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

Описание патента на изобретение RU2285805C1

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в конструкции охлаждаемых лопаток турбомашин.

Известно устройство для демпфирования вибраций камеры сгорания в жидкостных ракетных двигателях (патент ФРГ DE 3432607, МПК F 02 К 9/62, 1986, фиг.1).

Устройство для демпфирования вибраций камеры сгорания в жидкостных ракетных двигателях (патент ФРГ DE 3432607, МПК F 02 К 9/62, 1986, фиг.1) позволяет снижать механические вибрации конструкции, возникающие в результате не турбулентных пульсаций параметров потока, связанных с процессом горения, что и является в указанном патенте положительным эффектом. В указанном патенте ФРГ имеется один похожий существенный признак - демпфирующие камеры (в предлагаемой заявке имеются глухие полости), однако, в рассматриваемом аналоге демпфирующие полости отличаются от предлагаемого устройства конструкцией, размерами, принципом действия и назначением. Процесс горения топлива в камере сгорания вызывает механические вибрации. Демпфирующие камеры, расположенные в зоне распыливающей головки и сообщающиеся с камерой сгорания через проходные каналы, достаточно велики и выступают в качестве амортизаторов, которые гасят механическую вибрацию камеры. В предлагаемой заявке турбулентные пульсации потока являются результатом развития пограничного слоя пленочной завесы, продольно обтекающей поверхность лопатки турбины. Эти пульсации сравнительно слабые и не вызывают механических вибраций лопатки турбины. Однако они способствуют размыванию завесы, чем снижают ее эффективность. Глухие цилиндрические полости взаимодействуют с потоком завесы через отверстия и гасят турбулентные пульсации, ламинаризируя поток завесы. Ламинаризация потока завесы в свою очередь препятствует ее размыванию (отрыву и уносу охлаждающего воздуха завесы потоком горячего газа). Таким образом, природа пульсаций, механизм их гашения, конструктивные особенности, назначение устройства и технический результат совершенно различны.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является лопатка с комбинированным охлаждением (патент США №5538394, МПК 7 F 01 D 5/18, 1996, фиг.1), принятая за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип, относится то, что в известном устройстве завеса сдувается набегающим потоком, а предлагаемое решение препятствует быстрому размыванию завесы и таким образом позволяет добиваться технического результата.

Сущность изобретения заключается в следующем: для повышения эффективности работы турбоагрегата желательным является увеличение параметров газа перед турбиной. В турбомашинах лопатки являются наиболее теплонапряженной частью, и это существенно снижает как их надежность, так и долговечность, поэтому применяется охлаждение лопаток турбины. Охлаждение может быть конвективным, пленочным и комбинированным. Конвективное охлаждение позволяет охлаждать лопатку изнутри. При пленочном охлаждении часть охладителя выпускается наружу через выпускные отверстия. При комбинированном охлаждении вышеуказанные способы применяются совместно и ресурс работы лопаток увеличивается по сравнению с конвективным охлаждением и пленочным, но все же имеет свой предел. При повышении температуры газа перед турбиной до 1700 К потребный расход воздуха на охлаждение рабочих и сопловых лопаток при комбинированном конвективно-пленочном охлаждении достигает 15% от расхода воздуха на входе в компрессор.

Технический результат - повышение эффективности работы турбомашины. Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном устройстве охлаждение лопатки турбины происходит с помощью внутреннего конвективного и внешнего пленочного охлаждения. Особенность заключается в том, что в теле лопатки по поверхности предлагается сделать цилиндрические полости со стороны спинки, корытца и кромок по всей длине пера. Сверху полости должны закрываться дырчатой пластинкой. Этим достигается снижение интенсивности турбулентного переноса в пограничном слое пленки и ламинаризация течения, а следовательно, защитный эффект пленки охлаждающего воздуха будет повышаться и сохраняться на больших удалениях от места выдува.

Включение в совокупность существенных признаков, характеризующих охлаждаемую лопатку турбины, позволяет затянуть переход ламинарного режима течения к турбулентному в пограничном слое пленки на поверхности лопатки, что также снижает расход охладителя. В совокупности с внутренним конвективным и внешним пленочным охлаждением лопатки это даст возможность существенно повысить эффективность и экономичность турбомашины в целом.

На чертеже представлена схема охлаждаемой лопатки турбины.

Охлаждаемая лопатка турбины содержит цилиндрические полости 1, дырчатую пластину 2, охлаждающие каналы 3, перфорации для создания охлаждающей пленки 4.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Устройство содержит цилиндрические полости 1 на поверхности лопатки по всей длине пера, закрытые дырчатой пластиной 2. Дырчатая пластина 2 расположена со стороны потока. В теле лопатки содержатся цилиндрические полости 1, охлаждающие каналы 3 для конвективного охлаждения лопатки и перфорации для создания охлаждающей пленки 4 для пленочного охлаждения лопатки. Охлаждающие каналы 3 и перфорации для создания охлаждающей пленки 4 не сообщаются с цилиндрическими полостями 1. При помощи цилиндрических полостей 1, сообщающихся через дырчатую пластину 2 с пленочной завесой, достигается эффект, способствующий гашению турбулентных пульсаций. Поток сообщается с цилиндрической полостью 1 через отверстие в дырчатой пластине 2, при этом избыточное давление турбулентного моля стравливается в полость, что и способствует гашению турбулентных пульсаций. Таким образом течение охлаждающей пленки ламинаризируется, и она лучше удерживается на поверхности лопатки.

