УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОХЛАЖДЕНИЯ ХВОСТОВОЙ СТОРОНЫ ПОЛКИ ЭЛЕМЕНТА ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2018 года по МПК F01D5/08 

Изобретение относится к элементу турбомашины, такому как рабочая лопатка или направляющая лопатка турбомашины, и, более конкретно, к устройству охлаждения полки элемента турбомашины.

В современных турбомашинах, таких как газовые турбины, различным элементам турбомашины приходится работать при очень высоких температурах. Эти элементы турбомашин, такие как рабочая лопатка или направляющая лопатка, как правило, включают в себя аэродинамический профиль и хвостовик, разделенные полкой. Высокие температуры, имеющие место при работе турбомашины, могут приводить к возникновению повреждений в элементе турбомашины или его составляющих, и, таким образом, охлаждение элемента турбомашины играет очень важную роль. Охлаждение данных элементов, в целом, осуществляется посредством пропускания охлаждающей текучей среды (которой может являться воздух от компрессора турбомашины) через центральный канал, выполненный посредством литья в элементе турбомашины, например, охлаждающие каналы выполнены в аэродинамическом профиле рабочей лопатки.

Таким образом, охлаждение аэродинамического профиля элемента турбомашины, например, рабочей лопатки, осуществляют посредством пропускания охлаждающей текучей среды через каналы, выполненные в аэродинамическом профиле этого элемента турбомашины.

Однако достаточное охлаждение полки элемента турбомашины является затруднительным, поскольку охлаждающий воздух, как правило, не используется при охлаждении всей полки. Такие области полки, как профильная сторона полки, т.е. сторона, от которой отходит аэродинамический профиль лопатки, остаются подверженными воздействию горячих газов, поступающих из камеры сгорания. Обычно при охлаждении полки применяют пленочное охлаждение профильной стороны полки. Однако охлаждение профильной стороны является недостаточным для достаточного охлаждения других областей полки, особенно хвостовой стороны полки, т.е. стороны, от которой отходит хвостовик лопатки. Эта недостаточность приводит к окислению и растрескиванию полки, и, соответственно, к сокращению срока службы элемента турбомашины.

В патентном документе US 2009/016881 А1 раскрыто устройство, обеспечивающее улучшенное охлаждение области полки и области перехода от аэродинамического профиля турбинной лопатки к ее полке, т.е. охлаждение канала прохода потока горячих газов в газотурбинном двигателе. Для осуществления этого, полка содержит первую стенку, которая не служит опорой для лопатки, и вторую стенку, которая выполняет функцию опоры для лопатки, с полостью между данными стенками. В хвостовике лопатки и в области перехода от аэродинамического профиля лопатки к полке первая стенка полки имеет аэродинамическую форму, а вторая стенка полки выполнена со ступенчатым понижением относительно первой стенки, как продолжение лопатки.

Задачей изобретения является создание устройства для охлаждения хвостовой стороны полки элемента турбомашины.

Указанная задача решается устройством охлаждения полки в соответствии с п. 1 и элементом турбомашины в соответствии с п. 6 формулы изобретения.

Одним объектом изобретения является устройство охлаждения полки для направления охлаждающей текучей среды на хвостовую сторону полки элемента турбомашины. Элемент турбомашины содержит аэродинамический профиль, полку и хвостовик, имеющий основное входное отверстие для поступления охлаждающей текучей среды из полости и направления охлаждающей текучей среды в аэродинамический профиль. Полость по меньшей мере частично образована хвостовиком элемента турбомашины и хвостовой стороной полки. Устройство охлаждения полки приспособлено для установки внутри полости. Устройство охлаждения полки включает в себя первую часть и вторую часть. Первая часть выполнена с возможностью размещения на хвостовике элемента турбомашины. Вторая часть расположена под углом к первой части и выполнена с возможностью размещения на хвостовой стороне полки. Вторая часть содержит по меньшей мере один проход соударения. Проход соударения включает в себя вход для поступления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из полости и выход для выпуска поступившей охлаждающей текучей среды и направления ее на хвостовую сторону полки. Первая часть и вторая часть образуют путь, по которому охлаждающая текучая среда поступает из полости через проход соударения в основное входное отверстие.

Таким образом, посредством устройства охлаждения полки по меньшей мере часть охлаждающей текучей среды перенаправляется из полости через проход соударения на хвостовую сторону полки. Охлаждающая текучая среда ударяется в хвостовую сторону полки элемента турбомашины, чем обеспечивается охлаждение хвостовой стороны полки.

