Лопатка газовой турбины



Лопатка газовой турбины
Лопатка газовой турбины
Лопатка газовой турбины

 


Владельцы патента RU 2573085:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

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.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Это изобретение в целом относится к лопатке газовой турбины, содержащей 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, проходящую от проема отверстия для впуска воздуха в хвостовике концевой части на всем протяжении пера ко множеству отверстий для выпуска воздуха в корыте и переднюю кромку вершины концевой части пера.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Газовые турбины работают при высоких температурах, которые могут достигать 1200°C и более. Соответственно, лопатки турбины должны быть способны выдерживать такие высокие температуры. Для продления срока службы лопаток они часто содержат системы охлаждения, пропускающие охлаждающий воздух через лопатку.

Лопатка газовой турбины содержит хвостовик концевой части, полку и перо, которое тянется снаружи от полки, перо, содержащее кромку концевой части, переднюю кромку и заднюю кромку. Во время работы газовой турбины в некоторых областях лопатки турбины могут формироваться высокие напряжения. Конкретные области, ограничивающие срок службы, найдены в центральной области пера концевой части и области задней кромки, в центре формирующей относительно тонкую стенку на стороне, расположенной ниже по потоку пера концевой части. Вследствие ее относительно тонкой конструкции и высоких напряжений во время работы задняя кромка является высоко поддающейся к образованию трещин, которые могут вести к выходу из строя пера.

Система охлаждения содержит внутренние охлаждающие каналы, которые принимают воздух из компрессора газовой турбины и пропускают воздух через лопатку. Охлаждающие каналы включают в себя множество протоков, которые предназначены для поддержания лопатки турбины в относительно равномерной температуре. Однако центробежные силы и воздушный поток в пограничных слоях иногда препятствуют достаточному охлаждению некоторых областей лопатки турбины, что приводит к формированию локальных мест перегрева, которые могут сокращать срок службы лопатки турбины.

Система охлаждения в пере может включать охлаждающие воздушные каналы для максимального конвекционного охлаждения в концевой части пера и задней кромке и выход части охлаждающего воздуха через охлаждающие отверстия в концевой части и задней кромке пера. Такая лопатка турбины известна, например, из патента США 5192192.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель изобретения состоит в том, чтобы предложить лопатку газовой турбины с высокой способностью охлаждения в концевой части пера.

Эта цель решается в соответствии с изобретением, лопаткой газовой турбины, как упомянуто выше, в которой концентрация отверстий для выпуска воздуха на вершине концевой части пера выше на корыте, чем на спинке. С помощью этой меры охлаждающий воздух или любая охлаждающая текучая среда ведет более точно к таким частям концевой части, где во время работы лопатки вырабатывается большинство тепла. Поскольку меньшее количество или нисколько воздуха не ведет к спинке вершины концевой части, большинство или весь охлаждающий воздух распределяется для охлаждения нагретого корыта вершины концевой части.

Концентрация отверстий для выпуска воздуха может измеряться в поперечном сечении выпускного отверстия на площадь поверхности пера, или если есть многочисленные выпускные отверстия того же поперечного сечения - в большом количестве выпускных отверстий на поверхность площади пера. Предпочтительна спинка вершины пера, свободная от отверстий для выпуска воздуха.

Вершина пера может быть задана в качестве части пера, обращенной радиально наружу. Корыто может быть задано в качестве участка корыта вершины пера, и передняя кромка может быть задана в качестве участка передней кромки вершины концевой части. Участок корыта и участок спинки, называемый для удобства корытом и спинкой, могут быть заданы в качестве областей вершины концевой части, проходящих от соответствующей внешней границы концевой части к контурной линии концевой части или линии в середине между стенкой корыта и стенкой спинки.

Передняя кромка концевой части может быть задана посредством площади в пределах ±90°, отмеренной от контурной линии в любой точке, в которой она пересекается через поверхность выше по потоку или корыто пера. В зависимости от типа лопатки, еще одним определением является область, проходящая от передней кромки пера на расстояние по направлению к задней кромке, которое может быть 1/10 расстояния между передней кромкой и задней кромкой.

Вершина концевой части может включать одно или более ребер, проходящих из основания концевой части радиально наружу. Такое ребро или ребра могут проходить от передней кромки к задней кромке или на части этого расстояния, два ребра формируют полость или камеру между ними. Такое ребро или ребра служат уплотнительными средствами для сокращения утечки газов, протекающих между концевой частью и неподвижным наружным уплотнением, которое окружает венец лопаток. Предпочтительны отверстия для выпуска охлаждающего воздуха, расположенные внутри ребра, удлиняющего стенку корыта пера радиально наружу от основания концевой части. Предпочтительно ребро, проходящее в дуге вокруг передней кромки концевой части, отверстия для выпуска воздуха, расположенные на передней кромке, окруженные дугой из этого ребра.

