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.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ОХЛАЖДАЕМАЯ РАБОЧАЯ ЛОПАТКА ТУРБИНЫ | 2004 |
|
RU2263791C1 |
РАБОЧАЯ ЛОПАТКА ТУРБИНЫ | 2007 |
|
RU2346164C2 |
ОХЛАЖДАЕМАЯ РАБОЧАЯ ЛОПАТКА ТУРБИНЫ | 1992 |
|
RU2043508C1 |
РОТОР ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНОЙ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ | 2001 |
|
RU2200235C2 |
Сопловый аппарат турбины высокого давления (ТВД) газотурбинного двигателя (варианты), сопловый венец соплового аппарата ТВД и лопатка соплового аппарата ТВД | 2018 |
|
RU2683053C1 |
ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ | 1995 |
|
RU2101513C1 |
Сопловый аппарат турбины низкого давления (ТНД) газотурбинного двигателя (ГТД) (варианты) и лопатка соплового аппарата ТНД (варианты) | 2018 |
|
RU2691203C1 |
Охлаждаемая лопатка соплового аппарата газовой турбины | 2017 |
|
RU2663966C1 |
Тракт воздушного охлаждения лопатки соплового аппарата турбины высокого давления газотурбинного двигателя (варианты) | 2018 |
|
RU2686430C1 |
ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ | 1983 |
|
SU1152289A1 |
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.
SU 1287678, 20.02.1997.SU 1127354 A1, 10.04.1996.SU 1042380 A1, 23.08.1990.US 5348446 A, 20.09.1994.US 5741117 A, 26.08.1997.GB 2314126 A, 17.12.1997. |
Авторы
Даты
2004-02-27—Публикация
2002-06-17—Подача