ЛОПАСТЬ ИЛИ ЛОПАТКА ДЛЯ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2008 года по МПК F01D5/18 

Область техники

Настоящее изобретение относится к узлу для турбомашины, в частности для газовой турбины, имеющей ротор, который вращается вокруг оси вращения. Компонент включает в себя направляющую лопатку или лопатку ротора для газовой турбины.

В частности, настоящее изобретение относится к узлу, определяющему лопасть или лопатку для роторной машины с ротором, который вращается вокруг оси вращения, при этом узел содержит внутреннее пространство, которое ограничено первой стенкой и второй стенкой, обращенными друг к другу, и имеет впускное отверстие и выпускное отверстие, причем внутреннее пространство образует проход для охлаждающей текучей среды от впускного отверстия до выпускного отверстия, по меньшей мере, первые ребра, выступающие от первой стенки и проходящие, по существу, параллельно друг другу для формирования первых каналов для текучей среды от переднего конца первых ребер до заднего конца первых ребер, и вторые ребра, выступающие от второй стенки и образующие вторые каналы для текучей среды от переднего конца вторых ребер до заднего конца вторых ребер, причем первые ребра и вторые ребра пересекаются и непосредственно соединены друг с другом в местах пересечений.

Предпосылки изобретения и предшествующий уровень техники

Известно, например, из документа US-A-6382907 обеспечение системы охлаждения для узла, содержащего первые и вторые ребра, размещенные на первой стенке и второй стенке, то есть на стороне всасывания и на стороне повышенного давления, при различных углах наклона относительно оси вращения машины и относительно направления потока охлаждающего воздуха. Ребра образуют матрицу каналов для охлаждающей текучей среды, протекающей через узел. Ребра соединены в их местах пересечения друг с другом и с центральной плоскостью узла. Согласно этому документу узел имеет передний набор ребер и задний набор ребер, которые либо соединены друг с другом, либо отделены друг от друга.

Хотя данная известная система охлаждения способна обеспечивать эффективное охлаждение узла, может случиться, если охлаждающая текучая среда недостаточно чистая, что посторонние частицы в охлаждающей текучей среде захватываются матрицей. В наихудшем сценарии, некоторые из каналов матрицы могут оказаться засоренными вплоть до задней кромки, тем самым снижая эффективность охлаждения системы. Кроме того, поскольку ребра соединены с центральной плоскостью узла, то высота охлаждающих каналов составляет только 50% от полной высоты, то есть расстояние между двумя стенками узла, доступное для системы охлаждения. Это является особенно критичным на задней кромке узла, где высота прохода для охладителя является наименьшей во всем узле.

В документе SU-A-1228559 описана рабочая лопатка для роторной машины. Эта лопатка содержит внутреннее пространство, которое образует проход для охлаждающей текучей среды и ограничено первой и второй стенками, обращенными друг к другу. Ребра выступают от упомянутых стенок и проходят, по существу, параллельно друг другу для формирования первых каналов для упомянутой текучей среды от передней впускной зоны внутреннего пространства до задней выпускной зоны внутреннего пространства. Ребра разделены на передний набор ребер в передней впускной зоне и задний набор ребер в задней выпускной зоне. Передний набор ребер проходит в первом направлении, образующем первый угол наклона к оси вращения машины в упомянутой передней зоне. Задний набор ребер проходит во втором направлении, образующем второй угол наклона к упомянутой оси вращения в упомянутой задней зоне. Задний конец некоторых ребер в переднем наборе ребер плавно изогнут для образования уменьшенного угла наклона.

В документе RU-C1-2042833 описана другая лопатка для роторной машины. Эта лопатка содержит внутреннее пространство, которое образует проход для охлаждающей текучей среды и ограничено первой и второй стенками, обращенными друг к другу. Ребра выступают от упомянутых стенок и проходят, по существу, параллельно друг другу для формирования первых каналов для упомянутой текучей среды от передней впускной зоны внутреннего пространства до задней выпускной зоны внутреннего пространства. Ребра разделены на передний набор ребер в передней впускной зоне и задний набор ребер в задней выпускной зоне. Передний набор ребер проходит в первом направлении, образующем первый угол наклона к оси вращения машины в упомянутой передней зоне. Задний набор ребер проходит во втором направлении, образующем второй угол наклона к упомянутой оси вращения в упомянутой задней зоне. Первый угол заметно меньше, чем второй угол.

