УПРАВЛЕНИЕ ОХЛАЖДАЮЩИМ ПОТОКОМ В ОХЛАЖДАЕМОЙ ТУРБИННОЙ НЕПОДВИЖНОЙ ЛОПАТКЕ ИЛИ ВРАЩАЮЩЕЙСЯ ЛОПАТКЕ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТРУБКИ УДАРНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ Российский патент 2018 года по МПК F01D5/14 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к перу для газотурбинной установки. Кроме того, настоящее изобретение относится к способу изготовления пера для газотурбинной установки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Газотурбинная установка содержит ступень компрессора и ступень турбины. В каждой ступени расположены соответственные перья, т.е. вращающиеся лопатки и неподвижные лопатки, которые подвержены воздействию рабочей текучей среды, которая течет через газотурбинную установку. Ступени турбины расположены после горелки газотурбинной установки так, что неподвижные лопатки и вращающиеся лопатки подвержены воздействию горячей рабочей текучей среды. Следовательно, неподвижные лопатки и вращающиеся лопатки должны охлаждаться для продления срока службы.

Известна установка трубки ударного охлаждения внутри соответственного пера, причем охлаждающая текучая среда течет через трубку ударного охлаждения по внутренней поверхности пера.

Когда охлаждающая текучая среда течет по внутренней поверхности пера с использованием трубки ударного охлаждения, охлаждающая текучая среда дополнительно будет следовать по пути наименьшего сопротивления по охлаждающим каналам, образованным между внутренней поверхностью пера и внешней поверхностью трубки ударного охлаждения. Следовательно, если охлаждающая текучая среда вводится в носовую область трубки ударного охлаждения, больший массовый расход охлаждающей текучей среды течет через охлаждающий канал вдоль одной поверхности пера, чем через другой охлаждающий канал вдоль противоположной поверхности пера.

Фиг. 6 показывает традиционное перо для газотурбинной установки, которое содержит традиционную внешнюю оболочку 601 и традиционную внутреннюю оболочку 610. Традиционный охлаждающий канал 602 образован вдоль стороны всасывания и, следовательно, более длинной стороны низкого давления между традиционной внешней оболочкой 601 и традиционной внутренней оболочкой 610. Соответственно традиционный дополнительный охлаждающий канал 603 образован вдоль более короткой стороны высокого давления между традиционной внешней оболочкой 601 и традиционной внутренней оболочкой 610. Традиционная внутренняя оболочка 610 содержит традиционный выпуск текучей среды в носовом участке традиционной внутренней оболочки 610 так, что охлаждающая текучая среда выпускается из традиционной внутренней оболочки 610 в традиционные охлаждающие каналы 602 и традиционные дополнительные охлаждающие каналы 603 соответственно.

В частности, трубка ударного охлаждения (традиционная внутренняя оболочка 610) и перо (традиционная внешняя оболочка 601) соответственно содержат более длинную сторону низкого давления и более короткую (относительно более длинной стороны низкого давления) сторону высокого давления. Следовательно, больший массовый расход охлаждающей текучей среды проходит через традиционные дополнительные охлаждающие каналы 603 на более короткой стороне высокого давления, чем через традиционные охлаждающие каналы 602 вдоль более длинной стороны низкого давления (всасывания). Это приводит к разной эффективности охлаждения и приводит к высоким температурам металла в одних областях и низким температурам металла в других. Охлаждающая текучая среда отводится через традиционный внешний выпуск 605 текучей среды, который образован в хвостовом участке традиционной внешней оболочки 601.

Фиг. 7 показывает традиционное перо, подобное традиционному перу, показанному на Фиг. 5. Фиг. 6 показывает традиционное перо, которое содержит разделительный элемент 701 и дополнительный традиционный выпуск 702 текучей среды для регулировки массового расхода охлаждающей текучей среды через соответственные традиционные охлаждающие каналы 602, 603. Традиционный выпуск 604 текучей среды образован в традиционной внутренней оболочке 610 так, что охлаждающая текучая среда течет непосредственно в дополнительный традиционный охлаждающий канал 603. Дополнительно дополнительный традиционный выпуск 702 текучей среды образован в традиционной внутренней оболочке 610 для течения охлаждающей текучей среды непосредственно в традиционный топливный канал 602. Традиционный топливный канал 602 и традиционные дополнительные охлаждающие каналы 603 разделены разделительным элементом 701, который установлен в носовом участке традиционной внутренней оболочки 610 и традиционной внешней оболочки 601. Следовательно, соответственные традиционные охлаждающие каналы 602, 603 уплотнены друг от друга так, что вводимая в соответственные охлаждающие каналы 602, 603 охлаждающая текучая среда точно определима. Однако необходимы сложные механизмы управления и множество традиционных выпусков 604, 702 текучей среды, и эффективность охлаждения снижается.

Документ EP 2 628 901 A1 раскрывает турбинную вращающуюся лопатку с ударным охлаждением. Проточные каналы образованы между трубкой ударного охлаждения и внешней стенкой пера. Трубка ударного охлаждения содержит множество впускных отверстий для ввода охлаждающей текучей среды в проточные каналы. Дополнительно в проточном канале установлен блокировочный элемент для направления охлаждающей текучей среды в проточном канале.

