Охлаждаемая лопатка турбины и соответствующая турбина



Охлаждаемая лопатка турбины и соответствующая турбина
Охлаждаемая лопатка турбины и соответствующая турбина

 


Владельцы патента RU 2573096:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

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.

 

Изобретение относится к лопатке для использования в потоке текучей среды турбинного двигателя согласно ограничительной части пункта 1 формулы изобретения. Кроме того, изобретение относится к турбинному двигателю согласно ограничительной части пункта 13 формулы изобретения.

Газовые турбины имеют узел компрессора, узел камер сгорания и узел турбины. Компрессор обычно сжимает окружающий воздух, который затем направляется в камеры сгорания, где он смешивается с топливом. Смесь топлива и сжатого воздуха зажигается, создавая рабочий газ, который может иметь высокую температуру, например, до 1300-1600°С. Затем этот рабочий газ проходит через турбинный узел. В некоторых газовых турбинах СО2 является основным компонентом рабочей среды. В этом случае добавляется чистый кислород для сжигания топлива в камере сгорания и нагревания газа СО2. Турбинный узел имеет вращающийся вал и несколько рядов вращающихся дисков. Турбинный узел может иметь несколько стационарных дисков, закрепленных на корпусе турбины. Каждому вращающемуся диску предшествует стационарный диск для направления рабочего газа под оптимальным углом на лопатки вращающихся дисков. Прохождение рабочего газа через турбинный узел приводит к передаче энергии из рабочего газа на вращающиеся диски, что вызывает вращение вала.

Каждая лопатка диска может иметь наружную полку, соединенную с радиально наружным концом тела лопатки, для крепления к корпусу турбины, и внутреннюю полку, соединенную с внутренним концом тела лопатки. Наружные полки для данного ряда лопаток установлены смежно друг другу в виде сегментов в осевом направлении, с образованием наружного бандажа. Аналогичным образом, внутренние полки установлены смежно друг другу в осевом направлении, с образованием внутреннего бандажа. Эти наружный и внутренний бандажи задают проточный канал между ними для направления рабочего газа.

Тело лопатки может включать проходы для охлаждающей текучей среды, такой как воздух. Однако поверхности лопаточных узлов, открытые для рабочего газа, подвергаются воздействию высоких рабочих температур и термическим нагрузкам. Это может вызывать трещины в теле лопаток и полках. Обычно, каждое тело лопатки и, по меньшей мере, одна полка выполнены совместно в виде единого целого, так что повреждение полки может требовать замены всего лопаточного узла, даже когда тело лопатки все еще находится в рабочем состоянии.

Каждая лопатка турбинного двигателя, такого как газовый или паровой турбинный двигатель, имеет зоны чрезмерного напряжения в аэродинамической зоне передней кромки за счет механической нагрузки лопатки в нижнем по потоку направлении. Такие лопатки имеют внутреннее охлаждение, и по причине термических напряжений тело лопаток имеет предел относительно максимальной толщины стенки.

Аэродинамическая конструкция тела лопатки была изменена в прошлом, с целью обеспечения большего объема материала у передней кромки, при одновременном сохранении максимальной толщины стенки. Поэтому ухудшились аэродинамические характеристики для уменьшения уровней напряжения до приемлемого предела.

Для улучшения прочности тела лопатки известно несколько конструктивных признаков. В US 5484258 раскрыта направляющая лопатка с двойной наружной стенкой. Наружная стенка тела лопатки имеет выполненную в виде единого целого конструкцию с двойной стенкой, включающей внутреннюю стенку, расположенную на расстоянии от наружной стенки, с механически и термически соединяющими элементами в виде непрерывных соединительных ребер, которые выполнены в виде единого целого с внутренней и наружной стенками и расположены между ними. Ребра обеспечивают расстояние между внутренней и наружной стенками так, что стенки по существу параллельны друг другу. Такая двойная наружная стенка является конструктивно очень сложной и дорогой в изготовлении.

Решетчатая структура внутри тела лопатки известна из US 5660524. Тело лопатки имеет первую наружную стенку и вторую наружную стенку, задающие совместно аэродинамическую форму, включающую переднюю кромку, заднюю кромку, сторону повышенного давления вдоль первой наружной стенки, сторону низкого давления вдоль второй наружной стенки, вершину лопатки и хвостовик лопатки. Между двумя наружными стенками расположена пара монолитных внутренних стенок. Эти монолитные внутренние стенки имеют решетчатую структуру для придания прочности телу лопатки или наружным стенкам тела лопатки, соответственно. Решетчатая внутренняя структура усложняет и удорожает охлаждение тела лопатки. Кроме того, решетчатая внутренняя структура увеличивает вес лопатки и поэтому ухудшает аэродинамические характеристики лопатки.

