Охлаждаемые составные листы для газовой турбины



Охлаждаемые составные листы для газовой турбины
Охлаждаемые составные листы для газовой турбины
Охлаждаемые составные листы для газовой турбины

 


Владельцы патента RU 2619664:

СИМЕНС АКЦИЕНГЕЗЕЛЛЬШАФТ (DE)

Слоистый лист для детали газовой турбины содержит первый и второй покрывающие слои и первый промежуточный слой. Первый покрывающий слой, второй покрывающий слой и первый промежуточный слой сложены вместе один на другой. Первый промежуточный слой расположен между первым покрывающим слоем и вторым покрывающим слоем. Первый промежуточный слой содержит по меньшей мере одно первое удлиненное сквозное отверстие, через которое может протекать охлаждающая текучая среда. При этом первый промежуточный слой содержит по меньшей мере одно дополнительное первое удлиненное сквозное отверстие, которое расположено на расстоянии от первого удлиненного сквозного отверстия. Охлаждающая текучая среда может протекать через упомянутое дополнительное первое удлиненное сквозное отверстие и в плоскости слоистого листа. Первое удлиненное сквозное отверстие и дополнительное первое удлиненное сквозное отверстие соединены так, что охлаждающая текучая среда может перемещаться между первым удлиненным сквозным отверстием и дополнительным первым удлиненным сквозным отверстием. Изобретение направлено на снижение стоимости и сложности изготовления слоистого листа. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к слоистому листу для газовой турбины, содержащему охлаждающий канал для охлаждающей текучей среды. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу изготовления многослойного листа для газовой турбины.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Для повышения мощности и кпд газовых турбин температуры на входе в современных газовых турбинах становятся все выше и выше. В связи с этим увеличивающееся количество деталей турбины требует каких-либо систем охлаждения для обеспечения приемлемого ресурса. Однако увеличение, например, использования охлаждающего воздуха оказывает отрицательное влияние на кпд газовой турбины, так что требуются более эффективные способы охлаждения. Например, в небольших деталях это может быть достигнуто посредством использования комплексных охлаждающих элементов, образованных в данных деталях. Однако для более крупных структур, изготовленных, например, из листового металла, способы охлаждения, которые имеются в распоряжении, значительно более ограничены, чем те детали, которые изготавливают посредством прецизионного литья или механической обработки, и др.

Раньше изготовленные структуры для элементов газовых турбин делали пригодными для использования в условиях повышенных температур посредством изготовления деталей турбины из все более экзотических материалов. Использование таких экзотических материалов обходится дорого и ограничено доступными материалами. В качестве альтернативы, известно использование двухслойных элементов, которые расположены на расстоянии друг от друга так, что охлаждающая текучая среда протекает между элементами. Создание таких двойных элементов является дорогим вследствие сложного размещения и выравнивания между ними и ограничивает гибкость исполнения и профиля деталей турбины.

US 4,168,348 раскрывает перфорированный слоистый материал для камеры сгорания газовой турбины. Упомянутый материал содержит по меньшей мере два прилегающих листа перфорированного материала, причем перфорация без выравнивания и соединена рядом каналов, образованных на одной или обеих прилегающих поверхностях прилегающих листов.

US 3,584,972 раскрывает листовой материал с регулируемой пористостью, состоящий из двух или более металлических пластин, соединенных вместе, причем упомянутые пластины подвергаются фототравлению или другой механической обработке, чтобы образовать пустоты в пластинах, а также каналы между прилегающими поверхностями пластин. Упомянутый лист может быть использован для лопаток турбины или других горячих деталей газовой турбины.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание слоистого листа для детали газовой турбины, причем стоимость и сложность изготовления слоистого листа уменьшены.

Данная цель может быть достигнута посредством слоистого листа для детали газовой турбины и посредством способа изготовления детали газовой турбины в соответствии с независимыми пунктами формулы изобретения.

В соответствии с первым аспектом настоящего изобретения, описан слоистый лист для детали газовой турбины. Упомянутый слоистый лист содержит первый покрывающий слой, второй покрывающий слой и первый промежуточный слой. Первый покрывающий слой, второй покрывающий слой и первый промежуточный слой сложены вместе один на другой, причем первый промежуточный слой расположен между первым покрывающим слоем и вторым покрывающим слоем. Первый промежуточный слой содержит по меньшей мере одно первое удлиненное сквозное отверстие, причем охлаждающая текучая среда может протекать через упомянутое первое удлиненное сквозное отверстие. Другими словами, материал первого промежуточного слоя, который окружает первое удлиненное отверстие, первый покрывающий слой и второй покрывающий слой образуют первый охлаждающий канал, через который может протекать охлаждающая текучая среда.

В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения, описан способ изготовления слоистого листа для газовой турбины. В соответствии с упомянутым способом, в первом промежуточном слое образовано по меньшей мере одно первое удлиненное сквозное отверстие. Первый покрывающий слой, второй покрывающий слой и первый промежуточный слой сложены вместе один на другой. Первый промежуточный слой расположен между первым покрывающим слоем и вторым покрывающим слоем. Охлаждающая текучая среда может протекать через первое удлиненное сквозное отверстие. Первое удлиненное сквозное отверстие, первый покрывающий слой и второй покрывающий слой образуют охлаждающий канал, через который может протекать охлаждающая текучая среда.

Деталь газовой турбины может быть использована, например, для изготовления направляющей лопатки, лопасти турбины или камеры сгорания газовой турбины. Упомянутый слоистый лист может образовать часть элемента типа стенки или корпуса соответствующей детали газовой турбины. Упомянутый слоистый лист может представлять собой часть детали газовой турбины, которая находится в контакте с горячим рабочим газом газовой турбины.

Первый покрывающий слой, второй покрывающий слой и соответствующий промежуточный слой могут быть изготовлены из металлического материала. Первый покрывающий слой, второй покрывающий слой и первый промежуточный слой могут содержать одинаковые материалы или могут содержать разные материалы.

