RU189517U1 - WORK FELT GAS TURBINE - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к области газотурбиностроения, а именно к охлаждаемым рабочим лопаткам турбин, применяемым в газотурбинных двигателях, а также в стационарных энергетических газотурбинных установках.Охлаждаемая рабочая лопатка турбины состоит из хвостовика, рабочей профильной части, в виде полого профиля с выпуклой и вогнутой тонкими стенками, между которыми расположен силовой стержень, выполненный за одно целое с хвостовиком, и интенсификаторов охлаждения, с рабочей профильной частью, разделенной на две части, из которых прикорневая часть выполнена за одно целое с хвостовиком, а периферийная часть - за одно целое с силовым стержнем. Периферийная часть со стороны, обращенной к прикорневой части, выполнена с участком, располагающимся внутри прикорневой части, так что между внешней поверхностью участка и внутренней поверхностью прикорневой части и между внутренней поверхностью участка и силовым стержнем имеются зазоры, для прохождения охлаждающей среды. Рабочая профильная часть лопатки выполнена с отверстиями для выхода охлаждающей среды.Технический результат полезной модели - повышение прочности и надежности рабочей лопатки газовой турбины.The utility model relates to the field of gas turbine building, in particular, to cooled turbine blades used in gas turbine engines, as well as in stationary power gas turbine installations. , between which there is a power rod, made in one piece with the shank, and cooling intensifiers, with a working profile part, divided into two parts, of which root portion integrally formed with the shank, and the peripheral part - formed integrally with a power rod. The peripheral part on the side facing the root part is made with a section located inside the root part, so that there are gaps between the outer surface of the site and the inner surface of the root part and between the inner surface of the site and the power rod to pass the cooling medium. The working profile part of the blade is made with holes for the exit of the cooling medium. The technical result of the utility model is an increase in the strength and reliability of the working blade of the gas turbine.

Description

Полезная модель относится к области газотурбиностроения, а именно к охлаждаемым рабочим лопаткам турбин, применяемым в газотурбинных двигателях, а также в стационарных энергетических газотурбинных установках.The utility model relates to the field of gas turbine building, namely to cooled turbine blades used in gas turbine engines, as well as in stationary power gas turbine installations.

Известна рабочая лопатка газовой турбины (Патент РФ №2656052), направленная на повышение надежности путем снижения действующих в ней напряжений, сформированных полем центробежных сил. Лопатка состоит 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. Рабочая профильная часть лопатки выполнена разделенной на две части, одна из которых, прикорневая часть, выполнена за одно целое с хвостовиком, а другая часть, периферийная - за одно целое с силовым стержнем.Known working blade of a gas turbine (RF Patent No. 2656052), aimed at improving reliability by reducing the stresses in it generated by the field of centrifugal forces. The blade consists of a shank, a working profile part consisting of a hollow profile with a convex and concave thin walls, between which there is a power rod, made in one piece with the shank, and cooling intensifiers. The working profile part of the blade is made divided into two parts, one of which, the root part, is made in one piece with the shank, and the other part, the peripheral part, is made in one piece with the power rod.

Указанная известная рабочая лопатка выбрана в качестве прототипа.Specified known working blade selected as a prototype.

Прототип обладает существенными конструктивными недостатками, снижающими его надежность. Охлаждающая среда, подаваемая через хвостовик, направляется в полость между стенками рабочей профильной части и силовым стержнем, откуда отводится через зазор, имеющийся между прикорневой и периферийной частями. При этом отвод охлаждающей среды из полости ограниченной периферийной частью и силовым стержнем осуществляется через тот же зазор между прикорневой и периферийной частями, что затрудняет движение охлаждающей среды, так как навстречу потоку среды получившей тепло от периферийной части лопатки, на пути к зазору, движется более холодный поток охлаждающей среды, который преимущественно и отводится через зазор. При этом в периферийной части профильной части лопатки охлаждающая среда «застаивается», что приводит к ее пересыщению теплом, и перегреву как профильной части, так и силового стержня, на участке периферийной части. Указанный фактор снижает прочностные характеристики лопатки и ее надежность.The prototype has significant design flaws that reduce its reliability. The cooling medium supplied through the shank is directed into the cavity between the walls of the working section and the power rod, from where it is removed through the gap between the root and peripheral parts. At the same time, the cooling medium is removed from the cavity bounded by the peripheral part and the power rod through the same gap between the radical and peripheral parts, which makes the cooling medium more difficult, because the flow of the medium that received heat from the peripheral part of the blade is cooler. the flow of the cooling medium, which is mainly discharged through the gap. At the same time, in the peripheral part of the profile part of the blade, the cooling medium “stagnates”, which leads to its supersaturation with heat and overheating of both the profile part and the power rod in the area of the peripheral part. This factor reduces the strength characteristics of the blade and its reliability.