В соответствии с одним из вариантов осуществления изобретения в устройстве охлаждения полки вторая часть содержит по меньшей мере одно ребро, так что, когда устройство охлаждения полки установлено в полость, с хвостовой стороны полки образован зазор между хвостовой стороной полки и выходом прохода соударения. Благодаря зазору, охлаждающая текучая среда, поступающая из выхода прохода соударения, распространяется по хвостовой стороне полки элемента турбомашины.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения в устройстве охлаждения полки вторая часть содержит множество, так что, когда устройство охлаждения полки установлено в полость, с хвостовой стороны полки образован зазор между хвостовой стороной полки и выходом прохода соударения. Ребра расположены, по существу, параллельно друг другу. Благодаря зазору, охлаждающая текучая среда, поступающая из выхода прохода соударения, распространяется по хвостовой стороне полки элемента турбомашины. Кроме того, наличие нескольких ребер обеспечивает устойчивость устройства охлаждения полки, когда оно установлено внутри полости.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения устройство охлаждения полки содержит первый выступ на первой части, предназначенный для прикрепления к хвостовику элемента турбомашины, и второй выступ на второй части, предназначенный для прикрепления к хвостовой стороне полки элемента турбомашины, так, чтобы образовывалась камера между устройством охлаждения полки и элементом турбомашины, предназначенная для направления охлаждающей текучей среды из прохода соударения в основное входное отверстие хвостовика. Таким образом, первый выступ и второй выступ обеспечивают устойчивость устройства охлаждения полки, когда оно установлено в полости элемента турбомашины. Кроме того, благодаря камере, охлаждающая текучая среда, поступающая из выхода прохода соударения, может распространяться по хвостовой стороне полки и по части хвостовика элемента турбомашины. Кроме того, камера облегчает прохождение охлаждающей текучей среды из прохода соударения в основное входное отверстие и позволяет охлаждающей текучей среде выходить только через основное входное отверстие.

В соответствии с другим вариантом осуществления изобретения в устройстве охлаждения полки вторая часть включает в себя множество проходов соударения. Каждый из множества проходов соударения содержит вход для поступления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из полости элемента турбомашины и выход для выпуска поступившей охлаждающей текучей среды и направления ее на хвостовую сторону полки элемента турбомашины. Проходы соударения расположены в виде матрицы. Этим достигается охлаждение большей площади хвостовой стороны полки. Кроме того, проходы соударения могут быть расположены таким образом, чтобы обеспечивать по меньшей мере существенную концентрацию подачи охлаждающей текучей среды на желаемые области хвостовой стороны полки элемента турбомашины.

Другим объектом изобретения является элемент турбомашины. Элемент турбомашины содержит полку, аэродинамический профиль, хвостовик и устройство охлаждения полки. Полка содержит профильную сторону и хвостовую сторону. От профильной стороны отходит аэродинамический профиль, а от хвостовой стороны полки отходит хвостовик. Аэродинамический профиль и хвостовик отходят от полки в противоположных направлениях. Хвостовик содержит основное входное отверстие для поступления охлаждающей текучей среды из полости на хвостовую сторону полки и направления охлаждающей текучей среды в аэродинамический профиль. Полость по меньшей мере частично образована хвостовиком элемента турбомашины и хвостовой стороной полки.

Устройство охлаждения полки включает в себя первую часть и вторую часть. Первая часть размещена на хвостовике элемента турбомашины. Вторая часть расположена под углом к первой части и размещена на хвостовой стороне полки. Вторая часть содержит по меньшей мере один проход соударения. Проход соударения включает в себя вход для поступления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из полости и выход для выпуска поступившей охлаждающей текучей среды и направления ее на хвостовую сторону полки. Первая часть и вторая часть образуют путь, по которому охлаждающая текучая среда поступает из полости через проход соударения в основное входное отверстие. Так обеспечивается охлаждение хвостовой стороны полки.

В соответствии с вариантом осуществления в элементе турбомашины вторая часть содержит по меньшей мере одно ребро, отходящее по направлению к хвостовой стороне полки, так что между хвостовой стороной полки и выходом прохода соударения образован зазор. Благодаря зазору, охлаждающая текучая среда, поступающая из выхода прохода соударения, распространяется по хвостовой стороне полки.

В соответствии с другим вариантом осуществления в элементе турбомашины вторая часть содержит множество ребер, отходящих по направлению к хвостовой стороне полки, так что между хвостовой стороной полки и выходом прохода соударения образован зазор. Ребра расположены, по существу, параллельно друг другу. Благодаря зазору, охлаждающая текучая среда, поступающая из выхода прохода соударения, распространяется по хвостовой стороне полки. Кроме того, наличие нескольких ребер обеспечивает устойчивость установленного в полости устройства охлаждения полки.

В соответствии с другим вариантом осуществления в элементе турбомашины хвостовой стороной полки и участком второй части, содержащей по меньшей мере два ребра, образован канал охлаждения. Указанный канал охлаждения направляет охлаждающую текучую среду к основному входному отверстию. Таким образом, направлением прохождения охлаждающей текучей среды по хвостовой стороне полки можно управлять.

В соответствии с другим вариантом осуществления в элементе турбомашины первая часть содержит первый выступ, прикрепленный к хвостовику элемента турбомашины, и вторая часть содержит второй выступ, прикрепленный к хвостовой стороне полки, таким образом, что между устройством охлаждения полки, хвостовой стороной полки и хвостовиком элемента турбомашины образована камера для направления охлаждающей текучей среды из прохода соударения к основному входному отверстию. Таким образом, первый выступ и второй выступ обеспечивают устойчивость устройства охлаждения полки, установленного в полости. Кроме того, благодаря камере, охлаждающая текучая среда, поступающая из выхода прохода соударения, распространяется по хвостовой стороне полки и по части хвостовика элемента турбомашины. Кроме того, камера облегчает прохождение охлаждающей текучей среды из прохода соударения в основное входное отверстие и позволяет охлаждающей текучей среде выходить только через основное входное отверстие.