Например, один из первого покрывающего слоя, второго покрывающего слоя или первого промежуточного слоя может быть выполнен из металлического материала, при этом другие слои выполнены из другого материала, например стеклянного или керамического материала или углеродного волокна, или наоборот.

В примерном варианте осуществления, внешний покрывающий слой (например, первый покрывающий слой, который может быть подвергаться воздействию горячего рабочего газа турбины) может быть изготовлен из других материалов относительно первого/второго промежуточных слоев и внутреннего покрывающего слоя (например, второго покрывающего слоя, который подвергается воздействию охлаждающей текучей среды), чтобы удовлетворять соответствующим им условиям. Первый покрывающий слой может находиться (снаружи) в режиме окисления в промывающем газе (горячем), а второй покрывающий слой может находиться (внутри) в по существу инертном режиме в охлаждающем воздухе (хладоагенте) или в качестве альтернативы в режиме коррозии. Конкретно, первый (например, внешний) покрывающий слой содержит первый материал, в частности материал, стойкий к окислению, а первый промежуточный слой, второй промежуточный слой и/или второй (например, внутренний) покрывающий слой содержат второй материал, в частности материал, стойкий к коррозии. Это может увеличивать срок службы и уменьшать стоимость.

Между первым покрывающим слоем и вторым покрывающим слоем может быть вставлено множество промежуточных слоев. Таким образом, слоистый лист может содержать комплект из множества слоев, в частности первого покрывающего слоя, второго покрывающего слоя и множества из соответствующих первого и/или второго промежуточных слоев.

Первый промежуточный слой содержит удлиненное сквозное отверстие, которое образует первый охлаждающий канал. Упомянутое удлиненное сквозное отверстие содержит направление удлинения, которое направляет вдоль поверхности соответствующего первого покрывающего слоя или второго покрывающего слоя. Конкретно, внутренняя поверхность первого покрывающего слоя или второго покрывающего слоя содержит соответствующую нормаль, которая направляет в направлении первого промежуточного слоя. Упомянутое направление удлинения первого удлиненного сквозного отверстия в частности перпендикулярно упомянутой нормали внутренней поверхности соответствующего покрывающего слоя. Таким образом, отмечается, что упомянутое удлиненное сквозное отверстие представляет собой не только сквозное отверстие, через которое охлаждающая текучая среда протекает вдоль направления, параллельного нормали соответствующей поверхности соответствующего покрывающего слоя, но первое удлиненное сквозное отверстие образовано так, что охлаждающая текучая среда, протекающая через первое удлиненное сквозное отверстие, протекает вдоль поверхности соответствующих покрывающих слоев и, следовательно, перпендикулярно нормали поверхности соответствующего покрывающего слоя.

Посредством способа настоящего изобретения, соответствующий охлаждающий канал образован посредством соответствующего удлиненного сквозного отверстия и соответствующих внутренних поверхностей соответствующих покрывающих слоев. Для образования охлаждающего канала не требуется дополнительных канавок или проточенных пазов в первом или втором покрывающих слоях. Кроме того, образование удлиненного сквозного отверстия в промежуточном слое проще по сравнению с образованием канавки с заданной глубиной в промежуточном слое, поскольку в процессе изготовления сложно регулировать требуемую глубину такой канавки.

В частности, первый покрывающий слой и второй покрывающий слой не содержат никаких канавок для образования охлаждающего канала. Охлаждающий канал образован только посредством первого удлиненного сквозного отверстия, которое проточено в первом промежуточном слое.

Таким образом, поскольку в соответствующих покрывающих слоях не требуется никаких канавок, регулирование и выравнивание соответствующих покрывающих слоев относительно промежуточного слоя упрощается, поскольку для образования соответствующего охлаждающего канала не нужно точно регулировать соответствующие покрывающие слои относительно промежуточного слоя. Кроме того, можно также сгибать слоистый лист, после того как покрывающие слои сложены вместе, поскольку смещения, которые могут возникать вследствие сгибания обычных двухслойных листов, которые содержат разнесенные элементы типа стенки.

В соответствии с другим примерным вариантом осуществления, слоистый лист содержит второй промежуточный слой. Первый покрывающий слой, второй покрывающий слой, первый промежуточный слой и второй промежуточный слой сложены вместе один на другой, при этом второй промежуточный слой расположен между первым промежуточным слоем с одной стороны и первым покрывающим слоем или вторым покрывающим слоем с другой стороны. Второй промежуточный слой содержит по меньшей мере одно второе удлиненное сквозное отверстие, через которое может протекать охлаждающая текучая среда. Второе удлиненное сквозное отверстие образует второй охлаждающий канал, через который может протекать охлаждающая текучая среда.

Второй промежуточный слой может быть выровнен относительно первого промежуточного слоя таким образом, что первый охлаждающий канал и второй охлаждающий канал расположены на расстоянии друг от друга, и так, что первый охлаждающий канал и второй охлаждающий канал изолированы друг от друга, так что каждый из охлаждающих каналов содержит отдельные входы и выходы для охлаждающей текучей среды.

В качестве альтернативы, первый охлаждающий канал и второй охлаждающий канал могут быть соединены так, что охлаждающая текучая среда может перемещаться, например, из одного первого охлаждающего канала в другой второй охлаждающий канал.

В другом примерном варианте осуществления, первое удлиненное сквозное отверстие и второе удлиненное сквозное отверстие параллельны относительно друг друга.

В соответствии с другим примерным вариантом осуществления, первое удлиненное сквозное отверстие проходит вдоль первого направления, а второе удлиненное сквозное отверстие проходит вдоль второго направления, причем первое направление и второе направление не параллельны, в частности перпендикулярны относительно друг друга. Таким образом, охлаждающий канал и дополнительный охлаждающий канал могут образовать, например, матрицу охлаждающих каналов.

