НАПРАВЛЯЮЩАЯ ЛОПАТКА ТУРБИНЫ С ОХЛАЖДАЕМОЙ ГАЛТЕЛЬЮ Российский патент 2018 года по МПК F01D5/18 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ

Настоящее изобретение относится к направляющей лопатке турбины, а более конкретно, к охлаждаемой направляющей лопатке с галтелью, расположенной между полкой и пером направляющей лопатки. Дополнительно, оно относится к способу охлаждения такой направляющей лопатки.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Термодинамическая эффективность циклов выработки энергии зависит от максимальной температуры их рабочей жидкости, которая, в случае, например, газовой турбины, является температурой горячего газа, выходящего из топочной камеры. Максимальная возможная температура горячего газа ограничивается выбросами, образующимися при горении, а также пределом рабочей температуры частей в контакте с этим горячим газом и способностью охлаждать эти части ниже температуры горячего газа. В частности, лопатки, т.е., вращающиеся лопатки и направляющие лопатки (неподвижные лопатки), подвергаются воздействию газов сгорания высокой температуры и, следовательно, подвергаются высоким термическим напряжениям. В области техники известны способы для охлаждения направляющих лопаток и уменьшения термических напряжений. В типичном варианте, воздух высокого давления, выпущенный из компрессора, вводится во внутреннее пространство охлаждаемой воздухом направляющей лопатки из корневого фрагмента направляющей лопатки. После охлаждения направляющей лопатки охлаждающий газ выпускается из направляющей лопатки в путь потока горячего газа газовой турбины.

Область направляющей лопатки, где перо соединяется с полкой, является сильно нагруженной и зачастую подвергается дополнительным напряжениям вследствие термических рассогласований и различных термических расширений пера и полки. Для плавного перехода и уменьшения пиков в распределении напряжения был предложен закругленный переход от полки к перу. Такие закругленные переходы или соединения в типичном варианте называются галтели.

Однако охлаждение сопряжений является затруднительным и требует дополнительного потока охлаждающего газа, что может вести к снижению в мощности и эффективности.

РАСКРЫТИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Задачей настоящего изобретения является предложение направляющей лопатки, которая избегает высоких напряжений в области галтели и гарантирует надежное эффективное охлаждение галтели, а также эффективное использование охлаждающего газа, т.е., предложенная направляющая лопатка обеспечивает адекватное охлаждение для области перехода полки в перо в направляющей лопатке.

Согласно первому варианту осуществления направляющая лопатка содержит полку и перо, продолжающееся в продольном направлении от полки. Галтель соединяет полку с пером. Перо может продолжаться от полки к венцу пера или к противоположной полке. Перо имеет корыто, ограниченную стенкой корыта, и спинку, ограниченную стенкой спинки. Стенка корыта и стенка спинки соединены на входной кромке и на выходной кромке. Инжекционная трубка может быть введена в перо, образуя канал охлаждения между инжекционной трубкой и боковыми стенками. Направляющая лопатка дополнительно содержит отклоняющую структуру, расположенную смежно галтели и которая повторяет внутренний контур галтели, и первый охлаждающий проход ограничивается между галтелью и отклоняющей структурой. Внутри направляющей лопатки, например, галтели, задается сторона, обращенная от стороны горячего газа при работе турбины с такой направляющей лопаткой. Первое препятствие расположено внутри пера в месте соединения галтели с боковыми стенками для отделения первого прохода охлаждения от канала охлаждения. Это препятствие может дополнительно направлять охлаждающий газ от боковых стенок пера.

Благодаря этому разделению охлаждающий газ, который был использован в канале охлаждения, может быть повторно использован в целях дальнейшего охлаждения. Чтобы уменьшать напряжения, галтель может иметь большой изгиб вплоть до толщины пера в корне (т.е., области соединения с полкой). Чтобы минимизировать напряжения вследствие различных термических расширений во время переходных процессов в работе газовой турбины, галтель в идеальном случае имеет постоянную толщину стенки. В случае, когда толщина стенки стенок стороны пера отличается от толщины стенки полки, постоянное изменение толщины стенки галтели может иметь преимущество. В результате, внутренний контур галтели может иметь раструбкообразную форму. Благодаря изгибу и получающейся в результате большой площади поверхности этого галтели в форме раструбка, большой объем охлаждающего газа может быть необходим для охлаждения галтели. Повторное использование охлаждения галтели для дальнейшего охлаждения направляющей лопатки может, следовательно, значительно способствовать хорошей общей эффективности турбины.