Аналогичная решетчатая структура известна из US 2974926. Турбинная лопатка содержит наружную оболочку и центральный узел из распорки, хвостовика и ребер. Центральный узел из распорки, хвостовика и ребер содержит хвостовик, который предпочтительно является обычным хвостовиком типа елочки. Хвостовик проходит вниз из полки хвостовика и заделан в каркас турбинного двигателя. Центральный узел из распорки, хвостовика и ребер содержит распорку, к которой прикреплены ребра. Распорка фиксирована на полке хвостовика. Распорка проходит от полки хвостовика вверх. В собранном состоянии турбинной лопатки наружная оболочка турбинной лопатки надвинута поверх узла из распорки, хвостовика и ребер. Наружная оболочка соединена с помощью точечной сварки в различных местах вдоль высоты лопатки с ребрами узла из распорки, хвостовика и ребер и в различных местах вокруг полки оболочки с краем полки хвостовика. Места точечной сварки между ребрами узла из распорки, хвостовика и ребер и наружной оболочкой расположены на стороне низкого давления и на стороне повышенного давления турбинной лопатки. Для обеспечения надевания наружной оболочки поверх узла из распорки, хвостовика и ребер предусмотрены допуски между наружной оболочкой и узлом из распорки, хвостовика и ребер. Сварка ребер со стороной низкого давления и стороной повышенного давления является сложной и дорогостоящей.

В US 2009/0047136 А1 раскрыт статор с аэродинамическим профилем, наружным бандажом и внутренним бандажом. Аэродинамический профиль содержит тонкостенную структуру, которая образует полую переднюю кромку, сторону повышенного давления, сторону низкого давления и заднюю кромку. Кроме того, аэродинамический профиль содержит признаки внутреннего охлаждения, включающие охлаждающие каналы, охлаждающие отверстия, жалюзи, небольшие полости, отклоняющие ребра, сопла, разделители, перегородки, задерживающие полосы, наружный концевой колпачок и внутренний концевой колпачок. Охлаждающий воздух входит через охлаждающие отверстия у передней кромки аэродинамического профиля для прохождения в небольшую полость между передней кромкой и отклоняющим ребром или в охлаждающие каналы позади отклоняющего ребра. Отклоняющее ребро расположено на расстоянии от передней кромки и проходит частично параллельно передней кромке аэродинамического профиля.

Поэтому задачей изобретения является создание лопатки для использования в потоке текучей среды турбинного двигателя, которая обеспечивает уменьшение вызываемых в лопатке напряжений до приемлемого уровня без отрицательного воздействия на охлаждение тела лопатки и аэродинамические характеристики лопатки. Кроме того, должен быть создан турбинный двигатель, который прост в изготовлении и не дорогой и который может выдерживать высокие нагрузки, такие как термические нагрузки.

Задача решена согласно изобретению с помощью лопатки для использования в потоке текучей среды турбинного двигателя с признаками согласно пункту 1 формулы изобретения и с помощью турбинного двигателя с признаками согласно пункту 13 формулы изобретения. Преимущества, признаки, подробности, аспекты и эффекты изобретения следуют из зависимых пунктов формулы изобретения, описания и фигур. Признаки и подробности, описание которых приводится применительно к лопатке, относятся также и к турбинному двигателю, и наоборот.

Согласно первому аспекту данного изобретения задача решена с помощью лопатки для использования в потоке текучей среды турбинного двигателя, содержащей тонкостенное, проходящее в радиальном направлении аэродинамическое тело лопатки, имеющее расположенные на расстоянии друг от друга в осевом направлении переднюю и заднюю кромки, при этом стенка указанного тела лопатки содержит наружную оболочку и внутреннюю оболочку, за счет чего стенка указанного тела лопатки задает внутреннюю полость в ней для прохождения охлаждающей среды и радиально наружную полку, при этом проходящая радиально нагружаемая распорка расположена на внутренней оболочке стенки передней кромки тела лопатки. Наружная оболочка соответствует наружной поверхности стенки лопатки, а внутренняя оболочка соответствует внутренней поверхности стенки лопатки. Предпочтительно, лопатка является направляющей лопаткой направляющего диска турбинного двигателя. Кроме того, лопатка может быть также лопаткой вращающегося диска турбинного двигателя. Лопатка вращающегося диска известна также как рабочая лопатка.