В соответствии с аспектом изобретения, число отверстий для выпуска воздуха на площадь около передней кромки концевой части, особенно в участке передней кромки, более высоко, чем среднее число отверстий для выпуска воздуха на площадь в вершине концевой части. Пятно перегрева передней кромки концевой части может быть охлаждено наиболее эффективным образом в сочетании с очень эффективным использованием небольшого охлаждающего воздуха. Предпочтительна концентрация отверстий для выпуска воздуха на передней кромке более высокая, чем в наивысшей концентрации выпускных отверстий на корыте. Преимущественно, среднее расстояние между соседними отверстиями для выпуска воздуха на передней кромке более высокое, чем среднее расстояние между соседними отверстиями для выпуска воздуха на корыте концевой части. При этом на протяжении участка передней кромки концевой части охлаждающий воздух может быть распространен очень ровно.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения отверстия для выпуска воздуха в передней кромке формируют группу отверстий для выпуска воздуха, выполненные в передней кромке концевой части. С помощью этой меры охлаждающий воздух может быть распространен очень ровно также на протяжении участка передней кромки концевой части.

В соответствии с еще одним аспектом изобретения кратчайшее расстояние между упомянутой группой и отверстием для выпуска воздуха ближайшим к упомянутой группе является большим, чем диаметр упомянутой группы. Хотя передняя кромка концевой части пера является пятном перегрева, генерирующим много тепла во время работы лопатки, участок корыта пера, близкий к передней концевой части, вырабатывает довольно мало тепла, меньше тепла, чем следующий участок далее вниз по направлению к задней кромке. С помощью этого варианта осуществления охлаждающий воздух подводится только к перегретым зонам, сохраняя воздух, где вырабатывается небольшое тепло. Предпочтительна зона, свободная от отверстий для выпуска воздуха, выполненная между упомянутой группой и отверстием для выпуска воздуха на корыте ближайшей к упомянутой группе, эта зона, по направлению из передней кромки к задней кромке, является большей в диаметре, чем диаметр упомянутой группы.

В соответствии с дополнительным аспектом изобретения отверстия для выпуска воздуха в корыте вершины концевой части выполнены в дуге, полностью внутри ребра, в корыте концевой части, оставляя толщину ребра незатронутой. Поскольку ребро может быть довольно тонким, особенно в маленьких лопатках, его механическая прочность сохраняется высокой без любых вырезов выпускных отверстий.

Выработка тепла не является одинаковой во всех участках вдоль корыта концевой части. При охлаждении, что касается разной выработки тепла вдоль корыта, более горячие области могут снабжаться большим охлаждающим воздухом и менее горячие зоны меньшим охлаждающим воздухом. Соответственно, является выгодным, если отверстия для выпуска воздуха в корыте вершины концевой части скомпонованы в дуге внутри ребра, расстояние между отверстиями для выпуска воздуха в середине между передней кромкой и задней кромкой является большим, чем между отверстиями для выпуска воздуха, расположенным более близко к задней кромке.

Подобное преимущество достигается, если отверстия для выпуска воздуха в корыте вершины концевой части выполнены в дуге внутри ребра, расстояние между отверстиями для выпуска воздуха в середине между передней кромкой и задней кромкой является большим, чем между отверстиями для выпуска воздуха, расположенными более близко к передней кромке.

Еще одна мера, наряду с или альтернативно различному распределению отверстий для выпуска воздуха, является установкой различных поперечных сечений, отверстий для выпуска воздуха, выпускных отверстий в наиболее нагретых зонах, имеющих большее поперечное сечение, чем отверстия в охлаждаемых зонах. Конкретно, отверстия для выпуска воздуха, ближайшие к задней кромке, могут иметь большее поперечное сечение для воздуха, чем отверстия для выпуска воздуха в середине между передней кромкой и задней кромкой. Одна конкретная область высокого напряжения находится в задней кромке пера, которая является частью пера формирующей относительно тонкую стенку. Поэтому эта зона должна охлаждаться тщательно, чтобы предотвратить формирование трещин, которые могут вести к выходу из строя пера. Эффективное охлаждение может быть достигнуто с помощью большего поперечного сечения.

То же самое справедливо, если отверстия для выпуска воздуха в корыте вершины концевой части выполнены в первом участке в средней части концевой части и втором участке в задней кромке концевой части, в котором выпускные отверстия первого участка сформированы различно, особенно в виде округлых отверстий, чем выпускные отверстия второго участка, которые предпочтительно сформированы в виде щелей.

Предпочтительны выпускные отверстия второго участка, направленные радиально наружу и скошенные по направлению к задней кромке от 45° до 80° в радиальном направлении, особенно от 68° до 72° в радиальном направлении.

Некоторые лопатки в зоне высокого сжатия турбины могут быть размером в несколько сантиметров в длину. Соответственно, конструкции пера являются хрупкими, наиболее хрупкой зоной является задняя кромка и примыкающая зона. Может достигаться надежное охлаждение даже таких конструкций, если концевая часть содержит основание и ребро выше и, по меньшей мере, частично вокруг основания, выпускные отверстия первого участка являются отверстиями в основании, основание, оканчивающееся на его пути к задней кромке, конец его края - отверстие второго участка, сформировано в качестве щели.