Может быть полезным, если охлаждение галтели обеспечивается независимо от охлаждения пера. Предпочтительно, газ охлаждения галтели повторно используется для охлаждения пера. С независимой схемой охлаждения и повторным использованием охлаждающего воздуха возможно увеличивать расход охладителя в этой области без влияния на конструкцию охлаждения пера и без увеличения общего расхода на охлаждение направляющей лопатки. Таким образом, характеристика охлаждения пера может быть оптимизирована независимым образом.

Охлаждающий газ может быть воздухом, который был сжат компрессором газовой турбины, если направляющая лопатка устанавливается в воздушно-реактивной газовой турбине. Он может быть любым другим газом или смесью газов. Например, он может быть смесью воздуха и отработанных газов для газовой турбины с рециркуляцией отработавшего газа во впускное отверстие компрессора.

Направляющая лопатка может иметь полку на одном конце пера и заканчиваться венцом на другом конце пера. В этом случае охлаждающий газ подается со стороны полки. Направляющая лопатка может также иметь полку с обеих сторон полки. В направляющей лопатке с полками с обеих сторон охлаждающий газ может подаваться с обеих сторон или с любой из двух сторон. Если охлаждающий газ подается только к одной стороне направляющей лопатки с двумя полками, направляющая лопатка типично включает в себя канал или воздуховод в полом пере для подачи охлаждающего газа со стороны с подачей охлаждающего газа в противоположную сторону.

Согласно другому варианту осуществления направляющая лопатка содержит вторую инжекционную структуру смежно полке, которая повторяет контур полки. Эта вторая инжекционная структура ограничивает второй охлаждающий проход между полкой и второй инжекционной структурой. Инжекционная структура может частично или полностью охватывать полку, т.е., полка частично или полностью инжекционно охлаждается через инжекционную структуру.

В одном варианте осуществления направляющая лопатки, охлаждающий газ, использованный для инжекционного охлаждения полки в области второго охлаждающего прохода, может протекать в первый охлаждающий проход, чтобы конвекционно охлаждать галтель во время прохождения через первый охлаждающий проход.

В одном варианте осуществления направляющей лопатки, отклоняющая структура содержит инжекционные отверстия для инжекционного охлаждения галтели.

В дополнительном варианте осуществления направляющей лопатки, второе препятствие расположено внутри полки в месте соединения между вторым охлаждающим проходом и первым охлаждающим проходом для отделения первого охлаждающего прохода от второго охлаждающего прохода. Препятствие устраняет перекрестный поток охлаждающего газа из второго охлаждающего прохода через первый охлаждающий проход, который может оказывать отрицательное воздействие на инжекционное охлаждение в первом проходе.

Второе препятствие может частично или полностью отделять первый охлаждающий проход от второго охлаждающего прохода.

Охлаждающий газ, использованный для инжекционного охлаждения полки, может, например, подаваться из второго охлаждающего прохода в инжекционную трубку пера для дальнейшего использования.

В одном варианте осуществления направляющей лопатки второе препятствие продолжается по окружности галтели. В альтернативном варианте осуществления второе препятствие продолжается вокруг входной кромки и/или выходной кромки для экранирования инжекционного охлаждения галтели от перекрестного потока охлаждающего газа, поступающего из второго охлаждающего прохода к первому охлаждающему проходу в области входной кромки и/или области выходной кромки галтели.

В другом варианте осуществления направляющей лопатки второй охлаждающий проход имеет отверстие в первый охлаждающий проход, так что охлаждающий газ протекает из второго охлаждающего прохода в первый охлаждающий проход. Отверстие может быть бесшовным соединением отклоняющей структуры со второй инжекционной структурой. Они могут даже быть объединены в одну структуру или в один фрагмент или одну пластину. Охлаждающий газ, покидающий второй охлаждающий проход, может, таким образом, быть повторно использован для последующего конвекционного охлаждения галтели при работе.

