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

Изобретение относится к охлаждаемым лопаткам, в частности к охлаждаемым лопаткам турбомашин, и может быть использовано в газотурбостроении.

Известна охлаждаемая лопатка турбомашины, содержащая перо с центральной полостью и радиальным каналом, расположенным в зоне входной кромки и сообщенным чередующимися по высоте входными и выходными каналами с центральной полостью и внешней поверхностью выпуклой части пера, причем выходные и входные каналы выполнены тангенциальными относительно радиального канала, входные каналы направлены вдоль внутренней поверхности вогнутой части пера, а отношение площадей проходных сечений выходных и входных каналов выбрано в интервале 4,2>Fвых/Fвхода>1,7 (см. патент РФ №2117768, Кл. F 01 D 5/18, опубл. 20.08.1998).

Недостатки известной лопатки заключаются в ее низкой надежности из-за неоптимального охлаждения входной кромки и из-за дополнительных напряжений, возникающих в замковой части лопатки при выполнения канала, расположенного в зоне входной кромки, радиальным. Кроме этого, выполнение входных и выходных каналов чередующимися по высоте приводит к усложнению технологии их выполнения.

Технический результат изобретения - повышение надежности турбомашины, повышение эффективности охлаждения входной кромки лопатки и упрощение технологии изготовления.

Указанный технический результат достигается тем, что в охлаждаемой лопатке турбомашины, содержащей перо с центральной полостью и каналом, расположенным в зоне входной кромки и сообщенным входными каналами и выполненными в пере выходными каналами с центральной полостью и внешней поверхностью выпуклой части пера, причем выходные и входные каналы выполнены тангенциальными относительно канала, расположенного в зоне входной кромки, а отношение площадей проходных сечений выходных и входных каналов выбрано в интервале 4,2>Fвых/Fвхода>1,7, согласно изобретению ось канала, расположенного в зоне входной кромки, в меридиональной плоскости турбомашины отклонена от радиального направления на угол от 1 до 8°, при этом в пере на расстоянии h=(0,08-0,14)L от входной кромки,

где L - хорда профиля пера в заданном сечении,

размещена перегородка, и входные каналы выполнены в последней, причем число выходных каналов больше числа входных каналов.

Расположение перегородки на расстоянии h от наружной поверхности входной кромки, составляющем 0,08-0,14 от хорды профиля пера, обусловлено следующим. При расположении перегородки на расстоянии от наружной поверхности входной кромки, составляющем менее 0,08 от хорды профиля пера, не будет достигнуто эффективное охлаждение, так как канал для охлаждения входной кромки будет настолько мал, что в нем невозможно организовать интенсивное вихревое течение, которое интенсифицирует охлаждающую способность воздуха, при расположении перегородки на расстоянии от наружной поверхности входной кромки, составляющем более 0,14 от хорды профиля пера, также не будет достигнута необходимая эффективность охлаждения, так как в канале для охлаждения входной кромки при определенном расходе скорость течения воздуха недостаточна для организации интенсивного вихревого течения.

При наклоне оси канала на угол меньше 1° и больше 8°, например, при выполнении канала радиальным снижается надежность лопатки, так как в зоне входной кромки появляется разностенность, обусловленная тем, что сама кромка не выполняется по радиусу из-за разворота различных сечений лопатки для компенсации газовых сил за счет некоторого наклона пера.

Для упрощения технологии изготовления каналы выполняют не чередующимися по высоте, т.е. число выходных каналов больше числа входных каналов. Входные каналы выполняются литьем, а выходные каналы выполняются методом электроэрозии, т.е. для изготовления каналов используют разные технологические процессы. Поэтому для получения периодичности (чередования) каналов необходимо было бы применять специальное оборудование и специальные установки для обеспечения чередования каналов, что, следовательно, приводит к усложнению технологии их изготовления. Кроме этого, для создания сплошной заградительной пелены на выпуклой поверхности лопатки необходимо равномерное расположение выходных каналов на выпуклой поверхности с небольшим шагом и со скоростью, близкой к скорости основного потока в проточной части. При этом расход воздуха, идущего на заградительное охлаждение, который передается через каналы в перегородке, определяется диаметром и количеством этих каналов. Для получения оптимального значения интенсивности охлаждения в канале входной кромки существуют соотношения между диаметром канала входной кромки в перегородке и площадью отверстий в перегородке. Исходя из этого, необходимо иметь число выходных каналов больше числа входных каналов.