Нагружаемая распорка добавлена на внутренней стороне передней кромки лопатки. Поэтому увеличена жесткость передней кромки, и изгибающая нагрузка может восприниматься более широкой частью наружной полки лопатки. Нагружаемая распорка уменьшает напряжения, в частности термические напряжения, вызываемые в лопатке, до приемлемого уровня без отрицательного воздействия на охлаждение аэродинамического профиля и аэродинамические характеристики лопатки. Нагружаемая распорка не оказывает отрицательного воздействия или оказывает лишь незначительное воздействие на внутреннюю полость тела лопатки, поскольку нагружаемая распорка проходит параллельно передней кромке лопатки. Предпочтительно, нагружаемая распорка выступает лишь немного во внутреннюю полость тела лопатки, так что не оказывает отрицательного воздействия на поток охлаждающей среды, в частности поток текучей среды, через внутреннюю полость тела лопатки. Предпочтительно, нагружаемая распорка имеет прямоугольную форму поперечного сечения. Сама нагружаемая распорка имеет удлиненную форму. Нагружаемая распорка выступает на внутренней оболочке стенки передней кромки тела лопатки. Нагружаемая распорка увеличивает в противоположность двойной стенке или решетчатой структуре согласно уровню техники вес лопатки лишь незначительно.

Согласно одной предпочтительной модификации лопатки наружная полка лопатки покрывает конец тела лопатки, за счет чего нагружаемая распорка расположена на наружной полке. Наружная полка удлинена для покрывания конца нагружаемой распорки. Поэтому может обеспечиваться лучшая жесткость и изгибающая нагрузка передается на более широкую часть наружной полки. Нагружаемая распорка расширяет переднюю кромку тела лопатки и поэтому увеличивает контакт с покрывающей наружной полкой. Комбинация из передней кромки и нагружаемой распорки имеет поперечное сечение в форме зонтика. Это обеспечивает передачу изгибающей нагрузки на большую поверхность покрывающей наружной полки лопатки.

Согласно одной предпочтительной модификации изобретения лопатка может быть изготовлена посредством выполнения стенки тела лопатки и нагружаемой распорки в виде единого целого в ходе одной операции в общей литейной форме. Это означает, что нагружаемая распорка и передняя кромка и тело лопатки, соответственно, изготавливаются в виде одной части. Предпочтительной является лопатка, в которой нагружаемая распорка и тело лопатки выполнены монолитными. Наружная полка, которая покрывает вершину лопатки, может быть приварена к переднему концу передней кромки и к нагружаемой распорке.

В качестве альтернативного решения, предпочтительной является лопатка, в которой стенка тела лопатки, наружная полка и нагружаемая распорка выполнены в виде единого целого и изготавливаются в ходе одной операции в общей литейной форме. Такая структура обеспечивает жесткость переходной зоны между передним концом тела лопатки у передней кромки и нагружаемой распорки и наружной полкой. Монолитное выполнение стенки тела лопатки, нагружаемой распорки и наружной полки позволяет уменьшать наводимые в лопатке у передней кромки напряжения до приемлемого уровня.

Согласно одной предпочтительной модификации изобретения нагружаемая распорка лопатки расположена на внутренней оболочке стенки всей передней кромки тела лопатки. Нагружаемая распорка проходит радиально между вершиной лопатки и хвостовиком лопатки. Нагружаемая распорка может проходить по всей длине тела лопатки, т.е. между внутренней и наружной полкой. В качестве альтернативного решения, нагружаемая распорка может проходить лишь вдоль части длины тела лопатки. Нагружаемая распорка может проходить, например, от середины тела лопатки до наружной полки.

В другом, еще более предпочтительном варианте выполнения лопатки, лопатка характеризуется тем, что конец нагружаемой распорки, противоположный наружной полке, расположен на выступе на внутренней оболочке стенки. То есть, нагружаемая распорка добавлена внутрь той части передней кромки лопатки, которая расположена ближе к наружной полке. Поэтому, согласно особенно предпочтительному варианту выполнения изобретения выступ расположен на внутренней оболочке стенки в центральной зоне тела лопатки. Такое расположение нагружаемой распорки придает жесткость передней кромке лопатки у вершины лопатки. Выступ на внутренней оболочке стенки может иметь различный вид. Выступ может быть образован сварным швом. Предпочтительно, выступ аналогичен выступающему пальцу или т.п.