В соответствии с другим вариантом осуществления в элементе турбомашины первый выступ прикреплен к хвостовику элемента турбомашины, и второй выступ прикреплен к хвостовой стороне полки посредством пайки. При использовании пайки материал, из которого выполнены хвостовик или полка элемента турбомашины, не плавится, что обеспечивает более точное соблюдение допусков, т.е. получение более точного соединения. Кроме того, пайка позволяет соединять друг с другом различные металлы. Помимо того, в процессе пайки возникают меньшие термические деформации, благодаря более равномерному нагреву соединяемых пайкой деталей.

В соответствии с другим вариантом осуществления в элементе турбомашины первый выступ прикреплен к хвостовику элемента турбомашины, и второй выступ прикреплен к хвостовой стороне полки посредством сварки. Сварка представляет собой простой и дешевый способ крепления первого выступа к хвостовику и второго выступа к хвостовой стороне полки.

В соответствии с другим вариантом осуществления в элементе турбомашины вторая часть включает в себя множество проходов соударения. Каждый из множества проходов соударения содержит вход для поступления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из полости и выход для выпуска поступившей охлаждающей текучей среды и направления ее на хвостовую сторону полки. Проходы соударения расположены в виде матрицы. Этим достигается охлаждение большей площади хвостовой стороны полки. Кроме того, проходы соударения могут быть расположены таким образом, чтобы обеспечивать по меньшей мере существенную концентрацию подачи охлаждающей текучей среды на желаемые области хвостовой стороны полки.

В соответствии с другим вариантом осуществления указанный элемент турбомашины представляет собой рабочую лопатку турбины. Так может быть осуществлено охлаждение хвостовой стороны полки рабочей лопатки турбины.

В соответствии с другим вариантом осуществления элемент турбомашины, указанный элемент турбомашины представляет собой направляющую лопатку турбины. Так может быть осуществлено охлаждение хвостовой стороны полки направляющей лопатки турбины.

Согласно еще одному аспекту изобретение относится к узлу турбомашины, содержащему по меньшей мере одно устройство охлаждения полки и по меньшей мере два элемента турбомашины, установленные рядом друг с другом, причем каждый из элементов турбомашины содержит полку, которая имеет профильную сторону и хвостовую сторону; от профильной стороны полки отходит аэродинамический профиль, от хвостовой стороны полки отходит хвостовик, при этом хвостовик и аэродинамический профиль отходят от полки в противоположных направлениях; хвостовик содержит основное входное отверстие для поступления охлаждающей текучей среды из полости на хвостовую сторону полки и направления охлаждающей текучей среды в аэродинамический профиль; полость по меньшей мере частично образована хвостовиком элемента турбомашины и хвостовой стороной полки; причем по меньшей мере одно устройство охлаждения полки установлено между двумя элементами турбомашины в полости одного из элементов турбомашины для направления охлаждающей текучей среды из полости одного из элементов турбомашины на хвостовую сторону полки одного из элементов турбомашины; устройство охлаждения полки содержит первую часть, размещенную на хвостовике одного из элементов турбомашины, вторую часть, расположенную под углом к первой части и размещенную на хвостовой стороне полки элемента турбомашины; вторая часть содержит по меньшей мере один проход соударения, включающий в себя вход для поступления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из полости одного из элементов турбомашины и выход для выпуска поступившей охлаждающей текучей среды на хвостовую сторону полки одного из элементов турбомашины; так что первая часть и вторая часть образуют путь, по которому охлаждающая текучая среда из полости одного из элементов турбомашины через проход соударения поступает в основное входное отверстие одного из элементов турбомашины.

Далее приведено подробное описание изобретения на примере вариантов его осуществления со ссылками на чертежи.

На фиг. 1 представлен элемент турбомашины, схематичный вид, на котором показаны хвостовая сторона полки и полость;

на фиг. 2 - устройство охлаждения полки в соответствии с вариантом осуществления изобретения, схематичный вид в перспективе;

на фиг. 3 - устройство охлаждения полки в соответствии с вариантом осуществления изобретения, показанное на фиг. 2, схематичный вид в перспективе (вид снизу);

на фиг. 4 - устройство охлаждения полки в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, схематичный вид в перспективе;

на фиг. 5 - устройство охлаждения полки в соответствии с другим вариантом осуществления изобретения, показанное на фиг. 4, схематичный вид в перспективе (вид снизу);

на фиг. 6 - элемент турбомашины в соответствии с вариантом осуществления изобретения, схематичный вид в перспективе;

на фиг. 7 - хвостовик и полка элемента турбомашины, содержащего устройство охлаждения полки, показанное на фиг. 2, согласно изобретению, вид в разрезе;

на фиг. 8 - элемент турбомашины, схематичный вид, показывающий канал охлаждения; и

на фиг. 9 - узел турбомашины в соответствии с вариантом осуществления изобретения, схематичный вид.

