ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1997 года по МПК F01D5/18 

Изобретение относится к турбостроению и может использоваться при производстве охлаждаемых лопаток турбин.

Известна охлаждаемая лопатка турбины, содержащая полое перо, внутри которого размещен тонкостенный дефлектор с отверстиям и выштамповками на стенках /Жирницкий Г.С. и др.Газовые турбины двигателей летательных аппаратов, М. Машиностроение, 1971, с. 311/.

Известна также литая лопатка, содержащая полое перо, продольную перегородку, перфорационные отверстия в зоне входной кромки и дефлектор (прототип).

Недостатком такой конструкции является недостаточно эффективное охлаждение входной кромки лопатки в области, где отсутствует перфорация. Происходит это из-за сравнительно небольшой скорости движения воздуха по каналу, образованному стенкой входной кромки и продольной перегородкой. Эффективность охлаждения входной кромки лопатки такой конструкции может быть повышена, если перпендикулярно направлению движения охлаждающего воздуха в канале входной кромки лопатки периодически подавать воздух из полости за перегородкой. Возникающие при этом пульсации будут способствовать интенсификации теплообмена между стенкой лопатки и воздухом.

Для повышения интенсивности теплообмена в охлаждаемой лопатке турбины, содержащей полое перо, продольную перегородку, перфорационные отверстия в зоне входной кромки и дефлектор, продольная перегородка содержит отверстия, напротив которых расположены конические выштамповки, выполненные на носике дефлектора, который имеет гофрированные стенки, соприкасающиеся вершинами гофр с внутренней поверхностью сужающейся части пера лопатки. Благодаря наличию отверстий в перегородке и гофрированных стенок дефлектора, который при этом получает свойства сильфона, в поток охлаждающего воздуха, движущийся в канале входной кромки, периодически вдувается перпендикулярно потоку воздух из полости лопатки за перегородкой, создавая дополнительные пульсации воздуха в канале, разрушающие ламинарный пограничный слой у стенок канала и интенсифицируя этим внутреннюю теплоотдачу к воздуху.

На фиг. 1 изображена предлагаемая лопатка турбины; на фиг. 2 разрез А-А на фиг. 1.

Предлагаемая охлаждаемая лопатка турбины представляет собой полое перо 1, продольную перегородку 2, перфорационные отверстия 3 в зоне входной кромки и дефлектор 4 с отверстиями 5, причем в продольной перегородке имеются отверстия 6, напротив которых расположены конические выштамповки 7, выполненные на носике дефлектора, который имеет гофрированные стенки, соприкасающиеся вершинами гофр с внутренней поверхностью сужающейся части пера лопатки, а в замковой части лопатки установлены жиклеры 8, через которые воздух подается в переднюю и в заднюю полости лопатки, последняя из которых образована продольной перегородкой и передним торцом дефлектора.

Лопатка работает следующим образом.

В исходном положении дефлектор-сильфон 4, установленный в полом пере 1 лопатки, сжат в поперечном направлении. При этом конические выштамповки 7 не полностью перекрывают отверстие 6 в продольной перегородке 2. Воздух одновременно подается во внутреннюю полость дефлектора и через жиклеры 8. Благодаря меньшему гидравлическому сопротивлению на входе в дефлектор чем в жиклер, а также за счет перетечек воздуха в переднюю полость через отверстие в продольной перегородке давление во внутренней полости дефлектора возрастает быстрее чем в полости между перегородкой и торцом дефлектора /эта полость изолируется от полости выходной кромки гофрами на торцах дефлектора/. В результате дефлектор удлиняется в поперечном направлении и выштамповки закрывают отверстие в продольной перегородке. Подача воздуха в область входной кромки перпендикулярно основному потоку прекращается.

В замкнутой полости между перегородкой и торцом дефлектора давление воздуха возрастает и через определенное время достигает значений, при которых силы давления воздуха, действующие на торцевую часть дефлектора-сильфона с внешней и внутренней сторон, уравновесят друг друга. При этом не уравновешенная сила упругости сильфона заставит его вернуться в исходное положение. Конические выштамповки открывают отверстия в продольной перегородке и воздух из области за перегородкой через эти отверстия вдувается в область передней полости. Необходимое соотношение давлений в рассматриваемых полостях лопасти и дефлектора обеспечивается выбором проходных сечений жиклеров, площадь входа во внутреннюю полость дефлектора и перфорационных отверстий в нем 5 и зоне передней полости лопатки 3.

Предлагаемая конструкция лопатки позволяет существенным образом интенсифицировать процесс теплообмена в лопатке за счет пульсаций давления, разрушающих ламинарный пограничный слой.

Доведение изобретения для промышленного использования не требует введения каких-либо производственных мощностей или специального оборудования. Экономический эффект от внедрения будет определяться программой выпуска, продолжительностью и трудоемкостью проектировочно-доводочных работ.

Использование: в турбостроении при производстве охлаждаемых лопаток турбин. Сущность: охлаждаемая лопатка турбины представляет собой полое перо 1, продольную перегородку 2, перфорационные отверстия 3 в зоне входной кромки и дефлектор 4 с отверстиями 5, причем в продольной перегородке выполнены отверстия 6, напротив которых расположены конические выштамповки 7, выполненные на дефлектор 4, который имеет гофрированные стенки, соприкасающиеся вершинам гофр с внутренней поверхностью сужающейся части пера 1 лопатки, а в замковой части лопатки установлены жиклеры 8, через которые воздух подается как в переднюю, так и в заднюю полости лопатки, последняя из которых образована продольной перегородкой 2 и передним торцом дефлектора 4. 2 ил.

Охлаждаемая лопатка турбины, содержащая полое перо, продольную перегородку, перфорационные отверстия в зоне входной кромки и дефлектор, отличающаяся тем, что на перегородке выполнены отверстия, а на дефлекторе - конические выштамповки, размещенные соосно с отверстиями перегородки, при этом стенки дефлектора выполнены в виде гофр, соприкасающихся вершинами с внутренней поверхностью сужающейся части пера лопатки.