Лопатка для газовой турбины с охлаждаемой законцовкой периферической части лопатки



Лопатка для газовой турбины с охлаждаемой законцовкой периферической части лопатки
Лопатка для газовой турбины с охлаждаемой законцовкой периферической части лопатки
Лопатка для газовой турбины с охлаждаемой законцовкой периферической части лопатки
Лопатка для газовой турбины с охлаждаемой законцовкой периферической части лопатки
Лопатка для газовой турбины с охлаждаемой законцовкой периферической части лопатки
Лопатка для газовой турбины с охлаждаемой законцовкой периферической части лопатки
Лопатка для газовой турбины с охлаждаемой законцовкой периферической части лопатки
Лопатка для газовой турбины с охлаждаемой законцовкой периферической части лопатки
Лопатка для газовой турбины с охлаждаемой законцовкой периферической части лопатки
Лопатка для газовой турбины с охлаждаемой законцовкой периферической части лопатки
Лопатка для газовой турбины с охлаждаемой законцовкой периферической части лопатки
Лопатка для газовой турбины с охлаждаемой законцовкой периферической части лопатки

 


Владельцы патента RU 2531712:

АЛЬСТОМ ТЕКНОЛОДЖИ ЛТД (CH)

Охлаждаемая лопатка для газовой турбины содержит аэродинамическую секцию, которая проходит в радиальном направлении турбины или проходит в продольном направлении лопатки между бандажной полкой и периферической частью лопатки, которая обеспечивается законцовкой. Аэродинамическая секция ограничивается перпендикулярно по отношению к продольному направлению с помощью передней кромки и задней кромки и имеет рабочую поверхность и поверхность разрежения с охлаждающими каналами, проходящими, по существу, в радиальном направлении между бандажной полкой и периферической частью лопатки во внутреннюю часть аэродинамической секции. Через эти охлаждающие каналы протекает охлаждающая среда. Первые охлаждающие отверстия для конвекционного охлаждения выполнены на рабочей поверхности лопаток. Вторые охлаждающие отверстия для пленочного охлаждения выполнены на поверхности разрежения лопаток, в области периферической части лопатки и функционально связаны с охлаждающими каналами, при этом они распределены по ширине лопатки. Охлаждающая среда выводится наружу в области законцовки и/или через законцовку лопатки. Первые охлаждающие отверстия открыты в окружающее лопатку пространство с помощью веерообразной секции канала. Первые охлаждающие отверстия, которые располагаются снаружи задней кромки лопатки, открыты в окружающее лопатку пространство с помощью веерообразной секции канала, которая имеет трехмерную симметрию. Веерообразная секция канала с трехмерной симметрией имеет первый угол отверстия, имеющий диапазон от 10° до 50° и предпочтительно составляющий около 24°, и второй угол (φ2) отверстия, перпендикулярный вышеуказанному первому углу (2φ1) отверстия. Второй угол отверстия имеет диапазон от 5° до 25° и предпочтительно составляет около 12°. Первые охлаждающие отверстия, которые располагаются на задней кромке лопатки, открыты в окружающее лопатку пространство с помощью веерообразной секции канала, которая имеет двухмерную симметрию. Веерообразная секция канала с двухмерной симметрией имеет третий угол (2φ3) отверстия, имеющий диапазон от 10° до 40° и предпочтительно составляющий около 20°. Изобретение направлено на улучшение охлаждения в области периферии лопатки. 14 з.п. ф-лы, 12 ил.

 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к области технологии изготовления газовой турбины, в частности относится к охлаждаемой лопатке для газовой турбины.

Уровень техники

Эффективность газовых турбин зависит, по существу, от температуры горячего газа, который расширяется в турбине при выполнении работы. Для того чтобы была возможность повысить эффективность турбин, такие компоненты, как лопатки статора, лопатки ротора, сегменты, аккумулирующие тепло и т.д., должны быть изготовлены не только из особо устойчивых материалов, но также должны охлаждаться настолько эффективно, насколько это возможно, во время работы турбины. В известном уровне техники были разработаны различные способы для охлаждения лопаток, которые могут использоваться альтернативно или вместе. Одним из способов является прохождение охлаждающей среды, обычно сжатого охлажденного воздуха из компрессора газовой турбины, через внутреннюю часть лопаток в охлаждающих каналах, чтобы затем позволить ему выйти в горячий газовый канал через охлаждающие отверстия, расположенные распределенным образом. Охлаждающие каналы могут в этом случае проходить через внутреннюю часть лопатки более чем один раз в форме серпантина (см., например, документ WO-A1-2005/068783). Передача тепла между охлаждающей средой и стенками лопатки может быть в этом случае улучшена за счет использования подходящих элементов (турбулизаторов), чтобы образовать дополнительную турбулентность в потоке охлаждающей среды, или за счет использования принудительного охлаждения. В другом способе охлаждающая среда может выходить из внутренней части лопатки таким образом, что на поверхности лопатки образуется пленка из охлаждающей среды, и защищает лопатку (пленочное охлаждение).

Особенно важно охлаждать периферическую часть (законцовку) лопатки. Законцовка лопатки является частью лопатки, которая располагается с наибольшим удалением от хвостовика лопатки, через которую подается охлаждающий воздух. Поэтому для ее охлаждения должно быть уделено особое внимание. Кроме того, охлаждение, которое является настолько однородным, насколько это возможно, должно быть достигнуто во всех рабочих состояниях, при этом потребление охлаждающей среды должно быть ограничено до необходимой степени, для того чтобы избежать неблагоприятного влияния на эффективность машины.