Документ EP 2 573 325 A1 раскрывает дополнительное ударное охлаждение для турбинных вращающихся лопаток или неподвижных лопаток. Трубка ударного охлаждения установлена в полом пере, причем между трубкой ударного охлаждения и полым пером образованы проточные каналы. Трубка ударного охлаждения содержит множество сквозных отверстий. После трубки ударного охлаждения установлено первое устройство ударного охлаждения, причем охлаждающая текучая среда течет через проточные каналы и далее в первое устройство ударного охлаждения. Первое устройство ударного охлаждения также содержит множество сквозных отверстий, через которые может течь охлаждающая текучая среда.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задача может заключаться в обеспечении пера для газотурбинной установки, которое содержит простой механизм охлаждения для охлаждения пера.

Эта задача решается пером для газотурбинной установки, газотурбинной установкой и способом изготовления пера согласно независимым пунктам формулы изобретения.

Согласно первому аспекту настоящего изобретения обеспечено перо газотурбинной установки. Перо содержит (полую) внешнюю оболочку, содержащую внутренний объем, и внутреннюю оболочку, расположенную во внутреннем объеме внешней оболочки. Внутренняя оболочка имеет аэродинамический профиль, имеющий внутренний носовой участок и внутренний хвостовой участок, причем сторона высокого давления внутренней оболочки образована вдоль первого участка поверхности между внутренним носовым участком и внутренним хвостовым участком, а сторона низкого давления внутренней оболочки образована вдоль второго участка поверхности, который расположен напротив первого участка поверхности между внутренним носовым участком и внутренним хвостовым участком.

Внутренняя оболочка разнесена от внешней оболочки так, что (a) первый охлаждающий канал образован вдоль стороны высокого давления между внутренним носовым участком и внутренним хвостовым участком, и (b) второй охлаждающий канал образован вдоль стороны низкого давления между внутренним носовым участком и внутренним хвостовым участком. Первый охлаждающий канал и второй охлаждающий канал объединяются в общий охлаждающий канал на внутреннем хвостовом участке.

Внутренняя оболочка пера дополнительно может содержать первое хвостовое ребро, расположенное между первым охлаждающим каналом и общим охлаждающим каналом так, что первый массовый расход охлаждающей текучей среды, текущей через первый охлаждающий канал, может регулироваться. Кроме того, внутренняя оболочка пера может дополнительно содержать второе хвостовое ребро, расположенное между вторым охлаждающим каналом и общим охлаждающим каналом так, что второй массовый расход охлаждающей текучей среды, текущей через второй охлаждающий канал, может регулироваться.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения обеспечена газотурбинная установка, которая содержит вышеописанное перо. Перо образует неподвижную лопатку или вращающуюся лопатку газотурбинной установки.

Согласно дополнительному аспекту настоящего изобретения обеспечен способ изготовления вышеописанного пера для газотурбинной установки.

Перо согласно настоящему изобретению может быть расположено в ступени компрессора или ступени турбины газотурбинной установки. Перо может представлять собой вращающуюся лопатку или неподвижную лопатку, которые подвержены воздействию рабочей текучей среды, которая течет через газотурбинную установку. В частности, ступени турбины расположены после горелки газотурбинной установки так, что перо подвержено воздействию горячей рабочей текучей среды.

Внешняя оболочка образует внешнюю поверхность пера. Внешняя оболочка имеет полую форму и, следовательно, содержит внутренний объем.

Внутренняя оболочка расположена во внутреннем объеме внешней оболочки. Внешняя оболочка и внутренняя оболочка могут образовывать соответственные аэродинамические профили.

Аэродинамический профиль согласно настоящему изобретению описывает профиль, который выполнен с возможностью создания подъемной силы, когда текучая среда течет вдоль соответственных поверхностей аэродинамического профиля. Аэродинамический профиль содержит носовой участок. Носовой участок образует участок профиля, где текучая среда впервые течет по аэродинамическому профилю. Соответственно аэродинамический профиль содержит хвостовой участок, который расположен после носового участка. Воздух, текущий вдоль аэродинамического профиля, покидает профиль из хвостового участка.

Первый участок поверхности и второй участок поверхности, который расположен напротив относительно первого участка поверхности, продолжаются от носового участка к хвостовому участку. Первый участок поверхности и второй участок поверхности имеют соответственные формы изгиба, причем изгиб первого участка поверхности отличается от изгиба второго участка поверхности. Следовательно, первый участок поверхности, который имеет меньший изгиб относительно второго участка поверхности, короче (вдоль направления между носовым участком и хвостовым участком) относительно второго участка поверхности. Соответственно второй участок поверхности длиннее (вдоль направления между носовым участком и хвостовым участком) относительно первого участка поверхности.

Следовательно, текучая среда, текущая сначала в носовом участке и далее вдоль первого участка поверхности и второго участка поверхности, создает на более коротком первом участке поверхности высокое давление относительно текучей среды, текущей вдоль длинного второго участка поверхности, которая создает более низкое давление относительно первого участка поверхности высокого давления.

Следовательно, согласно настоящему изобретению внутренняя оболочка имеет вышеописанный аэродинамический профиль и соответственно содержит внутренний носовой участок и внутренний хвостовой участок, причем сторона высокого давления и сторона низкого давления расположены между внутренним носовым участком и внутренним хвостовым участком. Сторона высокого давления имеет меньший изгиб, чем сторона низкого давления.

Внутренняя оболочка (т.е. трубка ударного охлаждения) изготовлена, например, из тонкостенного листового металлического материала. Внутренняя оболочка может быть образована полой так, что охлаждающая текучая среда может течь во внутренней оболочке. Внутренняя оболочка имеет меньшую периферию, чем внешняя оболочка так, что существует расстояние между ними и зазор соответственно, если внутренняя оболочка расположена во внутреннем объеме внешней оболочки.