В другом варианте осуществления направляющей лопатки, второй охлаждающий проход имеет отверстие и соединение, такое как проточный канал или соединяющая область высокого давления, с инжекционной трубкой, так что охлаждающий газ протекает из второго охлаждающего прохода в инжекционную трубку для последующего инжекционного охлаждения пера при работе.

В еще одном варианте осуществления направляющей лопатки, первый охлаждающий проход имеет отверстие или проточный канал к инжекционной трубке, так что охлаждающий газ протекает из первого охлаждающего прохода в инжекционную трубку для последующего инжекционного охлаждения пера при работе.

Может быть дополнительно полезным, если галтель или область галтели содержит множество отверстий пленочного охлаждения, расположенных в стенке галтели, так что при работе охлаждающий газ из первого охлаждающего прохода используется для пленочного охлаждения галтели после инжекционного охлаждения. Дополнительно или альтернативно, полка может содержать, по меньшей мере, одно отверстие конвекционного охлаждения, расположенное в полке, так что при работе охлаждающий газ из второго охлаждающего прохода используется для конвекционного охлаждения полки после инжекционного охлаждения. Это отверстие для конвекционного охлаждения может выпускать охлаждающий газ в путь протекания горячего газа.

Пленочное охлаждение галтели и конвекционное охлаждение полки могут быть использованы, чтобы выпускать весь охлаждающий газ, протекающий в первый охлаждающий проход и во второй охлаждающий проход, тем самым, полностью отделяя охлаждение пера от охлаждения полки и галтели. Отверстия для пленочного охлаждения в сопряжении и отверстия для конвекционного охлаждения в полке могут также быть расположены в комбинации с отверстием или проточным каналом, соединяющим первый охлаждающий проход с инжекционной трубкой пера, так что часть охлаждающего газа повторно используется для инжекционного охлаждения пера, а часть охлаждающего газа используется для пленочного охлаждения и/или конвекционного охлаждения.

В дополнительном варианте осуществления направляющей лопатки, галтель имеет изогнутую форму с внешней поверхностью, обращенной к горячим газам при работе, при этом изгиб является касательным к внешней поверхности полки в месте соединения галтели с полкой и касательным к внешней поверхности пера в месте соединения галтели с пером.

В еще одном варианте осуществления галтель имеет толщину стенки, которая равна толщине стенки полки в месте соединения с полкой, и которая равна толщине стенки боковых стенок пера в месте соединения боковых стенок пера, чтобы минимизировать напряжения. Толщина стенки галтели может, например, постоянно уменьшаться или постоянно увеличиваться вдоль протяженности галтели от полки к боковым стенкам. Толщина стенки может, например, также изменяться с постоянной производной первого порядка, т.е., толщина изменяется постоянно без каких-либо перепадов вдоль протяженности галтели от места соединения с полкой к месту соединения с боковыми стенками.

В другом варианте осуществления направляющей лопатки, инжекционная трубка расположено внутри секции входной кромки пера, а секция конвекционного охлаждения расположено внутри секции выходной кромки пера. Стенка делит секцию конвекционного охлаждения на первую секцию конвекционного охлаждения смежно полке и на вторую секцию конвекционного охлаждения, продолжающуюся к венцу направляющей лопатки, соответственно, продолжающуюся к полке на противоположном конце пера.

Ребро может дополнительно служить для направления охлаждающего газа в первом проходе вдоль корня пера.

Конвекционное охлаждение в первой и второй секции конвекционного охлаждения может быть улучшено посредством турбулизатора, такого как, например, штырьковое поле и/или охлаждающие ребра.

В дополнительном варианте осуществления механизм подачи охлаждающего газа соединяет первый охлаждающий проход с первой секцией конвекционного охлаждения для непосредственной подачи охлаждающего газа из первого охлаждающего прохода в первую секцию конвекционного охлаждения. Таким образом, охлаждающий газ, покидающий первый проход, не протекает через инжекционную трубку в секцию конвекционного охлаждения, а непосредственно из первого охлаждающего прохода. Давление охлаждающего газа, поэтому, остается более высоким в первом охлаждающем проходе, чтобы эффективно охлаждать корневую секцию пера.

Помимо направляющей лопатки способ охлаждения направляющей лопатки является целью изобретения.