Далее приведено подробное описание вышеупомянутых и других особенностей изобретения. Различные варианты осуществления изобретения раскрыты со ссылками на чертежи, причем одинаковыми ссылочными обозначениями указаны одинаковые или аналогичные элементы. В приведенном далее подробном описании, в целях объяснения, многочисленным конкретным деталям уделяется особое внимание для обеспечения глубокого понимания одного или нескольких вариантов осуществления изобретения. Следует отметить, что рассматриваемые варианты осуществления изобретения приводятся для его объяснения, и ни в коем случае не ограничивают его объем. Является очевидным, что данные варианты осуществления могут быть реализованы и без данных конкретных деталей.

Типичный элемент 2 турбомашины схематично представлен на фиг. 1; сама турбомашина не показана. В качестве турбомашины может выступать газотурбинный двигатель, паровая турбина, турбовентилятор и т.п. Элемент 2 турбомашины может представлять собой рабочую лопатку, направляющую лопатку или какой-либо другой элемент турбомашины, содержащий по меньшей мере аэродинамический профиль, полку и хвостовик.

Следует отметить, что, несмотря на то, что согласно некоторым вариантам осуществления изобретения элемент 2 турбомашины называют рабочей лопаткой турбомашины, описываемые далее принципы и особенности изобретения могут быть применены и в направляющей лопатке турбомашины без каких-либо изменений.

Элемент турбомашины 2 содержит аэродинамический профиль 40, полку 50 и хвостовик 60. Полка 50 содержит профильную сторону 51 и хвостовую сторону 52. От профильной стороны 51 отходит аэродинамический профиль 40, а от хвостовой стороны 52 полки 50 отходит хвостовик 60. Хвостовик 60 и аэродинамический профиль 40 отходят от полки 50 в противоположных направлениях. Аэродинамический профиль 40 имеет внешнюю стенку, включающую в себя сторону 46 нагнетания, так называемую «нагнетающая поверхность» и сторону 48 всасывания, также называемую «поверхность всасывания»). Сторона 46 нагнетания и сторона 48 всасывания соединены по расположенной выше по потоку передней кромке 42 и находящейся ниже по потоку задней кромке 44, как показано на фиг. 1. Хвостовик 60 содержит поверхность хвостовика 60, одна часть которой обращена в направлении стороны 46 нагнетания, а другая часть обращена в направлении стороны 48 всасывания.

Полость 90 по меньшей мере частично образована и ограничена хвостовой стороной 52 полки 50 и хвостовиком 60 элемента 2 турбомашины, т.е. частью поверхности хвостовика 60, обращенной в направлении стороны 46 нагнетания, или другой частью поверхности хвостовика 60, обращенной в направлении стороны 48 всасывания. Полость 90 может представлять собой полость в хвостовике турбинной лопатки (но не только), или полость 90, расположенную под полкой 50, в частности, под стороной 46 нагнетания аэродинамического профиля 40.

Хвостовик 60 элемента 2 турбомашины содержит основное входное отверстие 62 для получения охлаждающей текучей среды из полости 90 и ее дальнейшего поступления в аэродинамический профиль 40. Устройство 10 охлаждения полки выполнено с возможностью установки в полость 90, т.е. указанное устройство 10 охлаждения полки 10 имеет форму, позволяющую ему не смещаться из положения относительно полости 90, когда оно вставлено в полость 90.

Далее описано устройство 10 охлаждения полки со ссылками на фиг. 2 и 3, а также на фиг. 1. На фиг. 2 на схематичном виде показано устройство 10 охлаждения полки согласно варианту осуществления изобретения, предназначенное для направления охлаждающей текучей среды (не показана) на хвостовую сторону 52 (см. фиг. 1) полки 50 (см. фиг. 1) элемента 2 турбомашины (см. фиг. 1). На фиг. 3 представлено устройство 10 охлаждения полки согласно варианту осуществления изобретения, показанное на фиг. 2, схематичный вид в перспективе (вид снизу).

Устройство 10 охлаждения полки включает в себя первую часть 20 и вторую часть 30. Первая часть 20 предназначена для установки на хвостовике 60 элемента 2 турбомашины, т.е. на одной части поверхности или на другой части поверхности хвостовика 60. Вторая часть 30 предназначена для установки на хвостовой стороне 52 полки 50 элемента 2 турбомашины.

Вторая часть 30 расположена под углом к первой части 20. Следует отметить, что угол между первой частью 20 и второй частью 30 может составлять приблизительно от 70° до 120°. Однако в конструкции, показанной на фиг. 2, первая часть 20 и вторая часть 30 перпендикулярны друг другу.