В соответствии с другим примерным вариантом осуществления, первое удлиненное сквозное отверстие и второе удлиненное сквозное отверстие перекрываются друг с другом в зоне перекрытия так, что охлаждающая текучая среда может протекать между первым удлиненным сквозным отверстием (и соответственно первым охлаждающим каналом) и вторым удлиненным сквозным отверстием (и соответственно вторым охлаждающим каналом). Другими словами, если первый промежуточный слой расположен непосредственно на втором промежуточном слое, то первый охлаждающий канал и второй охлаждающий канал выровнены таким образом, что они пересекаются друг с другом в зонах перекрытия, при этом в упомянутых зонах перекрытия возможен обмен охлаждающей текучей средой между соответствующими охлаждающими каналами.

В соответствии с другим примерным вариантом осуществления, первый покрывающий слой содержит первое сквозное отверстие, причем упомянутый первый покрывающий слой выровнен относительно первого промежуточного слоя так, что охлаждающая текучая среда может протекать между первым сквозным отверстием и охлаждающим каналом. Таким образом, первое сквозное отверстие может функционировать как вход для охлаждающей текучей среды и/или выход для охлаждающей текучей среды, через которые охлаждающая текучая среда может перемещаться в или из первого охлаждающего канала.

В качестве альтернативы, первый покрывающий слой и/или второй покрывающий слой может не содержать никаких сквозных отверстий, через которые охлаждающая текучая среда может направляться в соответствующие охлаждающие каналы. В этом случае охлаждающая текучая среда может быть направлена в соответствующие охлаждающие каналы через узкую сторону (переднюю поверхность) соответствующего слоистого листа. Соответствующее первое удлиненное сквозное отверстие и/или соответствующее второе удлиненное сквозное отверстие могут представлять собой открытое удлиненное отверстие, которое содержит отверстие в узкой стороне (передней поверхности) соответствующего первого и/или второго промежуточного слоя. Таким образом, соответствующее удлиненное сквозное отверстие содержит соответствующий вход/выход для охлаждающей текучей среды, который образован в соответствующей узкой стороне соответствующего промежуточного слоя так, что охлаждающая текучая среда может направляться через соответствующие входы/выходы вдоль направления, которое приблизительно перпендикулярно нормали внутренней поверхности соответствующего первого и/или второго покрывающего слоя.

В соответствии с другим примерным вариантом осуществления, первый покрывающий слой содержит дополнительное первое отверстие, которое расположено на расстоянии от первого сквозного отверстия, причем первый покрывающий слой выровнен относительно первого промежуточного слоя так, что охлаждающая текучая среда может протекать между упомянутым дополнительным первым сквозным отверстием и первым удлиненным сквозным отверстием, т.е. первым охлаждающим каналом. Таким образом, посредством первого покрывающего слоя может быть предусмотрено множество входов и выходов для охлаждающей текучей среды, что охлаждающая текучая среда может втекать или вытекать из соответствующего охлаждающего канала.

В примерном варианте осуществления, через соответствующий первый покрывающий слой может быть предусмотрено множество первых сквозных отверстий и дополнительных первых сквозных отверстий, при этом охлаждающая текучая среда из первого охлаждающего канала может быть выпущена через первые и/или дополнительные первые сквозные отверстия, так что может быть обеспечено пленочное охлаждение слоистого листа и конкретно соответствующего первого покрывающего слоя.

В соответствии с другим примерным вариантом осуществления, второй покрывающий слой содержит второе сквозное отверстие, причем второй покрывающий слой выровнен относительно первого промежуточного слоя и/или второго промежуточного слоя, соответственно, так, что охлаждающая текучая среда может протекать между вторым сквозным отверстием и соответствующим (первым или вторым) удлиненным сквозным отверстием, т.е. охлаждающим каналом.

Например, в примерном варианте осуществления, охлаждающая текучая среда может быть введена в первое удлиненное сквозное отверстие через первое сквозное отверстие, и охлаждающая текучая среда может быть выпущена, например, из соответствующего удлиненного сквозного отверстия через вторые сквозные отверстия во втором покрывающем слое.

Таким образом, охлаждающая текучая среда может быть введена через первые сквозные отверстия в соответствующий охлаждающий канал из внешней зоны слоистого листа, причем после охлаждения слоистого листа охлаждающая текучая среда выпускается через вторые сквозные отверстия. Конкретно, охлаждающая текучая среда выпускается через вторые сквозные отверстия во внутренний объем газовой турбины, где горячий рабочий газ протекает вдоль (например, в камеру сгорания газовой турбины). Таким образом, может быть обеспечено так называемое пленочное охлаждение внутренней стороны детали газовой турбины.

В соответствии с другим примерным вариантом осуществления, второй покрывающий слой содержит дополнительное второе сквозное отверстие, которое расположено на расстоянии от второго сквозного отверстия. Второй покрывающий слой выровнен относительно первого промежуточного слоя и/или второго промежуточного слоя так, что охлаждающая текучая среда может протекать между упомянутым дополнительным вторым сквозным отверстием и первым (или вторым) удлиненным сквозным отверстием.

В соответствии с другим примерным вариантом осуществления, первый промежуточный слой содержит по меньшей мере одно дополнительное первое сквозное отверстие, которое расположено на расстоянии от первого удлиненного сквозного отверстия. Упомянутое дополнительное первое сквозное отверстие образует дополнительный первый охлаждающий канал, так что охлаждающая текучая среда может протекать в упомянутом дополнительном первом удлиненном сквозном отверстии.

В примерном варианте осуществления первое удлиненное сквозное отверстие и упомянутое дополнительное первое удлиненное сквозное отверстие могут быть параллельны друг другу или в другом примерном варианте осуществления не параллельны, в частности перпендикулярны относительно друг друга. Таким образом, первое удлиненное сквозное отверстие и дополнительное первое удлиненное сквозное отверстие могут пересекаться друг с другом.