Предложенная направляющая лопатка предоставляет возможность хорошего охлаждения галтели и уменьшает напряжения в сопряжении. Дополнительно, она предоставляет возможность повторного использования использованного охлаждающего газа для охлаждения галтели.

Направляющая лопатка, которая должна охлаждаться посредством этого способа, имеет полку, перо, продолжающийся в продольном направлении от полки, расширяющий форму полки и соединенный с полкой посредством галтели. Перо имеет сторону давления и спинку со стенкой корыта и стенкой спинки, которые соединены на входной кромке и на выходной кромке. Инжекционная трубка вставляется в указанный перо, ограничивая канал охлаждения между инжекционной трубкой и боковыми стенками. Способ охлаждения такой направляющей лопатки содержит следующие этапы:

- подачи охлаждающего газа к отклоняющей структуре, расположенной смежно галтели, которая повторяет внутренний контур галтели и ограничивает первый охлаждающий проход между галтелью и отклоняющей структурой,

- инжекции охлаждающего газа на галтель для инжекционного охлаждения,

- после инжекции, направления охлаждающего газа, покидающего первый охлаждающий проход, посредством препятствия, расположенного внутри пера в месте соединения галтели с боковыми стенками, в инжекционную трубку, и

- инжекции охлаждающего газа на боковые стенки пера.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Раскрытие сущности, его характер, а так же преимущества должны быть подробнее описаны ниже посредством использования прилагаемых схематичных чертежей. Со ссылкой на чертежи:

Фиг. 1 показывает общий вид примерной направляющей лопатки турбины;

Фиг. 2a, 2b показывает вид снизу основания направляющей лопатки с фиг. 1;

Фиг. 3 показывает пример поперечного сечения полки и разрез пера в месте соединения с полкой;

Фиг. 4 показывает модифицированный детальный чертеж полки на фиг. 3;

Фиг. 5 показывает другой пример поперечного сечения полки и разрез пера в месте соединения с полкой;

Фиг. 6 показывает другой пример поперечного сечения полки и разрез пера в месте соединения с полкой;

Фиг. 7 показывает другой пример поперечного сечения полки и разрез пера в месте соединения с полкой;

Фиг. 8 показывает примерное поперечное сечение пера.

ОПИСАНИЕ ПРЕДПОЧТИТЕЛЬНЫХ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Направляющая лопатка 10 турбины согласно примерному варианту осуществления раскрытия показана на фиг. 1. Направляющая лопатка 10 имеет перо 11, продолжающееся в продольном направлении от полки 18 к венцу 17 направляющей лопатки. Продольное направление пера 11 в этом контексте является направлением от полки к венцу, соответственно, от полки к противоположной полке направляющей лопатки. Это направление типично практически перпендикулярно направлению потока горячих газов в пути потока турбины. Перо 11 имеет корыто 14 и спинку 15, а также входную кромку 12 и выходную кромку 13. полка 18 снабжается крюкообразными крепежными элементами 19a и 19b на венце. Перо 11 объединяется с полкой 18 посредством галтели 16 у хвостовика. На выходной кромке 13 выпускные отверстия 21 для охлаждающего газа распределены вдоль указанной выходной кромки 13 и отделяются друг от друга посредством ребер 32, расположенных между ними. Перо 11 снаружи ограничивается стенкой 14a корыта и стенкой 15a спинки. Отверстия для газа пленочного охлаждения могут быть расположены на поверхности стенки 15a спинки и стенки 16a корыта (не показано). Они могут быть полезны в области входной кромки боковых стенок 14a, 15a.

Направляющая лопатка, показанная на фиг. 1, имеет перо 11, продолжающийся от одной полки 18 и заканчивающийся на венце 17. В зависимости от конструкции и применения направляющая лопатка может содержать две полки 18 с пером 11, продолжающимся от одной полки к другой полке.

