ЛОПАТКА ТУРБИНЫ Российский патент 2014 года по МПК F01D5/08 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к лопатке турбины.

Уровень техники

Известный тип лопатки турбины продолжается вдоль продольной оси и содержит крепежный участок, платформу, соединенную как одно целое с крепежным участком, основной продолговатый корпус и охлаждающий контур, в котором протекает охлаждающая текучая среда, обычно воздух.

Поток воздуха, втекающий в охлаждающий контур, отводит тепло за счет конвекции и понижает температуру лопатки.

Охлаждающий контур содержит первую охлаждающую линию для охлаждения задней кромки основного корпуса лопатки, вторую охлаждающую линию для охлаждения центрального участка основного корпуса лопатки и третью охлаждающую линию для охлаждения передней кромки основного корпуса лопатки.

Первая охлаждающая линия содержит первое входное отверстие, расположенное на базовой поверхности крепежного участка лопатки, охлаждающий канал, который по существу продолжается по всей длине лопатки вдоль задней кромки основного корпуса лопатки, и множество выпускных пазов, расположенных вдоль задней кромки лопатки.

Кроме того, лопатки этого типа содержат регулировочную пластину, которая размещена около первого входного отверстия на базовой поверхности крепежного участка лопатки с возможностью регулирования скорости потока воздуха, циркулирующего в первой охлаждающей линии.

Регулировочные пластины известного типа обычно снабжены тремя отверстиями, имеющими размеры для образования канала заданной скорости потока охлаждающей текучей среды, рассчитанной на этапах проектирования.

Однако часто случается, что скорость потока, измеренная после применения регулировочной пластины, находится вне заданных пределов. Поэтому необходимо удаление данной регулировочной пластины и замена ее пластиной, имеющей отверстия другого размера, а иногда также необходима модификация охлаждающего канала, достигаемая с помощью микролитья, если отверстия регулировочной пластины не достаточно компенсируют дефекты механической обработки охлаждающего канала.

Сущность изобретения

Задачей настоящего изобретения является создание лопатки турбины, которая освобождена от недостатков предшествующего уровня техники, указанных здесь; в частности, задачей настоящего изобретения является создание лопатки турбины, которая позволяет преодолеть недостатки, указанные выше, простым, эффективным по себестоимости способом, с функциональной и конструктивной точки зрения.

В соответствии с этими целями, настоящее изобретение относится к лопатке турбины, продолжающейся вдоль продольной оси, содержащей:

крепежный участок, снабженный базовой поверхностью;

платформу, соединенную как одно целое с крепежным участком;

основной продолговатый корпус, который продолжается от платформы на противоположной стороне по отношению к крепежному участку и содержит заднюю кромку;

охлаждающий контур, который содержит первую охлаждающую линию для охлаждения задней кромки и снабжен первым входным отверстием, расположенным на базовой поверхности крепежного участка лопатки; и

регулировочную пластину, соединенную с базовой поверхностью у первого входного отверстия;

при этом лопатка отличается тем, что регулировочная пластина содержит первый участок и второй участок, выполненные с возможностью объединения друг с другом и имеющие такую форму, чтобы образовывать вместе отверстие (27), имеющее переменное сечение.

Краткое описание чертежей

Дополнительные особенности и преимущества настоящего изобретения будут очевидны из следующего описания его неограничивающего варианта осуществления со ссылкой на фигуры на приложенных чертежах, на которых:

- фиг.1 представляет собой вид в перспективе лопатки турбины согласно настоящему изобретению;

- фиг.2 представляет собой вид сверху, с частями в разрезе и частями, удаленными для ясности, лопатки турбины, показанной на фиг.1;

- фиг.3 представляет собой вид снизу в плане элемента лопатки турбины, изображенной на фиг.1, в первой конфигурации;

- фиг.4 представляет собой вид снизу в плане элемента лопатки турбины, изображенной на фиг.1, во второй конфигурации.

Описание предпочтительного варианта осуществления изобретения

На фиг.1 ссылочная позиция 1 обозначает лопатку турбины (не показана в сопроводительных чертежах), которая продолжается вдоль оси А и содержит крепежный участок 4, платформу 5, соединенную как одно целое с крепежным участком 4, основной продолговатый корпус 6, который продолжается от платформы 5 на противоположной стороне по отношению к крепежному участку 4, калибровочную пластину 7, закрывающую пластину 8 и охлаждающий контур 9 (показан более подробно на фиг.2).