В частности, в соответствии с примерным вариантом осуществления, первый промежуточный слой содержит множество дополнительных первых удлиненных сквозных отверстий, которые расположены на расстоянии друг от друга и от первого удлиненного сквозного отверстия.

В соответствии с другим примерным вариантом осуществления, первое удлиненное сквозное отверстие и упомянутое дополнительное первое удлиненное сквозное отверстие соединены так, что охлаждающая текучая среда может протекать между первым удлиненным сквозным отверстием и дополнительным первым удлиненным сквозным отверстием. Таким образом, первое удлиненное сквозное отверстие и дополнительное первое удлиненное сквозное отверстие образуют матрицу и циркуляцию охлаждающей текучей среды между ними, соответственно.

Соответственно, второй промежуточный слой может также содержать соответствующие дополнительные вторые удлиненные сквозные отверстия, которые могут быть параллельны второму удлиненному сквозному отверстию или не параллельны соответствующим вторым удлиненным сквозным отверстиям.

В соответствии с другим примерным вариантом осуществления, первое удлиненное сквозное отверстие и упомянутое дополнительное первое удлиненное сквозное отверстие соединены так, что охлаждающая текучая среда может протекать между первым удлиненным сквозным отверстием и дополнительным первым удлиненным сквозным отверстием.

Если первые удлиненные сквозные отверстия и дополнительные первые удлиненные сквозные отверстия проходят не параллельно относительно друг друга, то первые удлиненные сквозные отверстия и дополнительные первые удлиненные сквозные отверстия пересекаются или перекрываются друг с другом, соответственно, так что может быть образована матрица охлаждающих каналов.

В соответствии с другим примерным вариантом осуществления, первый покрывающий слой и/или второй покрывающий слой содержит элемент, направляющий текучую среду. Упомянутый элемент, направляющий текучую среду, проходит из первого покрывающего слоя, в частности из внутренней поверхности первого покрывающего слоя, в первое удлиненное сквозное отверстие для направления охлаждающей текучей среды в пределах первого охлаждающего канала. В качестве альтернативы, упомянутый элемент, направляющий текучую среду, может также проходить из второго покрывающего слоя, т.е. из внутренней поверхности второго покрывающего слоя, в первое удлиненное сквозное отверстие или во второе удлиненное сквозное отверстие соответственно.

Элементы, направляющие текучую среду, могут образовать, например, гребень, ребра, выпуклости, выемки и др.

В итоге, посредством настоящего изобретения создан композиционный слоистый лист, который состоит из нескольких слоев, таких как по меньшей мере первый покрывающий слой, второй покрывающий слой, первый промежуточный слой и/или множество промежуточных слоев. По меньшей мере один из промежуточных слоев образован таким образом, чтобы обеспечивать охлаждающие каналы посредством содержания удлиненных сквозных отверстий. Кроме того, из покрывающих слоев элементы, направляющие текучую среду, могут проходить в соответствующие удлиненные сквозные отверстия.

Соответствующие слои (покрывающие слои и промежуточные слои) могут быть соединены вместе, чтобы образовать единый слоистый лист с встроенными охлаждающими каналами, в частности образованными посредством удлиненных сквозных отверстий в промежуточных слоях, и с встроенными охлаждающими элементами, такими как элементы, направляющие текучую среду. Упомянутый слоистый лист может быть использован для образования законченной детали газовой турбины. Кроме того, упомянутый слоистый лист может быть прикреплен к множеству других прилегающих слоистых листов для образования законченной детали, такой как камера сгорания или направляющая лопатка газовой турбины. Форма и признаки вышеописанного слоистого листа могут быть использованы для обеспечения возможности использования контактной сварки сопротивлением для сплавления множества слоев вместе. Соответствующие слои, в частности промежуточные слои, могут быть также гофрированными для образования удлиненных сквозных отверстий (охлаждающих каналов). Элемент, направляющий текучую среду, может быть введен в охлаждающие каналы для увеличения передачи тепла.

Посредством способа настоящего изобретения, использование вышеописанного слоистого листа, который охлаждается посредством охлаждающей текучей среды, допускает множество различных структур и элементов в газовой турбине, в которых могут отсутствовать комплексные охлаждающие элементы. С другой стороны, обеспечивается требуемая эффективность охлаждения, так что могут быть повышены температуры горения или может быть уменьшен массовый расход охлаждающей текучей среды. Кроме того, могут быть использованы более дешевые материалы и обеспечен более длительный срок службы элементов газовой турбины.

Необходимо отметить, что варианты осуществления изобретения описаны со ссылкой на разные объекты патентования. В частности, некоторые варианты осуществления описаны со ссылкой на формулу изобретения на устройство, тогда как другие варианты осуществления описаны со ссылкой на формулу изобретения на способ. Однако для специалистов в данной области техники из приведенного выше и ниже описания будет понятно, что если не указано иное, помимо любой комбинации признаков, принадлежащих одному типу объекта патентования, любая комбинация признаков, относящихся к разным объектам патентования, в частности признаков формулы изобретения на устройство и признаков формулы изобретения на способ, считается также раскрытой данной заявкой.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Аспекты, описанные выше, и дополнительные аспекты настоящего изобретения очевидны из примеров осуществления, описанных ниже и объясненных со ссылкой на примеры осуществления. Изобретение будет более подробно описано ниже со ссылкой на примеры осуществления, которыми изобретение не ограничено.