В дополнительном варианте осуществления изобретения охлаждающий воздушный канал содержит, по меньшей мере, две системы воздушных каналов, первая из которых проходящая непосредственно внутри передней кромки, и вторая, проходящая - предпочтительно через всю ее длину - более отдаленная от передней кромки, чем первая, первая система каналов, питающая отверстия для выпуска воздуха первого участка и является отделенной от, по меньшей мере, одного выпускного отверстия второго участка, и вторая система каналов, питающая, по меньшей мере, одно отверстие для выпуска воздуха второго участка и является отделенной от выпускных отверстий первого участка. Во время работы лопатки много тепла вырабатывается в передней кромке пера, воздух, протекающий в канале, проходящем близко к передней кромке, нагревается до некоторой степени. Поскольку задняя кромка концевой части является горячей зоной, также, она не должна охлаждаться только воздухом, уже сильно нагретым на его пути вдоль передней кромки. Разделяя охлаждающий воздух в две системы каналов, одна из них может направлять охлаждающий воздух вдоль передней кромки для охлаждения таковой, и охлаждающий воздух во второй может сохраняться достаточно холодным, чтобы еще эффективно охлаждать заднюю кромку концевой части.

Если первая система каналов подает воздух только к выпускным отверстиям вершины концевой части, и вторая система каналов подает воздух к вершине концевой частью и к выпускным отверстиям задней кромки между концевой части и основанием, обе зоны, концевой части и задняя кромка могут охлаждаться эффективно и надежно.

Для надежного охлаждения должна быть предотвращена горячая зона в задней кромке концевой части, вследствие турбулентности внутри лопатки, вызванной вращением лопатки, охлаждающий воздух не имеет возможности достигать отверстия для выпуска воздуха, расположенного близко к этой горячей зоне. Поэтому предложено, чтобы выпускное отверстие выполнялось ближе всего к задней кромке, питаемым только второй системой каналов.

Охлаждение хрупкой зоны, близкой к задней кромке, достаточным образом, на корыте, а также на спинке, может достигаться, если, по меньшей мере, одно выпускное отверстие второго участка тянется от напорной боковой стенки к боковой стенке всасывания вершины концевой части. Предпочтительно, что это выпускное отверстие открывается внутри ребра, особенно ребра, полностью окружающего проем вдоль задней кромки.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Несмотря на то что описание изобретения заканчивается формулой изобретения, конкретно указывающей и четко заявляющей настоящее изобретение, вариант осуществления изобретения далее будет описан только в качестве примера со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 показывает вид в перспективе лопатки турбины, включающей хвостовик и перо,

Фиг. 2 показывает поперечное сечение лопатки турбины с каналами для направления охлаждающего воздуха через перо, и

Фиг. 3 показывает вид сверху вниз на концевую часть пера.

Со ссылкой на фиг. 1 проиллюстрирована примерная лопатка 2 турбины для газотурбинного двигателя. Лопатка 2 включает в себя перо 4 и хвостовик 6, который традиционно используется для защиты лопатки 2 для диска ротора двигателя для поддержки лопатки 2 по направлению потока рабочей среды турбины, где работающая газовая среда на поверхностях этого приводит в действие движущие силы. Со ссылкой на Фиг. 1 и Фиг. 2 перо 4 имеет внешнюю стенку 8, окружающую внутреннюю полость 14. Наружная стенка 8 пера содержит обычно вогнутую напорную стенку 10 и обычно выпуклую стенку 12 всасывания (Фиг.3), которые разнесены по ширине, чтобы очертить внутреннюю полость 14 между ними. Боковые стенки 10, 12 напорная и всасывания проходят между и соединяются вместе в передней кромке 16 выше по потоку и задней кромке 18 ниже по потоку. Передняя и задняя кромки 16, 18 разнесены осесимметрично или хордально друг от друга. Перо 4 тянется радиально вдоль продольного или радиального направления лопатки 2, определено посредством размаха пера 4, из радиальной внутренней полки 20 пера к радиальной наружной поверхности 22 концевой части 24 пера 4.

Как видно на Фиг. 2, две системы каналов охлаждающей текучей среды 26, 28 определены во внутренней полости 14. Системы каналов охлаждающей текучей среды 26, 28 проходят по размаху сквозь лопатку турбины 2 и обе отделены друг от друга в сообщении по текучей среде с подачей охлаждающей текучей среды. Системы каналов охлаждающей текучей среды 26, 28 обе проходят сквозь перо 4 и вдоль их полной длины между напорной боковой стенкой 10 и боковой стенкой 12 всасывания, для передачи тепла от поверхностей боковых стенок 10, 12 пера к охлаждающей текучей среде и для поддержания температуры лопатки 2 ниже максимально допустимой температуры.

Система каналов охлаждающей текучей среды 26 содержит радиальный канал 30 и осевой канал 32, непосредственно следующий за радиальным каналом 30 в направлении потока воздуха. Система каналов охлаждающей текучей среды 26 проходит от проема 34 во внутреннем радиальном конце хвостовика 6 внутри внешней стенки 8 непосредственно вдоль передней кромки 16, непосредственно прилегая к передней кромке 16 от внутреннего радиального начала передней кромки 16 вверх к основанию 36 концевой части формирующего стенку, параллельную расширению концевой части 24. На протяжении этого канала система 26 каналов свободна от ответвлений, доставляет весь его охлаждающий воздух вдоль передней кромки 16 к основанию 36 концевой части и охлаждает переднюю кромку 16 очень эффективно.