Крепежный участок 4 может быть вставлен в соответствующее гнездо диска ротора (не показан в сопроводительных чертежах) в направлении, параллельном оси диска ротора, по существу ортогонально оси А лопатки 1. В частности, крепежный участок 4 имеет так называемую "елочную" форму, по существу, комплементарную по отношению к форме соответствующего гнезда диска ротора, но имеет меньшую радиальную высоту, чем радиальная высота гнезда с тем, чтобы после зацепления гнезда, крепежный участок 4 и гнездо диска ротора образовывали канал (не показан для простоты) для прохода охлаждающей текучей среды, предпочтительно воздуха, отведенного от компрессора (не показан) системы, содержащей турбину.

Крепежный участок 4 каждой лопатки 1 снабжен базовой поверхностью 11, которая приспособлена при работе располагаться напротив вышеописанного канала для прохода охлаждающей текучей среды.

Основной корпус 6 лопатки 1 содержит верхнюю секцию 13, обычно называемую "вершиной", противоположную крепежному участку 4, переднюю кромку 14, заднюю кромку 15 и центральный участок 16.

Со ссылкой на фиг.1 и 2, охлаждающий контур 9 содержит первую охлаждающую линию 19 для охлаждения задней кромки 15 основного корпуса 6 лопатки 1, вторую охлаждающую линию 20 для охлаждения центрального участка 16 основного корпуса 6 лопатки 1 и третью охлаждающую линию 21 для охлаждения передней кромки 14 основного корпуса 6 лопатки 1.

Первая охлаждающая линия 19 содержит первое входное отверстие 23, расположенное на базовой поверхности 11 крепежного участка 4 лопатки 1, первый охлаждающий канал 24, который по существу продолжается параллельно оси А по всей длине лопатки 1 вдоль задней кромки 15 основного корпуса 6, и множество выходных пазов 25, расположенных вдоль задней кромки 15 лопатки 1.

Регулировочная пластина 7 размещена около первого входного отверстия 23 с возможностью регулирования скорости потока циркулирования воздуха в первой охлаждающей линии 19.

Со ссылкой на фиг.1, регулировочная пластина 7 ограничена первым участком 26а и вторым участком 26b, каждый из которых имеет такую форму, чтобы первый участок 26а и второй участок 26b совместно образовывали отверстие 27, имеющее переменное сечение.

Соединение между первым участком 26а и вторым участком 26b является соединением геометрического типа и позволяет соединять первый участок 26а и второй участок 26b во множестве положений с возможностью образования отверстия 27, имеющего переменное сечение.

Фиг.3 изображает регулировочную пластину 7 в первом положении, в котором сечение отверстия 27 является минимальным и равным около 28% от сечения первого входного отверстия 23.

Фиг.4 изображает регулировочную пластину 7 во втором положении, в котором сечение отверстия 27 является максимальным и равным около 38% от сечения первого входного отверстия 23.

При работе регулировочная пластина 7 фиксируется к базовой поверхности 11 крепежного участка 4 лопатки 1 в заданном положении, соответствующем заданному проходному сечению отверстия 27.

Проходное сечение 27 вычисляется после того, как экспериментально была измерена скорость потока охлаждающего воздуха, втекающего в первой охлаждающей линии 19, без регулировочной (калибровочной) пластины 7.

Регулировочная пластина 7, по существу, корректирует расхождение между скоростью потока, экспериментально измеренной вдоль первой охлаждающей линии 19, и желательной скоростью потока, рассчитанной во время этапов проектирования.

По существу, регулировочная пластина 7, главным образом, используется для корректирования дефектов механической обработки, которые возникают во время этапа изготовления лопатки 1 с помощью микролитья и которые определяют изменение скорости потока охлаждающей текучей среды в первой охлаждающей линии 19.

При работе охлаждающая текучая среда входит через отверстие 27 регулировочной пластины 7 и через первое входное отверстие 23 в первом охлаждающем канале 24, и выходит через множество выходных пазов 25, расположенных вдоль задней кромки 15 лопатки 1.

Вариант (не показан) предусматривает регулировочную пластину 7, обеспечиваемую контрольными рисками, выполненными с возможностью индикации множества положений, которые могут быть заняты первым участком 26а и вторым участком 26b для образования отверстия 27.

Со ссылкой на фиг.2, вторая охлаждающая линия 20 содержит второе входное отверстие 30, расположенное на базовой поверхности 11 крепежного участка 4 лопатки 1, второй охлаждающий канал 31, размещенный в виде змеевика и, по существу, ограниченный тремя сегментами 32а, 32b, 32c, параллельными оси А, и множество выходных отверстий 33, расположенных вдоль центрального участка 16 основного корпуса 6 лопатки 1 (некоторые из выходных отверстий 33 видны на фиг.1).