Документ DE-A1-199 44 923 раскрывает сравнительно сложное решение для охлаждения периферической части лопатки.

Раскрытие изобретения

То, что было описано выше, является целью изобретения. Поэтому задачей изобретения является обеспечение охлаждаемой лопатки для газовой турбины, которая характеризуется, в частности, лучшим охлаждением в области периферии лопатки.

Эта задача полностью достигается с помощью признаков независимого пункта 1 формулы изобретения. Главным аспектом изобретения является то, что первые охлаждающие отверстия для охлаждающей конвекции обеспечиваются на рабочей поверхности лопатки, а вторые охлаждающие отверстия для пленочного охлаждения обеспечиваются на поверхности разрежения лопатки, через законцовку лопатки в периферической части лопатки из охлаждающих каналов и распределяются по ширине лопатки. Комбинация конвекционного охлаждения на рабочей поверхности и пленочного охлаждения на стороне разрежения конца лопатки приводит в результате к особенно эффективному и стабильному охлаждению, при этом не оказывая какого-либо неблагоприятного влияния на эффективность машины.

Согласно первому варианту осуществления изобретения первое и второе охлаждающие отверстия содержат, по меньшей мере, секции в форме цилиндрических каналов с заданным первым диаметром.

В особенности первые охлаждающие отверстия имеют форму длинных цилиндрических каналов, которые проходят наклонно вверх и включают в себя первый угол между 25° и 35°, предпочтительно приблизительно 30° по отношению к внешней поверхности лопатки.

Согласно второму варианту осуществления изобретения первые охлаждающие отверстия открыты в окружающее лопатку пространство с веерообразной секцией канала.

Согласно третьему варианту осуществления изобретения, те из первых охлаждающих отверстий, которые располагаются снаружи задней кромки лопатки, открыты в окружающее лопатку пространство с трехмерной симметрией веерообразной секции канала, посредством чего вышеуказанная веерообразная секция с трехмерной (3D) симметрией имеет первый угол отверстия, имеющий диапазон от 10° до 50° и предпочтительно составляющий около 24°, а второй угол отверстия перпендикулярен вышеуказанному первому углу отверстия, при этом вышеуказанный второй угол отверстая имеет диапазон от 5 до 25° и предпочтительно составляет около 12°.

Согласно четвертому варианту осуществления изобретения те из первых охлаждающих отверстий, которые располагаются снаружи задней кромки лопатки, включают в себя второй угол между 15° и 45°, предпочтительно приблизительно 30°, по отношению к внешней поверхности лопатки.

Согласно пятому варианту осуществления изобретения те из первых охлаждающих отверстий, которые располагаются на задней кромке лопатки, открыты в окружающее лопатку пространство с двухмерной (2D) симметрией веерообразной секции канала, посредством чего вышеуказанная веерообразная секция с двухмерной симметрией имеет третий угол отверстия, имеющий диапазон от 10° до 40° и предпочтительно составляющий около 20°.

Согласно шестому варианту осуществления изобретения те из первых охлаждающих отверстий, которые располагаются на задней кромке лопатки, включают в себя третий угол между 5° и 45°, предпочтительно приблизительно 30° по отношению к внешней поверхности лопатки.

Согласно седьмому варианту осуществления изобретения те из первых охлаждающих отверстий, которые располагаются на задней кромке лопатки, имеют канал с заданной первой длиной, которая подразделяется на вышеуказанную веерообразную секцию с двухмерной симметрией и цилиндрическую секцию с заданной второй длиной, посредством чего соотношение вышеуказанной второй длины и вышеуказанной первой длины находится в диапазоне от 0,2 до 0,7 и предпочтительно составляет около 0,5.

Согласно девятому варианту осуществления изобретения первые охлаждающие отверстия располагаются вдоль рабочей поверхности в виде ряда с заданной первой периодичностью и соотношением между вышеуказанной первой периодичностью и вышеуказанным первым диаметром, который находится в диапазоне от 3 до 8 и предпочтительно составляет около 6.

Согласно десятому варианту осуществления изобретения вторые охлаждающие отверстия проходят через законцовку лопатки в радиальном направлении, за счет чего вторые охлаждающие отверстия выполнены в форме длинных цилиндрических каналов, которые проходят наклонно вверх и включают в себя угол от 0° до 45°, предпочтительно приблизительно 30° по отношению к продольной оси лопатки.

Согласно одиннадцатому варианту осуществления изобретения вторые охлаждающие отверстия располагаются вдоль поверхности разрежения лопатки в виде ряда с заданной второй периодичностью и соотношением между вышеуказанной второй периодичностью и вышеуказанным первым диаметром, который находится в диапазоне от 3 до 8 и предпочтительно составляет около 6.

Согласно другому варианту осуществления изобретения вышеуказанные первые охлаждающие отверстия выходят в окружающее лопатку пространство с заданной высотой ниже верхнего конца периферической части лопатки и соотношением между вышеуказанной высотой и вышеуказанным первым диаметром, который находится в диапазоне между 5 и 10 и предпочтительно составляет около 6,5.

Согласно другому варианту осуществления изобретения имеются пылевые отверстия, расположенные вдоль законцовки между вышеуказанными передней кромкой и задней кромкой, при этом вышеуказанные пылевые отверстия имеют второй диаметр, при этом соотношение между вышеуказанным вторым диаметром и вышеуказанным первым диаметром находится между 1, 2 и 4, 5.