Согласно другой предпочтительной модификации изобретения выступ на внутренней оболочке стенки тела лопатки имеет U-образную форму, кольцевую форму или кольцеобразную форму. Имеющий U-образную, кольцевую или кольцеобразную форму выступ предпочтительно выполнен в виде единого целого со стенкой тела лопатки. Имеющий U-образную, кольцевую или кольцеобразную форму выступ предпочтительно расположен внутри стенки от стороны повышенного давления, через переднюю кромку к стороне низкого давления лопатки. За счет этого обеспечивается жесткость передней кромки лопатки, и напряжения в этой части передней кромки могут направляться в тело лопатки. Такой выступ делает все тело лопатки более жестким, без оказания отрицательного воздействия на охлаждение лопатки и без оказания отрицательного воздействия на аэродинамические характеристики лопатки.

Имеющий кольцевую или кольцеобразную форму выступ может быть замкнут в виде полного кольца. Такой выступ расположен вдоль всей стенки и внутренней оболочки стенки, соответственно. Предпочтительным является выступ U-образной формы.

Как указывалось выше, предпочтительной является лопатка, в которой выступ и стенка тела лопатки выполнены в виде единого целого и изготавливаются в ходе одной операции в общей литейной форме. В качестве альтернативного решения, нагружаемая распорка может быть приварена к выступу, к стенке тела лопатки и к наружной полке.

Согласно другому предпочтительному варианту выполнения лопатки лопатка может содержать внутреннюю полку у конца хвостовика лопатки. Внутренняя полка и стенка тела лопатки предпочтительно выполнены в виде единого целого и изготавливаются в ходе одной операции в общей литейной форме.

Лопатка может состоять из металла, керамики или волоконного композита.

Предпочтительно, лопатка является направляющей лопаткой направляющего диска турбинного двигателя. Лопатка предпочтительно не вращается. Кроме того, лопатка может быть также лопаткой для вращающегося диска турбинного двигателя, т.е. рабочей лопаткой. Турбинный двигатель предпочтительно является газотурбинным двигателем, возможно также паротурбинным двигателем.

Согласно второму аспекту данного изобретения задача решена с помощью турбинного двигателя, содержащего, по меньшей мере, один вращающийся диск с множеством вращающихся лопаток и, по меньшей мере, один направляющий диск с множеством направляющих лопаток, при этом вращающиеся лопатки и/или направляющие лопатки выполнены в виде лопатки согласно первому аспекту изобретения. Такой турбинный двигатель прост и недорог в изготовлении и может выдерживать большие напряжения, в частности высокие термические напряжения, за счет стойких к напряжениям лопаток направляющих и/или вращающихся дисков. Турбинный двигатель предпочтительно является газотурбинным или паротурбинным двигателем.

Указанные выше и другие признаки и преимущества данного изобретения следуют из приведенного ниже описания со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых схематично изображено:

фиг. 1 - продольный разрез лопатки для использования в потоке текучей среды турбинного двигателя, которая выполнена в соответствии с конструктивными принципами изобретения;

фиг. 2 - поперечный разрез лопатки для использования в потоке текучей среды турбинного двигателя, которая выполнена в соответствии с конструктивными принципами изобретения.

Элементы с одинаковой функцией и режимом работы обозначены на фиг. 1 и 2 одинаковыми позициями.

На фиг. 1 схематично показан продольный разрез одного возможного варианта выполнения лопатки 1 для использования в потоке текучей среды турбинного двигателя, которая выполнена в соответствии с конструктивными принципами изобретения. Лопатка 1 содержит тонкостенное, проходящее в радиальном направлении аэродинамическое тело 2 лопатки, имеющее расположенные на расстоянии друг от друга в осевом направлении переднюю кромку 3 и заднюю кромку 4. Тело 2 лопатки имеет стенку 5, содержащую наружную оболочку 6 и внутреннюю оболочку 7. Стенка 5 указанного тела 2 лопатки задает внутреннюю полость 8 в ней для прохождения охлаждающей среды. Лопатка 1 дополнительно содержит наружную полку 9 и внутреннюю полку. Проходящая радиально нагружаемая распорка 10 расположена на внутренней оболочке 7 стенки 5 передней кромки 3 тела 2 лопатки.