Документ US-A-3806274 раскрывает лопатку ротора для газовой турбины, которая имеет первые ребра на внутренней стенке и противоположные вторые ребра на противоположной стенке. Однако первые и вторые ребра отделены друг от друга посредством пластины вкладыша таким образом, что проточные каналы, образованные между первыми ребрами, полностью отделены от проточных каналов, образованных между вторыми ребрами.

Сущность изобретения

Целью изобретения является создание усовершенствованного узла, подходящего для использования в качестве лопатки ротора или направляющей лопатки в роторной машине. Дополнительной целью является создание узла, который формирует улучшенный поток текучей среды из узла. Также целью является создание узла, который обладает высокой устойчивостью по отношению к воздействию пыли и других частиц в охлаждающей текучей среде. Кроме того, целью изобретения является создание такого узла, который имеет низкие аэродинамические потери в потоке охлаждающей текучей среды. Другой целью является создание узла, который имеет высокую механическую прочность и высокую механическую целостность.

Эти и другие цели достигаются в узле, определенном выше, который характеризуется тем, что первые и вторые ребра пересекаются в месте пересечения вблизи заднего конца таким образом, что первый канал и второй канал образуют общий выпускной канал, характеризуемый площадью потока.

В таком узле поток текучей среды, выходящий из узла у задней кромки, будет хорошо определен. Можно реализовать поток в направлении, по существу, параллельном оси вращения. Поток может также направляться несколько выше, то есть в сторону от оси вращения, или несколько ниже, то есть к оси вращения. Кроме того, контакт между стороной повышенного давления и стороной всасывания узла улучшается существенным образом вблизи заднего конца, вследствие выровненного продолжения ребер. Это обеспечивает бульшую зону контакта, что, в свою очередь, обеспечивает больший поток тепла между разными сторонами узла и снижает разность температур между сторонами. В результате, снижаются тепловые напряжения вблизи задней кромки.