Вдоль его дальнейшего хода система 26 каналов охлаждающей текучей среды или более точно: его осевой канал 32 заканчивается во множестве отверстий для выпуска воздуха 38, 40, 42, выполненных все в концевой части 24 пера 4. Так, весь охлаждающий воздух проходит через внутренний проем 34 внутрь системы 26 каналов охлаждающей текучей среды направляется к выпускным отверстиям 38, 40, 42 в вершине концевой части 24.

Вторая система 28 каналов охлаждающей текучей среды также начинается в проеме 44 во внутреннем радиальном конце хвостовика 62 и тянется в ее размахе к концевой части 24. Однако эта система 28 разветвляется во множество каналов: два параллельных радиальных канала 46, 48, змеевидный проток 50, канал концевой части 52, обходной канал 54 и канал задней кромки 56. Радиальный канал 46 проходит параллельно каналу 30 передней кромки и открывается внутрь канала концевой части 52 и змеевидного протока 50. Радиальный канал 48 отделен отсекающей радиальной стенкой 58 от радиального канала 46, проходит параллельно каналу передней кромки 30, также, и открывается внутрь канала 52 концевой части и змеевидного протока 50.

Змеевидный проток 50 начинается в конце радиальных каналов 46, 48, проходит в двух поворотах на 180° от радиального наружного направления к радиальному внутреннему и снова к радиальному наружному и открывается внутрь канала 56 задней кромки. Радиальный внутренний поворот на 180° направляется стенкой 60 поворота на 180°, окаймляющей поворот на 180° и разворачивающей на угол, по меньшей мере, 150° от радиального внутреннего направления до радиального наружного направления. Канал 56 задней кромки может заканчиваться во множестве выпускных отверстий, выполненных в задней кромке 18, в которой отдельный вариант осуществления, показанный на Фиг. 1 и Фиг. 2, содержит только одно выпускное отверстие 62 заднего конца, сформированное в качестве радиального разреза и проходящее на протяжении 80% радиальной длины задней кромки 18. Канал 56 задней кромки сформирован подобно радиальному каналу, открытому вдоль его осевой стороны к задней кромке, в выпускных отверстиях, соответственно выпускному отверстию 62.

Канал 54 обхода имеет связь с каналом 64 хвостовика, проходящего от проема 44 к радиальным каналам 46, 48, непосредственно, с каналом 56 задней кромки, ведущим охлаждающий воздух непосредственно из канала 64 хвостовика к каналу 56 задней кромки. Канал 54 обхода изгибается во время его хода от канала 64 хвостовика к каналу 56 задней кромки, открывается в радиальном наружном направлении в участок канала 56 задней кромки, который непосредственно расположен в выпускной щели 62 задней кромки 18, таким образом, открывается непосредственно в заднюю кромку 18 соответственно в заднюю кромку отверстия 62 для выпуска воздуха.

Канал 64 хвостовика расположен полностью в хвостовике 62, таким образом, ниже - который радиально внутри - полки 20. Параллельный канал 64 расположен, по меньшей мере, половиной его длины, главным образом более чем 3/4 от его длины, ниже полки 20.

Для подачи каналу 56 задней кромки достаточно холодного воздуха, наиболее узкая ширина канала 66 канала 54 обхода является большей, чем половина ширины канала 64 хвостовика, из которого ответвляется канал 54 обхода. Эта наиболее узкая ширина является около 11% ширины по хорде пера, таким образом, расстояния между передней кромкой 16 и задней кромкой 18. В этой наиболее узкой части канала 54 обхода его ширина перпендикулярна ширине канала 66, так сказать, по направлению от боковой стенки 14 всасывания к напорной боковой стенке 10, является большей, чем ширина канала 54 обхода в его зоне открытия в канал 56 задней стенки по направлению от боковой стенки 14 всасывания к напорной боковой стенке 10.

Внутри канала 56 задней кромки множество подставок 68 находятся окруженными охлаждающим воздухом, протекающим сквозь канал 56 задней кромки. Подставки 68 сформированы в качестве круглых стержней, соединяющихся с боковой напорной стенкой 10, с боковой стенкой 12 всасывания и переносящими тепло, вырабатываемое в наружной стенке 8 в канал 56 задней кромки. Те же типы подставок 68 расположены внутри змеевидного канала 50 и участка ниже по течению канала 54 обхода, участок ниже по течению тянется около 2/3 от общей длины канала 54 обхода, в соответствии с чем, число подставок 68 в области может быть тем же, что в канале 54 обхода и канале 56 задней кромки.

Обе системы каналов 26, 28 охлаждающего воздуха снабжают выпускные отверстия 38, 40, 42, 70 в концевой части 24 охлаждающим воздухом, однако, система каналов 26 снабжает только выпускные отверстия 38, 40, 42 в концевой части 24, и система 28 каналов снабжает, по меньшей мере, одно отверстие 70 для выпуска воздуха в концевой части 24 и, по меньшей мере, одно отверстие 62 для выпуска воздуха в задней кромке пера 4. Компоновка отверстий 38, 40, 42, 70 для выпуска воздуха в концевой части 24 лучше видна на Фиг. 3.