Нагружаемая распорка 10 добавлена внутри передней кромки 3 лопатки. Нагружаемая распорка 10 придает жесткость передней кромке 3, и изгибающая нагрузка может передаваться на более широкую часть наружной полки 9 лопатки 1. Нагружаемая распорка 10 уменьшает напряжения, вызываемые в лопатке 1, до приемлемого уровня, без отрицательного воздействия на охлаждение тела 2 лопатки и аэродинамические характеристики лопатки. На внутреннее пространство тела 2 лопатки нагружаемая распорка 10 не оказывает или оказывает лишь незначительное влияние, поскольку нагружаемая распорка 10 проходит параллельно передней кромке 3 лопатки 1.

Нагружаемая распорка 10 выступает лишь немного во внутреннюю полость 8 тела 2 лопатки, так что не оказывается отрицательного воздействия на поток охлаждающей среды, в частности поток текучей среды, через внутреннюю полость 8 тела 2 лопатки. Нагружаемая распорка имеет прямоугольное поперечное сечение и удлиненную форму. Нагружаемая распорка 10 выступает на внутренней оболочке 7 стенки 5 передней кромки 3 тела 2 лопатки.

Наружная полка 9 лопатки закрывает конец тела 2 лопатки, за счет чего нагружаемая распорка 10 расположена на наружной полке. Наружная полка 9 проходит так, что она покрывает также конец нагружаемой распорки 10. Поэтому лучше обеспечивается жесткость передней кромки 3, и изгибающая нагрузка передается на более широкую часть наружной полки 9.

Стенка 5 тела 2 лопатки, внутренняя полка 13, наружная полка 9, нагружаемая распорка 10 и выступ 11 выполнены в виде единого целого и изготавливаются в ходе одной операции в общей литейной форме. Нагружаемая распорка 10 придает жесткость переходной зоне 14 между стенкой 5 тела 2 лопатки у передней кромки 3 и нагружаемой распорки 10 и наружной полкой 9. Нагружаемая распорка 10 расширяет переднюю кромку 3 тела 2 лопатки и поэтому увеличивает контакт с покрывающей наружной полкой 9.

Нагружаемая распорка 10 расположена от центральной зоны 12 тела 2 лопатки до наружной полки 9. Поэтому выступ 11, который удерживает нагружаемую распорку 10, расположен в центральной зоне 12 тела 2 лопатки. Выступ 11 имеет форму части кольца или лучше имеет U-образную форму и расположен на внутренней оболочке 7 стенки 5 тела 2 лопатки.

Комбинация из передней кромки 3 и нагружаемой распорки 10 имеет форму поперечного сечения в виде зонтика, как показано на фиг. 2. Комбинация стенки 5 передней кромки 3 и нагружаемой распорки 10 позволяет передавать изгибающую нагрузку лопатки 1, в частности передней кромки 3, на большую поверхность покрывающей наружной полки 9 лопатки 1. Нагружаемая распорка 10 проходит во внутренней полости 8 лопатки 1, без оказания отрицательного воздействия на охлаждение лопатки 1. В такой лопатке 1 передняя кромка является жесткой, и изгибающая нагрузка передается на более широкую часть наружной полки 9. Напряжения, наводимые в лопатке 1, уменьшаются до приемлемого уровня без отрицательного воздействия на охлаждение тела 2 лопатки или аэродинамического профиля, соответственно, или аэродинамические характеристики лопатки 1. Передняя направляющая 18 лопатки 1 фиксируется на установочной системе.

1. Лопатка (1), используемая в потоке текучей среды турбинного двигателя и содержащая
тонкостенное проходящее в радиальном направлении аэродинамическое тело (2) лопатки, имеющее отстоящие по оси друг от друга переднюю и заднюю кромки (3, 4), при этом стенка (5) тела (2) лопатки содержит наружную оболочку (6) и внутреннюю оболочку (7),
причем стенка (5) тела (2) лопатки задает внутреннюю полость (8) в ней для прохождения охлаждающей среды, и
радиально наружную полку (9),
отличающаяся тем, что на внутренней оболочке (7) стенки (5) передней кромки (3) тела (2) лопатки расположена проходящая радиально нагружаемая распорка (10).

