UA124433U - Охолоджувана робоча лопатка газової турбіни - Google Patents

Abstract

Охолоджувана робоча лопатка газової турбіни містить порожнисте перо, у якому послідовно з'єднані внутрішні радіальні канали: канал охолодження вхідної кромки профілю пера лопатки, центральний канал, скидний канал, що з'єднаний з випускним елементом вихідної кромки профілю пера лопатки. Канал підведення охолоджувального повітря, з'єднаний з каналом охолодження вхідної кромки. Випускний елемент вихідної кромки виконаний у вигляді цілісного слоту (щілини). Профіль пера має скіс з боку корита у районі вихідної кромки на всій висоті профілю пера, внутрішня порожнина скидного каналу оснащена ребрами і перемичками. Перемички утворюють щілинні канали для спрямування повітря в слот і розташовані з нахилом. Верхня та нижня перемички мають профільовану форму. Три верхніх перемички нерозривно з'єднані з ребрами, а нижня перемичка має розрив з нижніми ребрами.

Description

Корисна модель належить до галузі будування авіаційних двигунів, зокрема високотемпературних газових турбін, і може бути застосована в конструкції лопатки турбіни компресора.

Відома охолоджувана лопатка газової турбіни (патент РФ Мо 2251622, опубл. 10.10.2004), що містить порожнисте перо із трьома радіальними перегородками, передньою, що розташована біля вхідної кромки, розділювальною, що розташована між передньою і задньою порожнинами пера лопатки, і задньою. Між передньою та розділювальною перегородками на стінках пера виконані ребра, що розташовані з нахилом. У передній перегородці виконані отвори. У каналі, розташованому уздовж вхідної кромки, на внутрішній поверхні стінки з боку корита встановлені поперечні ребра із кроком, рівним кроку отворів у передній перегородці. У каналах вихідної кромки розташовані чотири ряди циліндричних штирів і поперечні ребра вихідної кромки.

Поперечні ребра виконані із продовженням по циліндричній поверхні вхідної кромки й мають висоту не менш діаметра отворів. Задня перегородка виконана у вигляді двох напівребер, установлених на стінках з боку спинки та корита і з'єднаних між собою циліндричними штирями.

Винахід підвищує ефективність охолодження вхідної кромки і вирівнює температурне поле в задній порожнині пера. Недоліком є складна система ребер, отворів і штирів, що робить конструкцію нетехнологічною при виготовленні малорозмірних лопаток.

Відома робоча лопатка турбіни (патент РФ Мо 2224894, опубл. 27.02.2004|, що містить вхідну та вихідну кромки, з коритом і спинкою, з охолоджуваною внутрішньою порожниною. Внутрішня порожнина пера з'єднана каналами з карманом, розташованим на вихідній кромці пера з боку корита, причому відношення величини хорди профілю лопатки до ширини карману уздовж середньої лінії профілю лопатки В/І -6-20. До недоліків можна віднести конструкцію внутрішніх каналів, які є концентраторами напруг, що підвищують середню по площі температуру перетинів на виході.

Відома охолоджувана лопатка турбомашини |патент РФ Мо 2323343, опубл. 27.04.2008|, що вибрана як найближчий аналог. Лопатка містить порожнисте перо лопатки з послідовно з'єднаними внутрішніми каналом охолодження вхідної кромки, центральним каналом, каналом скидання, з'єднаним з випускними отворами вихідної кромки, хвостовик з полицею, що оснащена випускними отворами, а також канал підведення охолоджувального середовища, з'єднаний з каналом охолодження вхідної кромки. У хвостовику лопатки виконана порожнина, що сполучена з виходом центрального каналу та із входом каналу скидання пера лопатки, а також з випускними отворами полиці хвостовика лопатки. В описуваному прикладі конкретного виконання охолоджуваної лопатки центральний канал, зв'язуючи вихід каналу охолодження вхідної кромки із входом каналу скидання, проходить по всій довжині пера лопатки, що дає йому можливість виконувати не тільки функцію з'єднуючої ланки між каналами, але й функцію охолоджувального каналу. В одній із окремих форм виконання прототипу канал скидання утворений системою каналів охолодження, входи яких об'єднані й утворюють вхід каналу скидання, а виходи сполучені із входами випускних отворів вихідної кромки пера лопатки. Як приклад в описі приведене посилання на фіг. 2 (патент РФ Мо 2146766).

