РАБОЧАЯ ЛОПАТКА ТУРБИНЫ Российский патент 2004 года по МПК F01D5/18 

Изобретение относится к охлаждаемым рабочим лопаткам турбины газотурбинного двигателя наземного или авиационного применения.

Известна охлаждаемая рабочая лопатка турбины, охлаждающий воздух в которой из каналов в пере лопатки через перфорацию выпускается на входную кромку, корыто и спинку, осуществляя конвективно-пленочное охлаждение пера лопатки [1].

Недостатком известной конструкции является ее низкая надежность из-за слабого охлаждения выходной кромки.

Наиболее близкой к заявляемой конструкции является рабочая лопатка, в которой внутренняя полость пера каналами соединена с торцом выходной кромки [2].

Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, являются большие гидравлические потери пера лопатки при его обтекании газом из-за увеличенного донного сопротивления выходной кромки, так как для размещения каналов, выходящих на торец выходной кромки, сама выходная кромка выполнена увеличенной толщины.

Техническая задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в обеспечении эффективности охлаждения выходной кромки лопатки, в повышении КПД турбины.

Сущность технического решения заключается в том, что в рабочей лопатке турбины, включающей перо с входной и выходной кромками, с корытом и спинкой, с охлаждаемой внутренней полостью, согласно изобретению внутренняя полость пера соединена каналами с карманом, расположенным на выходной кромке пера со стороны корыта, причем отношение величины хорды профиля лопатки к ширине кармана вдоль средней линии профиля лопатки B/L=6...20.

Соединение внутренней полости пера каналами с карманом, расположенным на выходной кромке пера со стороны корыта, позволяет уменьшить гидравлические потери на смешение газа и воздуха, которое происходит до зоны максимальных скоростей, последние реализуются на выходной кромке. Кроме того, в кармане образуется зона повышенного давления за счет увеличенного давления вытекающего холодного воздуха, что увеличивает подъемную силу профиля пера лопатки, повышая КПД турбины и ее мощности.

Отношение величины хорды профиля лопатки к ширине кармана вдоль средней линии профиля лопатки B/L=6...20 позволяет обеспечить эффективное охлаждение выходной кромки лопатки при повышенном КПД турбины. При B/L <6 увеличивается ширина кармана, что может привести к пластинчатым колебаниям выходной кромки и к ее поломке. При B/L > 20 увеличивается донное сопротивление выходной кромки и потери на смешение газа и воздуха, что приводит к ухудшению КПД турбины.

На фиг.1 изображен вид сбоку на охлаждаемую рабочую лопатку турбины.

На фиг.2 - сечение А-А на фиг.1 в увеличенном виде.

Рабочая охлаждаемая лопатка 1 турбины состоит из охлаждаемого пера 2, нижней полки 3, удлиненной ножки 4 и хвостовика с елочным замком 5. Перо 2 лопатки 1 состоит из входной кромки 6 с перфорацией 7, спинки 8, корыта 9 и выходной кромки 10, вдоль которой со стороны корыта 9 выполнен карман 11, соединенный каналами 12 с внутренней полостью 13 охлаждаемой рабочей лопатки 1. Профиль пера 2 лопатки 1 обозначен цифрой 14, а его средняя линия - цифрой 15.

Работает устройство следующим образом.

При работе двигателя горячий газ обтекает перо 2 рабочей лопатки 1, нагревая его. Охлаждающий воздух из внутренней полости 13 пера 2 вытекает через перфорацию 7 на входной кромке 6, осуществляя конвективно-пленочное охлаждение входной кромки 6, спинки 8 и корыта 9 лопатки 1. Выходная кромка 10 охлаждается за счет вытекания охлаждающего воздуха из внутренней полости 13 через каналы 12 в карман 11 выходной кромки 10, где на длине L происходит смешение вытекающего охлаждающего воздуха с газом. Так как это смешение происходит до зоны максимальных скоростей, которые реализуются на выходной кромке 10, т.е. в "горле", то гидравлические потери на смешение газа и воздуха уменьшаются. Кроме того, в кармане 11 образуется зона повышенного давления за счет увеличенного давления вытекающего холодного воздуха, что увеличивает подъемную силу профиля пера лопатки, повышая КПД турбины и ее мощность. Выходная кромка 10 при этом выполняется минимальной толщины, что уменьшает донное сопротивление профиля пера лопатки и повышает КПД турбины. Рабочая лопатка при работе двигателя обтекается неравномерным потоком газа, например, из-за неравномерного поля давлений и температур на выходе из соплового аппарата перед рабочей лопаткой. Указанное соотношение B/L=6...20 позволяет избежать пластинчатых колебаний выходной кромки из-за неравномерного обтекания газом и одновременно обеспечить эффективное охлаждение выходной кромки при повышенном КПД турбины.

Источники информации

1. С.А. Вьюнов. "Конструкция и проектирование авиационных ГТД". - М.: Машиностроение, с.165, рис.4.24в.

2. С.А. Вьюнов, с.159, рис.4.196 - прототип.

Рабочая лопатка турбины, относящаяся к охлаждаемым рабочим лопаткам турбины газотурбинного двигателя наземного или авиационного применения, включает в себя перо с входной и выходной кромками, с корытом и спинкой, с охлаждаемой внутренней полостью. Внутренняя полость пера соединена каналами с карманом, расположенным на выходной кромке пера со стороны корыта. Отношение величины хорды профиля лопатки к ширине кармана вдоль средней линии профиля лопатки равно 6...20. Изобретение позволяет обеспечить эффективность охлаждения выходной кромки лопатки и повысить КПД турбины. 2 ил.

Рабочая лопатка турбины, включающая перо с входной и выходной кромками, с корытом и спинкой, с охлаждаемой внутренней полостью, отличающаяся тем, что внутренняя полость пера соединена каналами с карманом, расположенным на выходной кромке пера со стороны корыта, причем отношение величины хорды профиля лопатки к ширине кармана вдоль средней линии профиля лопатки B/L=6 - 20.