Фиг. 2a показывает полку 18 на виде сверху направляющей лопатки на фиг. 1. На виде сверху на фиг. 2a инжекционные пластины и дефлекторы для направления охлаждающего газа исключены, чтобы предоставлять возможность взглянуть в направляющую лопатку. Фиг. 2a показывает полку 18. Сам перо невидно, поскольку оно направлено от полки 18, но отверстие с пером полки является видимым. Изогнутая галтель 16, соединяющая полку 18 с пером, окружает профилированное отверстие направляющей лопатки. При работе охлаждающий газ 33 протекает от полки 18 через галтель, следуя изгибу галтели 16. Чтобы дополнительно направлять поток 33 охлаждающего газа, первое препятствие 25 расположено внутри направляющей лопатки в месте соединения галтели 16 с пером. Вторые препятствия 28 размещаются на полке 18 в месте соединения галтели 16 с полкой 18 в области входной кромки, а также в области выходной кромки. Вторые препятствия 28 защищают области входной кромки и выходной кромки галтели 16 от перекрестного потока охлаждающего газа от полки 18 при работе.

Фиг. 2b основывается на фиг. 2a. Здесь указываются примеры для местоположения отверстий 36 инжекционного охлаждения. В этом примере отверстия 36 для охлаждения распределены над полкой и в области входной кромки, а также в области выходной кромки галтели 16. Эффективное инжекционное охлаждение области входной кромки и выходной кромки галтели 16 улучшается посредством вторых преград 28, которые защищают его от охлаждающего газа 33, протекающего от полки 18 к перу.

Фиг. 3, 5, 6 и 7 показывают разрез A-A направляющей лопатки 10, указанной на фиг. 2a, 2b. Они показывают различные примеры полки, соединение галтель-перо с соответствующими схемами охлаждения. Только разрез области пера 11, близкой к полке, показан, поскольку область венца не является предметом изучения изобретения. Если направляющая лопатка 10 содержит полки на обоих концах пера 11, они могут быть спроектированы в соответствии с теми же показанными принципами.

Направляющая лопатка на фиг. 3 содержит полку 18, перо 11, продолжающееся от полки 18 в поток горячего газа (при работе). Перо 11 соединяется с полкой 18 посредством галтели 16. Галтель 16 является изогнутым и асимптотическим к полке 18, соответственно, к перу 11 в соответствующем месте соединения, как может быть видно здесь для области ведущей кромки.

Отклоняющая структура 20 располагается смежно галтели 16 и повторяет внутренний контур галтели 16. Первый охлаждающий проход 23 расположен между галтелью и отклоняющей структурой 20. В этом примере отклоняющая структура 20 конфигурируется как инжекционная пластина для инжекционного охлаждения галтели 16 посредством сжатого охлаждающего газа 33, подаваемого из области 37 повышенного давления выше отклоняющей структуры 20.

Инжекционная трубка 22 вставляется в перо 11, ограничивая охлаждающий канал 26 между инжекционной трубкой 22 и боковыми стенками 14a, 15a. Инжекционная трубка 22 расположено следом за входной кромкой пера 11, предоставляя возможность охлаждения боковых стенок 14a, 15a в области входной кромки. После столкновения с боковыми стенками 14a, 15a охлаждающий газ 33 может быть использован, чтобы дополнительно охлаждать перо, посредством выпуска его на внешнюю поверхность пера через отверстия пленочного охлаждения (не показаны) или посредством направления его через охлаждающий канал 26, сформированный боковыми стенками 14a, 15a и инжекционной трубкой 22, вдоль боковых стенок 14a, 15a к выходной кромке направляющей лопатки и, тем самым, конвекционно охлаждая перо 11.

Между первым охлаждающим проходом 23 и каналом 26 охлаждения первое препятствие 25 расположено внутри пера 11 в месте соединения галтели 16 с боковыми стенками 14a, 15a. Первое препятствие 25 предотвращает вытекание охлаждающего газа 33 из первого охлаждающего прохода 23 непосредственно в охлаждающий канал 26 и заставляет охлаждающий газ 33 вытекать из отверстия первого охлаждающего прохода 23 в инжекционную трубку 22. Таким образом, охлаждающий газ 33 может быть использован дважды. Закрывающая пластина 38 над верхним концом инжекционной трубкы предотвращает прямой поток охлаждающего газа 33 из области 37 повышенного давления в инжекционную трубку 22.

В этом примере направляющая лопатка дополнительно содержит вторую инжекционную структуру 27 смежно полкой 18. Эта вторая инжекционная структура 27 конфигурируется как инжекционная пластина, расположенная со смещением и параллельно полке. Второй охлаждающий проход 24 формируется между полкой 18 и второй инжекционной структурой 27. Охлаждающий газ 33 наталкивается на полку 18 и затем протекает вдоль внутренней поверхности полки 18 во втором охлаждающем проходе.

