ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 1998 года по МПК F01D5/18 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, а более конкретно к охлаждаемым лопаткам турбомашины.

Известна лопатка газовой турбины [1], содержащая полое перо, разделенное продольными ребрами не несколько каналов. Причем канал подвода воздуха на охлаждение входной кромки лопатки выполнен отдельным, не соединяющимся с другими каналами пера лопатки.

Для изготовления такой лопатки используется сложная, дорогая и неосвоенная отечественной авиационной промышленностью технология фиксации литейного стержня, определяющего внутреннюю полость лопатки, в форме посредством специальных диаметров 0,3 - 0,9 мм платиновых проволочек или керамических стержней.

Наиболее близкой к заявляемой относится лопатка газовой турбины [2], содержащая полое перо, снабженное на периферии внутренней торцевой бобышкой с расположенной в ней резьбовой заглушкой, используемой для глушения технологического отверстия, образующегося от периферийного торцевого знака, используемого для фиксации в форме литейного стержня. От подошвы замка в направлении периферии простирается одно или несколько продольных ребер, не доходящих до стенки торца пера или торца заглушки.

Недостатком известной лопатки, принятой за прототип, является недостаточная надежность, обусловленная слабым охлаждением входной кромки. Через отверстия перфорации во входной кромке происходит затекание газа внутрь канала лопатки и подогрев ее стенок. Затекание газа обусловлено недостаточным перепадом давления между охлаждающим воздухом и газом вследствие того, что воздух, поступающий в полость пера, используется одновременно или последовательно для всех элементов пера, и в связи с этим часть воздуха, протекающего вдоль входной кромки, уходит, огибая ребро в районе периферийного сечения, в полость выходной кромки.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности лопатки за счет улучшения охлаждения входной кромки.

Сущность технического решения заключается в том, что в охлаждаемой лопатке газовой турбины, содержащей полое перо с продольным ребром от подошвы замка, торцевую внутреннюю бобышку с заглушкой, согласно изобретения, заглушка установлена с упором в торец ребра, а ее диаметр равен по крайней мере минимальной ширине участка внутреннего канала пера между донышком бобышки и торцом ребра.

Установка заглушки с упором в торец ребра с диаметром, равным по крайней мере минимальной ширине участка внутреннего канала пера между донышком бобышки и торцом ребра улучшает охлаждение входной кромки за счет того, что продольное ребро и заглушка образуют с входной кромкой замкнутую отдельную полость, в счет чего почти весь поступающий в эту полость воздух идет через отверстия перфорации для охлаждения входной кромки с большим перепадом давления, предотвращая затекание газа в полость через отверстия, что повышает надежность лопатки.

На фиг.1 изображен общий вид лопатки со вскрытой стенкой полости входной кромки пера; на фиг.2 - узел I на фиг.1; на фиг.3 - сечение A-A на фиг.2.

Рабочая лопатка газовой турбины содержит полое перо 1, снабженное на периферии внутренней торцевой бобышкой 2 с отверстием 3 и расположенной в нем резьбовой заглушкой 4, входную кромку 5 с отверстиями перфорации 6. Продольное ребро 7 простирается от подошвы замка в направлении периферии, не доходя до донышка бобышки 2. Резьбовая заглушка 4 при изготовлении лопатки ставится с упором в торец ребра 7. Для исключения зазоров между стенками пера 1 лопатки и стержнем заглушки 4 на участке 8 от бобышки 2 до ребра 9 диаметр заглушки 4 выбирается равным или как можно близким к ширине 8 канала пера. В связи с тем, что внутренний канал пера 1 лопатки чаще всего выполняется суживающимся, обеспечить диаметр заглушки 4 полностью равным ширине 8 канала не удается. При выборе диаметра заглушки 4, равным максимальной ширине, будет происходить утоньшение стенок пера 1 из-за врезания при выполнении резьбового отверстия. Поэтому диаметр заглушки 4 выбирается равным по крайней мере минимальной ширине 8 канала участка между торцом ребра 7 и торцом бобышки 2. При этом при постановке заглушки 4 между стенками пера 1 и заглушкой 4 в месте максимальной ширины образуются небольшие щели, утечки воздуха через которые не будут оказывать большого влияния на охлаждение входной кромки. Продольное ребро 7 и заглушка 4 образуют с входной кромкой 5 замкнутую отдельную полость 10, благодаря чему весь поступающий в полость 10 воздух идет через отверстия перфорации 6 для охлаждения входной кромки 5 с большим перепадом давления, предотвращая затекание газа в полость 10 пера 1 через отверстия 6 и тем самым повышая надежность лопатки.

При литье керамический стержень, формирующий полость 10 пера, вследствие введения в конструкцию лопатки заглушки снабжен помимо корневого замкового знака периферийным торцевым знаком. За счет этого при литье без использования множества платиновых проволочек или керамических стержней малого диаметра обеспечивается надежная фиксация стержня. Введение в конструкцию лопатки окна от донышка бобышки до ребра увеличивает прочность стержня. Использование заглушки 4 с диаметром, равным по крайней мере минимальной ширине 8 канала участка между торцом ребра и торцом бобышки в заявляемой лопатке позволяет с одной стороны заглушить технологическое отверстие, образующееся в лопатке после удаления стержня, а с другой стороны образовать отдельную замкнутую полость для охлаждения входной кромки.

Таким образом, использование изобретения позволяет повысить надежность лопатки путем улучшения охлаждения входной кромки.

Источники информации
1.Заявка Японии N 62-15724, кл F 01 D 5/18, опублик 87.04.09.

2. А.с. СССР N 1401952, кл. F 01 D 5/08, 1986 г. (прототип).

Использование: в энергетическом машиностроении. Сущность изобретения: охлаждаемая лопатка газовой турбины содержит полое перо с продольным ребром от подошвы замка и торцевую внутреннюю бобышку с заглушкой. Заглушка установлена с упором в торец ребра, а ее диаметр равен по меньшей мере минимальной ширине участка внутреннего канала пера между донышком бобышки и торцом ребра. 3 ил.

Охлаждаемая лопатка газовой турбины, содержащая полое перо с продольным ребром от подошвы замка, торцевую внутреннюю бобышку с заглушкой, отличающаяся тем, что заглушка установлена с упором в торец ребра, а ее диаметр равен по крайней мере минимальной ширине участка внутреннего канала пера между донышком бобышки и торцом ребра.