ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ТУРБОМАШИНЫ ПЕТЛЕВОЙ СХЕМЫ ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 2013 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 турбомашин петлевой схемы охлаждения, содержащие перфорированную оболочку с радиальными перегородками, образующими радиальные каналы, и выступами-генераторами пристенной турбулентности на внутренней ее поверхности, а также с интенсификаторами теплоотдачи в охлаждающих каналах радиальной перегородки выходной кромки лопаток. [Теплообменные аппараты и системы охлаждения газотурбинных и комбинированных установок: Учебник для вузов / В.Л.Иванов, А.И.Леонтьев, Э.А.Манушин, М.И.Осипов. /Под ред. А.И.Леонтьева. - 2-е изд., стереотип. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана, 2004. - 592 с. Рисунки 5. 15, 2. 17, 6. 2.]

Известны каналы, в которых выступы-генераторы пристенной турбулентности расположены с наклоном к поперечному направлению оси канала. [Бажан П.И. и др. Справочник по теплообменным аппаратам. / М.: Машиностроение, 1989. - 366 с. Схема 1. 32 на странице 72.]

Однако на большой относительной длине охлаждающего канала малого диаметра радиальной перегородки в выходной кромке смыкаются пограничные слои, препятствующие оттоку теплоты от радиальной перегородки с каналами к воздуху. Чтобы разрушить пограничный слой на стенках канала, следует его выполнить прерывистым с малой длиной участков [Трушин В.А. Пленочное охлаждение турбинных лопаток. // Уфа: издание УАИ, 1988. - 78 с.]. Кроме того, отсутствие дросселирования воздуха в канале выходной кромки лопатки, с отсутствием эффекта его охлаждения при дросселировании, обуславливает малый отток теплоты от радиальной перегородки с каналами к воздуху.

Кроме того, расположение наклонных выступов-генераторов пристенной турбулентности на внутренней поверхности перфорированной оболочки в радиальных каналах между радиальными перегородками по всей длине от одной перегородки до другой не обеспечивает достаточной интенсивности вращательного движения воздуха при движении его вдоль некруглого канала, так как воздух подкручивается только за счет касания вершин выступов, обеспечивающих его вращение за счет их наклона, что не обеспечивает достаточного теплоотвода от оболочки и перегородок к воздуху в радиальном канале.

Задачей изобретения является повышение эффективности охлаждения лопатки турбомашины за счет выполнения радиальных пазов и разделительного радиального канала.

Это достигается тем, что у охлаждаемой лопатки турбомашины петлевой схемы охлаждения, содержащей перфорированную оболочку с радиальными перегородками, образующими радиальные каналы, и выступы-генераторы пристенной турбулентности на внутренней ее поверхности, расположенные с наклоном к поперечному направлению оси канала, а также интенсификаторы теплоотдачи в охлаждающих каналах радиальной перегородки выходной кромки лопатки, в отличие от прототипа, выступы-генераторы пристенной турбулентности выполнены с радиальным пазом на контакте с перегородкой со стороны входа вращающегося воздуха, а радиальная перегородка выходной кромки лопатки выполнена с разделительным радиальным каналом.

Использование отличительных признаков в заявляемой охлаждаемой лопатке турбомашины петлевой схемы охлаждения, содержащей перфорированную оболочку с радиальными перегородками, образующими радиальные каналы, и выступы-генераторы пристенной турбулентности на внутренней ее поверхности, расположенные с наклоном к поперечному направлению оси канала, а также интенсификаторы теплоотдачи в охлаждающих каналах радиальной перегородки выходной кромки лопатки, позволяют повысить эффективность ее охлаждения. Тем самым повышается технический уровень охлаждаемой лопатки как ответственнейшего элемента высокотемпературной газовой турбины, определяющей ресурс и надежность ее работы в системе газотурбинного двигателя за счет интенсификации теплоотдачи от лопатки к воздуху как в радиальных каналах, так и в каналах радиальной перегородки выходной кромки.

На фиг.1 схематически изображено поперечное сечение пера лопатки через отверстия перфорации оболочки и через каналы радиальной перегородки выходной кромки лопатки с разделительным радиальным каналом; на фиг.2 - элемент - вид по стрелке С на фиг.1 на наклонные выступы-генераторы пристенной турбулентности на внутренней поверхности перфорированной оболочки в радиальных каналах между радиальными перегородками (сплошными линиями - вогнутой внутренней поверхности, а пунктирными - выпуклой).

