Охлаждаемая рабочая лопатка турбомашины



Охлаждаемая рабочая лопатка турбомашины
Охлаждаемая рабочая лопатка турбомашины

 


Владельцы патента RU 2589895:

Открытое акционерное общество "АВИАДВИГАТЕЛЬ" (RU)

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.

 

Изобретение относится к охлаждаемым рабочим лопаткам турбомашин газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.

Известна охлаждаемая рабочая лопатка турбомашины, перо и хвостовик которой выполнены с радиальными каналами для прохода охлаждающего воздуха (С.А. Вьюнов. «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей». Москва, «Машиностроение», 1981 г., стр. 166, рис. 4, 27.)

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за низкой эффективности канальной системы охлаждения.

Наиболее близкой к заявляемой является охлаждаемая рабочая лопатка турбомашины, перо которой выполнено с внутренней щелевой полостью для прохода охлаждающего воздуха, соединенной на входе с внутренней щелевой полостью хвостовика лопатки (патент RU №1625078, МПК F01D 5/18).

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является ее низкая надежность из-за повышенной температуры замкового соединения хвостовика рабочей лопатки вследствие увеличенных тепловых потоков от пера охлаждаемой лопатки в ее замковое соединение при работе турбомашины.

Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении надежности охлаждаемой рабочей лопатки турбомашины путем снижения температуры замкового соединения хвостовика рабочей лопатки за счет уменьшения тепловых потоков от пера лопатки в замковое соединение хвостовика.

Указанный технический результат достигается тем, что в охлаждаемой рабочей лопатке турбомашины, внутренняя щелевая полость пера которой соединена на входе с внутренней щелевой полостью хвостовика, СОГЛАСНО ИЗОБРЕТЕНИЮ 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, при этом щелевая полость удлиненной ножки соединена с щелевыми полостями замкового соединения и пера лопатки переходными щелевыми полостями с плавным изменением проходных площадей, причем отношение Н/h=2…6 и α=10…30°, где

H - высота внутренней щелевой полости удлиненной ножки,

h - высота внутренней щелевой полости замкового соединения хвостовика лопатки,

α - угол наклона стенки переходной щелевой полости между щелевой полостью замкового соединения и щелевой полостью удлиненной ножки к радиальной плоскости рабочей лопатки турбомашины.

Охлаждаемые рабочие лопатки современных турбомашин работают при повышенных температурах газа, существенно превышающих температуру плавления металла этих лопаток. Выполнение рабочей лопатки с удлиненной ножкой хвостовика позволяет увеличить расстояние между пером и замковым соединением хвостовика, что снижает его температуру, повышая тем самым надежность замкового соединения и лопатки в целом. Снижению тепловых потоков от пера лопатки в ее замковое соединение способствует также увеличенная высота щелевой полости удлиненной ножки, что способствует уменьшению толщины стенок ножки и повышению их теплового сопротивления с соответствующим уменьшением теплового потока в замковое соединение.

При H/h<2 - снижается надежность охлаждаемой рабочей лопатки турбомашины из-за повышения температуры замкового соединения лопатки и увеличения нагрузки от центробежных сил на это соединение вследствие увеличения массы удлиненной ножки.

При H/h>6 - снижается надежность охлаждаемой рабочей лопатки турбомашины из-за уменьшения прочности удлиненной ножки.

Охлаждающий воздух, поступающий в рабочую лопатку со стороны подошвы замкового соединения, поступает в щелевую полость пера лопатки с минимальными гидравлическими потерями, что способствует повышению эффективности охлаждения пера лопатки и повышению ее надежности.

Для уменьшения гидравлических потерь, а также для снижения напряжений в хвостовике лопатки между щелевой полостью удлиненной ножки, а также щелевыми полостями замкового соединения и пера лопатки выполнены переходные щелевые полости с плавным изменением проходных площадей.

Максимальные гидравлические потери могут возникнуть в переходной диффузорной полости между щелевой полостью замкового соединения и щелевой полостью удлиненной ножки.

При α<10° - снижается надежность охлаждаемой рабочей лопатки турбомашины из-за увеличения массы хвостовика лопатки и увеличения нагрузки на замковое соединение.

При α>30° - снижается надежность охлаждаемой рабочей лопатки турбомашины из-за повышенного гидравлического сопротивления переходной щелевой полости со стороны замкового соединения и повышения температуры пера рабочей лопатки.

На фиг. 1 изображена охлаждаемая рабочая лопатка турбомашины.

На фиг. 2 - сечение Α-A на фиг 1.

Охлаждаемая рабочая лопатка 1 турбомашины включает в себя охлаждаемое перо 2, а также хвостовик 3 с полкой 4 хвостовика.

На хвостовике 3 последовательно размещены замковое соединение 5 и удлиненная ножка 6, внутренняя щелевая полость 7 пера 2 лопатки 1 на входе соединена с щелевой полостью 8 замкового соединения 5, последовательно, через переходную нижнюю диффузорную щелевую полость 9, щелевую полость 10 удлиненной ножки 6 и периферийную переходную щелевую полость 11.

Охлаждающий воздух 12 поступает в рабочую лопатку 1 со стороны подошвы 13 замкового соединения 5, охлаждая стенки 14 и 15 удлиненной ножки 6. Поверхности 16 и 17 нижней переходной щелевой полости 9 выполнены под углом наклона α к радиальной оси 18 рабочей лопатки 1.

Работает устройство следующим образом.

При работе охлаждаемой рабочей лопатки 1 турбомашины охлаждающий воздух 12, поступающий из щелевой полости 8 замкового соединения 5 в диффузорную нижнюю переходную щелевую полость 9, тормозится и турбулизируется, что улучшает охлаждение стенок 14 и 15 удлиненной ножки 6, снижая таким образом тепловой поток от пера 2 в замковое соединение 5, что повышает надежность рабочей лопатки 1.

При изготовлении рабочей лопатки 1 методом литья внутренние щелевые полости пера и хвостовика лопатки формируются с помощью керамического стержня, механическая прочность которого существенно увеличивается за счет увеличенной высоты щелевой полости 10 удлиненной ножки 6, что снижает коробление керамического стержня при заливке лопатки, уменьшает вероятность его поломки и отклонение стенок пера лопатки по толщине, повышая тем самым надежность лопатки 1 и увеличивая процент получения годных отливок рабочих лопаток.

Охлаждаемая рабочая лопатка турбомашины, внутренняя щелевая полость пера которой соединена на входе с внутренней щелевой полостью хвостовика, отличающаяся тем, что 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, при этом щелевая полость ножки соединена со щелевыми полостями замкового соединения и пера лопатки переходными щелевыми полостями с плавным изменением проходных площадей, причем отношение H/h=2…6 и α=10…30°, где
H - высота внутренней щелевой полости удлиненной ножки,
h - высота внутренней щелевой полости замкового соединения хвостовика лопатки,
α - угол наклона стенки переходной щелевой полости между щелевой полостью замкового соединения и щелевой полостью удлиненной ножки к радиальной плоскости рабочей лопатки турбомашины.



 

Похожие патенты:

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.

Охлаждаемая лопатка высокотемпературной турбины газотурбинного двигателя содержит во внутренней полости пера цилиндрические перемычки-турбулизаторы и радиальные ребра.

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.

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.

Устройство направляющих лопаток содержит внутреннюю платформу, полый аэродинамический профиль и направляющую. Внутренняя платформа выполнена со сквозным отверстием, образующим проточный канал для охлаждающей текучей среды.

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.

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.

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.

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.

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