Первый охлаждающий канал образует объем, который образован вдоль стороны высокого давления между внутренним носовым участком и внутренним хвостовым участком, а второй охлаждающий канал образует объем, который образован вдоль стороны низкого давления между внутренним носовым участком и внутренним хвостовым участком.

После внутреннего хвостового участка первый охлаждающий канал и второй охлаждающий канал объединяются и образуют общий объем, который называется общим охлаждающим каналом. В дополнительном примерном варианте выполнения внешняя оболочка может содержать внешний выпуск текучей среды, через который текучая среда выпускается из общего охлаждающего канала.

Согласно настоящему изобретению на участке, где заканчивается первый охлаждающий канал, и начинается общий охлаждающий канал, расположено первое хвостовое ребро. Первое хвостовое ребро может быть изготовлено, например, из тонкого металлического листа. Первое хвостовое ребро образует проход с заданным сечением потока так, что первый массовый расход охлаждающей текучей среды, проходящей через первое хвостовое ребро, может регулироваться. Другими словами, первое хвостовое ребро уменьшает сечение потока первого охлаждающего канала на переднем конце первого охлаждающего канала, что вызывать определенное увеличение давления в первом охлаждающем канале. Следовательно, первый массовый расход, проходящий через первый охлаждающий канал, может регулироваться (т.е. уменьшаться регулируемым образом) посредством конструкции первого хвостового ребра и посредством регулируемого давления соответственно.

Соответственно на участке, где заканчивается второй охлаждающий канал, и начинается общий охлаждающий канал, расположено второе хвостовое ребро. Второе хвостовое ребро может быть изготовлено, например, из тонкого металлического листа. Второе хвостовое ребро образует проход с заданным сечением потока так, что второй массовый расход охлаждающей текучей среды, проходящей через второе хвостовое ребро, может регулироваться. Другими словами, второе хвостовое ребро уменьшает сечение потока второго охлаждающего канала на переднем конце второго охлаждающего канала, что вызывает определенное увеличение давления во втором охлаждающем канале. Следовательно, второй массовый расход, проходящий через второй охлаждающий канал, может регулироваться (т.е. уменьшаться регулируемым образом) посредством конструкции второго хвостового ребра и посредством регулируемого давления соответственно.

Следовательно, согласно настоящему изобретению на соответственных концевых участках первого и второго охлаждающих каналов образованы и установлены регулируемые первое и второе хвостовые ребра. С использованием регулируемых хвостовых ребер соответственные первый и второй массовые расходы охлаждающей текучей среды могут регулироваться до требуемого соотношения. Конкретно, регулируемые первое и второе хвостовые ребра могут регулировать первый массовый расход и второй массовый расход таким образом, что первый массовый расход равен (по меньшей мере в одном заданном рабочем состоянии газотурбинной установки) второму массовому расходу так, что охлаждающая текучая среда имеет одинаковую эффективность охлаждения в первом охлаждающем канале и во втором охлаждающем канале. Следовательно, путем наличия второй эффективности охлаждения охлаждающей текучей среды вдоль стороны высокого давления и длинной стороны низкого давления, термическое напряжение, вызываемое участками с разными температурами, уменьшается, и срок службы внутренней оболочки и внешней оболочки соответственно увеличивается.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения первое хвостовое ребро содержит первый проход для текучей среды для регулировки первого массового расхода, и/или второе хвостовое ребро содержит второй проход для текучей среды для регулировки второго массового расхода.

Первый проход для текучей среды может быть образован зазором между внутренней оболочкой и первым хвостовым ребром или зазором между внешней оболочкой и первым хвостовым ребром. Таким же образом, второй проход для текучей среды может быть образован зазором между внутренней оболочкой и вторым хвостовым ребром или внешней оболочкой и вторым хвостовым ребром.

Первый проход для текучей среды может иметь первый размер (например, первое сечение потока), который отличается от второго размера (например, второго сечения потока) второго прохода для текучей среды. Следовательно, без регулируемых первого и второго хвостовых ребер более высокий массовый расход охлаждающей текучей среды будет проходить вдоль стороны высокого давления, чем вдоль стороны низкого давления. Следовательно, эта разница в массовом расходе выравнивается регулируемыми первым и вторым хвостовыми ребрами, содержащими соответственные проходы для текучей среды. Например, первый проход для текучей среды может быть меньше, чем второй проход для текучей среды так, что давление на стороне высокого давления увеличивается и, таким образом, больше охлаждающей текучей среды течет через второй охлаждающий канал вдоль стороны низкого давления так, что первый и второй массовые расходы охлаждающей текучей среды равны.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения настоящего изобретения первое хвостовое ребро содержит по меньшей мере одно первое сквозное отверстие для образования первого прохода для текучей среды, и/или второе хвостовое ребро содержит по меньшей мере одно второе сквозное отверстие для образования второго прохода для текучей среды.

Соответственно первый размер первого сквозного отверстия отличается от второго размера второго сквозного отверстия для регулировки первого массового расхода относительно второго массового расхода.

