Рабочая лопатка газовой турбины

Изобретение относится к области газотурбиностроения, а именно к охлаждаемым рабочим лопаткам турбин, применяемым в авиационных газотурбинных двигателях, а также в стационарных газотурбинных установках. Охлаждаемая рабочая лопатка состоит из хвостовика и профильной рабочей части, состоящей из полого профиля с выпуклой и вогнутой тонкими стенками, между которыми расположен силовой стержень, выполненный за одно целое с хвостовиком. Между стенками и стержнем находятся интенсификаторы охлаждения. Профильная рабочая часть выполнена состоящей из двух частей, из которых прикорневая часть выполнена заодно с хвостовиком, а периферийная часть выполнена заодно с силовым стержнем. Изобретение позволяет повысить надежность рабочей лопатки. 1 ил.

 

Изобретение относится к области газотурбиностроения, а именно к охлаждаемым рабочим лопаткам турбин, применяемым в авиационных газотурбинных двигателях, а также в стационарных газотурбинных установках.

Известна рабочая лопатка осевой газовой турбины (Патент Великобритании N 2123489, НКИ FIV, МКИ, F01D 5/28, 1984), состоящая из пера в виде металлического несущего стержня, полки, замка, соединяющего металлический несущий стержень с вращающимся рабочим колесом, и одной-единственной по длине стержня керамической моно-супер-оболочки, внутри которой проходит несущий стержень, причем на периферии стержня установлена соединенная с ним полка, которая при вращении рабочего колеса выполняет роль шарнирной опоры для прижатой к ней (центробежной силой) керамической моно-супер-оболочки.

Известна лопатка (Патент РФ №2506429 С1, 31.05.2012 г., F01D 5/18), которая содержит хвостовик и перо, выполненные с внутренним трактом охлаждения в виде продольного канала от хвостовика к торцу пера и связанным с этим каналом комплексом поперечных каналов, ориентированных в направлении выходной кромки пера. Перо выполнено в виде центрального несущего стержня, имеющего наружный рельеф в виде поперечных канавок, и содержит накладные пластинчатые элементы, соединенные с центральным несущим стержнем таким образом, что формируют своей внешней стороной конфигурацию пера рабочей лопатки, а своей внутренней стороной - конфигурацию каналов внутреннего тракта охлаждения.

Упомянутые выше лопатки имеют ряд недостатков. Первая лопатка сложна по конструкции и технологии изготовления. Применение второй конструкции осложняется обеспечением стабильности характеристик при производстве. Кроме того, известные конструкции не решают вопрос повышения надежности лопатки за счет снижения напряжений в поле центробежных сил.

В качестве прототипа выбрана конструкция рабочей лопатки турбомашины (Патент РФ №2118462 С1, 20.07.1995 г., F01D 5/18), направленная на повышение надежности лопатки путем снижения действующих в ней напряжений, сформированных полем центробежных сил.

Лопатка содержит замок, перо, внутреннюю полку, периферийную полку, соединенные с ними короткие супер оболочки с локальным закреплением или опиранием на полку каждой короткой супер оболочки только в зоне ее периферийного сечения. Как вариант супер оболочка по толщине выполнена составной в виде пакета вставленных одна в другую преимущественно металлических мини-оболочек с локальным закреплением или опиранием на полку по периметру пера каждой мини-оболочки только в зоне ее периферийного сечения. Как вариант супер оболочка содержит скользящие боковые опоры в виде дискретных выступов на ее внутренней поверхности. Как вариант по меньшей мере одна мини-оболочка и перо имеют на своих поверхностях защитные покрытия.

Прототип имеет ряд недостатков, которые существенно снижают возможность повышения надежности лопатки, и даже напротив - делают лопатку более уязвимой к воздействию центробежных сил и высоких температур.

