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

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано в высокотемпературных газовых турбинах.

Наиболее близкой охлаждаемой лопаткой того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является охлаждаемая лопатка турбины, включающая полость подвода охлаждающего воздуха к передней кромке охлаждаемой лопатки турбины, выполненную в виде тангенциального улиточного завихрителя, имеющего с одной стороны ограничительную диафрагму с отверстием в центральной части, а с другой стороны камеру разделения потока охлаждающего воздуха передней кромки охлаждаемой лопатки турбины с ребром регулирования, полость выпуска охлаждающего воздуха, ребра перфорации, очистительные отверстия, полость подвода охлаждающего воздуха к задней кромке охлаждаемой лопатки турбины, также выполненную в виде тангенциального улиточного завихрителя, имеющего с одной стороны ограничительную диафрагму с отверстием в центральной части, а с другой стороны камеру разделения потока охлаждающего воздуха задней кромки охлаждаемой лопатки турбины с ребром регулирования (см. патент №2208683 (РФ) Охлаждаемая лопатка турбины. / Н.Н.Ковальногов, Д.Л.Жуховицкий, А.А.Цынаева от 20.07.2003) и принятую за прототип. К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известной охлаждаемой лопатки, принятой за прототип, относится то, что в известной охлаждаемой лопатке недостаточно интенсивно осуществляется пленочное охлаждение.

Сущность изобретения заключается в обеспечении интенсивного охлаждения лопатки турбины, снижение температурного перепада по сечению лопатки. Технический результат - обеспечение эффективного охлаждения лопатки турбины за счет улучшения пленочного охлаждения.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в предлагаемой охлаждаемой лопатке турбины, содержащей канал конвективного охлаждения передней кромки охлаждаемой лопатки турбины, канал пленочного охлаждения передней кромки охлаждаемой лопатки турбины, полость подвода охлаждающего воздуха к передней кромке охлаждаемой лопатки турбины, выполненную в виде тангенциального улиточного завихрителя, имеющего с одной стороны ограничительную диафрагму с отверстием в центральной части, а с другой стороны камеру разделения потока охлаждающего воздуха передней кромки охлаждаемой лопатки турбины с ребром регулирования, полость выпуска охлаждающего воздуха, ребра перфорации, очистительные отверстия, канал конвективного охлаждения задней кромки охлаждаемой лопатки турбины, канал пленочного охлаждения задней кромки охлаждаемой лопатки турбины, полость подвода охлаждающего воздуха к задней кромке охлаждаемой лопатки турбины, также выполненную в виде тангенциального улиточного завихрителя, имеющего с одной стороны ограничительную диафрагму с отверстием в центральной части, а с другой стороны камеру разделения потока охлаждающего воздуха задней кромки охлаждаемой лопатки турбины с ребром регулирования. Особенность заключается в том, что полость подвода охлаждающего воздуха (как для передней, так и для задней кромки охлаждаемой лопатки турбины) через отверстие в центральной части ограничительной диафрагмы соединена с каналом пленочного охлаждения, а камера разделения потока охлаждающего воздуха (как для передней, так и для задней кромки охлаждаемой лопатки турбины) с ребром регулирования, выполненным в виде конуса, соединена с каналом конвективного охлаждения.

На чертежах представлено:

на фиг.1 изображена охлаждаемая лопатка турбины (прототип);

на фиг.2 представлена охлаждаемая лопатка турбины, предложенная авторами.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного результата, заключаются в следующем.

Охлаждаемая лопатка турбины содержит канал конвективного охлаждения 1 передней кромки охлаждаемой лопатки турбины, канал пленочного охлаждения 2 передней кромки охлаждаемой лопатки турбины, полость подвода охлаждающего воздуха 3 к передней кромке охлаждаемой лопатки турбины, выполненную в виде тангенциального улиточного завихрителя, имеющего с одной стороны ограничительную диафрагму 4 с отверстием 5 в центральной части, а с другой стороны - камеру разделения 6 потока охлаждающего воздуха передней кромки охлаждаемой лопатки турбины с ребром регулирования 7, полость выпуска охлаждающего воздуха 8, ребра перфорации 9, 10, очистительные отверстия 11, канал конвективного охлаждения 12 задней кромки охлаждаемой лопатки турбины, канал пленочного охлаждения 13 задней кромки охлаждаемой лопатки турбины, полость подвода охлаждающего воздуха 14 к задней кромке охлаждаемой лопатки турбины, также выполненную в виде тангенциального улиточного завихрителя, имеющего с одной стороны ограничительную диафрагму 15 с отверстием 16 в центральной части, а с другой стороны камеру разделения 17 потока охлаждающего воздуха задней кромки охлаждаемой лопатки турбины с ребром регулирования 18.

Работа по охлаждению лопатки турбины осуществляется следующим образом.