Фиг. 3 показывает концевую часть 24 пера 2 на виде сверху. Концевая часть 24 содержит ребро 72 или выступающую стенку, формирующую самый внешний радиальный участок наружной стенки 8, полностью проходящий вокруг основания 36 концевой части 24, и предпочтительно наращивающий 1%-2% от длины лопатки 2 или 2%-3% от длины пера 4 выше основания 36. Основание 36 содержит выпускные отверстия 38, 40 и шламовое отверстие 74, выпускные отверстия 38, формирующие первую группу и выпускные отверстия 40, формирующие вторую группу. Первая группа выпускных отверстий 38 скомпонована на передней кромке 16 и в участке 76 передней кромки концевой части 24, называемом для удобства передней кромкой вершины концевой части 24. Этот участок 76 тянется от передней кромки 16 к воображаемой линии, показанной на Фиг. 3, являющейся перпендикулярной к контурной линии 80 лопатки 2 и прорезающей поверхность выше по потоку или поверхность 10 корыта пера 4. В варианте осуществления, показанном на Фиг. 3, этот участок 76 простирается на расстояние по направлению задней кромки 18, которое является 1/10 от расстояния между передней кромкой 16 и задней кромкой 18. Вторая группа выпускных отверстий 40 скомпонована в участке 78 корыта концевой части 24, называемой корытом вершины концевой части 24 для удобства, проходящая от напорной боковой стенки 10 к контурной линии 80. Обе группы выпускных отверстий 38, 40 питаются первой системой 26 каналов охлаждающего воздуха.

Первая группа выпускных отверстий 38 сформирована тремя отверстиями в основании 36, все скомпонованы непосредственно примыкающими к ребру 72. Вторая группа выпускных отверстий 40 сформирована пятью отверстиями в основании 36, все скомпонованы непосредственно примыкающими к ребру 72, также, но на более удаленных расстояниях между отверстиями, чем в первой группе выпускных отверстий 38. Все отверстия первой группы имеют одни и те же диаметры, которые являются меньшими, чем диаметр отверстий второй группы. Расстояния выпускных отверстий 40 друг от друга неодинаковы. Расстояния среднего выпускного отверстия 40 до его соседних выпускных отверстий 40 больше, чем расстояния самых внешних выпускных отверстий 40 группы до их соседних выпускных отверстий 40.

Между обеими группами выпускных отверстий 38, 40 находится зона, свободная от выпускных отверстий, проходящая от первой группы до второй группы. Эта зона является большей - если посмотреть в направлении от передней кромки 16 до задней кромки 18 - чем диаметр первой группы выпускных отверстий 38 и большей, чем наибольшее расстояние между отверстиями второй группы выпускных отверстий 40.

На участке 82 задней кромки концевой части 24, проходящем от задней кромки 18 к воображаемой линии около 30% до передней кромки 16, как показано на Фиг. 3, и названном задней кромкой вершины кромки 24, для удобства скомпонованы выпускные отверстия 42, 70. Они сформированы в качестве интервалов или щелей, окаймленных непосредственно ребром 72 или выступающей стенкой, и расположенных радиально наружу, и скошенных по направлению к задней кромке 18 на около 70% в радиальном направлении, в соответствии с чем 0° является чисто радиальным и 90° параллельным основанию. Благодаря этому скашиванию оба выпускных отверстия 42, 70 радиально окаймлены стенками. Выпускное отверстие 42 окаймляется основанием 36 и стенкой 84, отделяющей первую систему 26 каналов охлаждения от второй системы 28 каналов охлаждения. Выпускное отверстие 70 окаймлено стенкой 84 и стенкой 86, ведущей к концу задней кромки ребра 72.

1. Лопатка (2) газовой турбины, содержащая хвостовик (6), перо (4) с передней кромкой (16), заднюю кромку (18), радиальную наружную концевую часть (24), и корыто, и спинку между передней кромкой (16) и задней кромкой (18), и систему (26, 28) каналов охлаждающего воздуха, проходящую из проема (34, 44) отверстия для впуска воздуха в хвостовике (6) на всем протяжении пера (4) ко множеству отверстий для выпуска воздуха (38, 40, 42, 70) в корыте и передней кромке (16) вершины концевой части (24) пера (4), в которой число отверстий (38) для выпуска воздуха на площадь вблизи передней кромки концевой части (24) является более высоким, чем среднее число отверстий (38, 40, 42, 72) для выпуска воздуха на площадь в вершине кромки (24), отличающаяся тем, что
концентрация отверстий (38, 40) для выпуска воздуха на вершине концевой части (24) пера (4) является более высокой на корыте, чем на спинке и
отверстия (42, 70) для выпуска воздуха, ближайшие к задней кромке (18), являются большими в поперечном сечении для воздуха, чем отверстия (40) для выпуска воздуха в середине между передней кромкой (16) и задней кромкой (18).

