Лопатка с внутренним вентилированием



Лопатка с внутренним вентилированием
Лопатка с внутренним вентилированием
Лопатка с внутренним вентилированием
Лопатка с внутренним вентилированием

 


Владельцы патента RU 2554397:

СНЕКМА (FR)

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.

 

Объектом настоящего изобретения является лопатка с внутренним вентилированием.

Подвергаемые часто очень высоким температурам лопатки турбомашины могут быть оборудованы устройствами охлаждения посредством вентилирования газами, такими как относительно прохладный газ, поступающий из основного потока циркуляции в направлении компрессора; он протекает, таким образом, до полых полостей внутри лопаток и выходит из них через просверленные отверстия, которые открываются, в частности, на внутренней поверхности и на задней кромке, где циркуляции газа способствует более слабое внешнее давление. Эти устройства хорошо опробованы и дают в целом хорошие результаты, но требуют доработки, если вентиляция оказывается недостаточной по причине особенно тяжелых условий (например, для лопаток турбины высокого давления, которые подвергаются воздействию более высоких температур) или, например, на некоторых особенных областях лопаток. Французские патенты 2833298 и 2834015 раскрывают вентиляцию задней кромки.

На вершине некоторых лопаток, таким образом, констатируют недостатки охлаждения, источники очень высоких температур и некоторых повреждений (прижегов), а более конкретно в углу между задней кромкой и внешней кромкой. Целью изобретения является разрешение этой конкретной проблемы.

В целом настоящее изобретение относится к лопатке, содержащей внутренние полости для циркуляции охлаждающего газа, при этом полости отделены друг от друга перегородками, причем одна из перегородок, наиболее близкая к задней кромке, имеет больший наклон в направлении к задней кромке, начиная, по меньшей мере, с 70% высоты лопатки, если считать от полки до вершины лопатки до радиуса внешней кромки (такой размер благоприятствует охлаждению угла лопатки путем лучшего вентилирования задней кромки по причинам, которые будут описаны далее), отличающейся тем, что одна из полостей, ограниченная в направлении задней кромки лопатки указанной перегородкой, наиболее близкой к задней кромке лопатки, содержит ряд просверленных отверстий, ведущих к боковой стороне лопатки, причем указанные просверленные отверстия открываются в указанную полость через отверстия, расположенные на линии, параллельной указанной перегородке. Это усовершенствование способствует также охлаждению угла лопатки, на этот раз лучшим вентилированием боковых поверхностей (внутренней поверхности и спинки).

Больший наклон преимущественно выполнен постепенным, придавая перегородке в целом скругленную форму.

Далее настоящее изобретение будет описано более детально со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

фиг.1 и фиг.2 показывают общие виды лопатки согласно настоящему изобретению;

фиг.3 показывает детально концепцию согласно предшествующему уровню техники, улучшенную в результате настоящего изобретения;

фиг.4 показывает детально концепцию согласно настоящему изобретению.

На фиг.1 и 2 показана лопатка (1), которая соединена с хвостовиком (2), расположенным в диске, здесь не представленном, и имеет полку (3). Лопатка (1) является полой, и в ней просверлено множество полостей (4), отделенных друг от друга перегородками (5), проходящими в направлении, по существу радиальном от хвостовика (2) до вершины (11) лопатки (1). Далее будут различаться полости (6), наиболее близкие к задней кромке (7) лопатки (1), и полости (8), примыкающие к последней, а также перегородка (9), их разделяющая, которая, таким образом, является перегородкой, наиболее близкой к задней кромке (7).

Вентилирующий газ поступает в полости (4) (и (6), и (8)) от их начала в хвостовике (2) из другой зоны машины, к которой относится лопатка (1), и поднимается к вершине (11) лопатки (1); он постепенно выходит из полостей через просверленные отверстия (12), которые открываются на внутренней поверхности (13) и/или на спинке (22) лопатки (1), при этом другие просверленные отверстия (14) (показаны на фиг.3 и 4) открываются на вершине (11), и, наконец, через другие отверстия (15), выполненные только в полости (6), которые выходят к задней кромке (7).