Охлаждающий сжатый воздух поступает в полость подвода воздуха 3 к передней кромке, выполненную в виде тангенциального улиточного завихрителя, холодный поток, движущийся через отверстие 5 в диафрагме 4 в канал пленочного охлаждения передней кромки 2 охлаждаемой лопатки турбины, полученный в процессе температурного разделения охлаждающего воздуха в камере разделения 6, имеет температуру ниже подаваемого охлаждающего потока воздуха, а горячий, направляемый из камеры разделения 6 в канал конвективного охлаждения 1 передней кромки охлаждаемой лопатки турбины через полость, образованную регулирующим ребром 7, каналом конвективного охлаждения 1 и ее корнем, имеет температуру выше температуры исходного охлаждающего воздуха, но ниже температуры газа в межлопаточном пространстве. При этом расход воздуха, поступающего в канал 1, зависит от геометрических параметров ребра 7, выполненного в виде конуса. Эффективность охлаждения задней кромки лопатки турбины повышена за счет того, что сжатый воздух, поступающий в полость подвода воздуха 14 к задней кромке, выполненную в виде тангенциального улиточного завихрителя, холодный поток, движущийся через отверстие 16 в диафрагме 15 в канал пленочного охлаждения передней кромки 13 передней кромки охлаждаемой лопатки турбины, полученный в процессе температурного разделения охлаждающего воздуха в камере разделения 17, имеет температуру ниже подаваемого охлаждающего потока воздуха, а горячий, направляемый из камеры разделения 17 в канал конвективного охлаждения 12 передней кромки охлаждаемой лопатки турбины через полость, образованную регулирующим ребром 18, каналом конвективного охлаждения 12 и ее корнем, имеет температуру выше температуры исходного охлаждающего воздуха, но ниже температуры газа в межлопаточном пространстве. При этом расход воздуха, поступающего в канал 12, зависит от геометрических параметров ребра 18, выполненного в виде конуса.

Таким образом, температура лопатки стабилизируется за счет уменьшения температурного перепада по сечению лопатки, а охлаждение лопатки осуществляется более эффективно.

Охлаждаемая лопатка турбины содержит каналы конвективного охлаждения и пленочного охлаждения ее передней кромки. Полость подвода охлаждающего воздуха к передней кромке охлаждаемой лопатки турбины имеет с одной стороны ограничительную диафрагму с отверстием в центральной части, а с другой стороны камеру разделения потока охлаждающего воздуха передней кромки охлаждаемой лопатки турбины с ребром регулирования. Охлаждаемая лопатка также имеет полость выпуска охлаждающего воздуха, ребра перфорации, очистительные отверстия, каналы конвективного и пленочного охлаждения ее задней кромки. Полость подвода охлаждающего воздуха к задней кромке охлаждаемой лопатки турбины имеет с одной стороны ограничительную диафрагму с отверстием в центральной части, а с другой стороны - камеру разделения потока охлаждающего воздуха задней кромки охлаждаемой лопатки турбины с ребром регулирования. Полость подвода охлаждающего воздуха (как для передней, так и для задней кромки охлаждаемой лопатки турбины) через отверстие в центральной части ограничительной диафрагмы соединена с каналом пленочного охлаждения. Камера разделения потока охлаждающего воздуха (как для передней, так и для задней кромки охлаждаемой лопатки турбины) с ребром регулирования, выполненным в виде конуса, соединена с каналом конвективного охлаждения. Изобретение обеспечивает эффективное охлаждение лопатки турбины за счет улучшения пленочного охлаждения. 2 ил.

Охлаждаемая лопатка турбины, содержащая канал конвективного охлаждения передней кромки охлаждаемой лопатки турбины, канал пленочного охлаждения передней кромки охлаждаемой лопатки турбины, полость подвода охлаждающего воздуха к передней кромке охлаждаемой лопатки турбины, выполненную в виде тангенциального улиточного завихрителя, имеющего с одной стороны ограничительную диафрагму с отверстием в центральной части, а с другой стороны камеру разделения потока охлаждающего воздуха передней кромки охлаждаемой лопатки турбины с ребром регулирования, полость выпуска охлаждающего воздуха, ребра перфорации, очистительные отверстия, канал конвективного охлаждения задней кромки охлаждаемой лопатки турбины, канал пленочного охлаждения задней кромки охлаждаемой лопатки турбины, полость подвода охлаждающего воздуха к задней кромке охлаждаемой лопатки турбины, также выполненную в виде тангенциального улиточного завихрителя, имеющего с одной стороны ограничительную диафрагму с отверстием в центральной части, а с другой стороны камеру разделения потока охлаждающего воздуха задней кромки охлаждаемой лопатки турбины с ребром регулирования, отличающаяся тем, что полость подвода охлаждающего воздуха (как для передней, так и для задней кромки охлаждаемой лопатки турбины) через отверстие в центральной части ограничительной диафрагмы соединена с каналом пленочного охлаждения, а камера разделения потока охлаждающего воздуха (как для передней, так и для задней кромки охлаждаемой лопатки турбины) с ребром регулирования, выполненным в виде конуса, соединена с каналом конвективного охлаждения.