Использование пакета мини-оболочек, в том числе с «термобарьерными» покрытиями, в качестве теплозащитной конструкции пера (силового стержня), не повышает эффективности теплозащиты. При отсутствии отвода тепла из лопатки за счет подачи и отвода охлаждающей среды конструкция насыщается поступающим извне теплом, температуры внешней поверхности супер оболочки и стержня стремятся к выравниванию. Наличие теплоотвода только по перу (силовому стержню) к диску турбины не позволяет поднять температуру газа перед турбиной до уровня, обеспечивающего достаточно высокую эффективность термодинамического цикла из-за ограничений прочностных свойств материала пера (силового стержня).

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в создании рабочей лопатки, обладающей повышенной надежностью за счет выполнения элементов лопатки таким образом, чтобы обеспечить уменьшение механических напряжений от центробежных сил, действующих в ее профильной рабочей части.

Технический результат, заключающийся в повышении надежности рабочих лопаток и повышении эффективности термодинамического цикла турбины, достигается тем, что в охлаждаемой рабочей лопатке турбины, состоящей из хвостовика, рабочей профильной части, состоящей из полого профиля с выпуклой и вогнутой тонкими стенками, между которыми расположен силовой стержень, выполненный за одно целое с хвостовиком, и интенсификаторов охлаждения, согласно предлагаемому изобретению рабочая профильная часть выполнена разделенной на две части, из которых прикорневая часть выполнена за одно целое с хвостовиком, а периферийная часть - за одно целое с силовым стержнем.

Сущность изобретения поясняется Фиг. 1, где:

1 - хвостовик лопатки;

2 - выпуклая тонкая стенка рабочей профильной части лопатки;

3 - вогнутая тонкая стенка рабочей профильной части лопатки;

4 - силовой стержень;

5 - прикорневая часть рабочей профильной части лопатки;

6 - периферийная часть рабочей профильной части лопатки.

Охлаждаемая рабочая лопатка турбины состоит из хвостовика 1, рабочей профильной части, имеющей полую охлаждающую полость с выпуклой 2 и вогнутой 3 тонкими стенками, между которыми расположен силовой стержень 4. Рабочая профильная часть лопатки разделена и состоит из двух частей: прикорневой части 5, выполненной за одно целое с хвостовиком 1, и периферийной части 6, выполненной за одно целое с силовым стержнем 4.

Лопатка работает следующим образом.

При обтекании профиля лопатки создается аэродинамическая сила, которая в свою очередь создает крутящий момент на валу турбины. При этом тепловой поток от рабочего тела разогревает конструктивные элементы лопатки. Одновременно на конструктивные элементы лопатки действуют центробежные силы. Возможность повышения эффективности термодинамического цикла газотурбинного двигателя зависит от возможности повышения температуры газа перед турбиной. С учетом изложенного возникает необходимость обеспечения работоспособности конструктивных элементов лопатки в условиях определенного уровня напряжений от центробежных сил и температур.

Тепловой поток направлен от рабочей профильной части к силовому стержню 4. Охлаждающая среда подается через хвостовик 1 и направляется в охлаждающую полость между стенками 2 и 3 рабочей профильной части и силовым стержнем 4, что обеспечивает допустимую температуру конструктивных элементов лопатки.

Полная нагрузка от центробежных сил на прикорневую часть 5, выполненную за одно целое с хвостовиком 1, воспринимается хвостовиком 1. При этом напряженное состояние существенно снижается за счет ее укорочения по сравнению с полной высотой рабочей профильной части лопатки. Полная нагрузка от центробежных сил, действующих на периферийную часть 6, выполненную за одно целое с силовым стержнем 4, воспринимается силовым стержнем 4. При этом напряженное состояние каждой из двух частей рабочей профильной части (прикорневой части 5 и периферийной части 6) существенно снижается за счет уменьшения высоты каждой из них по сравнению с полной высотой рабочей профильной части лопатки.

Температура несущего стержня 4 существенно ниже температуры рабочей профильной части. Вследствие этого несущая способность материала силового стержня выше, чем несущая способность материала рабочей профильной части лопатки, что позволяет полнее использовать свойства материала и за счет этого дополнительно повысить надежность лопатки.

Таким образом, за счет снижения напряженного состояния каждой из двух частей разделенной рабочей профильной части лопатки и снижения температуры силового стержня 4 по сравнению с температурой рабочей профильной части лопатки достигается повышение надежности лопатки.