Заявникові даної корисної моделі відомі інші конструкції каналів охолодження пера лопатки, зокрема робочої лопатки, що застосована у двигуні АІ-450-МС, розробленому ДП "Івченко-

Прогрес", яка є найближчою за істотними ознаками, але не описана в загальнодоступних джерелах. Однак загальним недоліком найближчого аналога та відомих аналогів є наявність перегородок між випускними отворами вихідної кромки профілю пера, які по суті є неохолоджуваними елементами й підвищують середню по площі температуру вихідної кромки по перетинах. Крім цього вони є концентраторами напруг, зменшують ресурс, а також є нетехнологічними при виготовленні малорозмірних лопаток. Недоліком конструкції прототипу, на усунення якого спрямована корисна модель, є порівняно невисока ефективність охолодження вихідної кромки лопатки.

Задачею корисної моделі є вдосконалення конструкції малорозмірної охолоджуваної робочої лопатки. Технічним результатом є підвищення ефективності охолодження вихідної кромки лопатки й вирівнювання температурного поля задньої порожнини профілю пера. Крім цього конструкція, що заявляється, є технологічною.

Задача вирішується тим, що в охолоджуваній робочій лопатці газової турбіни, яка містить порожнисте перо, в якому виконані послідовно з'єднані радіальні канали: канал охолодження вхідної кромки, центральний канал, канал скидання, що з'єднаний з випускним елементом вихідної кромки, а також канал підведення охолоджувального повітря, з'єднаний з каналом охолодження вхідної кромки, згідно з корисною моделлю, випускний елемент вихідної кромки виконаний у вигляді цілісного слоту (прямокутної щілини), а профіль пера має скіс з боку корита бо в районі вихідної кромки на всій висоті профілю пера, внутрішня порожнина каналу скидання оснащена ребрами і перемичками, при цьому перемички утворюють щілинні канали для спрямування повітря в слот і розташовані з нахилом, а верхня і нижня перемички мають профільовану форму, причому, три верхніх перемички нерозривно з'єднані з ребрами, а нижня перемичка має розрив з нижніми ребрами.

Кут нахилу перемичок виконаний 307. Але його величина може бути змінена залежно від зміни параметрів потоку для виключення радіального перетікання повітря на виході зі слоту лопатки.

Профильована форма верхньої і нижньої перемичок орієнтує потік повітря у напрямку вихідного слоту, для цього в конкретному варіанті виконання на їхніх кінцях можуть бути виконані горизонтальні ділянки.

Відмітними ознаками пропонованої лопатки є наявність єдиного цілісного слоту, скосу на кориті профілю пера лопатки в районі вихідної кромки, та ребер з перемичками спрофільованими в каналі скидання. Елемент для випуску охолоджувального повітря, виконаний у вигляді цілісного слоту без перегородок, дозволяє знизити напруги й збільшити площу виходу повітря, що при збереженні системи підведення охолоджувального повітря збільшить його витрату приблизно на 0,3 95 Сік і знизить середню температуру по перерізу на 2576. Крім цього слот є технологічним рішенням для використання в малорозмірних лопатках, де неможливо виготовити тонку вихідну кромку з рівною довжиною по спинці і кориту. Для вирівнювання температурного поля в каналі скидання виконані ребра для інтенсифікації теплообміну і перемички, що утворюють щілини для спрямування потоку в слот. Скіс на кориті пера лопатки зміщає "горло" лопаткового вінця в перетин перед слотом для зниження тиску газу біля слоту, що знижує опір виходу охолоджувального повітря при збереженні його газодинамічних параметрів на вході (у місці підведення). Таким чином, всі відмітні ознаки корисної моделі в сукупності спрямовані на одержання технічного результату.

Суть корисної моделі ілюструють наступні креслення і зображення: фіг. 1 - вид профілю пера лопатки з розкритою спинкою; фіг. 2 - геометрія перемичок, канал скидання пера лопатки; фіг. З - А-А, поперечний розріз лопатки; фіг. 4 - вид Б, що ілюструє виконання скосу на кориті лопатки;

Зо фіг. 5 - загальний вид робочої лопатки, рентгенологічне зображення.

Лопатка містить порожнисте перо 1 (фіг. 1), у якому сформовані послідовно з'єднані радіальні канали з поворотом потоку на 1807: канал 2 охолодження вхідної кромки пера лопатки, центральний канал 3, канал скидання 4. Канал 2 з'єднаний з каналом 12 підведення охолоджувального повітря. Центральний канал З утворений двома радіальними перегородками передньою 11 і задньою 10 (фіг. 3).

У порожнині каналу 4 скидання розташовані ребра 5 (фіг. 1, 2), виконані на внутрішніх стінках спинки і корита лопатки, і перемички б - між стінками спинки і корита. Перемички 6 утворюють щілинні канали У для виходу повітря в слот 7 на вихідній кромці 8. Три верхні перемички з'єднані з ребрами. Нижня перемичка з нижніми ребрами мають розрив у зоні перегинання для зниження концентрації напруг. Перемички 6 і ребра 5 виконані з округленими краями та із плавними переходами.

