RU2656052C1 - Рабочая лопатка газовой турбины - Google Patents
Рабочая лопатка газовой турбины Download PDFInfo
- Publication number
- RU2656052C1 RU2656052C1 RU2017100730A RU2017100730A RU2656052C1 RU 2656052 C1 RU2656052 C1 RU 2656052C1 RU 2017100730 A RU2017100730 A RU 2017100730A RU 2017100730 A RU2017100730 A RU 2017100730A RU 2656052 C1 RU2656052 C1 RU 2656052C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shank
- gas turbine
- blade
- working
- power rod
- Prior art date
Links
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 claims abstract description 10
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 7
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 description 6
- 239000000463 material Substances 0.000 description 4
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 description 2
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 2
- 210000003746 feather Anatomy 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 2
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 2
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000012530 fluid Substances 0.000 description 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 1
- 239000011253 protective coating Substances 0.000 description 1
- 229920006395 saturated elastomer Polymers 0.000 description 1
- 238000004904 shortening Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/147—Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Architecture (AREA)
- Turbine Rotor Nozzle Sealing (AREA)
Abstract
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.
Description
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.
Claims (1)
- 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.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017100730A RU2656052C1 (ru) | 2017-04-04 | 2017-04-04 | Рабочая лопатка газовой турбины |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017100730A RU2656052C1 (ru) | 2017-04-04 | 2017-04-04 | Рабочая лопатка газовой турбины |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2656052C1 true RU2656052C1 (ru) | 2018-05-30 |
Family
ID=62560172
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017100730A RU2656052C1 (ru) | 2017-04-04 | 2017-04-04 | Рабочая лопатка газовой турбины |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2656052C1 (ru) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU189517U1 (ru) * | 2018-12-24 | 2019-05-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" | Рабочая лопатка газовой турбины |
RU192858U1 (ru) * | 2019-03-26 | 2019-10-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" | Рабочая лопатка газовой турбины |
RU2716097C1 (ru) * | 2019-07-30 | 2020-03-05 | Акционерное общество "ОДК-Климов" | Рабочая лопатка турбины газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2027496A (en) * | 1978-08-09 | 1980-02-20 | Mtu Muenchen Gmbh | Turbine blade |
RU2118462C1 (ru) * | 1995-07-20 | 1998-08-27 | Акционерное общество "К.Т.С." | Рабочая лопатка турбомашины |
US7670116B1 (en) * | 2003-03-12 | 2010-03-02 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Turbine vane with spar and shell construction |
US20100150727A1 (en) * | 2008-12-12 | 2010-06-17 | Herbert Brandl | Rotor blade for a gas turbine |
-
2017
- 2017-04-04 RU RU2017100730A patent/RU2656052C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB2027496A (en) * | 1978-08-09 | 1980-02-20 | Mtu Muenchen Gmbh | Turbine blade |
RU2118462C1 (ru) * | 1995-07-20 | 1998-08-27 | Акционерное общество "К.Т.С." | Рабочая лопатка турбомашины |
US7670116B1 (en) * | 2003-03-12 | 2010-03-02 | Florida Turbine Technologies, Inc. | Turbine vane with spar and shell construction |
US20100150727A1 (en) * | 2008-12-12 | 2010-06-17 | Herbert Brandl | Rotor blade for a gas turbine |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
А.А.ИНОЗЕМЦЕВ и др., Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок, Москва, "Машиностроение", 2008, том 2, стр. 246-248, рис. 8.98. * |
А.А.ИНОЗЕМЦЕВ и др., Основы конструирования авиационных двигателей и энергетических установок, Москва, "Машиностроение", 2008, том 2, стр. 246-248, рис. 8.98. GB 2027496 A (MOTOREN-UND TURBINEN-UNION MUNCHEN GMBH), 20.02.1980. * |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU189517U1 (ru) * | 2018-12-24 | 2019-05-24 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" | Рабочая лопатка газовой турбины |
RU192858U1 (ru) * | 2019-03-26 | 2019-10-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный архитектурно-строительный университет" | Рабочая лопатка газовой турбины |
RU2716097C1 (ru) * | 2019-07-30 | 2020-03-05 | Акционерное общество "ОДК-Климов" | Рабочая лопатка турбины газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10087784B2 (en) | Integral segmented CMC shroud hanger and retainer system | |
US10502072B2 (en) | Compartmentalization of cooling air flow in a structure comprising a CMC component | |
JP6529013B2 (ja) | Cmcシュラウド支持システム | |
RU2656052C1 (ru) | Рабочая лопатка газовой турбины | |
US9206697B2 (en) | Aerofoil cooling | |
US8668453B2 (en) | Cooling system having reduced mass pin fins for components in a gas turbine engine | |
US8182211B2 (en) | Turbo machine | |
US20200248569A1 (en) | Turbine vane assembly with cooling feature | |
JP2016519248A (ja) | Cmcシュラウド支持システム | |
US20200025025A1 (en) | Turbine vane assembly with ceramic matrix composite components | |
RU2696526C2 (ru) | Композитная турбинная лопатка для высокотемпературных применений | |
US9145780B2 (en) | Gas turbine engine airfoil cooling circuit | |
JP2017503963A (ja) | Cmcシュラウド用cmcハンガースリーブ | |
US9784123B2 (en) | Turbine components with bi-material adaptive cooling pathways | |
US5706647A (en) | Airfoil structure | |
EP2930307A1 (en) | Vane carrier for a compressor or a turbine section of an axial turbo machine | |
CN107476885B (zh) | 一种可实现高温环境下内外环机匣协调变形的结构 | |
EP2180142B1 (en) | Blade for a gas turbine | |
US3271004A (en) | Turbine vane adapted for high temperature operation | |
RU2118462C1 (ru) | Рабочая лопатка турбомашины | |
RU2716097C1 (ru) | Рабочая лопатка турбины газотурбинного двигателя и газотурбинный двигатель | |
RU2416029C2 (ru) | Составная лопатка осевой турбомашины | |
RU2433276C2 (ru) | Металлокерамическая лопатка газовой турбины | |
RU2510463C2 (ru) | Металлокерамическая лопатка газовой турбины | |
EP2770166B1 (en) | Damper for compressor blade feet |