В этом примере направляющая лопатка имеет второе препятствие 28, которое расположено внутри полки 18 в месте соединения между вторым охлаждающим проходом 24 и первым охлаждающим проходом 23. Второе препятствие, по меньшей мере, частично отделяет первый охлаждающий проход 23 от второго охлаждающего прохода 24 и, тем самым, предотвращает перекрестный поток охлаждающего газа 33 из второго охлаждающего прохода 24 в инжекционно охлаждаемом первом охлаждающем проходе 23.

Охлаждающий газ 33 покидает второй охлаждающий проход 24 через отверстие и может направляться непосредственно в инжекционную трубку 22 (не показана) или может протекать через секции первого охлаждающего прохода 23, которые не заблокированы вторым препятствием (не показано здесь, но указано на фиг. 2a, 2b).

Область пера ниже по потоку от инжекционной трубкы 22, т.е., в направлении потока горячих газов, протекающих вокруг направляющей лопатки при работе, может конвекционно охлаждаться посредством охлаждающего газа 33, покидающего инжекционную трубку 22, или охлаждающего газа, непосредственно подаваемого в пространство между боковыми стенками 14a, 15a ниже по потоку от инжекционной трубкы 22. В этом примере первая и вторая секция 30, 31 конвекционного охлаждения размещаются ниже по потоку от инжекционной трубкы 22 в пере 11 для конвекционного охлаждения боковых стенок 14a, 15a. Первая секция 30 конвекционного охлаждения снабжается охлаждающим газом, приходящим из первого охлаждающего прохода 23, после того как охлаждающий газ 33 охладил галтель 16. Первая секция 30 конвекционного охлаждения отделяется от второй секции 31 конвекционного охлаждения стенкой 29, которая продолжается в основном параллельно полке 18 и продолжается между стенкой 14a на корыте и стенкой 15a на спинке. Вторая секция 31 конвекционного охлаждения снабжается охлаждающим газом 33, покидающим охлаждающий канал 26 после инжекционного охлаждения. В этой конфигурации охлаждающий газ 33 с более высоким уровнем давления подается в первую секцию 30 конвекционного охлаждения смежно полке, чтобы лучше охлаждать эту очень нагруженную область. В примерах, показанных здесь, первая и вторая секции 30, 31 конвекционного охлаждения конфигурируются как штырьковые поля. Вместо штырьковых полей другие усилители теплообмена могут быть использованы, или в зависимости от требований охлаждения, по меньшей мере, часть боковых стенок может иметь гладкую внутреннюю поверхность.

Фиг. 4 показывает изменение конструкции охлаждения полки 18 для детали IV, указанной на фиг. 3. В этом примере первый охлаждающий проход 23 и второй охлаждающий проход 24 соединены, и препятствие не вставляется между ними. Дополнительно, отклоняющая структура 20 и вторая инжекционная структура 27 объединяются в одну инжекционную пластину, следующую контуру полки 18 и вокруг изгиба галтели 16.

В этом примере охлаждающий газ 33, подаваемый в первый и второй охлаждающий проход, дополнительно используется для пленочного охлаждения изгиба 16 через отверстия 34 пленочного охлаждения и для конвекционного охлаждения расположенного выше по потоку конца полки 18 через отверстия 35 конвекционного охлаждения.

Фиг. 5 основывается на фиг. 3. Однако, второй охлаждающий проход 24 соединяется с первой охлаждающей структурой без какого-либо введенного препятствия. Дополнительно, отклоняющая структура 20 не конфигурируется как инжекционная пластина, а как направляющая пластина для направления охлаждающего газа 33, покидающего охлаждающий проход 24, вдоль галтели 16 для конвекционного охлаждения галтели 16. В этой конфигурации охлаждающий газ сначала инжекционно охлаждает полку, затем конвекционно охлаждает галтель 16 и затем подается в инжекционную трубку 22, чтобы, в конечном счете, охлаждать перо 11.