Фиг.1 представляет собой пояснительный вид слоистого листа, содержащего четыре слоя в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения;

Фиг.2 представляет собой примерный вид законченного слоистого листа, показанного на фиг.1, в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения; и

Фиг.3 представляет собой примерный вид детали газовой турбины, в частности направляющей лопатки соплового аппарата, которая изготовлена из слоистого листа в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Изображения в чертежах являются схематическими. Отмечается, что в разных чертежах одинаковые или аналогичные элементы снабжены одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг.1 и фиг.2 показывают примерный вариант осуществления слоистого листа 100 для детали газовой турбины в соответствии с примерным вариантом осуществления настоящего изобретения, причем на фиг.1 показан вид с пространственным разделением используемых слоев 110, 120, 130, 140, а на фиг.2 показан законченный слоистый лист 100, в котором все слои 110, 120, 130, 140 соединены вместе.

Как можно понять из фиг.1, слоистый лист 100 содержит первый покрывающий слой 110, второй покрывающий слой 120 и первый промежуточный слой 130. Кроме того, примерный вариант осуществления, показанный на фиг.1, показывает слоистый лист 100 с дополнительным вторым промежуточным слоем 140.

Однако слоистый лист 100 может быть образован с одним первым промежуточным слоем 130, с двумя промежуточными слоями 130, 140 или с множеством промежуточных слоев 130, 140.

Первый покрывающий слой 110, второй покрывающий слой 120 и первый промежуточный слой 130 складывают вместе один на другой. Первый промежуточный слой 130 расположен между первым покрывающим слоем 110 и вторым покрывающим слоем 120. Первый промежуточный слой 130 содержит по меньшей мере одно первое удлиненное сквозное отверстие 131. Первое удлиненное сквозное отверстие 131, первый покрывающий слой 110 и второй покрывающий слой 120 образуют первый охлаждающий канал, через который может протекать охлаждающая текучая среда.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг.1, слоистый лист 100 дополнительно содержит второй промежуточный слой 140, который расположен между первым промежуточным слоем 130 с одной стороны и вторым покрывающим слоем 120 с другой стороны. Второй промежуточный слой 140 содержит по меньшей мере одно второе удлиненное сквозное отверстие 141, которое образует дополнительный охлаждающий канал, так что охлаждающая текучая среда может протекать в пределах дополнительного второго охлаждающего канала.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг.1, первый промежуточный слой 130 содержит множество удлиненных сквозных отверстий 131, 132. Множество дополнительных первых удлиненных сквозных отверстий 132 проходят параллельно относительно друг друга. Первое удлиненное сквозное отверстие 131 проходит не параллельно дополнительному первому удлиненному сквозному отверстию 132.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг.1, первое удлиненное сквозное отверстие 131 пересекается с удлиненными сквозными отверстиями 132 так, что первое удлиненное сквозное отверстие 131 соединено с и связано с дополнительными первыми удлиненными сквозными отверстиями 132. Таким образом, охлаждающая текучая среда может перемещаться из охлаждающего канала, образованного посредством первого удлиненного сквозного отверстия 131, во все дополнительные охлаждающие каналы, образованные посредством дополнительных первых удлиненных сквозных отверстий 132.

Как показано на фиг.1, в первом покрывающем слое 110 образовано первое сквозное отверстие 111 и множество дополнительных первых сквозных отверстий 112. Через соответствующие сквозные отверстия 111, 112 охлаждающая текучая среда может быть введена или выпущена через соответствующие удлиненные сквозные отверстия 131, 132.

Кроме того, элементы, направляющие текучую среду, такие как выступы и/или ребра, могут проходить из внутренней поверхности первого покрывающего слоя 110 в соответствующие первые удлиненные сквозные отверстия 131, 132, чтобы увеличивать передачу тепла и направлять охлаждающую текучую среду, протекающую через соответствующие охлаждающие каналы. Для упрощения элементы, направляющие текучую среду, на чертежах не показаны.

Кроме того, фиг.1 показывает второй промежуточный слой 140, который содержит второе удлиненное сквозное отверстие 141 и дополнительное второе удлиненное сквозное отверстие 142. Второй промежуточный слой 140 содержит множество вторых удлиненных сквозных отверстий 141, 142. Множество дополнительных вторых удлиненных сквозных отверстий 142 проходят параллельно относительно друг друга. Второе удлиненное сквозное отверстие 141 проходит не параллельно дополнительному второму удлиненному сквозному отверстию 142.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг.1, второе удлиненное сквозное отверстие 141 пересекается с дополнительными вторыми удлиненными сквозными отверстиями 142 так, что второе удлиненное сквозное отверстие 141 соединено и связано с дополнительными вторыми удлиненными отверстиями 142. Таким образом, охлаждающая текучая среда может перемещаться из охлаждающего канала, образованного посредством второго удлиненного сквозного отверстия 141, во все дополнительные охлаждающие каналы, образованные посредством дополнительных вторых удлиненных отверстий 142.

Как показано на фиг.1, во втором покрывающем слое 120 образовано второе сквозное отверстие 121 и множество дополнительных вторых сквозных отверстий 122. Через соответствующие сквозные отверстия 121, 122 охлаждающая текучая среда может быть введена или выпущена через соответствующие удлиненные сквозные отверстия 141, 142.

Кроме того, элементы, направляющие текучую среду, такие как выступы и/или ребра, могут проходить из внутренней поверхности второго покрывающего слоя 120 в соответствующие вторые удлиненные сквозные отверстия 141, 142, чтобы увеличивать передачу тепла и направлять охлаждающую текучую среду, протекающую через соответствующие охлаждающие каналы. Для упрощения элементы, направляющие текучую среду, на чертежах не показаны.

