижает массогабаритные характеристики устройства. 2 ил.

Кольцевой неподвижный элемент для использования с паровой турбиной (100). Неподвижный элемент содержит радиально наружное первое кольцо (228), радиально внутреннее второе кольцо (226) и, по меньшей мере, одну аэродинамическую поверхность (212). Первое кольцо (228) содержит первую полость (262), образованную в нем, и множество каналов (264) первого кольца, соединенных с первой полостью (262) и продолжающихся радиально от первой полости (262). Второе кольцо (226) содержит вторую полость (242) и, по меньшей мере, одно выпускное отверстие (244), образованные в нем. Вторая полость (242) связана по потоку с выпускным отверстием (244). Второе кольцо (226) расположено радиально внутри первого кольца (228). По меньшей мере, одна аэродинамическая поверхность (212) продолжается между первым кольцом (228) и вторым кольцом (226). Аэродинамическая поверхность содержит проходное отверстие (280), продолжающееся сквозь нее. Проходное отверстие (280) аэродинамической поверхности соединено с, по меньшей мере, одним каналом (264) первого кольца и второй полостью (242). Диаметр (D0) канала (264) первого кольца больше диаметра (DA) проходного отверстия (280). Облегчается охлаждение вращающегося элемента в паровой турбине без изменения внешних геометрий элемента, материалов элемента, и/или температуры, и/или давления пара для обеспечения надежной долгосрочной эксплуатации ротора паровой турбины с лопатками. 2 н. и 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

Охлаждаемая турбина содержит рабочее колесо с установленными на нем рабочими лопатками с двумя контурами охлаждения, последовательно соединенными с воздушными каналами в рабочем колесе, с независимыми кольцевыми диффузорными каналами, образованными на поверхности рабочего колеса, соединенными с сопловыми аппаратами закрутки и транзитными воздуховодами на их входе, сопловые лопатки, теплообменник, транзитные воздуховоды. Каждая сопловая лопатка выполнена в виде конструктивного элемента, ограниченного верхней и нижней полками, и пространства между ними, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками пера сопловой лопатки, в виде расположенных вдоль ее оси раздаточного коллектора входной кромки и раздаточной полости. Раздаточный коллектор входной кромки соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе через перфорационные отверстия во входной кромке сопловой лопатки - с проточной частью турбины. Теплообменник соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе последовательно сообщен с воздушным коллектором и раздаточной полостью. Охлаждаемая турбина снабжена раздаточным коллектором для охлаждающего воздуха, охлаждающим дефлектором и двумя транзитными дефлекторами, установленными в раздаточной полости вдоль ее оси с зазором относительно друг друга и с зазором между вогнутой и выпуклой стенками пера сопловой лопатки с образованием вдоль стенок охлаждающих каналов. Охлаждающий дефлектор выполнен с перфорационными отверстиями на двух его противоположных стенках, установлен в раздаточной полости на стенке раздаточного коллектора входной кромки и направлен стенками с перфорационными отверстиями в направлении вогнутой и выпуклой стенок пера сопловой лопатки. В верхней и нижней полках сопловой лопатки выполнены воздуховоды, соединенные на выходе с проточной частью турбины. Раздаточный коллектор для охлаждающего воздуха соединен с источником воздуха, с входом воздуховода верхней полки и с входом охлаждающего дефлектора. Вход воздуховода в нижней полке соединен с выходом охлаждающего дефлектора. Воздушный коллектор соединен с входом транзитных дефлекторов, а транзитные воздуховоды - с выходом транзитных дефлекторов и сопловыми аппаратами закрутки, соединенными с кольцевыми диффузорными каналами. Раздаточная полость соединена с проточной частью турбины. Изобретение позволяет увеличить ресурс и надежность двигателя, улучшить экономичность турбины за счет охлаждения сопловой лопатки турбины воздухом другого термодинамического уровня (по температуре и давлению), что приводит к понижению температуры газа перед турбиной и обеспечивает оптимальный расход и температуру охлаждающего воздуха, подаваемого для охлаждения пера сопловой лопатки турбины. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Охлаждаемая турбина содержит сопловые лопатки, каждая из которых выполнена в виде конструктивного элемента, ограниченного верхней и нижней полками, и пространства между ними, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки, в виде расположенных вдоль ее оси раздаточного коллектора входной кромки и раздаточной полости с транзитным дефлектором, образующим вдоль внутренних поверхностей стенок пера охлаждающие каналы, сообщенные с проточной частью турбины, теплообменник. Раздаточный коллектор входной кромки соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе через перфорационные отверстия во входной кромке лопатки с проточной частью турбины. Теплообменник соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе последовательно сообщен с транзитным дефлектором раздаточной полости, с транзитным воздуховодом, сопловым аппаратом закрутки, каналами охлаждения рабочего колеса и рабочей лопатки турбины. Охлаждаемая турбина снабжена раздаточным коллектором для охлаждающего воздуха и охлаждающим дефлектором, выполненным с перфорационными отверстиями на двух его противоположных стенках. Охлаждающий дефлектор установлен в раздаточной полости на стенке раздаточного коллектора входной кромки с зазором относительно транзитного дефлектора и с зазором между вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки и стенками охлаждающего дефлектора с перфорационными отверстиями. В верхней и нижней полках лопатки выполнены воздуховоды, соединенные на выходе с проточной частью турбины. Раздаточный коллектор для охлаждающего воздуха соединен с источником воздуха, с входом воздуховода верхней полки и с входом охлаждающего дефлектора. Вход воздуховода в нижней полке соединен с выходом охлаждающего дефлектора. Изобретение позволяет повысить эффективность и экономичность турбины. 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Охлаждаемая турбина содержит сопловые лопатки, теплообменник. Каждая из сопловых лопаток выполнена в виде конструктивного элемента, ограниченного верхней и нижней полками, и пространства между ними, ограниченного вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки, в виде расположенных вдоль ее оси раздаточного коллектора входной кромки и раздаточной полости с транзитным дефлектором. Транзитный дефлектор образует вдоль внутренних поверхностей стенок пера охлаждающие каналы, сообщенные с проточной частью турбины. Раздаточный коллектор входной кромки соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе через перфорационные отверстия во входной кромке лопатки с проточной частью турбины. Теплообменник соединен на входе с воздушной полостью камеры сгорания, а на выходе последовательно сообщен с воздушным коллектором, транзитным дефлектором раздаточной полости, транзитным воздуховодом, сопловым аппаратом закрутки, каналами охлаждения рабочего колеса и рабочей лопатки турбины. Охлаждаемая турбина снабжена охлаждающим дефлектором, выполненным с перфорационными отверстиями на двух его противоположных стенках. Охлаждающий дефлектор установлен в раздаточной полости на стенке раздаточного коллектора входной кромки с зазором относительно транзитного дефлектора и с зазором между вогнутой и выпуклой стенками пера лопатки и стенками охлаждающего дефлектора с перфорационными отверстиями. В верхней и нижней полках лопатки выполнены воздуховоды, соединенные на выходе с проточной частью турбины. Вход воздуховода верхней полки и вход охлаждающего дефлектора соединены с воздушным коллектором. Вход воздуховода в нижней полке соединен с выходом охлаждающего дефлектора. Изобретение направлено на повышение эффективности и экономичности турбины. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Узел турбины содержит первое устройство (200) направляющих лопаток, второе устройство (210) направляющих лопаток, и отражатель (100), образованный из пластинчатого элемента. Отражатель содержит первую область (101) отверстия с первой формой отверстия и вторую область (102) отверстия со второй формой отверстия. Первая область (101) отверстия содержит конфигурацию впускных отверстий (104), образующих первую форму отверстия. Вторая область (102) отверстия содержит дополнительную конфигурацию впускных отверстий (104), образующих вторую форму отверстия. Отражатель (100) является пространственно закрепляемым на первом устройстве (200) направляющих лопаток и на втором устройстве (210) направляющих лопаток таким образом, что охлаждающая текучая среда (106) способна протекать через впускные отверстия (104) первой области (101) отверстия в первое устройство (200) направляющих лопаток, и охлаждающая текучая среда (106) способна протекать через впускные отверстия (104) второй области (102) отверстия во второе устройство (210) направляющих лопаток. Первая форма отверстия отличается от второй формы отверстия для достижения заданного первого потока массы охлаждающей текучей среды (106) в первое устройство (200) направляющих лопаток и заданного второго потока массы охлаждающей текучей среды (106) во второе устройство (210) направляющих лопаток в заданных установочных положениях первого устройства (200) направляющих лопаток и второго устройства (210) направляющих лопаток. Изобретение направлено на обеспечение подходящей охлаждающей системы для турбины. 12 з.п. ф-лы, 4 ил.
Наверх