Вторая часть 30 содержит по меньшей мере один проход 32 соударения. Проход 32 соударения представляет собой канал или отверстие, проходящее сквозь вторую часть 30 и открытое с обеих сторон. Проход 32 соударения содержит вход 34 (см. фиг. 3), в который поступает по меньшей мере часть охлаждающей текучей среды из полости 90, когда устройство 10 охлаждения полки установлено в полости 90. Проход 32 соударения также содержит выход 36 (см. фиг. 2), предназначенный для выхода поступившей охлаждающей текучей среды на хвостовую сторону 52 полки 50. Когда устройство 10 охлаждения полки установлено в полости 90, первая часть 20 и вторая часть 30 образуют путь для прохождения охлаждающей текучей среды из полости 90 через проход 32 соударения в основное входное отверстие 62. Таким образом, охлаждающая текучая среда, если таковая имеется, после охлаждения хвостовой стороны 52 полки 50 поступает в основное входное отверстие 62 хвостовика 60 элемента 2 турбомашины, и затем поступает далее, внутрь аэродинамического профиля 40 элемента 2 турбомашины. Этот механизм будет более подробно объяснен далее со ссылками на фиг. 7.

Устройство 10 охлаждения полки содержит также ребро 38, расположенное на второй части 30, таким образом, что при установке устройства 10 охлаждения полки в полость 90, образуется зазор (не показан на фиг. 1, 2, 3) между хвостовой стороной 52 полки 50 и выходом 36 прохода 32 соударения.

Устройство 10 охлаждения полки содержит первый выступ 21 на первой части 20 и второй выступ 31 на второй части 30. Первый выступ 21 содействует в прикреплении первой части 20 устройства 10 охлаждения полки к хвостовику 60 элемента 2 турбомашины, а второй выступ 31 содействует в прикреплении второй части 30 устройства 10 охлаждения полки к хвостовой стороне 52 полки 50 элемента 2 турбомашины. Оба выступа 21, 31 расположены под углом к соответствующим частям 20, 30. Когда устройство 10 охлаждения полки установлено в полости 90, первый выступ 21 и второй выступ 31 прикреплены к элементу 2 турбомашины, образуя, таким образом, камеру (не показана на фиг. 1, 2, 3) между устройством 10 охлаждения полки и элементом 2 турбомашины, которая предназначена для направления охлаждающей текучей среды из прохода 32 соударения в основное входное отверстие 62. Кроме того, первый выступ 21 и второй выступ 31 вместе обеспечивают стабильное соединение устройства 10 охлаждения полки с элементом 2 турбомашины, и, таким образом, устройство 10 охлаждения полки не смещается из своего положения относительно полости 90, когда устройство 10 охлаждения полки установлено в полость 90, и турбомашина работает или приводится в движение.

На фиг. 4 схематично показано устройство 10 охлаждения полки согласно другому варианту осуществления изобретения, а на фиг. 5 схематично на виде снизу показано устройство 10 охлаждения полки, представленное на фиг. 4. В соответствии с этим вариантом осуществления в устройстве 10 охлаждения полки вторая часть 30 содержит множество ребер 38. Ребра 38 расположены, по существу, параллельно друг другу. В результате наличия множества ребер 38, когда устройство 10 охлаждения полки установлено в полость 90, с хвостовой стороны 52 полки 50 образуется зазор (не показан на фиг. 4, 5) между хвостовой стороной 52 полки 50 и выходом 36 прохода 32 соударения.

Кроме того, в устройстве 10 охлаждения полки согласно варианту осуществления, показанному на фиг. 4 и 5, вторая часть 30 содержит множество проходов 32 соударения. Каждый из множества проходов 32 соударения имеет вход 34 (в качестве примера указан лишь для нескольких проходов 32 соударения), в который входит по меньшей мере часть охлаждающей текучей среды из полости 90 и выход 36 (в качестве примера также указан лишь для нескольких проходов 32 соударения) для выхода поступившей охлаждающей текучей среды на хвостовую сторону 52 полки 50. Проходы 32 соударения расположены в матричном порядке. Такая матрица может быть одномерной, что означает, что все проходы 32 соударения расположены в одном ряду. Как вариант, матрица может быть двухмерной, т.е. проходы 32 соударения могут быть организованы в ряды и столбцы.

На фиг. 6 в комбинации с фиг. 7 показан на схематичном виде в перспективе элемент 1 турбомашины согласно варианту осуществления изобретения, содержащий устройство 10 охлаждения полки согласно изобретению. На фиг. 7 показана на виде в разрезе часть элемента 1 турбомашины с устройством 10 охлаждения полки с прилегающими частями в элементе 1 турбомашины согласно изобретению.

Элемент 1 турбомашины, в целом, представляет собой элемент 2 турбомашины, показанный на фиг. 1, с установленным на нем устройством 10 охлаждения полки, представленным на фиг. 2, 3, 4 и 5. Таким образом, элемент 1 турбомашины содержит аэродинамический профиль 40, полку 50 и хвостовик 60. Полка 50 имеет сторону 51 аэродинамического профиля, от которой отходит аэродинамический профиль 40, и хвостовую сторону 52, от которой отходит хвостовик 60. Хвостовик 60 и аэродинамический профиль 40 отходят от полки 50 в противоположных направлениях. Полость 90 по меньшей мере частично образована хвостовиком 60 элемента 1 турбомашины и хвостовой стороной 52 полки 50. Хвостовик 60 содержит также основное входное отверстие 62 (не видно на фиг. 6). Элемент 1 турбомашины может представлять собой рабочую лопатку или направляющую лопатку.