В примерном варианте осуществления, показанном на фиг.1, дополнительные первые удлиненные сквозные отверстия 132 проходят не параллельно относительно дополнительных вторых удлиненных сквозных отверстий 142. Таким образом, дополнительные первые удлиненные сквозные отверстия 132 и дополнительные вторые удлиненные сквозные отверстия 142 перекрываются друг с другом в соответствующих зонах перекрытия, так что охлаждающая текучая среда может протекать между первыми удлиненными сквозными отверстиями 131, 132 и вторыми удлиненными сквозными отверстиями 141, 142. Таким образом, охлаждающая текучая среда, например, может быть введена через первые сквозные отверстия 111, 112 первого покрывающего слоя 110 в соответствующие первые охлаждающие каналы, образованные посредством первых удлиненных сквозных отверстий 131, 132, и перемещается дальше в пределах упомянутых зон перекрытия в соответствующие вторые охлаждающие каналы, образованные посредством вторых удлиненных сквозных отверстий 141, 142, и затем может быть выпущена через вторые сквозные отверстия 121, 122 во втором покрывающем слое 120.

Первое и второе удлиненные сквозные отверстия 131, 141 представляют собой каналы соответственно для распределения и сбора охлаждающей текучей среды. Первое и второе удлиненные сквозные отверстия 131, 141 расположены на расстоянии друг от друга и преимущественно в противоположных концах слоистого листа 100. Первое и второе удлиненные сквозные отверстия 131, 141 расположены на расстоянии, по меньшей мере вдвое большем ширины (т.е. перпендикулярно продольной длине или направлению) удлиненного сквозного отверстия. Предпочтительно, первое и второе удлиненные сквозные отверстия 131, 141 расположены на расстоянии, по меньшей мере в пять раз большем ширины удлиненного сквозного отверстия.

Предпочтительно, охлаждающая текучая среда перемещается в плоскости слоистого листа и таким образом охлаждает большую площадь поверхности. В этом состоит отличие от варианта, когда «входные» сквозные отверстия 111, 112 расположены слишком близко к «выходным» сквозным отверстиям 121, 122, а хладоагент проходит практически прямо сквозь плоскость слоистого листа, не перемещаясь в плоскости слоистого листа. В этом случае можно сказать, что хладоагент проходит напрямик сквозь слоистый лист между входом и выходом хладоагента.

Первое и второе удлиненные сквозные отверстия 131, 141 показаны имеющими преимущественно постоянную ширину; однако их ширина может изменяться, для того чтобы более равномерно распределять и собирать хладоагент в и из первых и вторых удлиненных сквозных отверстий 132, 142. Кроме того, ширина первых и вторых удлиненных отверстий 132, 142 может изменяться вдоль длины каждого отверстия, чтобы предпочтительно увеличивать или уменьшать охлаждение в соответствии с необходимостью. Аналогично, ширина всех удлиненных сквозных отверстий в их множестве необязательно должна быть постоянной, и одно сквозное отверстие может быть шире или уже чем соседнее удлиненное сквозное отверстие. Сквозные отверстия 131, 132, 141, 142 необязательно должны быть прямолинейными, если смотреть перпендикулярно плоскости слоистого листа, и могут быть, например, изогнутыми, S-образными, зигзагообразными, V-образными или зубчатыми.

Слоистый лист 100 может быть плоским или изогнутым и в более чем одной плоскости.

Фиг.2 показывает такое примерное перемещение охлаждающей текучей среды. Охлаждающая текучая среда вводится через сквозные отверстия 111, 112 первого покрывающего слоя 110 и выпускается после перемещения через соответствующие охлаждающие каналы через вторые сквозные отверстия 121, 122 во втором покрывающем слое 120.

Например, вторые сквозные отверстия 121, 122 и второй покрывающий слой 120, соответственно, могут образовать элемент типа стенки соответствующей детали турбины, который находится в контакте с горячим рабочим газом газовой турбины. Таким образом, посредством выпуска охлаждающей текучей среды через соответствующие вторые сквозные отверстия 121, 122 может быть обеспечено пленочное охлаждение.

Фиг.3 показывает деталь газовой турбины, в частности направляющую 300 лопатку соплового аппарата газовой турбины, которая выполнена из слоистых листов 100, которые показаны на фиг.1 и 2.

Направляющая лопатка 300 соплового аппарата содержит переднюю кромку 301 и заднюю кромку 302. Горячий рабочий газ газовой турбины набегает на переднюю кромку 301 и перемещается дальше вдоль соответствующих поверхностей к задней кромке 302. Направляющая лопатка 300 соплового аппарата содержит полую структуру, содержащую внутренний объем. Охлаждающая текучая среда перемещается через упомянутый внутренний объем.

Первый покрывающий слой 110 направляющей лопатки 300 соплового аппарата окружает внутренний объем направляющей лопатки 300 соплового аппарата. Таким образом, первый покрывающий слой 110 образует внутренний слой направляющей лопатки 300, который расположен во внутреннем объеме направляющей лопатки 300 соплового аппарата и который находится в контакте с охлаждающей текучей средой. Второй покрывающий слой 120 образует внешний покрывающий слой направляющей лопатки 300 соплового аппарата, который находится в контакте с горячим рабочим газом газовой турбины, проходящим через направляющую лопатку 300 соплового аппарата.

Первый промежуточный слой 130 расположен между первым покрывающим слоем 110 и вторым покрывающим слоем 120. Первый промежуточный слой 130 содержит соответствующие вырезы, т.е. первое удлиненное сквозное отверстие 131 и дополнительные первые удлиненные сквозные отверстия 132, для образования соответствующих охлаждающих каналов между первым и вторым покрывающими слоями 110, 120.

Первые удлиненные сквозные отверстия 131, 131' проходят перпендикулярно дополнительным первым удлиненным сквозным отверстиям 132. Конкретно, первые удлиненные сквозные отверстия 131, 131' проходят вдоль передней кромки 301 и вдоль задней кромки 302, соответственно. Дополнительные первые удлиненные сквозные отверстия 132 проходят перпендикулярно первым удлиненным сквозным отверстиям 131, 131', так что охлаждающая текучая среда может протекать через соответствующие дополнительные первые удлиненные сквозные отверстия 132 в направлении между передней кромкой 301 и задней кромкой 302 направляющей лопатки 300 соплового аппарата.