Согласно варианту осуществления изобретения каждый такой общий выпускной канал содержит средство для обеспечения уменьшения площади потока вблизи заднего конца. Например, первые и вторые ребра могут иметь основную толщину вдоль их продолжения, при этом первые и вторые ребра в месте пересечения имеют толщину большую, чем основная толщина, тем самым обеспечивая упомянутое уменьшение площади потока общих каналов. За счет такого выполнения, может быть повышена эффективность охлаждения на задней кромке. Кроме того, может быть улучшена механическая прочность узла.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, каждый из общих выпускных каналов имеет высоту, измеряемую от первой стенки до второй стенки, причем каждый из первого канала и второго канала имеет высоту, продолжающуюся от первой стенки и второй стенки соответственно до вторых ребер и первых ребер соответственно. Благодаря параллельному продолжению ребер на заднем конце, высота общего канала, таким образом, увеличивается по сравнению с конструкциями, известными из предшествующего уровня техники. Поскольку узел вблизи задней кромки обычно имеет наименьшую высоту охлаждающего прохода, такая конструкция значительно снижает возможность засорения каналов посторонними объектами.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, первые ребра проходят параллельно друг другу, и вторые ребра проходят параллельно друг другу. Кроме того, первые ребра могут проходить от переднего конца до заднего конца вдоль первого направления вблизи переднего конца и вдоль второго направления вблизи заднего конца, при этом первое направление наклонено по отношению ко второму направлению, причем узел предназначен для закрепления на роторе таким образом, что первое направление образует первый угол наклона относительно оси вращения. Предпочтительным образом, первые ребра могут проходить от переднего конца к заднему концу вдоль, по существу, плавно изгибающейся траектории. За счет такой плавно изгибающейся траектории каналы будут плавными, обеспечивая малые аэродинамические потери потока охлаждающей среды. Кроме того, плавные каналы снижают риск того, что пыль или другие частицы могут скопиться во внутреннем пространстве, более конкретно, в матрице каналов во внутреннем пространстве. Предложенное решение также обеспечивает высокую механическую целостность узла вследствие непрерывного изменения наклона ребер, поскольку это решение предусматривает плавную структуру без острых углов, которые могли бы служить концентраторами напряжения.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, вторые ребра также проходят от переднего конца к заднему концу вдоль третьего направления вблизи переднего конца и вдоль четвертого направления вблизи заднего конца, причем третье направление наклонено по отношению к четвертому направлению, при этом узел предназначен для закрепления на роторе таким образом, что третье направление образует третий угол наклона относительно оси вращения. Соответствующим образом, вторые ребра могут продолжаться от переднего конца к заднему концу вдоль, по существу, плавно изгибающейся траектории. В такой структуре с пересекающимися каналами, в матрице каналов во внутреннем пространстве, охлаждающая текучая среда может равномерно распределяться в узле для обеспечения эффективного охлаждения всего узла. Первые ребра будут способствовать турбулентности во вторых каналах, а вторые ребра будут способствовать турбулентности в первых каналах. Следует отметить, что третье направление может также быть, по существу, параллельным к четвертому направлению и к оси вращения. Предпочтительным является, если третье направление пересекает первое направление.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, второе направление, по существу, параллельно четвертому направлению. Каналы, образованные первыми ребрами, и каналы, образованные вторыми ребрами, могут тогда продолжаться параллельно друг другу вблизи заднего конца и образовывать общий выпускной канал. Кроме того, второе направление и четвертое направление могут быть, по существу, параллельными оси вращения. Таким образом, общие каналы будут проходить, по существу, параллельно оси вращения. Однако также возможно, чтобы второе направление и четвертое направление были несколько наклонены по отношению к оси вращения, в частности, этот наклон может изменяться вдоль заднего конца узла таким образом, что общий выпускной канал отклоняется несколько вниз, к оси вращения в нижней части узла, по существу, параллелен оси вращения в средней части узла и отклоняется несколько вверх, в сторону от оси вращения в верхней части узла. Таким образом, поток текущей среды из выпускного отверстия узла будет расходиться.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, первое направление пересекается с третьим направлением. При этом первые ребра могут непосредственно соединяться со вторыми ребрами, где их направления пересекаются друг с другом, причем текучая среда может протекать из первых каналов во вторые каналы и наоборот. При таком выполнении может обеспечиваться высокая прочность узла, в то же время объем внутреннего пространства может использоваться для протекания охлаждающего потока.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, узел предназначен для крепления к ротору таким образом, что третье направление отклоняется от переднего конца в направлении к оси вращения. Кроме того, узел может предназначаться для крепления к ротору таким образом, что первое направление отклоняется от переднего конца в сторону от оси вращения. Это означает, что охлаждающая текучая среда будет протекать по траектории с плавным изгибом от впускного отверстия, предусмотренного вблизи корневой зоны узла, к задней кромке узла.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, узел предназначен для крепления к ротору таким образом, что первые ребра предусматриваются на стороне повышенного давления узла, а вторые ребра предусматриваются на стороне всасывания узла. При таком выполнении ребер, интенсификация переноса тепла охлаждающей текучей средой будет большей на стороне повышенного давления узла, что в случае, когда узел представляет собой лопатку ротора, является предпочтительным, поскольку охлаждающий эффект на стороне повышенного давления, которая имеет более высокую температуру, чем сторона всасывания лопатки ротора, увеличивается. Абсолютные значения углов первого и третьего направлений могут различаться, но согласно одному из вариантов осуществления изобретения являются, по существу, одинаковыми. Углы первого и второго направлений могут быть равны 30-80°, предпочтительно 50-80° и наиболее предпочтительно 60-70°.

Согласно другому варианту осуществления изобретения первые и вторые ребра проходят в пределах передней зоны, продолжающейся от переднего конца, и задней зоны, продолжающейся от заднего конца. Узел может также включать в себя дополнительные первые ребра, выступающие от первой стенки и проходящие, по существу, параллельно друг другу в пределах задней зоны до заднего конца, причем дополнительные первые ребра проходят параллельно первым ребрам таким образом, что, по существу, каждое дополнительное первое ребро предусмотрено между двумя соответствующими смежными первыми ребрами, тем самым разделяя, по существу, каждый из первых каналов на два параллельных частичных канала, проходящих в пределах задней зоны. Кроме того, узел может содержать дополнительные вторые ребра, выступающие от второй стенки и проходящие, по существу, параллельно друг другу в пределах задней зоны до заднего конца, причем дополнительные вторые ребра проходят параллельно вторым ребрам таким образом, что, по существу, каждое дополнительное второе ребро предусмотрено между двумя соответствующими смежными вторыми ребрами, тем самым разделяя, по существу, каждый из вторых каналов на два параллельных частичных канала, проходящих в пределах задней зоны.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, дополнительные первые и вторые ребра пересекаются в месте пересечения вблизи заднего конца таким образом, что каждый из частичных каналов из первых каналов вместе с одним из частичных каналов из вторых каналов образует общий выпускной канал, характеризуемый площадью потока. Также дополнительные первые и вторые ребра могут иметь основную толщину вдоль их продолжения, причем дополнительные первые и вторые ребра в месте пересечения имеют толщину большую, чем основная толщина, тем самым обеспечивая уменьшение площади потока общих каналов. Дополнительные ребра ограничивают площадь охлаждающих каналов вблизи задней кромки и обеспечивают лучшее охлаждение стенок лопатки ротора, ввиду увеличенной площади поверхности. Аэродинамические потери, обусловленные дополнительными ребрами, могут поддерживаться на низком уровне, ввиду плавного изменения угла наклона в местоположениях дополнительных ребер.