Работа устройства осуществляется следующим образом. По охлаждающим каналам 3 движется охлаждающий воздух, обеспечивая внутреннее конвективное охлаждение лопатки. Часть охлаждающего воздуха выпускается через перфорации для создания охлаждающей пленки 4 для создания внешнего пленочного охлаждения. Цилиндрические полости 1 сообщаются через дырчатую пластину 2 с пленочной завесой и гасят турбулентные пульсации. В результате затягивается переход ламинарного режима течения в турбулентный в пограничном слое пленки на поверхности лопатки. Это препятствует быстрому размыванию охлаждающей пленки горячим потоком газа. В совокупности с внутренним конвективным и внешним пленочным охлаждением лопатки это даст возможность повысить параметры газа перед турбиной, увеличить срок службы турбины и снизить расход охладителя, а следовательно, существенно повысить эффективность турбомашины.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленной установки следующей совокупности условий:

- заявленная охлаждаемая лопатка предназначена для использования в промышленности в области энергетического машиностроения и может быть использована с целью препятствия быстрого размывания охлаждающей пленки на поверхности лопаток турбомашин и повышения экономичности турбомашин;

- для заявленного устройства в том виде, как оно охарактеризовано в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью описанных в заявке средств и методов;

- охлаждаемая лопатка турбины, воплощающая заявленное изобретение при его осуществлении, способна обеспечить достижение искомого технического результата.

Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию "промышленная применимость".

Похожие патенты RU2285805C1

название год авторы номер документа
СОПЛОВАЯ ЛОПАТКА ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ С ЦИКЛОННО-ВИХРЕВОЙ СИСТЕМОЙ ОХЛАЖДЕНИЯ 2008
  • Пиралишвили Шота Александрович
  • Хасанов Салават Маратович
  • Веретенников Сергей Владимирович
  • Емасов Фанус Хасанович
  • Семенова Анна Геннадьевна
RU2382885C2
ОХЛАЖДАЕМАЯ ПЕРФОРИРОВАННАЯ ЛОПАТКА ТУРБИНЫ 2013
  • Трушин Владимир Алексеевич
  • Трушин Олег Владимирович
RU2544916C1
СОПЛОВОЙ АППАРАТ ТУРБОМАШИНЫ С КОНВЕКТИВНО-ПЛЕНОЧНЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ 2011
  • Зыкунов Юрий Иосифович
  • Канахин Юрий Александрович
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
RU2473813C1
ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ТУРБОМАШИНЫ ПЕТЛЕВОЙ СХЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ 2011
  • Трушин Владимир Алексеевич
RU2476681C1
ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ТУРБИНЫ 2002
  • Ковальногов Н.Н.
  • Жуховицкий Д.Л.
  • Цынаева А.А.
RU2208683C1
ОХЛАЖДАЕМАЯ РАБОЧАЯ ПЕРФОРИРОВАННАЯ ЛОПАТКА ТУРБИНЫ 2015
  • Гишваров Анас Саидович
  • Трушин Владимир Алексеевич
RU2582539C1
ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНАЯ ДВУХСТУПЕНЧАТАЯ ГАЗОВАЯ ТУРБИНА 2007
  • Кузнецов Валерий Алексеевич
RU2364727C1
ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ТУРБОМАШИНЫ 2006
  • Елисеев Юрий Сергеевич
  • Беляев Вячеслав Евгеньевич
  • Косой Александр Семенович
RU2323343C2
СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ РАДИАЛЬНЫХ ЗАЗОРОВ ТУРБИНЫ ДВУХКОНТУРНОГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ 2020
  • Болотин Николай Борисович
RU2732653C1
ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ТУРБИНЫ 2004
  • Ковальногов Николай Николаевич
  • Жуховицкий Давид Львович
  • Цынаева Анна Александровна
RU2276732C2

Реферат патента 2006 года ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ТУРБИНЫ С КОМБИНИРОВАННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ

Изобретение относится к области энергетического машиностроения и может быть использовано в конструкции лопаток турбомашин. Лопатка турбины с комбинированным охлаждением содержит охлаждающие каналы внутри лопатки и перфорацию для создания охлаждающей пленки. На поверхности лопатки выполнены цилиндрические полости по всей длине пера, которые сверху закрыты дырчатой пластиной. Изобретение повышает экономичность турбомашины. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 285 805 C1

Лопатка турбины с комбинированным охлаждением, содержащая охлаждающие каналы внутри лопатки и перфорации для создания охлаждающей пленки, отличающаяся тем, что на поверхности лопатки выполнены цилиндрические полости по всей длине пера, которые сверху закрыты дырчатой пластиной.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2006 года RU2285805C1

ЛОПАТКА ДЛЯ ТУРБИН ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ 1946
  • Микулин А.А.
  • Стечкин Б.С.
  • Доллежаль В.А.
  • Шереметьев Л.Г.
SU74531A1
ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ТУРБОМАШИНЫ 1991
  • Шарапов А.В.
  • Власов И.И.
  • Щукин А.В.
RU2028456C1
US 5313649 A, 25.03.1997
US 3521837 A, 28.07.1970
US 5405242 A, 11.04.1995
US 5626462 A, 06.05.1997.

RU 2 285 805 C1

Авторы

Ковальногов Николай Николаевич

Хахалева Лариса Валерьевна

Буинов Дмитрий Александрович

Даты

2006-10-20Публикация

2005-04-22Подача