2. Лопатка (2) по п.1, отличающаяся тем, что отверстия (38) для выпуска воздуха в передней кромке формируют группу из отверстий (38) для выпуска воздуха, скомпонованных в передней кромке концевой части (24).

3. Лопатка (2) по п.2, отличающаяся тем, что кратчайшее расстояние между упомянутой группой и отверстием (40) для выпуска воздуха в корыте, ближайшее к упомянутой группе, является большим, чем диаметр упомянутой группы.

4. Лопатка (2) по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что отверстия (40) для выпуска воздуха в корыте вершины концевой части (24) скомпонованы в дуге, полностью внутри ребра (72) в корыте концевой части (24), оставляя толщину ребра (72) незатронутой.

5. Лопатка (2) по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что отверстия (40) для выпуска воздуха в корыте на вершине концевой части (24) скомпонованы в дуге, внутри ребра (72), расстояние между отверстиями (40) для выпуска воздуха в середине между передней кромкой (16) и задней кромкой (18) является большим, чем между отверстиями (40) для выпуска воздуха более близким к задней кромке (18).

6. Лопатка (2) по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что отверстия (40) для выпуска воздуха в корыте вершины концевой части (24) скомпонованы в дуге, внутри ребра (72), расстояние между отверстиями (40) для выпуска воздуха в середине между передней кромкой (16) и задней кромкой (18) является большим, чем между отверстиями (40) для выпуска воздуха, более близкими к передней кромке.

7. Лопатка (2) по любому из пп.1-3, отличающаяся тем, что отверстия (40, 70) для выпуска воздуха в вершине концевой части (24) скомпонованы в первом участке (78) в средней части корыта концевой части (24) и втором участке (82) в задней кромке концевой части (24), в котором выпускные отверстия (40) первого участка сформированы отличными от выпускных отверстий (42, 70) второго участка.

8. Лопатка (2) по п.7, отличающаяся тем, что выпускные отверстия (42, 70) второго участка располагаются радиально наружу и являются скошенными по направлению к задней кромке (18) от 45° до 80° в радиальном направлении.

9. Лопатка (2) по п.7, отличающаяся тем, что концевая часть содержит основание (36) и ребро (72) выше и, по меньшей мере, частично, вокруг основания (36), выпускные отверстия (40) первого участка, являющиеся отверстиями в основании (36), основание (36), заканчивающееся на его пути к задней кромке (18), конец его края - выпускное отверстие (42) второго участка сформировано в качестве щели.

10. Лопатка (2) по п.7, отличающаяся тем, что охлаждающий воздушный канал содержит, по меньшей мере, две системы (26, 28) воздушных каналов, первая из которых проходит вдоль передней кромки (16) и вторая проходит более отдаленно от передней кромки (16), чем первая, первая система каналов (26), питающая отверстия (38, 40, 42) для выпуска воздуха первого участка (78), является отделенной от, по меньшей мере, одного выпускного отверстия (70) второго участка (82), и вторая система каналов (28), питающая, по меньшей мере, одно отверстие (70) для выпуска воздуха второго участка (82), является отделенной от выпускных отверстий (38, 40, 42) первого участка (78).

11. Лопатка (2) по п.10, отличающаяся тем, что первая система (26) каналов подает воздух только в выпускные отверстия (38, 40, 42) вершины концевой части (24) и вторая система (28) каналов подает воздух к вершине концевой части (24) и к выпускным отверстиям (62) задней кромки между концевой частью (24) и хвостовиком (6).

12. Лопатка (2) по п.7, отличающаяся тем, что выпускное отверстие (70) концевой части (24), выполненное ближе всего к задней кромке (18) питается только второй системой (28) каналов.

13. Лопатка (2) по п.7, отличающаяся тем, что выпускные отверстия (42, 70) второго участка (82) проходят от напорной боковой стенки (10) к боковой стенке (12) всасывания вершины концевой части (24).



 

Похожие патенты:

Изобретение может быть использовано при изготовлении полых, например, авиационных вентиляторных лопаток. На поверхность участков, не подвергаемых соединению при диффузионной сварке, наносят антиадгезионное покрытие.

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.

Охлаждаемая лопатка газотурбинного двигателя содержит полости для подвода охлаждающей среды, порошкообразный неметаллический пористый материал и металлический материал.

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.

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.

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.

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.

Охлаждаемая лопатка для газовой турбины содержит радиально продолжающийся аэродинамический профиль с передним краем, задним краем, стороной всасывания и стороной нагнетания.

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.

Лопатка содержит внутренние полости для циркуляции охлаждающего газа. Полости разделены перегородками, проходящими в радиальном направлении.