Охлаждаемая лопатка турбомашины петлевой схемы охлаждения, содержащая перфорированную оболочку 1, внутри которой выполнены радиальные перегородки 2, образующие радиальные каналы 3, а внутри каналов на перфорированной оболочке между перегородками выполнены выступы-генераторы пристенной турбулентности 4 с радиальным пазом 5, расположенные с наклоном к поперечному направлению оси канала, а также интенсификаторы теплоотдачи в охлаждающих каналах радиальной перегородки выходной кромки лопатки 6 с разделительным радиальным каналом 7.

При работе охлаждаемой лопатки турбомашины петлевой схемы охлаждения, содержащей перфорированную оболочку 1 с радиальными перегородками 2, образующими радиальные каналы 3, и выступы-генераторы пристенной турбулентности 4 на внутренней ее поверхности, расположенные с наклоном к поперечному направлению оси канала, а также интенсификаторы теплоотдачи в охлаждающих каналах радиальной перегородки выходной кромки лопатки, охлаждающий воздух движется в радиальных каналах 3 (точками отмечено движение от оси турбины, а крестиками - к оси) и за счет наклонного расположения выступов-генераторов пристенной турбулентности 4 на внутренней поверхности оболочки приобретает вращательное движение, а радиальные пазы 5 обеспечивают лучшее проникновение воздуха между выступами-генераторами пристенной турбулентности, интенсифицируя вращательное его движение и охлаждение лопатки, а воздух из радиального канала около выходной кромки разворачивается и направляется в каналы радиальной перегородки выходной кромки лопатки 6 с разделительным радиальным каналом 7, где теплоотдача от радиальной перегородки к воздуху через несформировавшийся в коротком канале пограничный слой выше, чем через сомкнувшиеся пограничные слои в относительно длинном канале, если разделительный радиальный канал 7 отсутствует, кроме того, дросселирование воздуха при прохождении его через чередующиеся короткие каналы в радиальной перегородке выходной кромки лопатки 6 обеспечивает его охлаждение как в разделительном радиальном канале 7, так и за радиальной перегородкой 6, увеличивая хладоресурс воздуха.

Выполнение выступов-генераторов пристенной турбулентности с радиальными пазами на контакте с перегородкой со стороны входа вращающегося воздуха, а также радиальной перегородки выходной кромки лопатки с разделительным радиальным каналом способствует интенсификации теплоотвода от перфорированной оболочки лопатки к охлаждающему воздуху за счет наложения на осевое движение воздуха в радиальных каналах более интенсивного вращательного движения с проникновением его между выступами-генераторами пристенной турбулентности, а также за счет малой толщины несформировавшегося пограничного слоя в коротких каналах радиальной перегородки выходной кромки лопатки и за счет понижения температуры при дросселировании воздуха при прохождении его через чередующиеся короткие каналы.

Охлаждаемая лопатка турбомашины петлевой схемы охлаждения содержит перфорированную оболочку с радиальными перегородками, образующими радиальные каналы, и выступы-генераторы пристенной турбулентности на внутренней ее поверхности, расположенные с наклоном к поперечному направлению оси канала, а также с интенсификаторами теплоотдачи в охлаждающих каналах радиальной перегородки выходной кромки лопатки. Выступы-генераторы пристенной турбулентности выполнены с радиальным пазом на контакте с перегородкой со стороны входа вращающегося воздуха. Радиальная перегородка выходной кромки лопатки выполнена с разделительным радиальным каналом. Изобретение повышает эффективность охлаждения лопатки. 2 ил.

Охлаждаемая лопатка турбомашины петлевой схемы охлаждения, содержащая перфорированную оболочку с радиальными перегородками, образующими радиальные каналы, и выступы-генераторы пристенной турбулентности на внутренней ее поверхности, расположенные с наклоном к поперечному направлению оси канала, а также с интенсификаторами теплоотдачи в охлаждающих каналах радиальной перегородки выходной кромки лопатки, отличающаяся тем, что выступы-генераторы пристенной турбулентности выполнены с радиальным пазом на контакте с перегородкой со стороны входа вращающегося воздуха, а радиальная перегородка выходной кромки лопатки выполнена с разделительным радиальным каналом.