Как ясно показано на фиг. 7, устройство 10 охлаждения полки вставлено в полость 90 посредством размещения первой части 20 на хвостовике 60 за счет присоединения первого выступа 21 к хвостовику 60, и размещения второй части 30 на хвостовой стороне 52 путем присоединения второго выступа 31 к хвостовой стороне 52. Первый выступ 21 и второй выступ 31 присоединены посредством припаивания или приваривания к хвостовику 60 и к хвостовой стороне 52 полки 50, соответственно. Между устройством 10 охлаждения полки, хвостовой стороной 52 полки 50 и хвостовиком 60 элемента 1 турбомашины образована камера 94. Охлаждающая текучая среда, поступающая из выхода 36 прохода 32 соударения, камерой 94 направляется в основное входное отверстие 62. Первая часть 20 и вторая часть 30 образуют путь, показанный стрелками 92, по которому охлаждающая текучая среда поступает из полости 90 через проход 32 соударения в основное входное отверстие 62.

Ребро 38 второй части 30 расположено на хвостовой стороне 52 полки 50, таким образом, что образован зазор 54 между хвостовой стороной 52 и выходом 36 прохода 32 соударения. Как уже указывалось выше, устройство охлаждения полки может иметь не одно, а множество ребер 38, отходящих к хвостовой стороне 52 и расположенных, по существу, параллельно друг другу. Кроме того, устройство 10 охлаждения полки может также содержать не один, а множество проходов 32 соударения, расположенных в виде одномерной или двухмерной матрицы.

На фиг. 8 схематично показан элемент 1 турбомашины с каналом 96 охлаждения. Канал 96 охлаждения образован хвостовой стороной 52 полки 50 и участком второй части 30, которая содержит по меньшей мере два ребра 38. Канал 96 охлаждения расположен в камере 94 и направляет охлаждающую текучую среду к основному входу 62 (не показан на фиг. 8) по хвостовой стороне 52 полки 50.

На фиг. 9 схематично показан узел 100 турбомашины согласно варианту осуществления изобретения. Узел 100 турбомашины содержит по меньшей мере два элемента 2 турбомашины, установленных рядом друг с другом в окружном направлении, и по меньшей мере одно устройство 10 охлаждения полки, установленное между по меньшей мере двумя элементами 2 турбомашины. Элементы 2 турбомашины являются такими же, как и элемент 2 турбомашины, показанный на фиг. 1. Устройство 10 охлаждения полки является таким же, как устройство, показанное на фиг. 2, 3, 4 и 5. Устройство 10 охлаждения полки вставлено в полость 90 одного из элементов 2 турбомашины точно таким же образом, как это было описано выше со ссылками на фиг. 6, 7 и 8. Элементы 2 турбомашины могут быть установлены на диске 70 ротора турбины.

Полость 90, в которую вставлено устройство 10 охлаждения полки, является частью расширенной полости (не показана) в узле 100 турбомашины. Расширенная полость образована и ограничена хвостовыми сторонами 52 полок 50 обоих элементов 2 турбомашины, хвостовиками 60 обоих элементов 2 турбомашины, и, возможно, одним или более уплотнениями (не показаны), расположенными между по меньшей мере двумя элементами 2 турбомашины, и/или одной или более уплотнительными пластинами (не показаны), проходящими между по меньшей мере двумя элементами 2 турбомашины. Кроме того, внешняя радиальная поверхность (не показана) диска 70 ротора турбомашины также может являться частью граничной поверхности расширенной полости.

Согласно изобретению устройство 10 охлаждения полки является отдельной частью или компонентом, выполненным с возможностью присоединения к любому элементу 2 турбомашины, таким образом, чтобы охлаждающая текучая среда направлялась на охлаждаемые поверхности элемента 2 турбомашины. В частности, устройство 10 охлаждения полки выполнено таким образом, чтобы охлаждающая текучая среда поступала на хвостовую сторону 52 полки 50 элемента 2 турбомашины. Такой элемент 2 турбомашины содержит аэродинамический профиль 40, полку 50 и хвостовик 60, содержащий основное входное отверстие 62 для входа охлаждающей текучей среды из полости 90 и направления охлаждающей текучей среды в аэродинамический профиль 40; полость 90 по меньшей мере частично образована хвостовиком 60 элемента 2 турбомашины и хвостовой стороной 52 полки 50. По существу, это стандартная деталь турбомашины, известная из уровня техники. Таким образом, элемент 2 турбомашины обеспечивает возможность охлаждения полки направляющей лопатки или рабочей лопатки турбины. В частности, устройство 10 охлаждения полки выполнено с возможностью установки в полость 90.