Кроме того, первое хвостовое ребро может содержать первый рисунок из множества первых проходов и первых сквозных отверстий соответственно, а второе хвостовое ребро может содержать второй рисунок из множества вторых проходов и вторых сквозных отверстий соответственно.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения сторона высокого давления и сторона низкого давления соединены во внутреннем хвостовом участке и образуют внутреннюю хвостовую кромку, продолжающуюся вдоль ширины размаха внутренней оболочки.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения первое хвостовое ребро и второе хвостовое ребро соединены с внутренней хвостовой кромкой и продолжаются от внутренней хвостовой кромки к внешней оболочке. Следовательно, первый проход может быть образован между кромкой первого хвостового ребра и внешней оболочкой, а второй проход может быть образован между кромкой второго хвостового ребра и внешней оболочкой.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения первое хвостовое ребро является упруго деформируемым так, что зазор между первым хвостовым ребром и внешней оболочкой, может регулироваться путем упругой деформации первого хвостового ребра. Соответственно второе хвостовое ребро также может быть упруго деформируемым так, что дополнительный зазор между вторым хвостовым ребром и внешней оболочкой может регулироваться путем упругой деформации второго хвостового ребра.

Первое хвостовое ребро может деформироваться, например, вследствие заданного давления охлаждающей текучей среды, текущей через первый охлаждающий канал. Следовательно, если давление повышается, первое хвостовое ребро может больше деформироваться так, что зазор увеличивается, и, следовательно, скорость потока и первый массовый расход также увеличиваются. Следовательно, соответственные первое и второе хвостовые ребра могут гибко регулировать первый и второй массовые расходы охлаждающей текучей среды через соответственные первый и второй охлаждающие каналы в зависимости от давления охлаждающей текучей среды и, следовательно, в зависимости от рабочего состояния газотурбинной установки.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения перо дополнительно содержит удерживающий элемент, расположенный в общем охлаждающем канале после первого хвостового ребра. Удерживающий элемент расположен так, что удерживающий элемент предотвращает дальнейшую деформацию, если достигнута заданная максимальная деформация первого хвостового ребра.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения внешняя оболочка имеет перо и, следовательно, внешний носовой участок. Внутренняя оболочка расположена во внутреннем объеме так, что между внутренним носовым участком и внешним носовым участком, разнесенными друг от друга, образован носовой объем, который соединен с первым охлаждающим каналом и вторым охлаждающим каналом. Внутренний носовой участок содержит выпуск текучей среды (т.е. сопло) так, что охлаждающая текучая среда выпускается из внутренней оболочки в носовой объем.

Согласно дополнительному примерному варианту выполнения сторона высокого давления и/или сторона низкого давления не содержат дополнительных выпусков текучей среды.

Это возможно с использованием вышеописанного пера согласно настоящему изобретению, поскольку массовый расход через соответственные охлаждающие каналы может регулироваться соответственным хвостовым ребром так, что достаточно только одного выпуска текучей среды в носовом участке внутренней оболочки для обеспечения соответствующего массового расхода и, следовательно, необходимого эффекта охлаждения.

Следует отметить, что варианты выполнения изобретения описаны со ссылкой на различные объекты изобретения. В частности, некоторые варианты выполнения описаны со ссылкой на способ, тогда как другие варианты выполнения описаны со ссылкой на устройство. Однако специалисту в области техники из вышеизложенного и следующего далее описания будет понятно, что кроме тех случаев, когда указано иное, в дополнение к любому сочетанию признаков, принадлежащих одному типу объекта, также любое сочетание между признаками, относящимися к разным объектам, в частности, между признаками способа и признаками устройства, следует рассматривать как раскрытое в этой заявке.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Определенные выше аспекты и дополнительные аспекты настоящего изобретения следуют из описанных далее примеров варианта выполнения и объяснены со ссылкой на примеры варианта выполнения. Далее изобретение будет более подробно описано со ссылкой на примеры варианта выполнения, но изобретение не ограничено ими.

Фиг. 1 показывает вид в разрезе пера согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 2 показывает увеличенный вид участка пера, который показан на Фиг. 1;

Фиг. 3 показывает схематический вид внутренней оболочки согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения, причем в соответственном хвостовом ребре образованы сквозные отверстия;

Фиг. 4 показывает схематический вид внутренней оболочки согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения, причем в соответственном хвостовом ребре образованы вырезы;

Фиг. 5 показывает схематический вид газотурбинной установки, которая содержит перо согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения; и

Фиг. 6 и Фиг. 7 показывают традиционные перья для газотурбинных установок.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ

Иллюстрация на чертежах представлена в схематической форме. Отметим, что на разных фигурах подобные или идентичные элементы обеспечены одинаковыми ссылочными позициями.

Фиг. 1 показывает вид в разрезе пера согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения. Перо 100 содержит (полую) внешнюю оболочку 101, содержащую внутренний объем, и внутреннюю оболочку 110, расположенную во внутреннем объеме внешней оболочки 101. Внутренняя оболочка 110 имеет аэродинамический профиль, имеющий внутренний носовой участок 111 и внутренний хвостовой участок 112, причем сторона 114 высокого давления внутренней оболочки 110 образована вдоль первого участка поверхности между внутренним носовым участком 111 и внутренним хвостовым участком 111, а сторона низкого давления внутренней оболочки 110 образована вдоль второго участка поверхности, который расположен напротив первого участка поверхности между внутренним носовым участком 111 и внутренним хвостовым участком 112.

Внутренняя оболочка 110 разнесена от внешней оболочки 101 так, что (a) первый охлаждающий канал 116 образован вдоль стороны 114 высокого давления между внутренним носовым участком 111 и внутренним хвостовым участком 112, и (b) второй охлаждающий канал 117 образован вдоль стороны 115 низкого давления между внутренним носовым участком 111 и внутренним хвостовым участком 112. Первый охлаждающий канал 116 и второй охлаждающий канал 117 объединяются в общий охлаждающий канал 123 на внутреннем хвостовом участке 112.