При работе охлаждающая текучая среда входит через второе входное отверстие 30 во второй охлаждающий канал 31 и выходит через выходные отверстия 33, расположенные вдоль центрального участка 16 основного корпуса 6 лопатки 1.

Третья охлаждающая линия 21 содержит третье входное отверстие 35, расположенное на базовой поверхности 11 крепежного участка 4 лопатки 1, третий охлаждающий канал 36, по существу, параллельный оси А, и множество отверстий 37 для пленочного охлаждения, расположенных вдоль передней кромки 14 основного корпуса 6 лопатки 1.

При работе, охлаждающая текучая среда входит через третье входное отверстие 35 в третий охлаждающий канал 36 и выходит через отверстия 37 для пленочного охлаждения, расположенные вдоль передней кромки 14 основного корпуса 6 лопатки 1.

В неограничивающем примере, описанном и иллюстрированном в данном документе, первое входное отверстие 23, второе входное отверстие 30 и третье входное отверстие 35 представляют собой небольшие отверстия, ограниченные двумя прямолинейными, параллельными боковыми стенками и двумя по существу круглыми боковыми стенками, которые соединяют две прямолинейные стенки.

Базовая поверхность 11 крепежного участка 4, кроме того, снабжена отверстием 40 для обслуживания, которое закрыто с помощью закрывающей пластины 8 и не используется для охлаждения лопатки 1.

Отверстие 40 для обслуживания, по сути, выполнено с возможностью вмещения опорного элемента (не показан) лопатки 1 во время процесса изготовления лопатки, предпочтительно посредством микролитья.

Отверстие 40 для обслуживания, первое входное отверстие 23, второе входное отверстие 30 и третье входное отверстие 35 выровнены вдоль базовой поверхности 11 крепежного участка 4 лопатки 1.

Совершенно очевидно, что могут быть выполнены изменения и вариации в отношении лопатки турбины, описанной в данном документе, не выходя за рамки объема приложенной формулы изобретения.

Лопатка турбины, продолжающаяся вдоль продольной оси (А), содержит крепежный участок, снабженный базовой поверхностью, платформу, соединенную как одно целое с крепежным участком, основной продолговатый корпус, охлаждающий контур и регулировочную пластину. Основной продолговатый корпус продолжается от платформы на противоположной стороне по отношению к крепежному участку и содержит заднюю кромку. Охлаждающий контур содержит первую охлаждающую линию для охлаждения задней кромки и снабжен первым входным отверстием, расположенным на базовой поверхности крепежного участка лопатки. Регулировочная пластина соединена с базовой поверхностью у первого входного отверстия и содержит первый и второй участки, выполненные с возможностью соединения друг с другом и имеющие такую форму, чтобы образовывать вместе отверстие, имеющее переменное сечение. Изобретение направлено на снижение себестоимости лопатки и на корректирование скорости потока охлаждающего воздуха. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Лопатка турбины, продолжающаяся вдоль продольной оси (А), содержащая:
крепежный участок 4, снабженный базовой поверхностью (11);
платформу (5), соединенную как одно целое с крепежным участком (4);
основной продолговатый корпус (6), который продолжается от платформы (5) на противоположной стороне по отношению к крепежному участку (4) и содержит заднюю кромку (15);
охлаждающий контур (9), который содержит первую охлаждающую линию (19) для охлаждения задней кромки (15) и снабжен первым входным отверстием (23), расположенным на базовой поверхности (11) крепежного участка (4) лопатки (1); и
регулировочную пластину (7), соединенную с базовой поверхностью (11) у первого входного отверстия (23);
отличающаяся тем, что регулировочная пластина (7) содержит первый участок (26а) и второй участок (26b), выполненные с возможностью соединения друг с другом и имеющие такую форму, чтобы образовывать вместе отверстие (27), имеющее переменное сечение.

2. Лопатка по п.1, в которой первый участок (26а) и второй участок (26b) регулировочной пластины (7) выполнены с возможностью геометрического соединения во множество положений для образования отверстия (27), имеющего переменное сечение.

3. Лопатка по п.2, в которой первый участок (26а) и второй участок (26b) выполнены с возможностью соединения таким образом, чтобы образовывать отверстие (27), имеющее минимальное сечение, равное около 28% от сечения первого входного отверстия (23), и максимальное сечение, равное около 38% от сечения первого входного отверстия (23).

4. Лопатка по п.1, в которой первая охлаждающая линия (19) содержит первый охлаждающий канал (24), который соединен с первым входным отверстием (23) и продолжается по существу параллельно оси (А) по всей длине лопатки (1) вдоль задней кромки (15) основного корпуса (6), и множество выходных пазов (25), расположенных вдоль задней кромки (15) лопатки (1).