Компонент лопасти или лопатки для турбомашины содержит внутреннее пространство между двумя противоположными внутренними стенками компонента, образующими проток для охлаждающей текучей среды в направлении выпускного отверстия для текучей среды в задней кромке компонента, и множество ребер, выступающих из двух противоположных внутренних стенок, образуя множество каналов на каждой из двух противоположных внутренних стенок, чтобы направлять охлаждающую текучую среду в направлении задней кромки. Ребра на противоположных сторонах наклонены друг относительно друга, чтобы образовать матричное расположение. Внутреннее пространство разделено на переднюю секцию в направлении передней кромки компонента и заднюю секцию в направлении задней кромки компонента. Ребра расположены в передней секции. Компонент дополнительно содержит множество шипов, выступающих из двух противоположных внутренних стенок, дискретно расположенных в задней секции. Компонент дополнительно содержит промежуточную секцию между передней секцией и задней секцией. Промежуточная секция содержит ребра и шипы. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения. 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Лопатка, используемая в потоке текучей среды турбинного двигателя, содержит тонкостенное проходящее в радиальном направлении аэродинамическое тело лопатки, имеющее отстоящие по оси друг от друга переднюю и заднюю кромки и радиально наружную полку. Стенка тела лопатки содержит наружную оболочку и внутреннюю оболочку. Стенка тела лопатки задает внутреннюю полость в ней для прохождения охлаждающей среды. На внутренней оболочке стенки передней кромки тела лопатки расположена проходящая радиально нагружаемая распорка. Изобретение обеспечивает уменьшение вызываемых в лопатке напряжений до приемлемого уровня без отрицательного воздействия на охлаждение тела лопатки и аэродинамические характеристики лопатки. 2 н. и 16 з.п. ф-лы, 2 ил.

Узел платформы для поддержки сопловой лопатки для газовой турбины содержит поверхность прохождения газа, расположенную так, чтобы контактировать с потоковым рабочим газом, по меньшей мере, один охлаждающий канал. Охлаждающий канал имеет форму для направления охлаждающей текучей среды в охлаждающем канале и образован внутри узла платформы. Охлаждающий участок внутренней поверхности охлаждающего канала находится в тепловом контакте с поверхностью прохождения газа. Узел платформы представляет собой интегрально образованный узел, представляющий сегмент в круговом направлении газовой турбины. Охлаждающий канал содержит первый участок охлаждающего канала и второй участок охлаждающего канала, размещенный после первого участка охлаждающего канала в отношении потокового направления рабочего газа. Первый участок охлаждающего канала и второй участок охлаждающего канала взаимосвязаны таким образом, что охлаждающая текучая среда направляется в первый участок охлаждающего канала, а затем направляется во второй участок охлаждающего канала. Первый участок охлаждающего канала и второй участок охлаждающего канала оба главным образом проходят вдоль кругового направлении и приспособлены таким образом, что первая часть охлаждающей текучей среды течет в первом направлении в первом сегменте первого участка охлаждающего канала, а вторая часть охлаждающей текучей среды течет во втором направлении во втором сегменте первого участка охлаждающего канала. первая часть охлаждающей текучей среды течет в первом сегменте второго участка охлаждающего канала, а вторая часть охлаждающей текучей среды течет во втором сегменте второго участка охлаждающего канала. Первая часть охлаждающей текучей среды и вторая часть охлаждающей текучей среды текут по направлению друг к другу и соединяются друг с другом во втором участке охлаждающего канала. Изобретение позволяет повысить эффективность охлаждения и увеличить срок службы сопловой лопатки турбины. 3 н. и 11 з.п. ф-лы. 3 ил.

Лопатка газовой турбины содержит хвостовик и перо лопатки с входной и выходной кромками и вершиной, систему каналов для охлаждающего воздуха, простирающихся от отверстия для охлаждающего воздуха в хвостовике посредством извилистого змеевидного канала к расположенному в зоне выходной кромки каналу у выходной кромки, имеющей выпуск для воздуха в выходной кромке, и обходной канал для воздуха. Обходной канал соединяет отверстие для охлаждающего воздуха в хвостовике с каналом, расположенным в зоне выходной кромки, в обход змеевидного канала. Система каналов для охлаждающего воздуха содержит радиальный канал, открытый в змеевидный проточный канал, а также в канал, расположенный в зоне вершины и соединяющий отверстие для охлаждающего воздуха в хвостовике посредством указанного радиального канала с, по меньшей мере, одним выпуском для воздуха на находящемся со стороны выходной кромки участке наружной в радиальном направлении поверхности вершины лопатки на верхней части вершины, подающей охлаждающий воздух к находящемуся со стороны выходной кромки участку наружной в радиальном направлении поверхности вершины лопатки на верхней части вершины. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения выходной кромки пера лопатки. 12 з.п. ф лы, 3 ил.

Устройство направляющих лопаток содержит внутреннюю платформу, полый аэродинамический профиль и направляющую. Внутренняя платформа выполнена со сквозным отверстием, образующим проточный канал для охлаждающей текучей среды. Полый аэродинамический профиль выполнен в виде единого целого с первой поверхностью внутренней платформы и имеет охлаждающее отверстие для обмена охлаждающей текучей среды, проходящей через сквозное отверстие в или из полого аэродинамического профиля. Направляющая выполнена в виде единого целого со второй поверхностью внутренней платформы и содержит выемку с проходом для охлаждающей текучей среды, образующим проход для охлаждающей текучей среды к сквозному отверстию. Направляющая проходит вдоль второй поверхности в окружном направлении. Проход для охлаждающей текучей среды имеет в окружном направлении размер сквозного отверстия. При изготовлении указанного выше устройства направляющих лопаток создают внутреннюю платформу, при этом полый аэродинамический профиль выполняют в виде единого целого с первой поверхностью внутренней платформы, а направляющую выполняют в виде единого целого с ее второй поверхностью. Группа изобретений позволяет повысить срок службы устройства направляющих лопаток за счет уменьшения разности температур направляющей и внутренней платформы. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 4 ил.

