ОХЛАЖДАЕМАЯ ПЕРФОРИРОВАННАЯ ЛОПАТКА ТУРБОМАШИНЫ С ТЕРМОБАРЬЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ Российский патент 2006 года по МПК F01D5/18 

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к охлаждаемым лопаткам турбомашин, применяемым в авиационных двигателях, а также в стационарных газотурбинных установках.

Известны охлаждаемые лопатки турбомашины, содержащие перфорированную оболочку с оребрением на внутренней ее поверхности вблизи отверстий [Авторское свидетельство СССР №565991, М Кл² F 01 D 5/18 Охлаждаемая лопатка турбомашины. Б.И. №27 от 25.07.1977].

Однако в таких лопатках малая длина отверстий в перфорированной оболочке малой толщины имеет малую поверхность контакта с охлаждающим воздухом, что обуславливает малый отток теплоты от перфорированной оболочки в воздух, протекающий на образование теплозащитной пленки, а оребрение обеспечивает охлаждние перфорированной оболочки лишь через наружную поверхность оребрения, соприкасающегося с охлаждающим воздухом.

Известно также применение термобарьерного покрытия на охлаждаемой стенке [Трушин В.А., Трушин О.В. Теплопроводность многослойного многокомпонентного теплозащитного покрытия на охлаждаемой стенке // Известия вузов "Авиационная техника", 2000. №4. С. 30-33].

Однако нанесение термобарьерного покрытия сплошным равномерным слоем оправдано лишь на стенках без перфорации, а на пефорированных стенках сплошной слой термобарьерного покрытия без пазов за отверстиями по потоку газа, в которые из отверстий попадает охлаждающий воздух для последующего образования пленки, способствует быстрому размыванию теплозащитной пленки воздуха на коротких расстояниях от места выдува из отверстий, без предварительного контакта в пазах с наружной поверхностью перфорированной оболочки.

Задачей изобретения является повышение эффективности охлаждения лопатки турбомашины.

Это достигается тем, что у охлаждаемой перфорированной лопатки турбомашины с термобарьерным покрытием, содержащей перфорированную оболочку с оребрением на внутренней ее поверхности и с термобарьерным покрытием на наружной поверхности, в отличие от прототипа, оребрение на внутренней поверхности оболочки лопатки выполнено так, что отверстия пронизывают это оребрение, оболочку и термобарьерное покрытие, а термобарьерное покрытие имеет пазы за отверстиями по потоку газа.

Использование отличительных признаков в заявляемой охлаждаемой перфорированной лопатке турбомашины с термобарьерным покрытием позволяет повысить эффективность ее охлаждения и технический уровень как ответственнейшего элемента высокотемпературной газовой турбины, определяющей ресурс и надежность ее работы в системе газотурбинного двигателя за счет увеличения площади поверхности контакта несущего нагрузку металла с охлаждающим воздухом при очень высоких коэффициентах теплоотдачи как в отверстиях [Трушин В.А. Пленочное охлаждение турбинных лопаток // Уфа: издание УАИ, 1988. - 78 с.], так и в пазах.

На фиг.1 схематически изображено поперечное сечение пера лопатки через отверстия; на фиг.2 - элемент - вид по стрелке С на фиг.1 на паз в термобарьерном покрытии, за отверстием (в увеличенном масштабе).

Охлаждаемая перфорированная лопатка турбомашины с термобарьерным покрытием имеет перфорированную оболочку 1, на внутренней поверхности которой выполнено оребрение 2, а на наружной ее поверхности нанесено термобарьерное покрытие 3. Перфорированную оболочку 1, выступ 2 и термобарьерное покрытие 3 пронизывает отверстие 4, оканчивающееся на наружной стороне лопатки в термобарьерном покрытии пазом 5.

При работе охлаждаемой перфорированной лопатки турбомашины с термобарьерным покрытием охлаждающий воздух поступает внутрь отверстий оребрения 2, перфорированной оболочки 1 и термобарьерного покрытия 3, откуда через отверстия 4 попадает в пазы 5, а из пазов 5 воздух растекается по поверхности лопатки со стороны газа, образуя теплозащитную пленку между рабочим газом и термобарьерным покрытием за поперечным потоку газа рядом отверстий.

Выполнение оребрения на внутренней поверхности перфорированной оболочки лопатки так, что отверстия пронизывают это оребрение совместно с перфорированной оболочкой и термобарьерным покрытием, и выполнение пазов в термобарьерном покрытии за отверстиями способствует интенсификации теплоотвода от перфорированной оболочки лопатки к охлаждающему воздуху за счет увеличения площади поверхности контакта воздуха с металлом лопатки и за счет увеличения устойчивости пленки охлаждающего воздуха, ратекающегося по поверхности лопатки из пазов в теплозащитном покрытии после контакта с металлом перфорированной оболочки на дне пазов. Струя воздуха как бы прижимается к дну паза потоком рабочего газа без существенного выброса воздуха в поток в пределах паза.

Охлаждаемая перфорированная лопатка турбомашины с термобарьерным покрытием содержит перфорированную оболочку с оребрением на внутренней ее поверхности и с термобарьерным покрытием на наружной поверхности. Оребрение на внутренней поверхности оболочки лопатки выполнено так, что отверстия пронизывают это оребрение, оболочку и термобарьерное покрытие, а термобарьерное покрытие имеет пазы за отверстиями по потоку газа. Изобретение повышает эффективность охлаждения лопатки. 2 ил.

Охлаждаемая перфорированная лопатка турбомашины с термобарьерным покрытием, содержащая перфорированную оболочку с оребрением на внутренней ее поверхности и с термобарьерным покрытием на наружной поверхности, отличающаяся тем, что оребрение на внутренней поверхности оболочки лопатки выполнено так, что отверстия пронизывают это оребрение, оболочку и термобарьерное покрытие, а термобарьерное покрытие имеет пазы за отверстиями по потоку газа.