Первый покрывающий слой 110 содержит сквозные отверстия 111, 112. Охлаждающая текучая среда может перемещаться из внутреннего объема через соответствующие первые сквозные отверстия 111, 112 первого покрывающего слоя 110 в соответствующие охлаждающие каналы, образованные посредством первых удлиненных сквозных отверстий 131, 131' и дополнительных первых удлиненных сквозных отверстий 132.

Внешний второй покрывающий слой 120 содержит вторые сквозные отверстия 121, 122, через которые охлаждающая текучая среда может быть выпущена из охлаждающих каналов. Таким образом, посредством выпуска охлаждающего воздуха через вторые сквозные отверстия 121, 122 может быть обеспечено дополнительное пленочное охлаждение. Конкретно, можно эффективно образовать вторые сквозные отверстия 121', 122' в зонах передней кромки 301. Передняя кромка 301 может представлять собой один из самых горячих участков сопла 300 направляющей лопатки во время работы газовой турбины.

Необходимо отметить, что термин «содержащий» не исключает других элементов или этапов, а единственное число не исключает множества. Кроме того, элементы, описанные в связи с разными вариантами осуществления, могут быть объединены. Необходимо также отметить, что ссылочные позиции в формуле изобретения не следует толковать как ограничивающие объем формулы изобретения.

1. Слоистый лист (100) для детали газовой турбины, содержащий:

первый покрывающий слой (110),

второй покрывающий слой (120) и

первый промежуточный слой (130),

причем первый покрывающий слой (110), второй покрывающий слой (120) и первый промежуточный слой (130) сложены вместе один на другой,

при этом первый промежуточный слой (130) расположен между первым покрывающим слоем (110) и вторым покрывающим слоем (120),

причем первый промежуточный слой (130) содержит по меньшей мере одно первое удлиненное сквозное отверстие (131), через которое может протекать охлаждающая текучая среда,

при этом первый промежуточный слой (130) содержит по меньшей мере одно дополнительное первое удлиненное сквозное отверстие (132), которое расположено на расстоянии от первого удлиненного сквозного отверстия (131),

причем охлаждающая текучая среда может протекать через упомянутое дополнительное первое удлиненное сквозное отверстие (132) и в плоскости слоистого листа,

при этом первое удлиненное сквозное отверстие (131) и дополнительное первое удлиненное сквозное отверстие (132) соединены так, что охлаждающая текучая среда может перемещаться между первым удлиненным сквозным отверстием (131) и дополнительным первым удлиненным сквозным отверстием (132).

2. Слоистый лист (100) по п. 1, дополнительно содержащий второй промежуточный слой (140), причем первый покрывающий слой (110), второй покрывающий слой (120), первый промежуточный слой (130) и второй промежуточный слой (140) сложены вместе один на другой,

при этом второй промежуточный слой (140) расположен между первым промежуточным слоем (130) с одной стороны и первым покрывающим слоем (110) или вторым покрывающим слоем (120) с другой стороны,

причем второй промежуточный слой (140) содержит по меньшей мере одно второе удлиненное сквозное отверстие (141), через которое может протекать охлаждающая текучая среда.

3. Слоистый лист (100) по п. 2, в котором первое удлиненное сквозное отверстие (131) и второе удлиненное сквозное отверстие (141) параллельны относительно друг друга.

4. Слоистый лист (100) по п. 2, в котором первое удлиненное сквозное отверстие (131) проходит вдоль первого направления, а второе удлиненное сквозное отверстие (141) проходит вдоль второго направления, причем первое направление и второе направление не параллельны, в частности перпендикулярны относительно друг друга.

5. Слоистый лист (100) по п. 4, в котором первое удлиненное сквозное отверстие (131) и второе удлиненное сквозное отверстие (141) перекрываются друг с другом в зоне перекрытия, так что охлаждающая текучая среда может протекать между первым удлиненным сквозным отверстием (131) и вторым удлиненным сквозным отверстием (141).

6. Слоистый лист (100) по любому из пп. 1-5, в котором первый покрывающий слой (110) содержит первое сквозное отверстие (111), причем первый покрывающий слой (110) выровнен относительно первого промежуточного слоя (130) так, что охлаждающая текучая среда может протекать между первым сквозным отверстием (111) и первым удлиненным сквозным отверстием (131).

7. Слоистый лист (100) по п. 6, в котором первый покрывающий слой (110) содержит дополнительное первое сквозное отверстие (112), которое расположено на расстоянии от первого сквозного отверстия (111), причем первый покрывающий слой (110) выровнен относительно первого промежуточного слоя (130) так, что охлаждающая текучая среда может протекать между дополнительным первым сквозным отверстием (112) и первым удлиненным сквозным отверстием (131).

8. Слоистый лист (100) по любому из пп. 1-5, в котором второй покрывающий слой (120) содержит второе сквозное отверстие (121), причем второй покрывающий слой (120) выровнен относительно первого промежуточного слоя так, что охлаждающая текучая среда может протекать между вторым сквозным отверстием (121) и первым удлиненным сквозным отверстием (131).

9. Слоистый лист (100) по п. 8, в котором второй покрывающий слой (120) содержит дополнительное второе сквозное отверстие (132), которое расположено на расстоянии от второго сквозного отверстия (121), причем второй покрывающий слой (120) выровнен относительно первого промежуточного слоя (130) так, что охлаждающая текучая среда может протекать между дополнительным вторым сквозным отверстием (122) и первым удлиненным сквозным отверстием (131).

10. Слоистый лист (100) по любому из пп. 1-5, в котором первое удлиненное сквозное отверстие (131) и дополнительное первое удлиненное сквозное отверстие (132) параллельны или не параллельны, в частности перпендикулярны относительно друг друга.