Перо 100 дополнительно содержит первое хвостовое ребро 118, расположенный между первым охлаждающим каналом 116 и общим охлаждающим каналом 123 так, что первый массовый расход охлаждающей текучей среды, текущей через первый охлаждающий канал 116, может регулироваться. Кроме того, перо 100 дополнительно содержит второе хвостовое ребро 119, расположенный между вторым охлаждающим каналом 117 и общим охлаждающим каналом 123 так, что первый массовый расход охлаждающей текучей среды, текущей через второй охлаждающий канал 117, может регулироваться.

Внешняя оболочка 101 образует внешнюю поверхность пера 100. Внешняя оболочка 101 подвержена воздействию горячей рабочей текучей среды, текущей через газотурбинную установку. Внешняя оболочка 101 имеет полую форму и, следовательно, содержит внутренний объем.

Внутренняя оболочка 110 расположена во внутреннем объеме внешней оболочки 101. Внешняя оболочка 101 и внутренняя оболочка 110 могут образовывать соответственные аэродинамические профили.

Внутренняя оболочка 110 образована полой так, что охлаждающая текучая среда может течь во внутренней оболочке 110. Внутренняя оболочка 110 имеет меньшую периферию, чем внешняя оболочка 101 так, что соответственно существует расстояние между ними и зазор.

Первый охлаждающий канал 116 образует объем, который образован вдоль стороны 114 высокого давления между внутренним носовым участком 111 и внутренним хвостовым участком 112, а второй охлаждающий канал 117 образует объем, который образован вдоль стороны 115 низкого давления между внутренним носовым участком 111 и внутренним хвостовым участком 112.

После внутреннего хвостового участка 112 первый охлаждающий канал 116 и второй охлаждающий канал 117 объединяются и образуют общий объем, который называется общий охлаждающий канал 123. Внешняя оболочка 101 содержит внешний выпуск 104 текучей среды, через который текучая среда выпускается из общего охлаждающего канала 123.

На участке, где заканчивается первый охлаждающий канал, и начинается общий охлаждающий канал 123, внутренняя оболочка 110 образует внутреннюю хвостовую кромку 113, где расположено первое хвостовое ребро 118. Первое хвостовое ребро 118 образует проход с заданным сечением потока так, что первый массовый расход охлаждающей текучей среды, проходящей через первое хвостовое ребро 118, может регулироваться. Другими словами, первое хвостовое ребро 118 уменьшает сечение потока первого охлаждающего канала 116 на переднем конце первого охлаждающего канала 116, что вызывает определенное увеличение давления в первом охлаждающем канале 116. Следовательно, первый массовый расход, проходящий через первый охлаждающий канал 116, может регулироваться (т.е. уменьшаться регулируемым образом) посредством конструкции первого хвостового ребра 118 и посредством регулируемого давления соответственно.

Соответственно на участке, где заканчивается второй охлаждающий канал 117, и начинается общий охлаждающий канал 123, расположено второе хвостовое ребро 119. Второе хвостовое ребро 119 образует проход с заданным сечением потока так, что второй массовый расход охлаждающей текучей среды, проходящей через второе хвостовое ребро 119, может регулироваться. Другими словами, второе хвостовое ребро 119 уменьшает сечение потока второго охлаждающего канала 117 на переднем конце второго охлаждающего канала 117, что вызывает определенное увеличение давления во втором охлаждающем канале 117. Следовательно, второй массовый расход, проходящий через второй охлаждающий канал 117, может регулироваться (т.е. уменьшаться регулируемым образом) посредством конструкции второго хвостового ребра 119 и посредством регулируемого давления соответственно.

Первый проход для текучей среды может иметь первый размер (например, первое сечение потока), который отличается от второго размера (например, второго сечения потока) второго прохода для текучей среды. Следовательно, без регулируемых первого и второго хвостовых ребер 118, 119 более высокий массовый расход охлаждающей текучей среды будет проходить вдоль стороны 114 высокого давления, чем вдоль стороны 115 низкого давления. Следовательно, эта разница в массовом расходе выравнивается регулируемыми первым и вторым хвостовыми ребрами 118, 119, содержащими соответственные проходы для текучей среды. Например, первый проход для текучей среды может быть меньше, чем второй проход для текучей среды так, что давление на стороне 114 высокого давления увеличивается, и, таким образом, больше охлаждающей текучей среды течет через второй охлаждающий канал 117 вдоль стороны 115 низкого давления так, что первый и второй массовые расходы охлаждающей текучей среды равны.

Первое хвостовое ребро 118 (и/или второе хвостовое ребро 119) является упруго деформируемым так, что зазор между первым хвостовым ребром 118 и внешней оболочкой 101 может регулироваться путем упругой деформации первого хвостового ребра 118. Соответственно второе хвостовое ребро 119 также может быть упруго деформируемым так, что дополнительный зазор между вторым хвостовым ребром 119 и внешней оболочкой 101 может регулироваться путем упругой деформации второго хвостового ребра 119.