Вентилирование вершины (11) лопатки (1) является наиболее сложным, так как просверленные отверстия (14) расположены по краю полостей (4), и расход вентилирующего газа является наименьшим и имеет меньшее давление; другие неблагоприятные обстоятельства возникают в результате того, что вершина (11) состоит из тонкого внешнего ребра (16), проходящего со стороны спинки и со стороны внутренней поверхности лопатки, образуя, таким образом, полость, называемую «ванной» (17). Ребро (16) позволяет ограничить ток горячего газа между противолежащими вершиной лопатки и корпусом и образует зону износа, когда лопатка под совместным действием термического расширения и центробежным действием удлиняется и касается корпуса. Ванна (17) и ребро (16) представляют собой трудно охлаждаемые зоны; ситуация является особо критичной в верхнем углу (18) лопатки (1), смежном с задней кромкой (7), где полость (6) наиболее узкая.

Теперь рассмотрим фиг.3. В обычных концепциях наиболее близкая к задней кромке (7) перегородка (здесь 9') является прямолинейной, так же как и другие, для упрощения изготовления лопатки, и в целом она имеет полностью радиальное направление. Изобретателями было отмечено существование зоны (19) повторной циркуляции с малой скоростью в полости (6) в месте сопряжения между перегородкой (9') и стенкой дна ванны (17). Малое динамическое давление вентилирующего газа в этом месте делает бесполезным создание просверленных отверстий наверху для вентиляции вершины (11), так что край ванны (17) совсем не вентилируется; было отмечено, что через просверленные отверстия (15), ведущие к задней кромке (7) и наиболее близкие к вершине (11), обычно три или четыре наиболее близких, проходит особенно малый расход газа по причине слабого давления газа.

Особенность устройства согласно настоящему изобретению видна на фиг.4 и заключается в том, что предусматривают перегородку (9), наиболее близкую к задней кромке (7), с верхней частью (20), более наклонной к задней кромке (7), чем оставшаяся часть перегородки (9), и предпочтительно все более наклонной со скругленной формой и почти равномерным сопряжением со стенкой дна ванны (17). Верхняя часть (20) может начинаться от 80%, при необходимости 70%, от высоты лопатки (1), считая от полки (3) до наружной кромки, то есть до стенки дна ванны (17). Другие перегородки остаются прямолинейными. Технический результат заключается в следующем: зона (19) повторной циркуляции с малой скоростью исчезает; вентилирующий газ лучше подводится к просверленным отверстиям (15), близким к вершине (11), и его давление возрастает, что также увеличивает расход через эти верхние просверленные отверстия (15); просверленные отверстия (12), ведущие к внутренней поверхности (13) (или к спинке), начиная от второй полости (8), могут быть смещены к задней кромке (7), при этом их отверстия во второй полости (8) занимают линию, параллельную верхней части (20); по меньшей мере, одно дополнительное просверленное отверстие (14') вершины можно выполнить благодаря расширению второй полости (8) на вершине (первая полость (6), в представленной здесь в качестве предшествующего уровня техники концепции, обычно лишена просверленных отверстий (12) и (14) на вершине из-за больших трудностей вентилирования). Любые модификации приводят к лучшему вентилированию и охлаждению верхнего угла (18) лопатки (1), задней кромки (7) посредством просверленных отверстий (15), боковых поверхностей внутренней поверхности (13) или спинки посредством смещенных просверленных отверстий (12) или ванны (17) посредством одного или нескольких дополнительных просверленных отверстий вершины (14').

1. Лопатка (1), содержащая внутренние полости (4, 6, 8) для циркуляции охлаждающего газа, при этом полости разделены перегородками (5, 9), проходящими в радиальном направлении, причем одна из перегородок (9), наиболее близкая к задней кромке (7) лопатки, отклонена от радиального направления в направлении к задней кромке, начиная, по меньшей мере, с 70% высоты лопатки, считая от полки (3) лопатки до радиуса внешней кромки, отличающаяся тем, что одна из полостей (8), ограниченная в направлении задней кромки лопатки указанной перегородкой (9), наиболее близкой к задней кромке лопатки, содержит ряд просверленных каналов, ведущих к боковой стороне лопатки, причем указанные просверленные каналы открываются в указанную полость (8) через отверстия (21), расположенные по линии, параллельной указанной перегородке (9).