2. Лопатка (1) по п.1, отличающаяся тем, что наружная полка (9) покрывает конец тела (2) лопатки, так что нагружаемая распорка (10) расположена на наружной полке (9).

3. Лопатка (1) по п.1, отличающаяся тем, что стенка (5) тела (2) лопатки и нагружаемая распорка (10) выполнены в виде единого целого и изготовлены в ходе одной операции в общей литейной форме или же стенка (5) тела (2) лопатки, наружная полка (9) и нагружаемая распорка (10) выполнены в виде единого целого и изготовлены в ходе одной операции в общей литейной форме.

4. Лопатка (1) по п.2, отличающаяся тем, что стенка (5) тела (2) лопатки и нагружаемая распорка (10) выполнены в виде единого целого и изготовлены в ходе одной операции в общей литейной форме или же стенка (5) тела (2) лопатки, наружная полка (9) и нагружаемая распорка (10) выполнены в виде единого целого и изготовлены в ходе одной операции в общей литейной форме.

5. Лопатка (1) по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что нагружаемая распорка (10) лопатки расположена на внутренней оболочке (7) стенки (5) всей передней кромки (3) тела (2) лопатки.

6. Лопатка (1) по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что конец нагружаемой распорки (10), противоположный наружной полке (9), расположен на выступе (11) на внутренней оболочке (7) стенки (5).

7. Лопатка (1) по п.5, отличающаяся тем, что конец нагружаемой распорки (10), противоположный наружной полке (9), расположен на выступе (11) на внутренней оболочке (7) стенки (5).

8. Лопатка (1) по п.6, отличающаяся тем, что выступ (11) расположен на внутренней оболочке (6) стенки (5) в центральной зоне (12) тела (2) лопатки.

9. Лопатка (1) по п.7, отличающаяся тем, что выступ (11) расположен на внутренней оболочке (6) стенки (5) в центральной зоне (12) тела (2) лопатки.

10. Лопатка (1) по п.6, отличающаяся тем, что выступ (11) имеет U-образную форму, кольцевую форму или кольцеобразную форму.

11. Лопатка (1) по п.8, отличающаяся тем, что выступ (11) имеет U-образную форму, кольцевую форму или кольцеобразную форму.

12. Лопатка (1) по п.6, отличающаяся тем, что выступ (11) и стенка (5) тела (2) лопатки выполнены в виде единого целого и изготовлены в ходе одной операции в общей литейной форме.

13. Лопатка (1) по п.6, отличающаяся тем, что нагружаемая распорка (10) приварена к выступу (11), к стенке (5) тела (2) лопатки и к наружной полке (9).

14. Лопатка (1) по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что лопатка содержит внутреннюю полку (13).

15. Лопатка (1) по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что лопатка (1) состоит из металла, керамики или волоконного композита.

16. Лопатка (1) по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что лопатка (1) является направляющей лопаткой направляющего диска турбинного двигателя.

17. Турбинный двигатель, содержащий, по меньшей мере, один вращающийся диск с множеством вращающихся лопаток и, по меньшей мере, один направляющий диск с множеством направляющих лопаток, отличающийся тем, что вращающиеся лопатки и/или направляющие лопатки выполнены в виде лопатки (1) по любому из пп.1-16.

18. Турбинный двигатель по п.17, отличающийся тем, что турбинный двигатель является газотурбинным или паротурбинным двигателем.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.

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.

Газовая турбина включает в себя охлаждаемую турбинную ступень (8), имеет эксплуатируемую с охлаждением охлаждающей средой направляющую лопатку (11) и устройство (19-24) подачи охлаждающей среды для подачи охлаждающей среды внутрь направляющей лопатки (11). Лопатка в области своей задней кромки (16) на своей напорной стороне (18) имеет по меньшей мере одно отверстие (25) для выхода охлаждающей среды, через которое охлаждающая среда может вытекать изнутри направляющей лопатки (11) в главное течение. Устройство (19-24) подачи охлаждающей среды имеет устройство (20) управления массовым потоком для управления массовым потоком через указанное по меньшей мере одно отверстие (25) для выхода охлаждающей среды, с помощью которого массовый поток через указанное по меньшей мере одно отверстие (25) для выхода охлаждающей среды в режиме частичной нагрузки газовой турбины (1) может увеличиваться по сравнению с режимом полной нагрузки газовой турбины (1). Достигается усиление действия направляющих лопаток при частичных нагрузках. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 1 ил.
Наверх