Первое хвостовое ребро 118 и второе хвостовое ребро 119 могут деформироваться заданным образом (например, путем предварительного определения материала и/или толщины соответственных хвостовых ребер 118, 119), например, вследствие заданного давления охлаждающей текучей среды, текущей через соответственные первый и второй охлаждающие каналы 116, 117. Следовательно, если давление повышается, первое хвостовое ребро 118 может больше деформироваться так, что зазор увеличивается и, следовательно, скорость потока и первый массовый расход также увеличиваются. Следовательно, соответственные первое и второе хвостовые ребра 118, 119 могут гибко регулировать первый и второй массовые расходы охлаждающей текучей среды через соответственные первый и второй охлаждающие каналы 116, 117 в зависимости от давления охлаждающей текучей среды и, следовательно, в зависимости от рабочего состояния газотурбинной установки.

Перо 100 дополнительно содержит удерживающий элемент 120, расположенный в общем охлаждающем канале 123 после первого хвостового ребра 118. Удерживающий элемент 120 расположен так, что удерживающий элемент 120 предотвращает дальнейшую деформацию первого хвостового ребра 118, если достигнута заданная максимальная деформация первого хвостового ребра 118. Соответственно дополнительный удерживающий элемент 120 может быть выполнен с возможностью предотвращения дальнейшей деформации второго хвостового ребра 119.

Внешняя оболочка 110 имеет аэродинамический профиль и, следовательно, внешний носовой участок 102. Внутренняя оболочка 110 расположена во внутреннем объеме так, что между внутренним носовым участком 111 и внешним носовым участком 102, разнесенными друг от друга друг, образован носовой объем 122, который связан с первым охлаждающим каналом 116 и вторым охлаждающим каналом 117. Внутренний носовой участок 111 содержит выпуск 121 текучей среды (т.е. сопло) так, что охлаждающая текучая среда выпускается из внутренней оболочки 110 в носовой объем 122. Сторона 114 высокого давления и/или сторона 115 низкого давления не содержат дополнительных выпусков текучей среды.

Фиг. 2 показывает увеличенный вид участка пера 100, которое показано на Фиг. 1. Первое хвостовое ребро 118 содержит по меньшей мере одно первое сквозное отверстие 201 для образования первого прохода для текучей среды, и/или второе хвостовое ребро 119 содержит по меньшей мере одно второе сквозное отверстие 202 для образования второго прохода для текучей среды.

Соответственно первый размер первого сквозного отверстия 201 может отличаться от второго размера второго сквозного отверстия 202 для регулировки первого массового расхода относительно второго массового расхода.

Фиг. 3 показывает вид в перспективе внутренней оболочки 110, причем в соответственных хвостовых ребрах 118, 119 образованы сквозные отверстия 201, 201.

Первое хвостовое ребро 118 имеет первый рисунок из множества первых проходов и первых сквозных отверстий 201 соответственно, и второе хвостовое ребро 119 имеет второй рисунок из множества вторых проходов и вторых сквозных отверстий 202 соответственно.

Сторона 114 высокого давления и сторона 115 низкого давления соединены на внутреннем хвостовом участке 112 и образуют внутреннюю хвостовую кромку 113, продолжающуюся вдоль ширины 301 размаха внутренней оболочки 110. Первое хвостовое ребро 118 и второе хвостовое ребро 119 соединены с внутренней хвостовой кромкой 113 и продолжаются от внутренней хвостовой кромки 113 к внешней оболочке 101.

Фиг. 4 показывает вид в перспективе внутренней оболочки 110, причем в соответственных хвостовых ребрах 118, 119 образованы вырезы и, следовательно, сквозные отверстия 201, 202.

Фиг. 5 показывает схематический вид газотурбинной установки, которая содержит перо согласно примерному варианту выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 5 показывает пример газотурбинного двигателя 10 в разрезе. Газотурбинный двигатель 10 содержит последовательно по потоку впуск, секцию 14 компрессора, секцию 16 сгорания и секцию 18 турбины, которые в общем расположены последовательно по потоку и в общем в направлении продольной оси или оси 20 вращения. Газотурбинный двигатель 10 дополнительно содержит вал 22, который вращается вокруг оси 20 вращения, и который продолжается продольно через газотурбинный двигатель 10. Вал 22 соединяет с возможностью приведения в движение секцию 18 турбины с секцией 14 компрессора.

При работе газотурбинного двигателя 10 воздух 24, который принимается через впуск воздуха, сжимается секцией 14 компрессора и поступает в секцию сгорания или секцию 16 горелки. Секция 16 горелки содержит воздушный короб 26 горелки, одну или более камер 28 сгорания, образованных двустенной оболочкой 27, и по меньшей мере одну горелку 30, прикрепленную к каждой камере 28 сгорания. Камеры 28 сгорания и горелки 30 расположены внутри воздушного короба 26 горелки. Сжатый воздух, проходящий через секцию 14 компрессора, входит в диффузор 32 и выпускается из диффузора 32 в воздушный короб 26 горелки, откуда часть воздуха входит в горелку 30 и смешивается с газообразным или жидким топливом. Топливно-воздушная смесь далее сгорает, и газ 34 сгорания или рабочий газ вследствие сгорания направляется через переходный канал 35 в секцию 18 турбины.

Секция 18 турбины содержит несколько несущих лопатки дисков 36, прикрепленных к валу 22. В данном примере каждый из двух дисков 36, несет кольцеобразный набор турбинных лопаток 38, которые могут быть образованы пером 100, которое описано выше. Однако количество несущих лопатки дисков может быть различным, т.е. только один диск или более двух дисков. В дополнение, направляющие лопатки 40, которые могут быть образованы пером 100, которое описано выше, которые прикреплены к статору 42 газотурбинного двигателя 10, расположены между турбинными лопатками 38. Между выходом из камеры 28 сгорания и ведущими турбинными лопатками 38 обеспечены впускные направляющие лопатки 44.