2. Лопатка по п. 1, отличающаяся тем, что отклонение перегородки к задней кромке является более значительным в верхней части перегородки.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

Рабочая лопатка газовой турбины содержит профильную часть, проходящую в продольном направлении, и хвостовик лопатки, служащий для крепления рабочей лопатки на валу ротора газовой турбины.

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.

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.

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.

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.

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.

Способ охлаждения рабочей лопатки турбины газотурбинного двигателя включает отбор охлаждающего воздуха из воздушной полости камеры сгорания, его транспортировку в аппарат закрутки, выполненный на статоре напротив диска турбины и последующий подвод охлаждающего воздуха из аппарата закрутки во вращающийся канал каждой рабочей лопатки. Через сопла кольцевого аппарата закрутки, равнорасположенные по окружности тангенциально с поворотом в направлении вращения турбины соосно входу в гладкий канал каждой лопатки, осуществляют прерывистый подвод охлаждающего воздуха. В результате периодического движения ударных волн из сопел аппарата закрутки возбуждают в каждом канале лопатки вынужденные колебания охлаждающего воздуха с частотой первой резонансной гармоники. Колебания охлаждаемого воздуха создают с частотой, определяемой условиями резонанса, скоростью звука и длиной волны по заданным соотношениям, интенсифицируя теплообмен в канале между лопаткой и охлаждающим воздухом. Изобретение позволяет повысить экономичность двигателя при сохранении надежности и увеличении ресурса двигателя. 1 з.п. ф-лы, 10 ил.

Модульная лопатка или лопасть для газовой турбины содержит следующие модульные элементы: полку с плоской или профильной поверхностью, образующей уровень полки, и сквозным отверстием в нем и аэродинамический профиль, продолжающийся через полку. Аэродинамический профиль содержит несущую структуру, аэродинамически профилированную оболочку. Несущая структура продолжается вдоль продольной оси аэродинамического профиля, содержит хвостовую часть для закрепления на держателе лопатки или лопасти газовой турбины, концевую часть и по меньшей мере один внутренний канал, продолжающийся от хвостовой части до концевой части аэродинамического профиля, продольно продолжающийся зазор. Аэродинамически профилированная оболочка продолжается на расстояние относительно несущей структуры и образует внешний контур аэродинамического профиля. Продольно продолжающийся зазор образован между несущей структурой и оболочкой. В несущей структуре расположено множество сквозных отверстий для направления охлаждающей среды из внутреннего канала в зазор. Оболочка соединена за одно целое с несущей структурой посредством первого соединения в области ниже уровня полки. Оболочка соединена с несущей структурой посредством по меньшей мере одного дополнительного соединения. По меньшей мере одно дополнительное соединение расположено на концевой части аэродинамического профиля и представляет собой соединение посредством соответствия по форме, допускающее относительное перемещение в продольном направлении между оболочкой и несущей структурой. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения при одновременном уменьшении количества охлаждающей среды. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 10 ил.

