ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2005 года по МПК F01D5/18 

Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может найти применение в конструкции охлаждаемых лопаток.

Наиболее близкой к предлагаемому изобретению является лопатка газовой турбины, содержащая полое перо с тремя радиальными перегородками, разделяющими тракт охлаждения на четыре полости. Воздух поступает в полость между двумя перегородками (передней и средней), между которыми на стенках пера выполнены наклонные ребра, причем ребра на спинке смещены на половину шага относительно ребер на корыте. В передней перегородке со стороны корыта выполнены отверстия, через которые воздух тангенциальными струями подводится к внутренней поверхности входной кромки. В канале, расположенном вдоль входной кромки, для экранирования струй от сносящего потока на стенке со стороны корыта установлены ребра с шагом, равным шагу отверстий, которые расположены непосредственно за ребрами по направлению потока. В задней перегородке, расположенной в задней полости лопатки, имеются отверстия, дозирующие подачу воздуха в каналы выходной кромки, в которых расположены четыре ряда цилиндрических штырей и три поперечные перегородки (ребра), исключающие радиальное перетекание воздуха [1].

Недостатком данной конструкции является недостаточная эффективность охлаждения входной кромки лопатки из-за наличия сносящего потока на цилиндрической поверхности и неравномерность температурного поля лопатки в задней полости.

Задачей изобретения является повышение эффективности охлаждения входной кромки и выравнивания температурного поля в задней полости пера.

Эта задача решается тем, что предлагаемая охлаждаемая лопатка газовой турбины содержит полое перо с тремя радиальными перегородками: передней, расположенной у входной кромки; разделительной, расположенной между передней и задней полостями пера, и задней, расположенной в задней полости лопатки, между передней и разделительной перегородками, на стенках пера выполнены наклонные ребра, причем ребра на спинке смещены на половину шага относительно ребер на корыте, в первой и третьей перегородках выполнены отверстия, в канале, расположенном вдоль входной кромки, на внутренней поверхности стенки со стороны корыта установлены поперечные ребра с шагом, равным шагу отверстий в первой перегородке, а в каналах выходной кромки расположены четыре ряда цилиндрических штырей и три поперечных ребра выходной кромки.

Поперечные ребра выполнены с продолжением по цилиндрической поверхности входной кромки и имеют высоту не менее диаметра отверстий, а задняя перегородка выполнена в виде двух полуребер, установленных на стенках со стороны спинки и корыта и соединенных между собой цилиндрическими штырями.

На фиг.1 изображен продольный разрез лопатки; на фиг.2 - разрез А-А на фиг.1.

Охлаждаемая лопатка газовой турбины содержит полое перо 1 с тремя радиальными перегородками: передней 2, расположенной у входной кромки 3 с зазором к поворотному ребру 4, расположенному у торцевой стенки 5 пера 1; разделительной 6, расположенной между передней и задней полостями; задней 7, расположенной в задней полости лопатки, для распределения воздуха по выходной кромке 8. Между передней и разделительной перегородками на стенках пера выполнены наклонные ребра 9, причем ребра на спинке смещены на половину шага относительно ребер на корыте. В перегородке 2 со стороны корыта выполнены отверстия 10 для струйного охлаждения входной кромки 3. В канале 11, расположенном вдоль входной кромки 3, на внутренней поверхности стенки со стороны корыта установлены поперечные ребра 12 непосредственно перед отверстиями 10 с шагом, равным шагу отверстий, причем ребра 12 выполнены с продолжением по цилиндрической поверхности входной кромки, а высота ребер должна быть не менее диаметра отверстий 10. В канале между разделительной перегородкой 6 и задней перегородкой 7 установлены поперечные ребра 13.

Задняя перегородка 7 выполнена в виде двух полуребер 14 и 15, установленных на стенках со стороны спинки и корыта и соединенных цилиндрическими штырями 16. В задней полости пера расположены четыре цилиндрических штыря 17 и три поперечных ребра выходной кромки 18 для секционирования потока. На входе в канал 19 установлен дозирующий жиклер 20.