Для реализации такой установки устройство 10 охлаждения полки содержит первую часть 20, размещаемую на хвостовике 60 элемента 2 турбомашины, и вторую часть 30, расположенную под углом к первой части 20. Вторая часть 30 выполнена с возможностью размещения на хвостовой стороне 52 полки 50, причем вторая часть 30 имеет по меньшей мере один проход 32 соударения, содержащий вход 34 для поступления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из полости 90 и выход 36 для выпуска поступившей охлаждающей текучей среды и направления ее на хвостовую сторону 52 полки 50, так что первая часть 20 и вторая часть 30 образуют путь 92 для прохождения охлаждающей текучей среды из полости 90 через проход 32 соударения к основному входному отверстию 62.

Устройство 10 охлаждения полки выполнено таким образом, чтобы его форма и конструктивные особенности соответствуют охлаждаемому элементу 2 турбомашины.

Несмотря на то, что изобретение подробно описано на примере нескольких конкретных вариантов его осуществления, следует иметь в виду, что изобретение не ограничивается раскрытыми вариантами. Поскольку раскрытые варианты приведены в качестве примеров реализации изобретения, специалистам в данной области будет понятно, что возможны многочисленные изменения и модификации описанных вариантов без выхода за рамки объема и без отклонения от сущности изобретения. Объем изобретения определяется не описанными выше вариантами, а исключительно формулой изобретения. Все изменения, модификации и варианты следует рассматривать в рамках объема изобретения, определяемого формулой изобретения.

Изобретение относится к устройству охлаждения полки турбомашины, предназначенному для направления охлаждающей текучей среды на хвостовую сторону полки элемента турбомашины. Устройство охлаждения полки содержит первую часть, размещаемую на хвостовике элемента турбомашины, и вторую часть, расположенную под углом к первой части, размещаемую на хвостовой стороне полки элемента турбомашины. Вторая часть содержит по меньшей мере один проход соударения с входом для поступления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды и выходом для выпуска поступившей охлаждающей текучей среды на хвостовую сторону полки. Первая часть и вторая часть образуют путь для прохождения охлаждающей текучей среды через проход соударения. Изобретение также относится к элементу турбомашины, содержащему устройство охлаждения полки. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения хвостовой стороны полки. 2 н. и 19 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Устройство (10) охлаждения полки для направления охлаждающей текучей среды на хвостовую сторону (52) полки (50) элемента (2) турбомашины, содержащего аэродинамический профиль (40), полку (50) и хвостовик (60), имеющий основное входное отверстие (62) для поступления охлаждающей текучей среды из полости (90) и направления охлаждающей текучей среды в аэродинамический профиль (40); причем полость (90) по меньшей мере частично образована хвостовиком (60) элемента (2) турбомашины и хвостовой стороной (52) полки (50), устройство (10) охлаждения полки приспособлено для установки внутри полости (90) и включает в себя:

- первую часть (20), выполненную с возможностью размещения на хвостовике (60) элемента (2) турбомашины,

- вторую часть (30), расположенную под углом к первой части (20) и выполненную с возможностью размещения на хвостовой стороне (52) полки (50), причем вторая часть (30) содержит по меньшей мере один проход (32) соударения, включающий в себя вход (34) для поступления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из полости (90), и выход (36) для выпуска поступившей охлаждающей текучей среды и направления ее на хвостовую сторону (52) полки (50),

так что первая часть (20) и вторая часть (30) образуют путь (92), по которому охлаждающая текучая среда поступает из полости (90) через проход (32) соударения в основное входное отверстие (62).

2. Устройство (10) охлаждения полки по п. 1, в котором вторая часть (30) содержит по меньшей мере одно ребро (38), так что, когда устройство (10) охлаждения полки установлено в полость (90), с хвостовой стороны (52) полки (50) образован зазор (54) между хвостовой стороной (52) полки (50) и выходом (36) прохода (32) соударения.

3. Устройство (10) охлаждения полки по п. 1, в котором вторая часть (30) содержит множество ребер (38), расположенных, по существу, параллельно друг другу, так что, когда устройство (10) охлаждения полки установлено в полость (90), с хвостовой стороны (52) полки (50) образован зазор (54) между хвостовой стороной (52) полки (50) и выходом (36) прохода (32) соударения.

4. Устройство (10) охлаждения полки по любому из пп. 1-3, дополнительно содержащее первый выступ (21) на первой части (20), предназначенный для прикрепления к хвостовику (60) элемента (2) турбомашины, и второй выступ (31) на второй части (30), предназначенный для прикрепления к хвостовой стороне (52) полки (50), так, чтобы образовывалась камера (94) между устройством (10) охлаждения полки и элементом (2) турбомашины, предназначенная для направления охлаждающей текучей среды из прохода (32) соударения в основное входное отверстие (62).

5. Устройство (10) охлаждения полки по любому из пп. 1-3, в котором вторая часть (30) включает в себя множество проходов (32) соударения, каждый из которых содержит вход (34) для поступления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из полости (90) и выход (36) для выпуска поступившей охлаждающей текучей среды и направления ее на хвостовую сторону (52) полки (50), причем проходы (32) соударения расположены в виде матрицы.

6. Устройство (10) охлаждения полки по п. 4, в котором вторая часть (30) включает в себя множество проходов (32) соударения, каждый из которых содержит вход (34) для поступления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из полости (90) и выход (36) для выпуска поступившей охлаждающей текучей среды и направления ее на хвостовую сторону (52) полки (50), причем проходы (32) соударения расположены в виде матрицы.