Согласно другому варианту осуществления изобретения законцовка лопатки ограничена на ее краю на верхней поверхности с помощью периферического обода лопатки, а вторые охлаждающие отверстия открыты в наружную область внутри обода лопатки.

Предпочтительно вышеуказанная лопатка имеет обод лопатки в периферической части лопатки, которая ограничена с помощью периферического барьера, имеющего заданную толщину, в соответствии с чем ширина между противолежащими барьерами изменяется с расстоянием вдоль линии хорды, так что t/W находится между 0,05 и 0,15 для к/к0 между 0 и 0,3, и t/W находится между 0,15 и 0,3 для к/к0 больше чем 0,3 и до 1,0, при этом к0 является общей длиной линии хорды.

Кроме того, что касается геометрии периферической части лопатки, предпочтительными являются следующие соотношения:

D/W=от 0.1 до 0.3 для к/к0 от 0 до 0.3;
D/W=от 0.1 до 0.8 для к/к0 >0 до 1.0,

где D означает глубину обода на периферии лопатки, a W означает ширину согласно фиг.3а.

Краткое описание чертежей

Изобретение будет объясняться более подробно в последующей части текста со ссылками на показательные варианты осуществления изобретения и в сочетании с прилагаемыми чертежами. Чертежи показывают только те элементы, которые необходимы для непосредственного понимания изобретения. Те же самые элементы обеспечиваются теми же самыми ссылочными символами на различных фигурах, в которых:

фиг.1 показывает поперечное сечение профиля через аэродинамическую секцию лопатки, которая подходит для применения изобретения;

фиг.2 показывает расположение охлаждающих отверстий в периферической части лопатки согласно одному предпочтительному показательному варианту осуществления изобретения;

фиг.2а показывает подробности некоторых из отверстий пленочного охлаждения на стороне разрежения лопатки в соответствии с фиг.2;

фиг.3а показывает часть продольного сечения лопатки, показанной на фиг.2, в которой отверстия пленочного охлаждения на стороне рабочей поверхности лопатки выполнены в форме простых цилиндрических каналов;

фиг.3b показывает часть продольного сечения лопатки, показанной на фиг.2, в которой отверстия пленочного охлаждения на стороне рабочей поверхности выходной секции лопатки выполнены в веерообразной форме с двухмерной или трехмерной симметрией;

фиг.3с показывает предпочтительный наклон отверстий пленочного охлаждения на стороне разрежения лопатки в соответствии с фиг.2;

фиг.4а, 4b показывают различные продольные сечения первых отверстий пленочного охлаждения снаружи задней кромки на стороне рабочей поверхности лопатки, показанной на фиг.2;

фиг.4с показывает границу выхода первых отверстий пленочного охлаждения в соответствии с фиг.4а, 4b;

фиг.5а, 5с показывают различные продольные сечения первых отверстий пленочного охлаждения на задней кромке на стороне рабочей поверхности лопатки, показанной на фиг.2; и

фиг.5b показывает границу выхода первых отверстий пленочного охлаждения в соответствии с фиг.5а, 5с.

Осуществление изобретения

Изобретение относится к охлаждаемой лопатке газовой турбины, которая особенно подходит для применения изобретения. Лопатка (10 на фиг.1, 2), которая является лопаткой ротора, имеет аэродинамическую секцию (12 на фиг.2), которая проходит в радиальном направлении турбины и проходит в радиальном направлении между бандажной полкой (не показана), которая ограничивает канал горячего газа, и периферической частью (11 на фиг.2) лопатки. В этом случае следует заметить, что последующие утверждения не ограничиваются исключительно лопаткой ротора, но они также могут относиться к лопатке статора, в соответствующей степени.

Аэродинамическая секция 12 имеет переднюю кромку 15 и заднюю кромку 16 (фиг.1) и имеет (вогнутую) рабочую поверхность 17 и (выпуклую) поверхность 18 разрежения в форме аэродинамического профиля. Корневая часть (не показана) лопатки формируется ниже платформы и используется для того, чтобы устанавливать лопатку 10 в паз, обеспеченный для этой цели в роторе (или, в случае лопатки статора, в корпусе, окружающем ротор).

Охлаждающие каналы 19а, 19b, 19с и 20 (фиг.1), через которые протекает охлаждающий воздух, проходят в радиальном направлении во внутренней части аэродинамической секции 12, причем этот охлаждающий воздух входит в лопатку 10, когда охлаждающий воздух протекает через соответствующие входные отверстия для охлаждающего воздуха (не показаны) в корневой части лопатки. Охлаждающие каналы 19а, 19b, 19с соединяются друг с другом с помощью канальной структуры в виде серпантина. Охлаждающий воздух, протекающий через охлаждающие каналы 19а, 19b, 19 с, охлаждает лопатку 10 изнутри и выходит наружу в различных точках через охлаждающие отверстия или охлаждающие проходы. Охлаждающий канал 20 специально используется для охлаждения передней кромки 15. Для того, чтобы улучшить внутреннее охлаждение, в охлаждающих каналах 19а, b, с и 20 могут быть обеспечены турбулизаторы (не показаны) в форме наклонно расположенных ребер. Эти турбулизаторы приводят к закручиванию охлаждающего воздуха и, следовательно, к улучшению переноса тепла.