Другим негативным фактором, снижающим прочностные характеристики и надежность лопатки, является локальный перегрев участка на поверхности силового стержня, расположенного напротив зазора между прикорневой и периферийной частями, профильной части лопатки, тепловым излучением рабочих газов, поступающих из камеры сгорания. Перегрев узкого участка поверхности силового стержня, ограниченного проекцией зазора, является источником напряжений, которые в поле центробежных сил могут стать причиной разрушения лопатки.Another negative factor that reduces the strength characteristics and reliability of the blade is local overheating of the area on the surface of the power rod located opposite the gap between the root and peripheral parts, the profile part of the blade, thermal radiation of the working gases coming from the combustion chamber. Overheating of a narrow portion of the surface of the power rod, limited by the projection of the gap, is a source of stresses that in the field of centrifugal forces can cause the destruction of the blade.

Задача полезной модели заключается в повышении прочности и надежности рабочей лопатки газовой турбины.The task of the utility model is to increase the strength and reliability of the working blade of a gas turbine.

Поставленная задача решается тем, что охлаждаемая рабочая лопатка турбины, состоящая из хвостовика, рабочей профильной части, в виде полого профиля с выпуклой и вогнутой тонкими стенками, между которыми расположен силовой стержень, выполненный за одно целое с хвостовиком, и интенсификаторов охлаждения, с рабочей профильной частью разделенной на две части, из которых прикорневая часть выполнена за одно целое с хвостовиком, а периферийная часть - за одно целое с силовым стержнем, выполняется с периферийной частью, которая со стороны, обращенной к прикорневой части, выполнена с участком, располагающимся внутри прикорневой части, так что между внешней поверхностью участка и внутренней поверхностью прикорневой части и между внутренней поверхностью участка и силовым стержнем имеются зазоры, для прохождения охлаждающей среды, а рабочая профильная часть выполняется с отверстиями для выхода охлаждающей среды.The task is solved by the fact that the cooled working blade of the turbine, consisting of a shank, a working profile part, in the form of a hollow profile with convex and concave thin walls, between which there is a power rod, made in one piece with the shank, and cooling intensifiers, with a working profile the part divided into two parts, of which the root part is made in one piece with the shank, and the peripheral part - in one piece with the power rod, is performed with the peripheral part, which is to the root part, is made with a section located inside the root part, so that between the outer surface of the site and the inner surface of the root part and between the inner surface of the site and the power rod there are gaps for the passage of the cooling medium, cooling medium.

Технический результат полезной модели - повышение прочности и надежности рабочей лопатки газовой турбины.The technical result of the utility model is to increase the strength and reliability of the gas turbine blade.

Полезная модель работает следующим образом. При обтекании рабочей профильной части лопатки рабочим телом создается аэродинамическая сила, создающая крутящий момент на валу турбины. При этом тепловой поток от рабочего тела разогревает конструктивные элементы лопатки, одновременно на них действуют значительные центробежные силы. Прочностные свойства материала лопатки существенно снижаются с повышением ее температуры, что является препятствием для наращивания эффективности термодинамического цикла газотурбинного двигателя, зависящего от возможности повышения температуры рабочего тела перед турбиной, препятствием для наращивания скорости вращения турбины, ввиду нарастающей вероятности разрушения ее лопаток.The utility model works as follows. When the working profile of the blade wraps around the working fluid, an aerodynamic force is created, which creates torque on the turbine shaft. In this case, the heat flow from the working fluid warms the structural elements of the blade, at the same time they are subject to significant centrifugal forces. The strength properties of the blade material are significantly reduced with an increase in its temperature, which is an obstacle to increasing the efficiency of the thermodynamic cycle of a gas turbine engine, depending on the possibility of increasing the temperature of the working fluid before the turbine, an obstacle to increasing the speed of rotation of the turbine, due to the increasing probability of destruction of its blades.