Для оптимизации интенсивности охлаждения число выходных каналов может быть, по меньшей мере, на два больше числа входных каналов.

На фиг.1 изображен продольный разрез охлаждаемой лопатки турбомашины;

на фиг.2 - сечение А-А фиг.1;

на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.2 (повернуто).

Охлаждаемая лопатка турбомашины содержит перо 1 с центральной полостью 2, каналом 3, расположенным в зоне входной кромки 4, и системой компланарных каналов (не показаны), транспортирующих охлаждающий воздух к выходной кромке 5, выпуклую часть (спинку) 6 пера 1, вогнутую часть (корыто) 7 пера 1, замковую часть 8. В пере 1 размещена перегородка 9. В перегородке 9 выполнены входные каналы 10, в пере 1, в его выпуклой части 6, выполнены выходные каналы 11. Угол α - угол отклонения оси канала от радиального направления - равен 5°.

Н - высота пера, L - хорда пера, h - расстояние, на котором поверхность перегородки 9, образующая внутреннюю полость, расположена от наружной поверхности входной кромки 4, составляет в разных сечениях профиля пера 0,08-0,14 от хорды L профиля пера, так, например, в среднем сечении при длине хорды 32 мм расстояние h - 4 мм, т.е. расстояние h составляет 0,12 хорды профиля пера.

При работе охлаждающий воздух через замковую часть 8 поступает в центральную полость пера 1, где разделяется на два потока, один из которых поступает через систему компланарных каналов (не показаны) к выходной кромке 5, а другой поток поступает через каналы 10, выполненные в перегородке 9, в канал 3 для охлаждения входной кромки 4, внутри которого образуется интенсивное вихревое течение, обеспечивающее интенсивный отвод тепла, от горячей входной кромки 4 к охлаждающему воздуху. Далее воздух из канала 3 поступает в каналы 11, откуда выдувается на выпуклую часть (спинку) 6 пера 1, создавая на ней пленочное охлаждение.

Термины - Н - высота пера L - хорда пера являются стандартизованными (см. Лопатки авиационных осевых компрессоров и турбин. Термины и определения. ГОСТ 23537-79. Государственный комитет СССР по стандартам. Москва, 1979).

Охлаждаемая лопатка турбомашины содержит перо с центральной полостью и каналом, расположенным в зоне входной кромки и сообщенным входными каналами и выполненными в пере выходными каналами с центральной полостью и внешней поверхностью выпуклой части пера. Выходные и входные каналы выполнены тангенциальными относительно канала, расположенного в зоне входной кромки. Отношение площадей проходных сечений выходных и входных каналов выбрано в интервале 4,2>Fвых/Fвхода>1,7. Ось канала, расположенного в зоне входной кромки, в меридиональной плоскости турбомашины отклонена от радиального направления на угол от 1 до 8°. В пере размещена перегородка на расстоянии h=(0,08-0,14)L от входной кромки, где L - хорда профиля пера в заданном сечении. Входные каналы выполнены в перегородке, причем число выходных каналов больше числа входных каналов. Изобретение позволяет повысить надежность турбомашины, повысить эффективность охлаждения входной кромки лопатки и упростить технологию изготовления. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Охлаждаемая лопатка турбомашины, содержащая перо с центральной полостью и каналом, расположенным в зоне входной кромки и сообщенным входными каналами и выполненными в пере выходными каналами с центральной полостью и внешней поверхностью выпуклой части пера, причем выходные и входные каналы выполнены тангенциальными относительно канала, расположенного в зоне входной кромки, а отношение площадей проходных сечений выходных и входных каналов выбрано в интервале 4,2>Fвых/Fвхода>1,7, отличающаяся тем, что ось канала, расположенного в зоне входной кромки, в меридиональной плоскости турбомашины отклонена от радиального направления на угол от 1 до 8°, при этом в пере размещена перегородка на расстоянии h=(0,08-0,14)L от входной кромки, где L - хорда профиля пера в заданном сечении, и входные каналы выполнены в перегородке, причем число выходных каналов больше числа входных каналов.2. Охлаждаемая лопатка по п.1, отличающаяся тем, что число выходных каналов, по меньшей мере, на два больше числа входных каналов.