Охлаждаемая рабочая лопатка турбины, состоящая из хвостовика, рабочей профильной части, состоящей из полого профиля с выпуклой и вогнутой тонкими стенками, между которыми расположен силовой стержень, выполненный за одно целое с хвостовиком, и интенсификаторов охлаждения, отличающаяся тем, что рабочая профильная часть выполнена разделенной на две части, из которых прикорневая часть выполнена за одно целое с хвостовиком, а периферийная часть - за одно целое с силовым стержнем.



 

Похожие патенты:

Охлаждаемая лопатка газовой турбины содержит полое перо с входной и выходной кромками, замковую часть и торцевую стенку. В полом пере установлена перегородка.

Компонент турбины содержит полый элемент с аэродинамическим профилем и инжекционную трубку, расположенную внутри полого элемента. Полый элемент содержит полость, имеющую противоположные заднюю и переднюю части, образованные внутренними поверхностями соответствующих областей задней и передней кромок полого элемента.

Компонент турбины содержит полый элемент с аэродинамическим профилем и инжекционную трубку, расположенную внутри полого элемента. Полый элемент содержит полость, имеющую противоположные заднюю и переднюю части, образованные внутренними поверхностями соответствующих областей задней и передней кромок полого элемента.

Рабочая лопатка турбины для газотурбинного двигателя содержит аэродинамическую часть. Аэродинамическая часть содержит концевую часть на наружном радиальном конце.

Изобретение относится к детали, выполненной из керамического материала, такой как подвижная лопатка турбины или неподвижная лопатка направляющего аппарата в составе турбомашины.

Изобретение относится к области транспорта газа и теплоэнергетики, в частности к системе охлаждения высокотемпературных шпилек, корпуса и фланцевых соединений газовых турбин, и может быть использовано в энергетических газотурбинных установках (ГТУ) в составе комбинированных парогазовых установок (ПГУ) или в ГТУ в составе привода газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций.

Изобретение относится к области транспорта газа и теплоэнергетики, в частности к системе охлаждения высокотемпературных шпилек, корпуса и фланцевых соединений газовых турбин, и может быть использовано в энергетических газотурбинных установках (ГТУ) в составе комбинированных парогазовых установок (ПГУ) или в ГТУ в составе привода газоперекачивающих агрегатов компрессорных станций.

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к способу и устройству для охлаждения высокотемпературных шпилек корпуса и фланцевых соединений паровых турбин тепловых электрических станций (ТЭС, ТЭЦ), в частности высокотемпературных шпилек фланцевых разъемов уплотнения цилиндра высокого давления (ЦВД), и может быть использовано в системах охлаждения шпилек турбин типа ПТ.

Аэродинамический профиль содержит внешнюю и внутреннюю стенки и расположенный между ними охлаждающий канал, служащий для прохождения по нему охлаждающей текучей среды во время работы аэродинамического профиля.

Охлаждаемая турбина двухконтурного газотурбинного двигателя содержит сопловой аппарат турбины с сопловыми лопатками, диск с рабочими лопатками, установленными в проточной части турбины, многоканальный воздуховод.

Монтажное устройство для монтажа направляющей лопатки в лопаточном пазу турбины включает зажимной блок и нажимной блок. Зажимной блок выполнен с возможностью создания в лопаточном пазу силового замыкания в окружном направлении, причем окружным направлением в рабочем положении монтажного устройства является направление перпендикулярно оси вращения турбины, проходящее на постоянном расстоянии вокруг оси вращения.

Способ изменения начального контура аэродинамического тракта (2 содержит этап, заключающийся в том, что прикрепляют деталь (1) изменения аэродинамического тракта (2) на аэродинамическом тракте (2).

Роторное колесо для ротора газовой турбины имеет первую сторону, имеющую изогнутые лопатки, разделенные изогнутыми канавками, и вторую сторону, имеющую радиальные лопатки, разделенные радиальными канавками.