Охлаждающая среда, подаваемая через хвостовик и направляемая в охлаждающую полость между стенками прикорневой части и силовым стержнем, контактирует с внутренней поверхностью прикорневой части и силовым стержнем, отбирает у них тепловую энергию и частично выводится на внешнюю поверхность прикорневой части через отверстия для выхода охлаждающей среды, частично выводится на внешнюю поверхность периферийной части через зазор между прикорневой и периферийной частями, частично поступает в охлаждающую полость между стенками периферийной части и силовым стержнем, откуда насыщенная теплом отводится через отверстия в периферийной части рабочей профильной части. Участок периферийной части, расположенный внутри прикорневой части, направляет отводимую через зазор охлаждающую среду на внешнюю поверхность периферийной части, создавая для нее пленочное охлаждение, чем существенно улучшает ее охлаждение. Участок периферийной части, расположенный внутри прикорневой части, также затеняет поверхность силового стержня, расположенную напротив зазора между частями от излучения рабочего тела, предотвращая ее локальный перегрев. Воспринимаемое участком излучение трансформируется в тепловую энергию, эффективно отводимую охлаждающей средой, обтекающей участок по его обеим поверхностям - внутренней и внешней.The cooling medium supplied through the shank and guided into the cooling cavity between the walls of the root part and the power rod, contacts the inner surface of the root part and the power rod, takes thermal energy from them and partially discharges to the outer surface of the root part through the cooling medium outlet openings, partly displayed on the outer surface of the peripheral part through the gap between the root and peripheral parts, partially enters the cooling cavity between the peripheral walls parts and power core, where intense heat is dissipated through the holes in the peripheral part of the work of the airfoil. The area of the peripheral part located inside the root part directs the cooling medium discharged through the gap to the external surface of the peripheral part, creating film cooling for it, which significantly improves its cooling. The area of the peripheral part located inside the root part also shadows the surface of the power rod located opposite the gap between the parts from the radiation of the working fluid, preventing its local overheating. The radiation perceived by the site is transformed into thermal energy, which is effectively removed by the cooling medium flowing around the area along its both surfaces, internal and external.

Указанные конструктивные особенности обеспечивают более эффективный отвод тепла получаемого рабочей лопаткой и тем самым улучшают ее прочностные свойства и надежность.These design features provide a more efficient removal of heat obtained by the working blade and thereby improve its strength properties and reliability.

Claims (1)

Охлаждаемая рабочая лопатка турбины, состоящая из хвостовика, рабочей профильной части, в виде полого профиля с выпуклой и вогнутой тонкими стенками, между которыми расположен силовой стержень, выполненный за одно целое с хвостовиком, и интенсификаторов охлаждения, с рабочей профильной частью, разделенной на две части, из которых прикорневая часть выполнена за одно целое с хвостовиком, а периферийная часть - за одно целое с силовым стержнем, отличающаяся тем, что периферийная часть со стороны, обращенной к прикорневой части, выполнена с участком, располагающимся внутри прикорневой части, так что между внешней поверхностью участка и внутренней поверхностью прикорневой части и между внутренней поверхностью участка и силовым стержнем имеются зазоры, для прохождения охлаждающей среды, при этом рабочая профильная часть содержит отверстия для выхода охлаждающей среды.The cooled turbine blade, consisting of a shank, a working profile part, in the form of a hollow profile with convex and concave thin walls, between which there is a power rod, made in one piece with the shank, and cooling intensifiers, with a working profile part divided into two parts , of which the root part is made in one piece with the shank, and the peripheral part - in one piece with the power rod, characterized in that the peripheral part on the side facing the root part is made with There is a gap between the outer surface of the site and the inner surface of the root and between the inner surface of the site and the power rod, for the passage of the cooling medium, while the working section has openings for the exit of the cooling medium.