Газ сгорания из камеры 28 сгорания входит в секцию 18 турбины и приводит в движение турбинные лопатки 38, которые в свою очередь вращают вал 22. Направляющие лопатки 40, 44 служат для оптимизации угла попадания газа сгорания или рабочего газа на турбинные лопатки 38. Секция 14 компрессора содержит осевую последовательность ступеней 46 направляющих лопаток и ступеней 48 роторных лопаток.

Следует отметить, что выражение «содержащий» не исключает другие элементы или этапы. Также элементы, описанные в связи с различными вариантами выполнения, могут быть объединены. Также следует отметить, что ссылочные позиции в формуле изобретения не следует толковать как ограничивающие объем охраны формулы изобретения.

Ссылочные позиции:

10 газотурбинный двигатель 114 сторона высокого давления, первый участок поверхности 14 секция компрессора 115 сторона низкого давления, второй участок поверхности 16 секция сгорания 116 первый охлаждающий канал 18 секция турбины 117 второй охлаждающий канал 20 ось вращения 118 первое хвостовое ребро 22 вал 119 второе хвостовое ребро 24 воздух 120 удерживающий элемент 26 воздушный короб горелки 121 выпуск текучей среды 27 оболочка 122 носовой объем 28 камера сгорания 123 общий охлаждающий канал 30 горелка 201 первое сквозное отверстие 32 диффузор 202 второе сквозное отверстие 34 газ сгорания 301 ширина размаха 36 несущие диски 601 традиционная внешняя оболочка 38 турбинные лопатки 602 традиционный охлаждающий канал 40 направляющая лопатка 603 традиционный дополнительный охлаждающий канал 42 статор 604 традиционный выпуск текучей среды 44 впускная направляющая лопатка 605 традиционный внешний выпуск текучей среды 46 ступени направляющих лопаток 610 традиционная внутренняя оболочка 48 ступени роторных лопаток 701 разделительный элемент 100 перо
101 внешняя оболочка 702 дополнительный традиционный выпуск текучей среды 102 внешний носовой участок 103 внешний хвостовой участок 104 внешний выпуск текучей среды 110 внутренняя оболочка 111 внутренний носовой участок 112 внутренний хвостовой участок 113 внутренняя хвостовая кромка

Перо лопатки газотурбинной установки, причем перо содержит внешнюю оболочку, содержащую внутренний объем, внутреннюю оболочку, расположенную во внутреннем объеме внешней оболочки. Внутренняя оболочка содержит внутренний носовой участок и внутренний хвостовой участок. Сторона высокого давления внутренней оболочки образована вдоль первого участка поверхности между внутренним носовым участком и внутренним хвостовым участком. Сторона низкого давления внутренней оболочки образована вдоль второго участка поверхности, который расположен напротив первого участка поверхности между внутренним носовым участком и внутренним хвостовым участком. Внутренняя оболочка разнесена от внешней оболочки так, что первый охлаждающий канал образован вдоль стороны высокого давления между внутренним носовым участком и внутренним хвостовым участком, и второй охлаждающий канал образован вдоль стороны низкого давления между внутренним носовым участком и внутренним хвостовым участком. Первый охлаждающий канал и второй охлаждающий канал объединяются в общий охлаждающий канал на внутреннем хвостовом участке. Первое хвостовое ребро расположено между первым охлаждающим каналом и общим охлаждающим каналом так, что первый массовый расход охлаждающей текучей среды, текущей через первый охлаждающий канал, может регулироваться. Второе хвостовое ребро расположено между вторым охлаждающим каналом и общим охлаждающим каналом так, что второй массовый расход охлаждающей текучей среды, текущей через второй охлаждающий канал, может регулироваться. Первое хвостовое ребро содержит, по меньшей мере, одно первое сквозное отверстие для образования первого прохода для текучей среды. Второе хвостовое ребро содержит по меньшей мере одно второе сквозное отверстие для образования второго прохода для текучей среды. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения и облегчение изготовления лопатки. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Перо (100) лопатки газотурбинной установки, причем перо (100) содержит:

внешнюю оболочку (101), содержащую внутренний объем,

внутреннюю оболочку (110), расположенную во внутреннем объеме внешней оболочки (101),

причем внутренняя оболочка (110) содержит внутренний носовой участок (111) и внутренний хвостовой участок (112),

причем сторона (114) высокого давления внутренней оболочки (110) образована вдоль первого участка поверхности между внутренним носовым участком (111) и внутренним хвостовым участком (112),

причем сторона (115) низкого давления внутренней оболочки (110) образована вдоль второго участка поверхности, который расположен напротив первого участка поверхности между внутренним носовым участком (111) и внутренним хвостовым участком (112),

причем внутренняя оболочка (110) разнесена от внешней оболочки (101) так, что

первый охлаждающий канал (116) образован вдоль стороны (114) высокого давления между внутренним носовым участком (111) и внутренним хвостовым участком (112), и

второй охлаждающий канал (117) образован вдоль стороны (115) низкого давления между внутренним носовым участком (111) и внутренним хвостовым участком (112),

причем первый охлаждающий канал (116) и второй охлаждающий канал (117) объединяются в общий охлаждающий канал (123) на внутреннем хвостовом участке (112),

первое хвостовое ребро (118), расположенное между первым охлаждающим каналом (116) и общим охлаждающим каналом (123) так, что первый массовый расход охлаждающей текучей среды, текущей через первый охлаждающий канал (116), может регулироваться, и

второе хвостовое ребро (119), расположенное между вторым охлаждающим каналом (117) и общим охлаждающим каналом (123) так, что второй массовый расход охлаждающей текучей среды, текущей через второй охлаждающий канал (117), может регулироваться,

при этом первое хвостовое ребро (118) содержит по меньшей мере одно первое сквозное отверстие (201) для образования первого прохода для текучей среды, а второе хвостовое ребро (119) содержит по меньшей мере одно второе сквозное отверстие (202) для образования второго прохода для текучей среды.

