ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ТУРБИНЫ Российский патент 2006 года по МПК F01D5/18 

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к охлаждаемым лопаткам, предназначенным для высокотемпературных турбин.

Известен целый ряд предложений по охлаждаемым лопаткам, в которых, с целью повышения эффективности охлаждения лопаток, охлаждающие каналы выполнены непосредственно в стенках лопатки, что позволяет приблизить охладитель к горячей поверхности и увеличить поверхность теплообмена охладителя со стенкой лопатки. Охладитель подводится в каналы через отверстия в стенке лопатки и через систему отверстий в этих же каналах вытекает на поверхность лопатки для создания заградительного охлаждения.

В патенте US 5741117, кл. F 01 D 5/18, 1988 г. каналы в лопатке разбиваются на несколько отдельных каналов по высоте лопатки. В качестве прототипа рассматривается лопатка по патенту GB 2314126, кл. F 01 D 5/18, 1997 г. Лопатка содержит каналы в стенке по всей высоте пера лопатки, каждый из которых соединен отверстиями впуска охладителя с центральной полостью (полостями) и отверстиями выпуска с внешней поверхностью лопатки. Основной недостаток подобных конструкций заключается в том, что подвод и выпуск воздуха осуществляется в одном и том же канале. При этом неэффективно используется хладоресурс воздуха в канале и нет достаточных условий для оптимизации заградительного охлаждения.

В настоящем предложении в стенках лопатки выполняются отдельные щелевые полости, расположенные как по профилю, так и по высоте лопатки, каждая из которых продольными по высоте лопатки перегородками разбивается на несколько соединяющихся между собой каналов. При этом одни каналы соединены с центральной полостью, а другие - с внешней поверхностью лопатки.

Решаемая задача - устранение недостатков, связанных с недостаточной эффективностью использования хладоресурса и создание условий для оптимизации заградительного охлаждения.

Технический результат - повышение эффективности охлаждения лопатки и уменьшение расхода охладителя как следствие оптимизации системы заградительного охлаждения - обеспечивается за счет того, что лопатка содержит центральные полости и щелевые полости, проходящие в стенках лопатки и соединенные с центральными полостями, при этом щелевые полости выполнены переменной ширины по высоте лопатки и разделены наклонными к оси лопатки перегородками на каналы, последовательно соединенные между собой, причем одни каналы имеют отверстия впуска охладителя, которые сообщаются с центральными полостями, а другие каналы имеют отверстия выпуска охладителя, выходящие на внешнюю поверхность лопатки.

Технический результат обеспечивается также тем, что перегородки выполняются с переменной по длине толщиной, а в перегородках выполнены отверстия, соединяющие смежные каналы лопатки, причем в каналах лопатки выполнены интенсификаторы теплообмена в виде полуребер, лунок, штырей или сферических сегментов.

Сущность предложения поясняется на фиг.1-6. На фиг.1 показан продольный разрез лопатки по каналам на корыте. На фиг.2 показан продольный разрез лопатки по центральным полостям. На фиг.3 показано продольное сечение лопатки по каналам выпуска воздуха. На фиг.4 показано продольное сечение лопатки по каналам впуска воздуха. На фиг.5 показан вид поперечного сечения лопатки по щелевым полостям, а на фиг.6 - поперечное сечение лопатки по каналам.

Охлаждаемая лопатка содержит центральные полости 1, щелевые полости 2 в стенках лопатки, которые продольными перегородками 3 разбиты на несколько соединяющихся между собой каналов 4, 5. Канал 4 щелевой полости 2 отверстиями 6 соединен с центральной полостью 1, а канал 5 той же щелевой полости 2 отверстиями 7 соединен с внешней поверхностью лопатки.

Перегородки 3 в щелевой полости 2 выполняются с постоянной или переменной толщиной по длине канала с различным углом по отношению к оси лопатки. В перегородках могут быть выполнены отверстия 8, соединяющие смежные каналы 4 и 5. На наружной или на внутренней стенке канала при необходимости выполняются интенсификаторы 9 теплообмена в виде полуребер, лунок, штырей или сферических сегментов.

Охлаждение лопатки производится следующим образом. Охладитель из центральной полости 1 через отверстия 6 впуска поступает в канал 4 щелевой полости 2. Затем из канала 4 охладитель, поворачивая вокруг перегородки 3 или протекая через отверстия 8, попадает в канал 5, из которого вытекает через отверстия 7 в стенке канала 5 на поверхность лопатки.

Втекание охладителя в один канал щелевой полости, а также протекание его по каналам и выход его на поверхность лопатки из другого канала позволяют полнее использовать хладоресурс охладителя в лопатке. Изменение толщины перегородки и соединение каналов с помощью отверстий в перегородке дают возможность изменять давление и расход охладителя по участкам каналов для оптимального распределения его по поверхности лопатки в условиях неизбежного изменения давления газа как по длине профиля, так и по высоте лопатки.

Предлагаемая конструкция выполнения щелевых полостей в стенках лопаток, разделенных перегородками на каналы охлаждения, обеспечивает более эффективное охлаждение лопаток по сравнению с известными конструкциями, имеющими охлаждающие каналы в стенках лопатки.

Охлаждаемая лопатка турбины содержит центральные полости и щелевые полости, проходящие в стенках лопатки и соединенные с центральными полостями. Щелевые полости выполнены переменной ширины по высоте лопатки и разделены наклонными к оси лопатки перегородками на каналы, последовательно соединенные между собой. Одни каналы имеют отверстия впуска охладителя, которые сообщаются с центральными полостями, а другие каналы имеют отверстия выпуска охладителя, выходящие на внешнюю поверхность лопатки. Перегородки выполняются с переменной по длине перегородки толщиной и в них выполнены отверстия, соединяющие смежные каналы лопатки. В каналах лопатки выполнены интенсификаторы теплообмена в виде полуребер, лунок, штырей или сферических сегментов. Изобретение повышает интенсивность охлаждения и создает условия для оптимизации заградительного охлаждения. 3 з.п.ф-лы, 6 ил.

1. Охлаждаемая лопатка турбины, содержащая центральные полости и щелевые полости, проходящие в стенках лопатки и соединенные с центральными полостями, отличающаяся тем, что щелевые полости выполнены переменной ширины по высоте лопатки и разделены наклонными к оси лопатки перегородками на каналы, последовательно соединенные между собой, причем одни каналы имеют отверстия впуска охладителя, которые сообщаются с центральными полостями, а другие каналы имеют отверстия выпуска охладителя, выходящие на внешнюю поверхность лопатки.2. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что перегородки выполняются с переменной по длине перегородки толщиной.3. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что в перегородках выполнены отверстия, соединяющие смежные каналы лопатки.4. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что в каналах лопатки выполнены интенсификаторы теплообмена в виде полуребер, лунок, штырей или сферических сегментов.