Согласно другому варианту осуществления изобретения внутреннее пространство продолжается вдоль центральной оси узла от нижней части, рядом с впускным отверстием, до противоположной верхней части. Внутреннее пространство ниже по потоку от впускного отверстия и выше по потоку от переднего конца ребер включает в себя распределительную камеру, предназначенную для распределения охлаждающей текучей среды от впускного отверстия, по существу, по всем каналам. Распределительная камера может продолжаться от нижней части до верхней части.

Краткое описание чертежей

Настоящее изобретение поясняется ниже более подробно посредством описания различных вариантов осуществления со ссылкой на чертежи, на которых показано следующее:

Фиг.1 - продольное сечение газовой турбины.

Фиг.2 - осевое сечение лопатки ротора газовой турбины.

Фиг.3 - поперечное сечение лопатки ротора по линиям III-III на фиг.2.

Фиг.4 - увеличенное сечение части лопатки ротора на фиг.2.

Фиг.5 - осевое сечение лопатки ротора согласно другому варианту осуществления.

Детальное описание различных вариантов осуществления изобретения

На фиг.1 схематично показана газовая турбина, имеющая стационарный корпус 1 и ротор 2, который имеет возможность вращения в корпусе относительно оси х вращения. Газовая турбина содержит множество лопаток 3 ротора, закрепленных на роторе 2 и множество стационарных направляющих лопаток 4, закрепленных на корпусе 1.

Каждая из лопаток 3 ротора и направляющих лопаток 4 формирует, таким образом, узел газовой турбины. Хотя в последующем описании даются ссылки на узел в форме лопатки 3 ротора, следует отметить, что изобретение также применимо к направляющей лопатке 4, и что характеризующие изобретение признаки, описанные ниже, могут также относиться к стационарной направляющей лопатке 4.

Узел, то есть в данном случае, лопатка 3 ротора, раскрыта более подробно со ссылками на фиг.2 и 3. Лопатка 3 ротора содержит внутреннее пространство 10, которое ограничено первой стенкой 11 и противоположной второй стенкой 12. Первая стенка 11 и вторая стенка 12 обращены друг к другу. Первая стенка 11 предусмотрена на стороне повышенного давления лопатки 3 ротора, в то время как вторая стенка 12 предусмотрена на стороне всасывания лопатки 3 ротора. Кроме того, лопатка 3 ротора имеет переднюю кромку 13, заднюю кромку 14, верхнюю часть 15 и нижнюю часть 16. Нижняя часть 16 образует корневую зону лопатки 3 ротора. Лопатка 3 ротора закреплена на корпусе ротора 2 таким образом, что корневая зона прикреплена к корпусу ротора 2, в то время как верхняя часть 14 расположена в максимально удаленном по радиусу положении ротора 2. Лопатка 3 ротора проходит вдоль центральной оси у, проходящей через ротор 2 от нижней части 16 к верхней части 15, по существу, параллельно передней кромке 13 и задней кромке 14. Центральная ось у, по существу, перпендикулярна оси х вращения.