Изобретение относится к способу (100) восстановления детали (С) турбомашины и установке (1) для лазерного плакирования (варианты). Установка (1) для лазерного плакирования содержит источник (2) лазерного излучения, порошковый питатель (3) и источник (4) нагретого воздуха.

Барабан ротора осевой турбомашины содержит стенку с профилем вращения вокруг оси вращения ротора, образующую пустотелый корпус и содержащую на своей наружной поверхности две кольцевые фиксирующие поверхности для ряда лопаток.

Диск (221) первой ступени компрессора газотурбинного двигателя (100) и способ балансировки ротора (230) компрессора газотурбинного двигателя (100). Диск (221) первой ступени компрессора газотурбинного двигателя (100) содержит корпус (240).

Турбомашина содержит лопатку с концевым бандажом, расположенным на ее радиальном конце и имеющим переднюю кромочную часть и заднюю кромочную часть. Первая часть со стороны повышенного давления передней кромочной части имеет площадь поверхности на 50-500% большую, чем ее первая часть со стороны пониженного давления.

Ротор осевой газовой турбины относится к области авиационного двигателестроения, а именно к конструкции турбин газотурбинных двигателей. Ротор осевой газовой турбины содержит основной диск с установленными на нем охлаждаемыми рабочими лопатками и покрывной диск, прикрепленный к нему с помощью байонетного соединения, образующий каналы подвода охлаждающего воздуха к хвостовой части рабочих лопаток.

Лопаточный аппарат для газовой турбины содержит лопаточное устройство и дополнительное лопаточное устройство. Лопаточное устройство содержит бандажную полку, перо, проходящее от бандажной полки, и демпфирующую проволоку.

Компонент турбины содержит полый элемент с аэродинамическим профилем и инжекционную трубку, расположенную внутри полого элемента. Полый элемент содержит полость, имеющую противоположные заднюю и переднюю части, образованные внутренними поверхностями соответствующих областей задней и передней кромок полого элемента.

Лопатка турбины содержит рабочую часть, ромбовидный или Т-образный хвостовик, расположенный в периферийном пазу, и закрывающую пластину между ними. Закрывающая пластина имеет переднюю поверхность, заднюю поверхность, первую поверхность прилегания и расположенную параллельно ей вторую поверхность прилегания. Первая поверхность прилегания центрирована со второй поверхностью прилегания смежной лопатки турбины для прилегания указанных поверхностей друг к другу. Передняя кромка лопатки направлена к передней поверхности закрывающей пластины, а задняя кромка лопатки - к задней поверхности закрывающей пластины. Передняя поверхность закрывающей пластины частично имеет изгиб, причём изгиб начинается в диапазоне от 0,3 до 0,7 длины передней поверхности закрывающей пластины. При изготовлении системы лопаток турбины, множество лопаток турбины располагают в пазу, а между хвостовиком лопатки и рабочей частью лопатки располагают закрывающую пластину. Закрывающая пластина имеет переднюю поверхность, обращенную к пазу, причем передняя поверхность в области острого угла имеет изгиб между передней поверхностью и первой поверхностью, который выполнен так, что возникающие в процессе эксплуатации усилия от хвостовиков лопаток турбины на паз не приводят к пластический деформации передней поверхности. Группа изобретений позволяет снизить механические нагрузки, возникающие на роторе турбины вследствие неравномерного термического расширения ротора и лопаток при изменении температуры в турбине. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к области газотурбиностроения, а именно к охлаждаемым рабочим лопаткам турбин, применяемым в авиационных газотурбинных двигателях, а также в стационарных газотурбинных установках. Охлаждаемая рабочая лопатка состоит из хвостовика и профильной рабочей части, состоящей из полого профиля с выпуклой и вогнутой тонкими стенками, между которыми расположен силовой стержень, выполненный за одно целое с хвостовиком. Между стенками и стержнем находятся интенсификаторы охлаждения. Профильная рабочая часть выполнена состоящей из двух частей, из которых прикорневая часть выполнена заодно с хвостовиком, а периферийная часть выполнена заодно с силовым стержнем. Изобретение позволяет повысить надежность рабочей лопатки. 1 ил.

Наверх