Как изображено в показательном варианте осуществления изобретения на фиг.2, первые, сравнительно длинные охлаждающие отверстия 25 для конвекционного охлаждения обеспечиваются с распределением по ширине лопатки из охлаждающих каналов 19 и 19а, b, с в периферийной части 11 лопатки, проходя к выходу наружу на рабочей поверхности 17 лопатки 10. Вторые охлаждающие отверстия 27 проходят с выходом наружу через законцовку 33 лопатки 10 для пленочного охлаждения на поверхности 18 разрежения лопатки 10. Особенно предпочтительный охлаждающий эффект достигается с помощью комбинации конвекционного охлаждения на рабочей поверхности 17 лопатки и пленочного охлаждения на поверхности 18 разрежения лопатки.

Первые и вторые охлаждающие отверстия 25 и 27 могут иметь соответственно форму цилиндрических каналов в самом простом варианте осуществления изобретения (фиг.3а) и могут быть внедрены в лопатку 10 с помощью соответствующих способов сверления (электроэрозионный сверлильный станок, лазерное сверление). Первые охлаждающие отверстия 25 предпочтительно выполнены в форме отверстий или каналов, которые проходят наклонно вверх, для того чтобы достигнуть необходимой длины отверстия. Они предпочтительно включают в себя первый угол α1 между 25° и

35°, предпочтительно приблизительно 30° по отношению к внешней поверхности 17 лопатки 10.

В общем, первые и вторые охлаждающие отверстия (25а, b на фиг.2 и фиг.3b) содержат только секции в форме цилиндрических каналов с заданным первым диаметром d. Поэтому они открыты предпочтительно в окружающее лопатку 10 пространство с помощью веерообразной секции (29,30 на фигурах 4 а-с, 5а+b) канала.

Существует два различных вида 25а (см. фиг.4а) и 25b (см. фиг.5а) первых охлаждающих отверстий, обеспеченных на стороне (17) рабочей поверхности лопатки 10. Те из первых охлаждающих отверстий, которые располагаются снаружи задней кромки 16 лопатки 10, т.е. первые охлаждающие отверстия 25а предпочтительно открыты в окружающее лопатку 10 пространство с помощью веерообразной секции 29 канала с 3D (трехмерной) симметрией этой секции. Они показаны на фигурах 4а, 4b и 4с. Вышеуказанная веерообразная секция 29 с 3D (трехмерной) симметрией имеет первый угол 2φ1 (фиг.4b) отверстия, имеющий диапазон от 10° до 50° и предпочтительно составляющий около 24°, и второй угол φ2 (фиг.4а) отверстия, перпендикулярный вышеуказанному первому углу 2φ1 отверстия. Вышеуказанный второй угол φ2 отверстия имеет диапазон от 5° до 25° и предпочтительно составляет около 12°. Кроме того, эти первые охлаждающие отверстия 25а расположены снаружи задней кромки 16 лопатки 10 и включают в себя второй угол α2 между 15° и 45°, предпочтительно приблизительно 30° по отношению к внешней поверхности 17 лопатки 10 (фиг.4а).

Те из первых охлаждающих отверстий 25b, которые располагаются на задней кромке 16 лопатки 10, предпочтительно открыты в окружающее лопатку 10 пространство с помощью веерообразной секции 30 канала с 2D (двухмерной) симметрией этой секции (фигуры 5а, 5b и 5 с). Вышеуказанная веерообразная секция 30 канала с двухмерной симметрией имеет третий угол 2φ3 отверстия (фиг.5а), имеющий диапазон от 10° до 40° и предпочтительно составляющий около 20°. Эти первые охлаждающие отверстия 25b, расположенные на задней кромке 16 лопатки 10, включают в себя третий угол λ3 (фиг.5с) между 5° и 45°, предпочтительно приблизительно 30°, по отношению к внешней поверхности 17 лопатки 10.

Как можно увидеть на фиг.5а, те из первых охлаждающих отверстий 25b, которые располагаются на задней кромке 16 лопатки 10, имеют канал с заданной общей длиной L. Эта общая длина L подразделяется на вышеупомянутые веерообразную секцию 30 канала с двухмерной симметрией и цилиндрическую секцию второй длины L1. Соотношение L1/L этих длин находится в диапазоне от 0,2 до 0,7 и предпочтительно составляет около 0,5.

Фиг.2 показывает, что первые охлаждающие отверстия 25а и 25b располагаются вдоль рабочей поверхности 17 в виде ряда с (первой) периодичностью P1. Предпочтительно выбирать определенное соотношение P1/d между этой периодичностью P1 и диаметром d (см. фиг.3а) каналов охлаждающих отверстий. Это соотношение выбирается таким образом, чтобы находиться в диапазоне от 3 до 8 и предпочтительно составляет около 6.

Соответственно вторые охлаждающие отверстия 27 располагаются вдоль поверхности 18 разрежения в виде ряда с (второй) периодичностью Р2. И снова, соотношение Р2/d1 между второй периодичностью Р2 и диаметром d находится в диапазоне от 5 до 8 и предпочтительно составляет около 6.

В показательном варианте осуществления изобретения, проиллюстрированном на фиг.3, лопатка 10 закрывается в периферической части 11 лопатки, в ее верхней части, с помощью плоской законцовки 33, которая окружена на ее верхней поверхности периферическим ободом 32 лопатки в виде барьера. Как можно увидеть на фигурах 3а и 3b, вторые охлаждающие отверстия 27 проходят через законцовку 33 лопатки 10 в радиальном направлении. Они выполнены в форме длинных цилиндрических каналов, которые проходят наклонно вверх, и образуют угол у от 0° до 45°, предпочтительно приблизительно 30°, по отношению к продольной оси лопатки 10 (фиг.3 с).