Лопатка 3 ротора имеет впускное отверстие 17 во внутреннее пространство 10 и выпускное отверстие 18 из внутреннего пространства 10. Впускное пространство 17 предусмотрено в нижней части 16, а выпускное отверстие 18 - у задней кромки 14. Внутреннее пространство 10 формирует, таким образом, проход для охлаждающей текучей среды из впускного отверстия 17 до выпускного отверстия 18. Внутреннее пространство 10 продолжается в, по существу, радиальном направлении по отношению к оси х вращения и параллельно центральной оси у от нижней части 16 к верхней части 15. Внутреннее пространство 10 включает в себя распределительную камеру 19 и матрицу 20 каналов. Распределительная камера 19 размещена внутри и вблизи передней кромки 13 и продолжается от впускного отверстия 17 параллельно центральной оси у. Матрица 20 каналов размещена между распределительной камерой 19 и передней кромкой 14. Матрица 20 каналов продолжается от нижней части 16 до верхней части 15.

Матрица 20 каналов лопатки 3 ротора образована первыми ребрами 21, выступающими от первой стенки 11, и вторыми ребрами 22, выступающими от второй стенки 12. Первые ребра 11 проходят, по существу, параллельно друг другу для формирования первых каналов 23 для текучей среды от переднего конца матрицы 20 каналов к заднему концу матрицы 20 каналов. Вторые ребра 22 проходят, по существу, параллельно друг другу для формирования вторых каналов 24 для текучей среды от переднего конца матрицы 20 каналов к заднему концу матрицы 20 каналов.

Первые ребра 21 проходят от переднего конца матрицы 20 каналов к заднему концу матрицы 20 каналов вдоль, по существу, плавно искривленной траектории. Эта траектория имеет такую кривизну, что первые ребра 21 продолжаются вдоль первого направления вблизи переднего конца первых ребер 21 и вдоль второго направления вблизи заднего конца первых ребер 21. Первое направление наклонено относительно второго направления. Первое направление образует первый угол α наклона к оси х вращения. Второе направление, по существу, параллельно оси х вращения и, таким образом, по существу, перпендикулярно центральной оси у.

Вторые ребра 22 проходят от переднего конца матрицы 20 каналов к заднему концу матрицы 20 каналов вдоль, по существу, плавно искривленной траектории. Эта траектория имеет такую кривизну, что вторые ребра 22 продолжаются вдоль третьего направления вблизи переднего конца матрицы 20 каналов и вдоль четвертого направления вблизи заднего конца матрицы 20 ребер. Третье направление наклонено относительно четвертого направления. Третье направление образует третий угол β наклона к оси х вращения. Четвертое направление, по существу, параллельно оси х вращения и второму направлению и, таким образом, по существу, перпендикулярно центральной оси у.

Таким образом, лопатка 3 ротора приспособлена для крепления к ротору 2 так, что первое направление отклоняется от переднего конца в сторону от оси х вращения, в то время как третье направление отклоняется от переднего конца к оси х вращения. Абсолютные значения углов α и β первого и третьего направлений соответственно по существу одинаковы в описываемом варианте осуществления. Абсолютные значения углов α и β могут составлять любое значение угла в интервале 30-80°, предпочтительно в интервале 50-80° и наиболее предпочтительно в интервале 60-70°. Однако следует отметить, что абсолютное значение угла наклона первого направления может отличаться от угла наклона третьего направления, чтобы обеспечить наилучшее соответствие между переносом тепла на разных сторонах лопатки 3.

Как видно из фиг.2, первое направление пересекается с третьим направлением. Следовательно, первые ребра 21 пересекаются со вторыми ребрами 22 во множестве местоположений в матрице 20 каналов. Первые ребра 21 непосредственно соединены или связаны со вторыми ребрами 22 там, где ребра 21, 22 пересекаются друг с другом, без какого-либо промежуточного элемента между первыми ребрами 21 и вторыми ребрами 22. В частности, следует отметить, что первые ребра 21 и вторые ребра 22 пересекаются в месте 26 пересечения вблизи заднего конца матрицы 20 каналов таким образом, что первые каналы 23 и вторые каналы 24 объединяются для формирования общего выпускного канала 27, характеризуемого площадью потока. Каждый из общих выпускных каналов 27 имеет высоту Н, измеренную от первой стенки 11 до второй стенки 12. Каждый из первых каналов 23 и вторых каналов 24 имеет высоту h, продолжающуюся от первой стенки 11 и второй стенки 12 соответственно до вторых ребер 22 и первых ребер 21 соответственно. Полная высота, имеющаяся для охлаждающей текучей среды во внутреннем пространстве, иллюстрируется на фиг.3. Кроме того, видно, что полная высота уменьшается от распределительной камеры 19 к задней кромке 14. Вблизи выпускного отверстия 18, где первые ребра 21 и вторые ребра 22 проходят параллельно друг другу, высота Н общего канала, таким образом, соответствует полной высоте внутреннего пространства 10.