Система охлаждения лопатки работает следующим образом. Воздух поступает в канал 11, в канал 19 и канал, расположенный между передней 2 и разделительной 6 перегородками. Через отверстия 10 охладитель осуществляет струйное охлаждение цилиндрической поверхности входной кромки 3, ребра 12 осуществляют экранирование струй от воздействия сносящего потока воздуха двигающегося в радиальном направлении по каналу 11.

Система отверстий 10 и ребер 12 обеспечивает повышение эффективности охлаждения входной кромки.

Наклонные ребра 9 турбулизируют поток воздуха, увеличивая интенсивность охлаждения лопатки.

В периферийном участке пера поворотное ребро 4 осуществляет поворот потока к задней перегородке 7. Зазор между передней радиальной перегородкой 2 и поворотным ребром 4 осуществляет поворот потока к задней перегородке 7, благодаря чему исключается образование застойной зоны на участке поворота потока.

После поворота поток движется от торцевой стенки 5 к корневым сечениям лопатки, турбулизируясь поперечными ребрами 13.

Полуребра 14, 15 и штыри 16 организуют коллекторную раздачу воздуха в направлении выходной кромки 8, обеспечивая требуемое температурное поле пера. Поперечные ребра выходной кромки 18 обеспечивают поперечное течение воздуха относительно пера лопатки, исключая его радиальное перетекание.

Четыре ряда штырей 17 установлены в шахматном порядке и интенсифицируют теплообмен. Через щель в выходной кромке 8 воздух из пера 1 вытекает в проточную часть турбины.

Таким образом, достигается поставленная задача повышения эффективности охлаждения входной кромки и выравнивания температурного поля в задней полости пера.

По полученным экспериментальным данным предложенная конструкция позволяет повысить эффективность охлаждения входной кромки рабочих лопаток на 10% и эффективность охлаждения вогнутой стенки в средней части пера на 15%.

Источники информации:

1. Тепловые и гидравлические характеристики охлаждаемых лопаток газовых турбин. Копелев С.З., Галкин М.П., Харин А.А., Шевченко И.В. – М.: Машиностроение, 1993, стр.68-71, рис.2.12.

Охлаждаемая лопатка газовой турбины содержит полое перо с тремя радиальными перегородками, передней - расположенной у входной кромки, разделительной - расположенной между передней и задней полостями пера, и задней - расположенной в задней полости лопатки. Между передней и разделительной перегородками на стенках пера выполнены наклонные ребра. Ребра на спинке смещены на половину шага относительно ребер на корыте. В передней перегородке выполнены отверстия. В канале, расположенном вдоль входной кромки, на внутренней поверхности стенки со стороны корыта установлены поперечные ребра с шагом, равным шагу отверстий в передней перегородке. В каналах выходной кромки расположены четыре ряда цилиндрических штырей и поперечные ребра выходной кромки. Поперечные ребра выполнены с продолжением по цилиндрической поверхности входной кромки и имеют высоту не менее диаметра отверстий. Задняя перегородка выполнена в виде двух полуребер, установленных на стенках со стороны спинки и корыта и соединенных между собой цилиндрическими штырями. Изобретение повышает эффективность охлаждения входной кромки и выравнивает температурное поле в задней полости пера. 2 ил.

Охлаждаемая лопатка газовой турбины, содержащая полое перо с тремя радиальными перегородками: передней, расположенной у входной кромки, разделительной, расположенной между передней и задней полостями пера, и задней, расположенной в задней полости лопатки, между передней и разделительной перегородками на стенках пера выполнены наклонные ребра, причем ребра на спинке смещены на половину шага относительно ребер на корыте, в передней перегородке выполнены отверстия, в канале, расположенном вдоль входной кромки, на внутренней поверхности стенки со стороны корыта установлены поперечные ребра с шагом, равным шагу отверстий в передней перегородке, а в каналах выходной кромки расположены четыре ряда цилиндрических штырей и поперечные ребра выходной кромки, отличающаяся тем, что поперечные ребра выполнены с продолжением по цилиндрической поверхности входной кромки и имеют высоту не менее диаметра отверстий, а задняя перегородка выполнена в виде двух полуребер, установленных на стенках со стороны спинки и корыта и соединенных между собой цилиндрическими штырями.