Первые охлаждающие отверстия 25 открыты в наружную область ниже законцовки 33 лопатки 10. Они выходят в окружающее лопатку 10 пространство на заданной высоте Н ниже верхнего конца периферической части 11 лопатки (фиг.3а). Соотношение H/d между вышеуказанной высотой Н и диаметром d находится в диапазоне между 5 и 10 и предпочтительно составляет около 6,5.

Вторые охлаждающие отверстия 27 располагаются на противоположной поверхности и проходят через законцовку 33 лопатки 10 в радиальном направлении, открываясь в наружную область внутри обода 32 лопатки.

Также внутри обода 32 лопатки обеспечиваются пылевые отверстия 26, расположенные вдоль законцовки 33 между передней кромкой 15 и задней кромкой 16 (фиг.2). Эти пылевые отверстия 26 используются для удаления частиц пыли из внутренних охлаждающих каналов. Каждое из этих отверстий имеет диаметр d1, так что соотношение d1/d между диаметром d1 и диаметром d канала (см. фиг.3а) находится между 1,2 и 4,5.

Как уже говорилось, лопатка 10 обеспечивается ободом 32 лопатки на периферии 11 лопатки, при этом обод 32 лопатки ограничивается периферическим барьером, имеющим заданную толщину t (фиг.3а). Ширина W между противоположными барьерами изменяется вместе с расстоянием «к» вдоль линии хорды (фиг.2) из условия, чтобы соотношение t/W находилось между 0,05 и 0,15 для к/к0 между 0 и 0,3, и соотношение t/W находилось между 0,15 и 0,3 для к/к0 больше чем 0,3 и до 1,0, при этом к0 является общей длиной всей хордовой линии. Кроме того, что касается геометрии периферии лопатки, предпочтительными являются следующие соотношения: D/W=от 0.1 до 0.3 для к/к0 от 0 до 0.3 и D/W=oт 0.1 до 0.8 для к/к0>0 до 1.0, где D означает глубину обода периферической части, a W означает ширину в соответствии с фиг.3а.

И последнее, в добавление к описанному охлаждению, такие поверхности как рабочая поверхность 17 и поверхность 18 разрежения, также как и верхняя поверхность законцовки 33 обеспечиваются термозащитным слоем (термическое защитное покрытие ТВС - Thermal Barrier Coating) 28.

1. Охлаждаемая лопатка (10) для газовой турбины, содержащая аэродинамическую секцию (12), которая проходит в радиальном направлении турбины или проходит в продольном направлении лопатки (10) между бандажной полкой и периферической частью (11) лопатки, которая обеспечивается законцовкой (33), при этом аэродинамическая секция (12) ограничивается перпендикулярно по отношению к продольному направлению с помощью передней кромки (15) и задней кромки (16), и имеет рабочую поверхность (17) и поверхность (18) разрежения с охлаждающими каналами (19a, b, c; 20), проходящими, по существу, в радиальном направлении между бандажной полкой и периферической частью (11) лопатки во внутреннюю часть аэродинамической секции (12), причем через эти охлаждающие каналы (19a, b, c; 20) протекает охлаждающая среда,
отличающаяся тем, что первые охлаждающие отверстия (25; 25a, b) для конвекционного охлаждения выполнены на рабочей поверхности (17) лопаток (10), а вторые охлаждающие отверстия (27) для пленочного охлаждения выполнены на поверхности (18) разрежения лопаток (10), в области периферической части (11) лопатки и функционально связаны с охлаждающими каналами (19a, b, c; 20), при этом они распределены по ширине лопатки,
причем охлаждающая среда выводится наружу в области законцовки (33) и/или через законцовку (33) лопатки (10), при этом
что первые охлаждающие отверстия (25a, b) открыты в окружающее лопатку (10) пространство с помощью веерообразной секции (29, 30) канала, и
те из первых охлаждающих отверстий (25а), которые располагаются снаружи задней кромки (16) лопатки (10), открыты в окружающее лопатку (10) пространство с помощью веерообразной секции (29) канала, которая имеет трехмерную (3D) симметрию, при этом вышеуказанная веерообразная секция (29) канала с трехмерной (3D) симметрией имеет первый угол (2φ1) отверстия, имеющий диапазон от 10° до 50° и предпочтительно составляющий около 24°, и второй угол (φ2) отверстия, перпендикулярный вышеуказанному первому углу (2φ1) отверстия, при этом вышеуказанный второй угол (φ2) отверстия имеет диапазон от 5° до 25° и предпочтительно составляет около 12°, а
те из первых охлаждающих отверстий (25b), которые располагаются на задней кромке (16) лопатки (10), открыты в окружающее лопатку (10) пространство с помощью веерообразной секции (30) канала, которая имеет двухмерную (2D) симметрию, при этом вышеуказанная веерообразная секция (30) канала с двухмерной (2D) симметрией имеет третий угол (2φ3) отверстия, имеющий диапазон от 10° до 40° и предпочтительно составляющий около 20°.

2. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что первое и второе охлаждающие отверстия (25; 25a, b; 27) содержат, по меньшей мере, секции в форме цилиндрических каналов с заданным первым диаметром (d).

3. Лопатка по п.2, отличающаяся тем, что первые охлаждающие отверстия (25) выполнены в форме длинных цилиндрических каналов, которые проходят наклонно вверх и включают в себя первый угол (α1) между 25° и 35°, предпочтительно приблизительно 30° по отношению к внешней поверхности (17) лопатки (10).

4. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что те из первых охлаждающих отверстий (25а), которые располагаются снаружи задней кромки (16) лопатки (10), включают в себя второй угол (α2) между 15° и 45°, предпочтительно приблизительно 30° по отношению к внешней поверхности (17) лопатки (10).

5. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что те из первых охлаждающих отверстий (25b), которые располагаются на задней кромке (16) лопатки (10), включают в себя третий угол (α3) между 5° и 45°, предпочтительно приблизительно 30° по отношению к внешней поверхности (17) лопатки (10).

6. Лопатка по п.5, отличающаяся тем, что те из первых охлаждающих отверстий (25b), которые располагаются на задней кромке (16) лопатки (10), имеют канал заданной первой длины (L), который подразделяется на две части: вышеуказанную веерообразную секцию (30) канала с двухмерной (2D) симметрией и цилиндрическую секцию заданной второй длины (L1), при этом соотношение (L1/L) вышеуказанной второй длины (L1) и вышеуказанной первой длины (L) находится в диапазоне от 0,2 до 0,7 и предпочтительно составляет около 0,5.

7. Лопатка по п.1 или п.3, отличающаяся тем, что первые охлаждающие отверстия (25; 25а, b) располагаются вдоль рабочей поверхности (17) в виде ряда с заданной первой периодичностью (P1) и тем, что соотношение (P1/d) между вышеуказанной первой периодичностью (P1) и вышеуказанным первым диаметром (d) находится в диапазоне от 3 до 8 и предпочтительно составляет около 6.

8. Лопатка по п.1 или п.2, отличающаяся тем, что вторые охлаждающие отверстия (27) проходят через законцовку (33) лопатки (10) в радиальном направлении.

9. Лопатка по п.8, отличающаяся тем, что вторые охлаждающие отверстия (27) имеют форму длинных цилиндрических каналов, которые проходят наклонно вверх и включают в себя угол (γ) от 0° до 45°, предпочтительно приблизительно 30° по отношению к продольной оси лопатки (10).

10. Лопатка по п.8, отличающаяся тем, что вторые охлаждающие отверстия (27) располагаются вдоль поверхности (18) разрежения в виде ряда с заданной второй периодичностью (Р2), и тем, что соотношение (Р2/d) между вышеуказанной второй периодичностью (Р2) и вышеуказанным первым диаметром (d) находится в диапазоне от 3 до 8 и предпочтительно составляет около 6.

11. Лопатка по п.3, отличающаяся тем, что первые охлаждающие отверстия (25) выходят в окружающее лопатку (10) пространство на заданной высоте (Н) ниже верхнего конца периферической части (11) лопатки, и тем, что соотношение (H/d) между вышеуказанной высотой (Н) и вышеуказанным первым диаметром (d) находится в диапазоне между 5 и 10 и предпочтительно составляет около 6,5.

12. Лопатка по п.2, отличающаяся тем, что имеются пылевые отверстия (26), расположенные вдоль законцовки (33) между вышеуказанными передней кромкой (15) и задней кромкой (16), и тем, что вышеуказанные пылевые отверстия (26) имеют второй диаметр (d1), так что соотношение (d1/d) между вышеуказанным вторым диаметром (d1) и вышеуказанным первым диаметром (d) находится между 1,2 и 4,5.

13. Лопатка по п.8, отличающаяся тем, что законцовка (33) лопатки (10) ограничена на ее краю на верхней поверхности с помощью периферического обода (32) лопатки, и тем, что вторые охлаждающие отверстия (27) открыты в наружную область внутри обода (32) лопатки.

14. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что лопатка имеет обод (32) лопатки в периферической части (11) лопатки, который ограничен с помощью периферического барьера, имеющего заданную толщину (t), в соответствии с чем ширина (W) между противолежащими барьерами изменяется с расстоянием (к) вдоль линии хорды, так что соотношение t/W находится между 0,05 и 0,15 для к/к0 между 0 и 0,3, и t/W находится между 0,15 и 0,3 для к/к0 больше чем 0,3 и до 1,0, при этом к0 является общей длиной линии хорды.

15. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что вышеуказанная лопатка имеет соотношение D/W, которое находится между 0,1 и 0,3 для к/к0 между 0 и 0,3; и тем, что соотношение D/W находится между 0,3 и 0,8 для к/к0 больше чем 0,3 и до 1,0.



 

Похожие патенты:

абочая лопатка турбины газотурбинного двигателя содержит верхнюю торцевую бандажную полку, с размещенными на ней зубцами лабиринтного уплотнения. Бандажная полка имеет сквозную полость для охлаждающего воздуха и выполнена в виде параллелограмма, две стороны которого ориентированы в направлении вращения, а две другие имеют противоположно направленные вырезы с контактными поверхностями и охватывающими их компенсаторами напряжений.

Устройство для охлаждения рабочих лопаток турбины двухконтурного газотурбинного двигателя, у которых внутренняя полость каждой лопатки разделена перегородкой на полость у входной кромки и остальную полость и содержит последовательно установленные воздухо-воздушный теплообменник, управляющие клапаны, воздуховод, аппарат закрутки статора турбины, воздушные каналы в рабочем колесе, соединенные с остальными полостями рабочих лопаток, дополнительный воздуховод, дополнительный аппарат закрутки статора турбины, дополнительные воздушные каналы в рабочем колесе.

Теплотрубный контур охлаждения турбины включает расположенную в радиальном направлении между хвостовиком и торцом лопатки по крайней мере одну полость охлаждения, соединенную с полостью подвода воздуха и выпускными отверстиями, стенки которой снабжены размещенными в шахматном порядке полусферическими углублениями.

Охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя содержит наружный корпус, установленные в нем надроторную вставку и сопловой аппарат с периферийными отверстиями, соединенными с системой подвода охлаждающего воздуха, ротор с рабочими лопатками с каналами охлаждения и выступом по периметру торцевой поверхности, образующим открытую торцевую полость.

Узел турбины содержит первое устройство (200) направляющих лопаток, второе устройство (210) направляющих лопаток, и отражатель (100), образованный из пластинчатого элемента.

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.

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.

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.

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).

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.

Охлаждаемая лопатка газовой турбины содержит перо, расположенное в направлении потока между передней кромкой и задней кромкой и ограниченное со стороны всасывания и со стороны нагнетания соответствующими стенками. Между стенками расположено внутреннее пространство, в котором охлаждающий воздух протекает в направлении потока к задней кромке и выходит наружу в зоне задней кромки. Стенка на стороны нагнетания оканчивается в направлении потока с образованием закраины на стороне нагнетания на расстоянии от задней кромки. Охлаждающий воздух выходит из внутреннего пространства на стороне нагнетания. Внутреннее пространство разделено на расстоянии от задней кромки множеством ребер, ориентированных параллельно направлению потока, на множество параллельных, вызывающих перепад давления охлаждающих каналов, в которых дополнительно расположены завихрители для увеличения охлаждающего действия. Непосредственно перед выходом охлаждающего воздуха из внутреннего пространства на пути потока охлаждающего воздуха расположено некоторое число перемычек потока, распределенных поперечно направлению потока, линейная плотность которых меньше линейной плотности ребер. Между охлаждающими каналами и перемычками потока расположено в виде двухмерной решетчатой структуры множество штифтов, проходящих через внутреннее пространство поперечно направлению потока между стенкой на стороне всасывания и стенкой на стороне нагнетания. Изобретение направлено на снижение аэродинамических потерь на задней кромке и расхода охлаждающего воздуха. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

Охлаждаемый элемент газовой турбины для охлаждения термически нагруженной на передней стороне стенки содержит на обратной стороне стенки с распределением по поверхности множество выступающих из стенки шипов, а также средства для формирования направленных струй охлаждающей среды в зоне шипов на обратную сторону стенки, предназначенных для ударного охлаждения. Распределение шипов в пределах критических зон (Ас) элемента имеет более высокую плотность, чем на его остальных участках. Средства для создания направленных на обратную сторону стенки струй содержат ударно-охлаждающую пластину с распределенными ударно-охлаждающими отверстиями. Плотность ударно-охлаждающих отверстий коррелированна с плотностью шипов. Изобретение направлено на создание охлаждаемого элемента газовой турбины, охлаждение которого оптимально согласовано с локально изменяющейся термической нагрузкой, не вызывая дополнительного расхода охлаждающего воздуха. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

Рабочая лопатка газовой турбины содержит профильную часть, проходящую в продольном направлении, и хвостовик лопатки, служащий для крепления рабочей лопатки на валу ротора газовой турбины. Профильная часть рабочей лопатки выполнена с внутренними каналами охлаждения. Каналы охлаждения предпочтительно проходят вдоль продольного направления и могут быть обеспечены охлаждающим воздухом с помощью средств подачи охлаждающего воздуха, имеющихся внутри хвостовика рабочей лопатки. Хвостовик рабочей лопатки снабжен каналом, проходящим в поперечном направлении через указанный хвостовик рабочей лопатки и сообщающийся с каналами охлаждения. В канал лопатки введена вставка для установления окончательной конфигурации и характеристик соединений между каналом лопатки и каналами охлаждения. Канал лопатки представляет собой цилиндрический канал. Вставка имеет трубчатую конфигурацию так, что она полностью размещается в цилиндрическом канале. В стенке вставки имеется, по меньшей мере, одно сопло, через которое один из каналов охлаждения соединен с каналом рабочей лопатки и которое определяет массовый расход охлаждающего воздуха, поступающего в один канал охлаждения. Изобретение направлено на оптимизирование распределения и подачи охлаждающего воздуха, не жертвуя при этом простотой изготовления лопатки. 3 н. и 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

Рабочая лопатка или лопатка направляющего аппарата турбины с по меньшей мере одним внутренним радиальным каналом для циркуляции охлаждающего агента, ограниченным стенкой высокого давления на поверхности высокого давления и стенкой низкого давления на поверхности низкого давления, соединяющимися в радиально ориентированной передней кромке вверху по течению и в задней кромке внизу по течению, содержит по меньшей мере одно выходное отверстие, расположенное в по меньшей мере в одном из следующих мест - в стенке на стороне повышенного давления или в стенке на стороне пониженного давления для выпуска охлаждающего агента из внутреннего радиального канала в окружающую среду. Вдоль задней кромки расположено по меньшей мере одно выходное отверстие, выходящее на поверхность высокого давления задней кромки. На поверхности высокого давления рабочей лопатки/направляющего аппарата задняя кромка содержит уступ в сторону поверхности низкого давления. По меньшей мере одно выходное отверстие на задней кромке по меньшей мере частично сообщается с окружающей средой в районе данного уступа. Выходное отверстие на задней кромке выполнено так, что охлаждающий агент подводится к нему по каналу, лишь частично открывающемуся в радиально расположенной поверхности передней кромки уступа. Канал проходит по крайне мере частично по длине нижней поверхности уступа с образованием отверстия со срезом. Изобретение направлено на усовершенствование пленочного охлаждения задней кромки лопатки. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 12 ил.