Первые ребра 21 и вторые ребра 22 имеет основную толщину на протяжении, по существу, всей их длины. Однако первые ребра 21 и вторые ребра 22 в месте 26 пересечения вблизи заднего конца имеют толщину, которая больше, чем основная толщина. По существу, каждое из мест 26 пересечения, таким образом, обеспечивает утолщенную часть двух соединяющихся ребер 21 и 22. Места 26 пересечения соединяют сторону повышенного давления и сторону всасывания лопатки 3. Каждое из мест 26 пересечения имеет ширину В, которая может быть в 1,1 и до 3 раз больше, чем ширина b основной протяженности ребер 21, 22.

Каждое место 26 пересечения может представлять собой, как показано на фиг.4, по существу, цилиндрический палец. Цилиндрический палец соединен с соответствующими ребрами 21, 22 через закругление 31 вверх по потоку, и закругление 32 вниз по потоку. Закругления 31, 32 могут иметь разные радиусы, в зависимости от направления потока в канале. Подходящим является выполнить радиус закругления 31 вверх по потоку относительно малым, например, от 0,1b до 1b, чтобы увеличить перенос тепла, с использованием кинетической энергии воздуха. Радиус закругления 32 вниз по потоку может быть сделан больше, например, от 0,1b до 10b, тем самым создавая плавное расширение канала на его конце. Это снижает потери непосредственно после мест 26 пересечения, создавая высокие скорости в выпускном отверстии 18.

Матрицы 20 каналов и, следовательно, первые ребра 21 и вторые ребра 22 продолжаются в пределах передней зоны 35, смежной с распределительной камерой 19, и задней зоны 36, смежной с передней зоной 35 и выпускным отверстием 18. Кроме того, матрица 20 каналов лопатки 3 ротора включает в себя дополнительные первые ребра 21', выступающие от первой стенки 11 и проходящие, по существу, параллельно друг другу в пределах задней зоны 36 до заднего конца. Дополнительные первые ребра 21' проходят параллельно первым ребрам 21 таким образом, что, по существу, каждое дополнительное первое ребро 21' предусмотрено между двумя соответствующими соседними первыми ребрами 21, тем самым разделяя, по существу, каждый из первых каналов 23 на два параллельных частичных канала 23', проходящих в пределах задней зоны 36. Матрица 20 каналов также включает в себя дополнительные вторые ребра 22', выступающие от второй стенки 12 и проходящие, по существу, параллельно друг другу в пределах задней зоны 36 до заднего конца. Дополнительные вторые ребра 22' проходят параллельно вторым ребрам 22 таким образом, что, по существу, каждое дополнительное второе ребро 22' предусмотрено между двумя соответствующими соседними вторыми ребрами 22, тем самым разделяя, по существу, каждый из вторых каналов 24 на два параллельных частичных канала 24', проходящих в пределах задней зоны 36.

Дополнительные первые ребра 21' и вторые ребра 22' пересекаются в месте 26' пересечения вблизи заднего конца таким образом, что каждый из частичных каналов 23' из первых каналов 23 вместе с одним из частичных каналов 24' из вторых каналов 24 объединяются для формирования общего выпускного канала 27', характеризуемого площадью потока.

Дополнительные ребра 21', 22', по существу, одинаковы с ребрами 21, 22, за исключением длины, то есть дополнительные ребра 21', 22' значительно короче, чем ребра 21, 22. Дополнительные ребра 21', 22', которые параллельны ребрам 21, 22, изменяют свои углы наклона постепенно от 5°-60° до 0°. Они соединяются с ребрами 21, 22 в начале задней зоны 36, где угол наклона наибольший.

На фиг.5 представлен другой вариант выполнения лопатки 3 ротора, который отличается от варианта осуществления, представленного на фиг.2-4, тем, что лопатка ротора не имеет дополнительных ребер или, иными словами, все ребра 21, 22 имеют, по существу, одну и ту же длину, за исключением ребер на верхнем конце и на нижнем конце матрицы 20.

Настоящее изобретение не ограничено описанными вариантами осуществления, но может видоизменяться и модифицироваться в пределах объема формулы изобретения. Например, изобретение может быть выполнено с показанной структурой, но без утолщения мест пересечения.

Узел, определяющий лопасть или лопатку роторной машины, с ротором, имеющим возможность вращения относительно оси (х), содержит внутреннее пространство, которое ограничено первой и второй стенками, обращенными друг к другу. Внутреннее пространство имеет впускное и выпускное отверстия и образует проход для охлаждающей жидкости из впускного отверстия к выпускному отверстию. Внутреннее пространство имеет также, по меньшей мере, первые и вторые ребра. Первые ребра выступают от первой стенки и проходят, по существу, параллельно друг другу для формирования первых каналов для текучей среды от переднего конца первых ребер до заднего конца первых ребер. Вторые ребра выступают от второй стенки и образуют вторые каналы для текучей среды от переднего конца вторых ребер до заднего конца вторых ребер. Первые и вторые ребра пересекаются друг с другом и непосредственно соединены друг с другом в местах пересечений. При этом первые и вторые ребра пересекаются в местах пересечений вблизи заднего конца таким образом, что первые и вторые каналы образуют общие выпускные каналы, характеризуемые площадью потока. Каждый такой общий выпускной канал содержит средство для обеспечения уменьшения площади потока вблизи заднего конца. При этом первые и вторые ребра имеют основную толщину на протяжении их длины, а в местах их пересечений имеют толщину, которая больше, чем основная толщина, для обеспечения упомянутого уменьшения площади потока общего канала. Изобретение уменьшает аэродинамические потери в потоке охлаждающей среды, повышает прочность лопастей и лопаток, повышает их устойчивость к воздействию пыли и других частиц. 21 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Узел, определяющий лопасть или лопатку роторной машины, с ротором (2), имеющим возможность вращения относительно оси (х) вращения, причем узел содержит внутреннее пространство (10), которое ограничено первой стенкой (11) и второй стенкой (12), обращенными друг к другу, и которое имеет впускное отверстие (17) и выпускное отверстие (18), причем внутреннее пространство (10) образует проход для охлаждающей жидкости из впускного отверстия (17) к выпускному отверстию (18), по меньшей мере, первые ребра (21), выступающие от первой стенки (11) и проходящие, по существу, параллельно друг другу для формирования первых каналов (23) для текучей среды от переднего конца первых ребер (21) до заднего конца первых ребер (21), и вторые ребра (22), выступающие от второй стенки (12) и образующие вторые каналы (24) для текучей среды от переднего конца вторых ребер (22) до заднего конца вторых ребер (22), при этом первые ребра (21) и вторые ребра (22) пересекаются друг с другом и непосредственно соединены друг с другом в упомянутых местах пересечений, при этом первые и вторые ребра (21, 22) пересекаются в местах (26) пересечений вблизи заднего конца таким образом, что первые каналы (23) и вторые каналы (24) образуют общие выпускные каналы (27), характеризуемые площадью потока, отличающийся тем, что каждый такой общий выпускной канал содержит средство для обеспечения уменьшения площади потока вблизи заднего конца, при этом первые и вторые ребра (21, 22) имеют основную толщину (b) на протяжении их длины, причем первые и вторые ребра (21, 22) в их местах (26) пересечений имеют толщину, которая больше, чем основная толщина, для обеспечения упомянутого уменьшения площади потока общего канала (27).2. Узел по п.1, отличающийся тем, что каждый из общих выпускных каналов имеет высоту (Н), измеренную от первой стенки (11) до второй стенки (12), причем каждый из первого канала (23) и второго канала (24) имеет высоту (h), проходящую от первой стенки (11) и второй стенки (12) соответственно, до вторых ребер (22) и первых ребер (21) соответственно.3. Узел по п.1, отличающийся тем, что вторые ребра (22) проходят параллельно друг другу.4. Узел по п.3, отличающийся тем, что первые ребра (21) проходят от переднего конца до заднего конца вдоль первого направления вблизи переднего конца и вдоль второго направления вблизи заднего конца, причем первое направление наклонено относительно второго направления, при этом узел предназначен для закрепления на роторе (2) таким образом, что первое направление образует первый угол (α) наклона к оси (х) вращения.5. Узел по п.4, отличающийся тем, что первые ребра (21) проходят от переднего конца до заднего конца вдоль, по существу, плавно изогнутой траектории.6. Узел по п.4, отличающийся тем, что вторые ребра (22) проходят от переднего конца до заднего конца вдоль третьего направления вблизи переднего конца и вдоль четвертого направления вблизи заднего конца, причем третье направление наклонено относительно четвертого направления, при этом узел предназначен для закрепления на роторе (2) таким образом, что третье направление образует третий угол (β) наклона к оси (х) вращения.7. Узел по п.6, отличающийся тем, что вторые ребра (22) проходят от переднего конца до заднего конца вдоль, по существу, плавно изогнутой траектории.8. Узел по п.6, отличающийся тем, что второе направление, по существу, параллельно четвертому направлению.9. Узел по п.6, отличающийся тем, что второе направление и четвертое направление, по существу, параллельны оси (х) вращения.10. Узел по п.6, отличающийся тем, что первое направление пересекается с третьим направлением.11. Узел по п.6, отличающийся тем, что узел выполнен с возможностью закрепления на роторе (2) таким образом, что третье направление отклоняется от переднего конца к оси (х) вращения.12. Узел по п.4, отличающийся тем, что узел выполнен с возможностью закрепления на роторе (2) таким образом, что первое направление отклоняется от переднего конца в сторону от оси (х) вращения.13. Узел по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что узел выполнен с возможностью закрепления на роторе (2) таким образом, что первые ребра (21) предусмотрены на стороне повышенного давления узла, а вторые ребра (22) предусмотрены на стороне всасывания узла.14. Узел по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что первые и вторые ребра (21, 22) проходят в пределах передней зоны (35), продолжающейся от переднего конца, и задней зоны (36), продолжающейся от заднего конца.15. Узел по п.14, отличающийся тем, что узел содержит дополнительные первые ребра (21'), выступающие от первой стенки (11) и проходящие, по существу, параллельно друг другу в пределах задней зоны (36) до заднего конца, причем дополнительные первые ребра (21') проходят параллельно первым ребрам (21) таким образом, что, по существу, каждое дополнительное первое ребро (21') предусмотрено между двумя соответствующими соседними первыми ребрами (21), тем самым разделяя, по существу, каждый из первых каналов (23) на два параллельных частичных канала (23'), проходящих в пределах задней зоны (36).16. Узел по п.15, отличающийся тем, что узел содержит дополнительные вторые ребра (22'), выступающие от второй стенки (12) и проходящие, по существу, параллельно друг другу в пределах задней зоны (36) до заднего конца, причем дополнительные вторые ребра (22') проходят параллельно вторым ребрам (22) таким образом, что, по существу, каждое дополнительное второе ребро (22') предусмотрено между двумя соответствующими соседними вторыми ребрами (22), тем самым разделяя, по существу, каждый из вторых каналов (24) на два параллельных частичных канала (24'), проходящих в пределах задней зоны (36).17. Узел по п.16, отличающийся тем, что дополнительные первые и вторые ребра (21', 22') пересекаются в месте (26') пересечения вблизи заднего конца таким образом, что каждый из частичных каналов (23') из первых каналов (23) вместе с одним из частичных каналов (24') из вторых каналов (24) формируют общий выпускной канал (27'), характеризуемый площадью потока.18. Узел по п.17, отличающийся тем, что дополнительные первые и вторые ребра (21', 22') имеют основную толщину по их длине, причем дополнительные первые и вторые ребра (21', 22') в месте (26') пересечения имеют толщину, которая больше, чем основная толщина, тем самым обеспечивая уменьшение площади потока общих выпускных каналов (27').19. Узел по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что внутреннее пространство (10) продолжается вдоль центральной оси (у) узла от нижней части (16), смежной с впускным отверстием (17) до противоположной верхней части (15).20. Узел по любому из пп.1-12, отличающийся тем, что внутреннее пространство (10) вниз по потоку от впускного отверстия (17) и вверх по потоку от переднего конца ребер включает в себя распределительную камеру (19), предназначенную для распределения охлаждающей жидкости из впускного отверстия, по существу, по всем каналам.21. Узел по п.19, отличающийся тем, что распределительная камера (19) продолжается от нижней части (16) до верхней части (15).22. Узел по п.20, отличающийся тем, что распределительная камера (19) продолжается от нижней части (16) до верхней части (15).