2. Перо (100) по п. 1, в котором первый проход для текучей среды в первом хвостовом ребре (118) предусмотрен для регулировки первого массового расхода, и/или второй проход для текучей среды во втором хвостовом ребре (119) предусмотрен для регулировки второго массового расхода.

3. Перо (100) по п. 1, в котором первый размер первого сквозного отверстия (201) отличается от второго размера второго сквозного отверстия (202).

4. Перо (100) по любому из пп. 1-3, в котором сторона (114) высокого давления и сторона (115) низкого давления соединены на внутреннем хвостовом участке (112) и образуют внутреннюю хвостовую кромку (113), продолжающуюся вдоль ширины (301) размаха внутренней оболочки (110).

5. Перо (100) по п. 4, в котором первое хвостовое ребро (118) и второе хвостовое ребро (119) соединены с внутренней хвостовой кромкой (113) и продолжаются от внутренней хвостовой кромки (113) к внешней оболочке (101).

6. Перо (100) по п. 5, в котором первое хвостовое ребро (118) является упругодеформируемым так, что зазор между первым хвостовым ребром (118) и внешней оболочкой (101) может регулироваться путем упругой деформации первого хвостового ребра (118).

7. Перо (100) по п. 5 или 6, дополнительно содержащее удерживающий элемент (120), расположенный в общем охлаждающем канале (123) после первого хвостового ребра (118),

причем удерживающий элемент (120) расположен так, что удерживающий элемент предотвращает дальнейшую деформацию, если достигнута заданная максимальная деформация первого хвостового ребра (118).

8. Перо (100) по любому из пп. 5-7, в котором второе хвостовое ребро (119) является упругодеформируемым так, что зазор между вторым хвостовым ребром (119) и внешней оболочкой (101) может регулироваться путем упругой деформации второго хвостового ребра (119).

9. Перо (100) по любому из пп. 1-8, в котором внешняя оболочка (101) содержит внешний носовой участок (102),

причем внутренняя оболочка (110) расположена во внутреннем объеме так, что между внутренним носовым участком (111) и внешним носовым участком, разнесенными друг от друга, образован носовой объем (122), который соединен с первым охлаждающим каналом (116) и вторым охлаждающим каналом (117), в котором внутренний носовой участок (111) содержит выпуск (121) текучей среды так, что охлаждающая текучая среда выпускается из внутренней оболочки (110) в носовой объем (122).

10. Перо (100) по любому из пп. 1-8, в котором сторона (114) высокого давления и/или сторона (115) низкого давления не содержат дополнительных выпусков (121) текучей среды.

11. Газотурбинная установка, содержащая

перо (100) по любому из пп. 1-11, причем перо (100) образует неподвижную лопатку или вращающуюся лопатку газотурбинной установки.

12. Способ изготовления пера (100) лопатки газотурбинной установки, причем способ содержит этапы, на которых:

обеспечивают внешнюю оболочку (101), содержащую внутренний объем,

размещают внутреннюю оболочку (110) во внутреннем объеме внешней оболочки (101),

причем внутренняя оболочка (110) содержит внутренний носовой участок (111) и внутренний хвостовой участок (112),

причем сторона (114) высокого давления внутренней оболочки (110) образована вдоль первого участка поверхности между внутренним носовым участком (111) и внутренним хвостовым участком (112),

причем сторона (115) низкого давления внутренней оболочки (110) образована вдоль второго участка поверхности, который расположен напротив первого участка поверхности между внутренним носовым участком (111) и внутренним хвостовым участком (112),

причем внутренняя оболочка (110) разнесена от внешней оболочки (101) так, что

первый охлаждающий канал (116) образован вдоль стороны (114) высокого давления между внутренним носовым участком (111) и внутренним хвостовым участком (112), и

второй охлаждающий канал (117) образован вдоль стороны (115) низкого давления между внутренним носовым участком (111) и внутренним хвостовым участком (112),

причем первый охлаждающий канал (116) и второй охлаждающий канал (117) объединяются в общий охлаждающий канал (123) на внутреннем хвостовом участке (112),

размещают первое хвостовое ребро (118) между первым охлаждающим каналом (116) и общим охлаждающим каналом (123) так, что первый массовый расход охлаждающей текучей среды, текущей через первый охлаждающий канал (116), может регулироваться, и

размещают второе хвостовое ребро (119) между вторым охлаждающим каналом (117) и общим охлаждающим каналом (123) так, что второй массовый расход охлаждающей текучей среды, текущей через второй охлаждающий канал (117), может регулироваться,

при этом первое хвостовое ребро (118) содержит по меньшей мере одно первое сквозное отверстие (201) для образования первого прохода для текучей среды, а второе хвостовое ребро (119) содержит по меньшей мере одно второе сквозное отверстие (202) для образования второго прохода для текучей среды.