Охлаждаемая перфорированная лопатка турбины содержит перфорированную оболочку с охлаждающими отверстиями малого диаметра. В перфорированной оболочке лопатки в местах расположения отверстий выполнены разделительные полости овальной формы с шириной овала, равной диаметру отверстия, и высотой овала, несколько большей диаметра отверстия, расположенные с ориентацией высоты овала в радиальном направлении. Изобретение повышает эффективность охлаждения лопатки турбины. 3 ил.

Охлаждаемая турбина авиационного газотурбинного двигателя содержит рабочее колесо с установленными на нем рабочими лопатками с двумя контурами охлаждения, последовательно соединенные с воздушными каналами в рабочем колесе, с независимыми кольцевыми диффузорными каналами, сопловые лопатки и теплообменник. Кольцевые диффузорные каналы образованы на поверхности рабочего колеса, соединены с сопловыми аппаратами закрутки и транзитными воздуховодами на их входе. Каждая из сопловых лопаток 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. Охлаждающая 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 раздаточная полость соединена с проточной частью турбины. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения турбины, а также повысить ее экономичность. 6 з.п. ф-лы, 5 ил. .

Лопатка содержит внутренние полости для циркуляции охлаждающего газа. Полости разделены перегородками, проходящими в радиальном направлении. Одна из перегородок, наиболее близкая к задней кромке лопатки, отклонена от радиального направления в направлении к задней кромке, начиная, по меньшей мере, с 70% высоты лопатки, считая от полки лопатки до радиуса внешней кромки. Одна из полостей, ограниченная в направлении задней кромки лопатки указанной перегородкой, наиболее близкой к задней кромке лопатки, содержит ряд просверленных каналов, ведущих к боковой стороне лопатки. Просверленные каналы открываются в указанную полость через отверстия, расположенные по линии, параллельной указанной перегородке. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения в верхней части лопаток в углу между задней кромкой и внешней кромкой. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ охлаждения конструктивных элементов турбины двигателя, содержащего на выпуске конструкцию с положительным коэффициентом рекуперации Ср на совокупности рабочих режимов, подразумевающих наличие охлаждения, предназначенный, по меньшей мере, для пары конструктивных элементов, одним из которых является передний статор направляющего соплового аппарата, а другим примыкающая к статору опора уплотнительного кольца задних регулируемых лопаток, заключается в отборе потока окружающего воздуха путем засасывания на уровне, по меньшей мере, одного охлаждаемого конструктивного элемент. Засасывание сопровождается прохождением, которое приводит к образованию принудительной конвекции, связанной с этим конструктивным элементом, а затем повторным задним введением воздуха в выпускную трубку тока. Охлаждение осуществляют последовательным методом путем последовательной циркуляции одного и того же потока воздуха в двух конструктивных элементах. Охлаждение также осуществляют параллельным методом посредством автономных циркуляций потоков воздуха в каждом из конструктивных элементов или смешанным методом посредством последовательной циркуляции одного и того же потока в двух конструктивных элементах и автономной циркуляции второго потока во втором конструктивном элементе путем отбора окружающего воздуха на уровне переднего статора направляющего соплового аппарата для последовательного и смешанного видов охлаждения и каждого конструктивного элемента для параллельного и смешанного видов охлаждения. Изобретение направлено на уменьшение эксплуатационных затрат и повышение эффективности охлаждения. 4 н. и 6 з.п. ф-лы, 7 ил.

Охлаждаемая лопатка для газовой турбины содержит радиально продолжающийся аэродинамический профиль с передним краем, задним краем, стороной всасывания и стороной нагнетания. На стороне всасывания заднего края предусмотрен свисающий выступ, дополнительно содержащий множество радиальных внутренних проточных каналов, соединенных изгибами для образования многопроходного серпантина для потока хладагента. Для охлаждения заднего края предусмотрена область эжекции заднего края, содержащая проход заднего края многопроходного серпантина, проходящий, по существу, параллельно заднему краю и соединенный по всей своей длине со стравливающим средством стороны нагнетания. Охлаждающий поток из прохода заднего края к стравливающему средству стороны нагнетания определен, в основном, выполненным в шахматном порядке полем штырей, которое предусмотрено между стравливающим средством стороны нагнетания и проходом заднего края, с заданным поперечным размером штырей, возрастающим в направлении потока хладагента. В областях втулки и венца лопатки предусмотрено локальное штыревое поле втулки и венца с увеличенным числом штырей. По меньшей мере, внутри локального штыревого поля втулки и венца штыри расположены прямыми рядами, которые наклонены относительно осевого направления под заданным углом. Изобретение направлено на обеспечение оптимального локального теплообмена. 8 з.п. ф-лы, 7 ил.

Группа изобретений относится к способу изготовления лопатки (10) турбомашины из композитного материала и лопатке турбомашины из композитного материала. Лопатка содержит волокнистую деталь упрочнения, получаемую путем переплетения первого множества волокон и второго множества волокон. Волокна первого множества волокон расположены последовательными слоями и вытянуты в продольном направлении волокнистой заготовки, соответствующем продольному направлению лопатки (10), причем деталь упрочнения уплотнена матрицей. Лопатка содержит один или множество внутренних каналов (21, 22, 23), вытянутых в продольном направлении лопатки. Способ изготовления лопатки турбомашины из композитного материала включает изготовление волокнистой заготовки путем переплетения волокон, придание заготовки заданной формы и уплотнение волокнистой заготовки. Технический результат, достигаемый при использовании способа и лопатки по изобретениям, состоит в получении заданного профиля поперечного сечения лопатки. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 8 ил.
Наверх