На кресленні (фіг. 2) показана спільна твірна для 3-х перемичок, кут її нахилу до вертикальної осі 7 лопатки - Ф - 7". Перемички 6 розташовані з нахилом. Кут між ребрами та перемичкою дорівнює а - 30" (фіг. г).

Верхня й нижня перемички мають спеціально профільовану форму - похила перемичка закінчується горизонтальною ділянкою, розташованою паралельно до горизонтальної осі лопатки для додання потрібного напрямку потоку охолоджувального повітря, що виходить із лопатки. Наочне розташування ребер і перемичок можна побачити на рентгенологічному зображенні (фіг. 5).

На кориті у районі вихідної кромки 8 виконаний скіс 22 (фіг. 4), завдяки чому "горло" лопаткового вінця переміщається в перетин перед слотом 7, що сприяє зниженню тиску газу в слоті й покращує виведення охолоджувального повітря при збереженні його газодинамічних параметрів у місці підведення.

Для фіксації лопатки в осьовому напрямку використовується паз 18 (фіг.1).

На торці лопатки (фіг. 1, 4) є колодязь 21, у який встановлена кришка 15. У кришці 15 виконаний радіальний отвір 20 для викиду пилу й дрібних часток. Для збільшення конструктивної міцності хвостовика 14 робочої лопатки у суміжній порожнині центрального каналу З і каналу скидання 4 виконане ребро 19.

Система охолодження лопатки працює наступним чином.

Повітря через прямокутний паз 17 (фіг. 1) у дросельній накладці 16 надходить у канал 12 підведення охолоджувального повітря й потім у канал 2 охолодження вхідної кромки 13. Після повороту на 180 градусів повітря попадає в центральний канал З і потім після другого повороту на 180 градусів попадає в канал 4 скидання. З каналу 4 через випускні щілинні канали 9 повітря викидається в слот 7 на вихідній кромці 8 у проточну частину турбіни.

Ребра 5 турбулізують потік повітря, збільшуючи інтенсивність охолодження лопатки в задній частині профілю пера 1. Похилі поперечні перемички б забезпечують проходження повітря паралельно осі лопатки, виключаючи його радіальне перетікання.

По отриманим розрахунковим даним запропонована конструкція дозволяє підвищити ефективність охолодження задньої порожнини профілю пера робочих лопаток на 20 95.

Claims (2)

ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ

1. Охолоджувана робоча лопатка газової турбіни, яка містить порожнисте перо, у якому послідовно з'єднані внутрішні радіальні канали: канал охолодження вхідної кромки профілю пера лопатки, центральний канал, скидний канал, що з'єднаний з випускним елементом вихідної кромки профілю пера лопатки, а також канал підведення охолоджувального повітря, з'єднаний з каналом охолодження вхідної кромки, яка відрізняється тим, що випускний елемент вихідної кромки виконаний у вигляді цілісного слоту (щілини), а профіль пера має скіс з боку корита у районі вихідної кромки на всій висоті профілю пера, внутрішня порожнина скидного каналу оснащена ребрами і перемичками, при цьому перемички утворюють щілинні канали для спрямування повітря в слот і розташовані з нахилом, а верхня та нижня перемички мають профільовану форму, причому, три верхніх перемички нерозривно з'єднані з ребрами, а нижня перемичка має розрив з нижніми ребрами.

2. Лопатка за п. 1, яка відрізняється тим, що кут нахилу перемичок становить 30".

З. Лопатка за пп. 1, 2, яка відрізняється тим, що на кінцях верхньої та нижньої перемичок виконані горизонтальні ділянки, орієнтовані в напрямку слоту. ко Ж Шен новини пи Й ї А ме ою щи м А г нн ! НОМ МТихр ДК й - - д пн і і | І Н - я ну | р ЕК доц за пед НИ і а БО, , хз Пн ше кн я пипопж і і ЧЕ КК Коччнння, ї І ! КД, м. й о в ее . В М і І р ши нн пи пе и МИ 3 -

Фіг. 1 йо ЕПЛІЛЬНА ТВІвНА о ДЛЯ 3-х ПЕРЕМИЧОК 51 в о 7 щ Н й тя я Шия хек Її се М й й

Фіг. 2 А що А

Я. гл В ше о но х їй / чи х й З

Фіг. З бо Й / , й й і Й ли СЄний нан фіг. 4 сх -. . о фіг. 5