7. Элемент (1) турбомашины, содержащий:

- полку (50), имеющую профильную сторону (51) и хвостовую сторону (52),

- аэродинамический профиль (40), отходящий от профильной стороны (51) полки (50),

- хвостовик (60), отходящий от хвостовой стороны (52) полки (50), причем хвостовик (60) и аэродинамический профиль (40) отходят в противоположных направлениях; хвостовик (60) содержит основное входное отверстие (62) для поступления охлаждающей текучей среды из полости (90) на хвостовую сторону (52) полки (50) и направления охлаждающей текучей среды в аэродинамический профиль (40), причем полость (90) по меньшей мере частично образована хвостовиком (60) элемента (1) турбомашины и хвостовой стороной (52) полки (50), и

- устройство (10) охлаждения полки, установленное в полость (90) для направления охлаждающей текучей среды из полости (90) на хвостовую сторону (52) полки (50) и включающее в себя:

- первую часть (20), размещенную на хвостовике (60) элемента (2) турбомашины,

- вторую часть (30), расположенную под углом к первой части (20) и размещенную на хвостовой стороне (52) полки (50), причем вторая часть (30) содержит по меньшей мере один проход (32) соударения, включающий в себя вход (34) для поступления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из полости (90) и выход (36) для выпуска поступившей охлаждающей текучей среды и направления ее на хвостовую сторону (52) полки (50),

так что первая часть (20) и вторая часть (30) образуют путь (92), по которому охлаждающая текучая среда поступает из полости (90) через проход (32) соударения в основное входное отверстие (62).

8. Элемент (1) турбомашины по п. 7, в котором вторая часть (30) содержит по меньшей мере одно ребро (38), отходящее по направлению к хвостовой стороне (52) полки (50), так что между хвостовой стороной (52) полки (50) и выходом (36) прохода (32) соударения образован зазор (54).

9. Элемент (1) турбомашины по п. 7, в котором вторая часть (30) содержит множество ребер (38), отходящих по направлению к хвостовой стороне (52) полки (50), так что между хвостовой стороной (52) полки (50) и выходом (36) прохода (32) соударения образован зазор (54), причем ребра (38) расположены, по существу, параллельно друг другу.

10. Элемент (1) турбомашины по п. 9, дополнительно включающий в себя канал охлаждения (96), образованный хвостовой стороной (52) полки (50) и участком второй части (30), содержащей по меньшей мере два ребра (38), причем указанный канал охлаждения (96) направляет охлаждающую текучую среду к основному входному отверстию (62).

11. Элемент (1) турбомашины по любому из пп. 7-10, в котором первая часть (20) содержит первый выступ (21), прикрепленный к хвостовику (60) элемента (1) турбомашины, и вторая часть (30) содержит второй выступ (31), прикрепленный к хвостовой стороне (52) полки (50), таким образом, что между устройством (10) охлаждения полки (10), хвостовой стороной (52) полки (50) и хвостовиком (60) элемента (1) турбомашины образована камера (94) для направления охлаждающей текучей среды из прохода (32) соударения к основному входному отверстию (62).

12. Элемент (1) турбомашины по п. 11, в котором первый выступ (21) прикреплен к хвостовику (60) элемента (1) турбомашины, а второй выступ (31) прикреплен к хвостовой стороне (52) полки (50) посредством пайки.

13. Элемент (1) турбомашины по п. 11, в котором первый выступ (21) прикреплен к хвостовику (60) элемента (1) турбомашины, а второй выступ (31) прикреплен к хвостовой стороне (52) полки (50) посредством сварки.

14. Элемент (1) турбомашины по любому из пп. 7-10, 12, 13, в котором вторая часть (30) включает в себя множество проходов (32) соударения, каждый из которых содержит вход (34) для поступления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из полости (90) и выход (36) для выпуска поступившей охлаждающей текучей среды и направления ее на хвостовую сторону (52) полки (50), причем проходы (32) соударения расположены в виде матрицы.

15. Элемент (1) турбомашины по п. 11, в котором вторая часть (30) включает в себя множество проходов (32) соударения, каждый из которых содержит вход (34) для поступления по меньшей мере части охлаждающей текучей среды из полости (90) и выход (36) для выпуска поступившей охлаждающей текучей среды и направления ее на хвостовую сторону (52) полки (50), причем проходы (32) соударения расположены в виде матрицы.

16. Элемент (1) турбомашины по любому из пп. 7-10, 12, 13, 15, представляющий собой рабочую лопатку турбины.

17. Элемент (1) турбомашины по п. 11, представляющий собой рабочую лопатку турбины.

18. Элемент (1) турбомашины по п. 14, представляющий собой рабочую лопатку турбины.

19. Элемент (1) турбомашины по любому из пп. 7-10, 12, 13, 15, представляющий собой направляющую лопатку турбины.

20. Элемент (1) турбомашины по п. 11, представляющий собой направляющую лопатку турбины.

21. Элемент (1) турбомашины по п. 14, представляющий собой направляющую лопатку турбины.