Сегмент платформы, предназначенный для обеспечения опоры для сопловой направляющей лопатки для газовой турбины, содержит: поверхность канала для прохода газа, находящуюся в контакте с потоком газа, выходящего из камеры сгорания; поверхность охлаждения, расположенную напротив поверхности канала для прохода газа и имеющую тепловую связь с ней; стенку, выступающую от поверхности охлаждения и простирающуюся по меньшей мере частично в направлении потока; и дополнительную стенку, выступающую от поверхности охлаждения и простирающуюся по меньшей мере частично в направлении потока. Расстояние в направлении вдоль окружности между стенкой и дополнительной стенкой уменьшается вдоль направления потока. Поверхность давления сопловой лопатки и сегмент платформы образуют первый край вдоль первой кривой линии, где поверхность давления и сегмент платформы соединяются, при этом первая кривая линия имеет сходство с частью аэродинамического профиля направляющей лопатки. Поверхность всасывания сопловой лопатки и сегмент платформы образуют второй край вдоль второй кривой линии, где поверхность всасывания и сегмент платформы соединяются, при этом вторая линия имеет сходство с другой частью аэродинамического профиля направляющей лопатки. Стенка и дополнительная стенка простираются приблизительно параллельно первому краю и второму краю. Ширина канала, ограниченного стенкой и дополнительной стенкой, уменьшается от расположенного выше по потоку участка поверхности охлаждения к расположенному ниже по потоку участку поверхности охлаждения. Изобретение направлено на увеличение долговечности сегмента платформы. 3 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Охлаждаемая лопатка газотурбинного двигателя содержит полости для подвода охлаждающей среды, порошкообразный неметаллический пористый материал и металлический материал. Лопатка выполнена по технологии послойного лазерного спекания в формате 3D порошкообразных материалов, содержащих в каждом слое неметаллический пористый проницаемый материал, армированный металлическим материалом, образующим периодическую структуру кубической формы до получения заданного профиля лопатки. Внешний слой поверхности лопатки, контактирующий с высокотемпературным набегающим потоком продуктов сгорания, выполнен из неметаллического пористого проницаемого материала толщиной не более стороны периодической структуры кубической формы. В качестве неметаллического пористого проницаемого материала используют диоксид циркония. Изобретение позволяет повысить термоциклический ресурс и стойкость к трещинообразованию лопатки путем создания однородной пористости в объеме всей лопатки и обеспечить ее работоспособность при температуре набегающего потока продуктов сгорания до 1800…2000°C. 2 з.п. ф-лы, 12 ил.

Компонент газовой турбины для образования части ступени газовой турбины, выполненный с возможностью изменения схемы охлаждения, включает профильный участок пера, охлаждающий проход, пленочные отверстия и сменные соединители. Профильный участок пера включает корыто и спинку, соединенные вместе на хордово противоположных входной кромке и выходной кромке. Охлаждающий проход продолжается между корытом и спинкой вдоль входной кромки для обеспечения протекания через него охлаждающей текучей среды. Пленочные отверстия выполнены в охлаждающем проходе для обеспечения протекания по меньшей мере части охлаждающей текучей среды к части профильного участка пера. Сменные соединители выполнены с возможностью изменения для охлаждающего прохода поочередно схемы охлаждения. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения за счет изменения схемы охлаждения. 16 з.п. ф-лы, 12 ил.

Изобретение может быть использовано при изготовлении полых, например, авиационных вентиляторных лопаток. На поверхность участков, не подвергаемых соединению при диффузионной сварке, наносят антиадгезионное покрытие. После диффузионной сварки пакета, собранного из заготовок корыта, спинки и внутреннего каркаса лопатки, осуществляют разрушение адгезионных связей путем приложения отрывающей нагрузки, обеспечивающей отслоение защитного покрытия за счет упругой деформации заготовки на упомянутых участках при воздействии магнитного и/или электрического поля. Разрушение адгезионных связей производят до или после придания упомянутой заготовке аэродинамического профиля. Затем нагревают полученную конструкционную заготовку до температуры сверхпластической формовки и подают в ее полости рабочую среду для создания статического и/или вибростатического давления, необходимого для сверхпластической формовки, до получения полого пера лопатки и формирования ребер жесткости. Способ обеспечивает повышение качества лопаток и надежности процесса их изготовления за счет минимизации влияния загрязнений при разрушении и отслоении антиадгезионного покрытия. 24 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 пр.

Лопатка газовой турбины содержит хвостовик, перо с передней кромкой, заднюю кромку, радиальную наружную концевую часть, и корыто, и спинку между передней кромкой и задней кромкой, и систему каналов охлаждающего воздуха. Система каналов охлаждающего воздуха проходит из проема отверстия для впуска воздуха в хвостовике на всем протяжении пера ко множеству отверстий для выпуска воздуха в корыте и передней кромке вершины концевой части пера, в которой число отверстий для выпуска воздуха на площадь вблизи передней кромки концевой части является более высоким, чем среднее число отверстий для выпуска воздуха на площадь в вершине кромки. Концентрация отверстий для выпуска воздуха на вершине концевой части пера является более высокой на корыте, чем на спинке. Отверстия для выпуска воздуха, ближайшие к задней кромке, являются большими в поперечном сечении для воздуха, чем отверстия для выпуска воздуха в середине между передней кромкой и задней кромкой. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения. 12 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх