СОСТАВНАЯ ЛОПАТКА ОСЕВОЙ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2011 года по МПК F01D5/14 

Изобретение относится к газотурбостроению, где создаются и используются лопаточные турбомашины - турбины и компрессоры.

Известна составная лопатка осевой турбомашины, в частности, например, газовой турбины (A.V.Sudarev and V.Yu.Tikhoplav, Research-Engineering Center "Ceramic Heat Engines (NIZ KTD) at the Pesearch-Technologikal Institute for Power Engineering (NITI EM)", Ceramic gas turbine design and test experience / edited by Mark van Roode, Mattison K.Ferber, and David W.Richerson, Progress in Ceramic Gas Turbine Development, Volume 1, Chapter 35, pp.638, 693), состоящая из металлического хвостовика, радиального металлического стержня, прочно скрепленного с хвостовиком, бандажной полки, закрепленной на периферийном конце радиального стержня, дефлектора и профильной пустотелой обложки, свободно установленных снаружи радиального стержня и упирающихся в бандажную полку при радиальном их перемещении вдоль радиального стержня.

Это техническое решение принято за прототип.

Недостаток этого технического решения заключается в низкой надежности, что обусловлено действующими в конструкции керамической оболочки растягивающими и изгибными нагрузками.

Указанный недостаток предлагается в соответствии с настоящим изобретением устранить тем, что профильная оболочка выполнена по длине составной, состоящей из, по меньшей мере, из двух не соединенных между собой коротких частей, свободно установленных на радиальном стержне снаружи дефлектора между хвостовиком и бандажной полкой, в которую упирается верхняя часть профильной оболочки, причем все короткие части профильной оболочки изготовлены преимущественно из жаропрочных жаростойких керамических или композиционных материалов. При этом неравные части составной оболочки сопряжены в зонах наибольшей деформации несущего стержня, причем поверхности сопряжения в общем случае могут быть трехмерными.

Задачей настоящего изобретения является максимально возможное уменьшение в оболочке не только растягивающих, но и изгибающих напряжений, которые возникают в оболочке как в консольной балке, а также при контакте оболочки с опорными выступами дефлектора или с внутренней тепловой изоляцией. Указанные напряжения обусловлены воздействием на оболочку силы давления газового потока рабочего тела турбомашины.

Эта задача достигается тем, что оболочка по длине выполнена составной. Таким путем многократно повышается надежность оболочковой лопатки.

В частности, в составной лопатке осевой турбомашины, состоящей из металлического хвостовика, радиального металлического стержня, прочно скрепленного с хвостовиком, бандажной полки, закрепленной на периферийном конце радиального стержня, дефлектора и профильной пустотелой оболочки, свободно установленных снаружи радиального стержня и упирающихся в бандажную полку при радиальном их перемещении вдоль радиального стержня, согласно изобретению профильная оболочка выполнена по длине составной. Профильная оболочка состоит, по меньшей мере, из двух не соединенных между собой частей, свободно установленных на радиальном стержне снаружи дефлектора между хвостовиком и бандажной полкой, в которую упирается верхняя часть профильной оболочки. Все части профильной оболочки изготовлены преимущественно из жаропрочных жаростойких керамических или композиционных материалов.

Части составной оболочки могут быть выполнены неравными и сопряжены в зонах наибольшей деформации несущего стержня, а поверхности сопряжения могут быть выполнены трехмерными.

Предлагаемое изобретение поясняется схематическим чертежом.

На чертеже видно, что составная лопатка осевой турбомашины состоит из металлического хвостовика 1, радиального металлического стержня 2, бандажной полки 3, дефлектора 4, тепловой изоляции 5, профильной пустотелой оболочки 6, состоящей из частей 7. Лопатка турбомашины снаружи обтекается потоком рабочего тела 8.

Оболочковая лопатка работает следующим образом.

При работе газовой турбины составная лопатка подвержена воздействию центробежных сил собственных масс, газодинамических сил от воздействия газа, сил, обусловленных температурными напряжениями и вибрацией. Всем этим силам лопатка противостоит благодаря своей высокой эластичности конструкции. Это обусловлено, прежде всего, тем, что все указанные выше элементы могут свободно упруго деформироваться и смещаться в пространстве так, как это предусмотрено конструкцией, см. чертеж. Например, под действием центробежных сил элементы 4 и 7 смещаются радиально и упираются в бандажную полку 3. Под действием газодинамических сил в пустотелой оболочке 6 могли бы возникнуть большие изгибающие и растягивающие напряжения, но только в том единственном случае, если бы пустотелая оболочка была бы не разделенной на отдельные части 7. Однако при наличии таких частей (см. чертеж) эти части смещаются и, как показал опыт, устанавливаются автоматически в таких положениях относительно друг друга, при которых моментные и растягивающие нагрузки оказываются минимально возможными. Именно это важнейшее свойство предлагаемой конструкции придает лопатке турбомашины высокую надежность.

Составная лопатка осевой турбомашины состоит из металлического хвостовика, радиального металлического стержня, прочно скрепленного с хвостовиком, бандажной полки, закрепленной на периферийном конце радиального стержня, дефлектора и профильной пустотелой оболочки, свободно установленных снаружи радиального стержня и упирающихся в бандажную полку при радиальном их перемещении вдоль радиального стержня. Профильная оболочка выполнена по длине составной, состоящей, по меньшей мере, из двух не соединенных между собой частей, свободно установленных на радиальном стержне снаружи дефлектора между хвостовиком и бандажной полкой, в которую упирается верхняя часть профильной оболочки. Все части профильной оболочки изготовлены из жаропрочных жаростойких керамических или композиционных материалов. Изобретение позволяет повысить надежность лопатки. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Составная лопатка осевой турбомашины, в частности, например, газовой турбины, состоящая из металлического хвостовика, радиального металлического стержня, прочно скрепленного с хвостовиком, бандажной полки, закрепленной на периферийном конце радиального стержня, дефлектора и профильной пустотелой оболочки, свободно установленных снаружи радиального стержня и упирающихся в бандажную полку при радиальном их перемещении вдоль радиального стержня, отличающаяся тем, что профильная оболочка выполнена по длине составной, состоящей, по меньшей мере, из двух не соединенных между собой частей, свободно установленных на радиальном стержне снаружи дефлектора между хвостовиком и бандажной полкой, в которую упирается верхняя часть профильной оболочки, причем все части профильной оболочки изготовлены преимущественно из жаропрочных жаростойких керамических или композиционных материалов.

2. Составная лопатка осевой турбомашины по п.1, отличающаяся тем, что части составной оболочки выполнены неравными и сопряжены в зонах наибольшей деформации несущего стержня, а поверхности сопряжения выполнены трехмерными.