11. Слоистый лист (100) по любому из пп. 1-5, в котором первый промежуточный слой (130) содержит множество дополнительных первых удлиненных сквозных отверстий (132), которые расположены на расстоянии друг от друга и образуют первое удлиненное сквозное отверстие (131).

12. Слоистый лист (100) по любому из пп. 1-5, в котором первый покрывающий слой (110) содержит элемент, направляющий текучую среду, причем упомянутый элемент, направляющий текучую среду, проходит из первого покрывающего слоя (110) в первое удлиненное сквозное отверстие (131) для направления охлаждающей текучей среды в пределах первого удлиненного сквозного отверстия (131).

13. Слоистый лист (100) по любому из пп. 1-5, в котором первый покрывающий слой (110) содержит первый материал, в частности материал, стойкий к окислению, и в котором первый промежуточный слой (130), второй промежуточный слой (140) и/или второй покрывающий слой (120) содержат второй материал, в частности материал, стойкий к коррозии.

14. Слоистый лист (100) по любому из пп. 1-5, в котором первое удлиненное сквозное отверстие (131) пересекается с удлиненными сквозными отверстиями (132) так, что первое удлиненное сквозное отверстие (131) соединено и связано с дополнительными первыми удлиненными сквозными отверстиями (132).

15. Деталь турбины, в частности камера сгорания или сопло направляющей лопатки, содержащая слоистый лист по любому из пп. 1-14.



 

Похожие патенты:

Данное изобретение относится к турбинному узлу (10, 10а), содержащему в основном полую лопатку (12) и по меньшей мере одно дефлекторное устройство (14, 14а, 14d), при этом полая лопатка (12) имеет по меньшей мере первую боковую стенку (16, 18), проходящую от входной кромки (20) к выходной кромке (22) полой лопатки (12), и по меньшей мере одну полость (24), в которой в собранном состоянии упомянутого по меньшей мере одного дефлекторного устройства (14, 14а, 14d) в полой лопатке (12) упомянутое по меньшей мере одно дефлекторное устройство (14, 14а, 14d) расположено на заданном расстоянии относительно внутренней поверхности (26) полости (24) для струйно-дефлекторного охлаждения этой по меньшей мере одной внутренней поверхности (26) и с образованием проточного канала (28) для охлаждающей среды (30), проходящего от входной кромки (20) к выходной кромке (22), и при этом упомянутое по меньшей мере одно дефлекторное устройство (14, 14а, 14d) содержит первую деталь (42) и вторую деталь (44), расположенные бок о бок в осевом направлении (78), причем вторая деталь (44) расположена за первой деталью (42) при рассматривании в осевом направлении (78), и с осевым расстоянием друг от друга с образованием первого проточного прохода (46), обеспечивающего прохождение с одной стороны лопатки (12) к противоположной стороне лопатки (12).

Двухконтурный турбореактивный двигатель содержит компрессор с думисной полостью, камеру сгорания, турбину, аппарат закрутки турбины, сообщенный и с транзитными полостями лопаток соплового аппарата турбины, и с каналами подвода воздуха высокого давления, вращающийся направляющий аппарат и каналы подвода воздуха низкого давления, сообщенные с внутренними полостями охлаждаемых рабочих лопаток турбины.

Сопловой аппарат турбины высокого давления содержит перо лопатки, ограниченное входной и выходной кромками, наружную и внутреннюю полки, внутреннее кольцо и наружное кольцо, установленные на внутренней полке с образованием между ними кольцевой щели нижней воздушной завесы.

В настоящей заявке описан держатель уплотнения, используемый вокруг ряда отверстий в платформе сопловой лопатки турбины, предназначенных для прохождения воздуха. Держатель уплотнения может иметь внутреннюю поверхность, обращенную к платформе и имеющую выполненные на ней пазы, совмещенные с проточными отверстиями платформы, и противоположную внешнюю поверхность, вокруг которой расположено уплотнение.

Полая лопатка имеет аэродинамический профиль, простирающийся в продольном направлении, и содержит основание, конец, внутренний канал охлаждения внутри аэродинамического профиля, полость, расположенную в конце, открытую к свободному окончанию лопатки и ограниченную торцевой стенкой и ободом.

Газотурбинный двигатель содержит камеру сгорания и узел направляющих лопаток. Узел направляющих лопаток содержит первый и второй узлы направляющих лопаток, расположенные вдоль окружного направления турбины, а также дополнительный первый узел направляющих лопаток.

Элемент турбины газотурбинного двигателя содержит подложку, имеющую наружную поверхность, внутреннюю поверхность и торец. Внутренняя поверхность ограничивает по меньшей мере одно полое внутреннее пространство.

Узел инжекционного охлаждения для использования во внутренней платформе сопловой лопатки турбины содержит вставку инжекционного охлаждения, камеру инжекционного охлаждения и трубный элемент.

Направляющая лопатка турбины имеет аэродинамически изогнутую рабочую часть лопатки, которая имеет снабженную дроссельным элементом канальную систему из канальных участков для направления охлаждающего средства.

Изобретение относится к энергетике. Предложена внутренняя платформа сопловой лопатки турбины.

Устройство секционного охлаждения для подачи охлаждающего потока в турбине с потоком газообразных продуктов сгорания содержит турбинную сопловую лопатку, дефлектор для охлаждающей среды и инжекционную пластину. Турбинная сопловая лопатка имеет вставку, расположенную в ее аэродинамической части, и наружную боковую поверхность. Дефлектор для охлаждающей среды имеет проход для охлаждающей среды высокого давления, сообщающийся с указанной вставкой, в первом контуре. Инжекционная пластина расположена над указанной наружной боковой поверхностью во втором контуре. Между инжекционной пластиной и наружной боковой поверхностью сопловой лопатки расположена камера послеударного давления. Дефлектор для охлаждающей среды дополнительно содержит первый уплотняющий слой, проходящий вокруг инжекционной пластины. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.
Наверх