Охлаждаемая рабочая перфорированная лопатка турбины содержит перфорированную оболочку с охлаждающими отверстиями малого диаметра изогнутой формы. Средняя линия каждого из охлаждающих отверстий расположена в плоскости вдоль пера лопатки и нормальной к поверхности обвода профиля лопатки. Изобретение повышает эффективность охлаждения рабочей лопатки турбины и увеличивает надежность и ресурс ее работы. 4 ил.

Устройство подвода охладителя к охлаждаемым рабочим лопаткам высокотемпературной газовой турбины содержит аппарат закрутки охладителя и рабочее колесо с охлаждаемыми рабочими лопатками, в ножке хвостовика которых расположены приемные каналы, в совокупности образующие кольцевой приемный канал. Входная часть приемного канала, расположенного в ножке хвостовика каждой охлаждаемой рабочей лопатки, выполнена между радиальными стенками ножки хвостовика этой лопатки, расположенными со стороны корыта и спинки, и окружными стенками ножки хвостовика этой лопатки. Выходная часть приемного канала сопряжена с каналами охлаждения этой лопатки. Такая конструкция позволяет осуществить подвод охладителя в каналы охлаждения рабочих лопаток с уменьшением гидравлических потерь и подогрева охладителя, обеспечивая увеличение эффективности охлаждения рабочих лопаток. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Охлаждаемая лопатка высокотемпературной турбины газотурбинного двигателя содержит во внутренней полости пера цилиндрические перемычки-турбулизаторы и радиальные ребра. На поверхностях внутренней полости пера лопатки, включая входную кромку и радиальные ребра, на выходе из перемычек-турбулизаторов по потоку охлаждающего воздуха и преимущественно перпендикулярно к направлению этого потока выполнены цилиндрические выступы, соединяющие между собой внутреннюю поверхность входной кромки, перемычки и ребра. Отношение диаметра D цилиндрической перемычки-турбулизатора к диаметру d цилиндрического выступа находится в пределах 1,5…10. Отношение диаметра d цилиндрического выступа к высоте h цилиндрического выступа находится в пределах 1,5…2,5. Изобретение повышает надежность охлаждаемой лопатки путем повышения эффективности конвективного охлаждения пера лопатки. 4 ил.

Турбинный узел содержит полую аэродинамическую часть, имеющую по меньшей мере одну полость с по меньшей мере одной трубкой соударительного охлаждения, предназначенную для введения внутрь полости полой аэродинамической части и используемую для соударительного охлаждения, по меньшей мере, внутренней поверхности полости, и по меньшей мере одну платформу, расположенную на радиальном конце полой аэродинамической части, и по меньшей мере одну охлаждающую камеру, используемую для охлаждения по меньшей мере одной платформы, и которая расположена на противоположной полой аэродинамической части стороне платформы. Охлаждающая камера ограничена на первом радиальном конце платформой, а на противоположном радиальном втором конце с помощью по меньшей мере одной закрывающей пластины. Трубка соударительного охлаждения выполнена из переднего элемента и заднего элемента, вставленных оба в по меньшей мере одну полость. Передний элемент расположен в направлении передней кромки полой аэродинамической части. Задний элемент расположен, при рассматривании в направлении от передней кромки к задней кромке, по потоку после переднего элемента. Передний элемент трубки соударительного охлаждения проходит в направлении размаха, по меньшей мере, полностью через охлаждающую камеру от платформы до закрывающей пластины, а задний элемент трубки соударительного охлаждения заканчивается в направлении размаха на платформе. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения аэродинамической части при минимизации потерь. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к охлаждаемым рабочим лопаткам турбомашин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. В охлаждаемой рабочей лопатке турбомашины между замковым соединением хвостовика и пером лопатки выполнена удлиненная ножка, внутренняя щелевая полость которой выполнена увеличенной высоты по отношению к высоте внутренней щелевой полости замкового соединения хвостовика лопатки. Щелевая полость удлиненной ножки соединена с щелевыми полостями замкового соединения и пера лопатки переходными щелевыми полостями с плавным изменением проходных площадей. Отношение высоты H внутренней щелевой полости удлиненной ножки к высоте h внутренней щелевой полости замкового соединения хвостовика лопатки находится в пределах 2…6. Угол α наклона стенки переходной щелевой полости между щелевой полостью замкового соединения и щелевой полостью удлиненной ножки к радиальной плоскости рабочей лопатки турбомашины находится в пределах 10…30°. Изобретение повышает надежность охлаждаемой рабочей лопатки за счет уменьшения тепловых потоков от пера лопатки в замковое соединение хвостовика путем снижения температуры замкового соединения хвостовика рабочей лопатки. 2 ил.
Наверх