Фиг. 6 также основывается на фиг. 3. Охлаждающая конструкция полки 18 модифицируется по сравнению с конструкцией примера на фиг. 3. В этом примере высота второго охлаждающего прохода 24 изменяется. Он выше первого охлаждающего прохода 23. Увеличившаяся высота охлаждающего прохода может быть полезной, чтобы направлять большой объем потока охлаждающего газа 33 через проход. Это может быть использовано, например, чтобы направлять охлаждающий газ 33, который был использован, чтобы охлаждать полку 18 в области входной кромки вокруг второго препятствия 28, в корыто 14, соответственно, спинку 15 направляющей лопатки, где он может быть использован для конвекционного охлаждения галтели 16.

На фиг. 6 также показана модификация второй секции 31 конвекционного охлаждения. В этом примере множество ребер 32 расположено на выходной кромке пера 11. Эти ребра 32 могут быть использованы для дополнительного улучшения теплообмена.

Другая модификация, основанная на фиг. 3, показана на фиг. 7. В этом примере первая и вторая секция 30, 31 конвекционного охлаждения, обе снабжаются охлаждающим газом из инжекционной трубкы 22 без прямой подачи из первого охлаждающего прохода 23 в первую секцию 30 конвекционного охлаждения.

Фиг. 8 схематично показывает поперечное сечение VIII-VIII на фиг. 7 в качестве схематичного примера для поперечного сечения пера 11. Стенка 15a спинки и стенка 14a корыта ограничивают полое поперечное сечение пера 11. К входной кромке пера 11 инжекционная трубка 22 расположена внутри этого полого поперечного сечения. Охлаждающий газ 33 подается в инжекционную трубку и наталкивается на внутренность стенки 15a спинки и стенки 14a корыта для охлаждения. Впоследствии, часть охлаждающего газ 33 используется для пленочного охлаждения и выпускается через отверстия 39 для пленочного охлаждения пера. Другая часть охлаждающего газа 33 протекает в охлаждающем канале 26 между инжекционной трубкой 22 и стенкой 15a спинки относительно стенки 14a корыта ко второй секции 31 конвекционного охлаждения и выпускается через выходную кромку пера 11.

СПИСОК ССЫЛОЧНЫХ ПОЗИЦИЙ

10 - Направляющая лопатка

11 - Перо

12 - Входная кромка

13 - Выходная кромка

14 - Корыто

14a - Стенка корыта

15 - Спинка

15a - Стенка спинки

16 - Галтель

17 - Венец лопатки

18 - полка

19a, b - Крепежный элемент

20 - Отклоняющая структура

21 - Выпускное отверстие

22 - Инжекционная трубка

23 - Первый охлаждающий проход

24 - Второй охлаждающий проход

25 - Первое препятствие

26 - Охлаждающий канал

27 - Вторая инжекционная структура

28 - Второе препятствие

29 - Стенка

30 - Первое поле конвекционного охлаждения

31 - Второе поле конвекционного охлаждения

32 - Ребро

33 - Охлаждающий газ

34 - Отверстия пленочного охлаждения

35 - Отверстие конвекционного охлаждения

36 - Отверстие инжекционного охлаждения

37 - Область повышенного давления

38 - Закрывающая пластина

39 - Отверстия пленочного охлаждения пера

Направляющая лопатка содержит полку и перо, продолжающееся от указанной полки и соединенное с полкой посредством галтели. Инжекционная трубка вставляется в перо, ограничивая охлаждающий канал между инжекционной трубкой и боковыми стенками пера. Направляющая лопатка дополнительно содержит отклоняющую структуру, расположенную смежно галтели и которая повторяет внутренний контур галтели и ограничивает первый охлаждающий проход между галтелью и отклоняющей структурой. Первое препятствие расположено внутри пера в месте соединения галтели с боковыми стенками для отделения первого охлаждающего прохода от охлаждающего канала в пере и для того, чтобы направлять охлаждающий газ из первого охлаждающего прохода в инжекционную трубку. Изобретение направлено на повышение эффективности охлаждения. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Направляющая лопатка (10), содержащая полку (18) и перо (11), продолжающееся от указанной полки (18) и соединенное с полкой (18) посредством галтели (16), при этом перо (11), продолжающееся в продольном направлении от полки (18), имеет корыто (14) и спинку (15) со стенкой (14a) корыта и стенкой (15a) спинки, которые соединены на входной кромке (12) и выходной кромке (13), и инжекционную трубку (22), введенную в указанное перо (11), с образованием охлаждающего канала (26) между инжекционной трубкой (22) и боковыми стенками (14a, 15a), отличающаяся тем, что содержит отклоняющую структуру (20), расположенную смежно указанной галтели (16), которая повторяет внутренний контур галтели (16); с образованием первого охлаждающего прохода (23) между галтелью (16) и отклоняющей структурой (20), при этом первое препятствие (25) расположено внутри пера (11) в месте соединения галтели (16) с боковыми стенками (14a, 15a) для отделения первого охлаждающего прохода (23) от охлаждающего канала (26).

2. Направляющая лопатка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что отклоняющая структура (20) содержит инжекционные отверстия для инжекционного охлаждения галтели (16).

3. Направляющая лопатка (10) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что содержит вторую инжекционную структуру (27) смежно полке (18), которая повторяет контур полки (18), с образованием второго охлаждающего прохода (24) между полкой (18) и второй инжекционной структурой (27).

4. Направляющая лопатка (10) по п. 3, отличающаяся тем, что второе препятствие (28) расположено внутри полки (18) в месте соединения между вторым охлаждающим проходом (24) и первым охлаждающим проходом (23) для отделения первого охлаждающего прохода (23) от второго охлаждающего прохода (24).

5. Направляющая лопатка (10) по п. 4, отличающаяся тем, что второе препятствие (28) продолжается по окружности галтели (16).

6. Направляющая лопатка (10) по п. 4, отличающаяся тем, что второе препятствие (28) продолжается вокруг входной кромки и/или выходной кромки для экранирования инжекционного охлаждения галтели (16) от перекрестного потока охлаждающего газа, поступающего из второго охлаждающего прохода (24) к первому охлаждающему проходу (23) в области входной кромки и/или области выходной кромки галтели (16).

7. Направляющая лопатка (10) по п. 3, отличающаяся тем, что второй охлаждающий проход (24) имеет отверстие в первый охлаждающий проход (23), так что охлаждающий газ протекает из второго охлаждающего прохода (24) в первый охлаждающий проход (23) для последующего конвекционного охлаждения галтели (16) при работе.

8. Направляющая лопатка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что второй охлаждающий проход (24) имеет отверстие в инжекционную трубку (22), так что охлаждающий газ (33) протекает из второго охлаждающего прохода (24) в инжекционную трубку (22) для последующего инжекционного охлаждения пера (11) при работе.

9. Направляющая лопатка (10) по п. 1 или 8, отличающаяся тем, что первый охлаждающий проход (23) имеет отверстие в инжекционную трубку (22), так что охлаждающий газ (33) протекает из первого охлаждающего прохода (23) в инжекционную трубку (22) для последующего инжекционного охлаждения пера (11) при работе.

10. Направляющая лопатка (10) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что галтель (16) содержит множество отверстий (34) пленочного охлаждения, расположенных в стенке галтели, так что при работе охлаждающий газ (33) используется для пленочного охлаждения галтели (16) после инжекционного охлаждения, и/или при этом полка (18) содержит отверстие (35) конвекционного охлаждения, расположенное в полке (18), так что при работе охлаждающий газ (33) используется для конвекционного охлаждения полки (18) после инжекционного охлаждения.

11. Направляющая лопатка (10) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что галтель (16) имеет изогнутую форму с внешней поверхностью, обращенной к горячим газам при работе, при этом изгиб является касательным к внешней поверхности полки (18) в месте соединения галтели (16) с полкой (18) и касательным к внешней поверхности пера (11) в месте соединения галтели (16) с пером (11).

12. Направляющая лопатка (10) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что толщина стенки галтели (16) равна толщине стенки полки (18) в месте соединения с полкой (18), при этом толщина стенки галтели (16) равна толщине стенки боковых стенок (14a, 15a) пера в месте соединения боковых стенок (14a, 15a) пера, причем толщина стенки галтели (16) постоянно уменьшается или постоянно увеличивается вдоль протяженности галтели от полки (18) к боковым стенкам (14a, 15a).

13. Направляющая лопатка (10) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что инжекционная трубка расположена в секции входной кромки пера (11), а секция (30, 31) конвекционного охлаждения расположена в секции выходной кромки пера, при этом секция конвекционного охлаждения разделена на первую секцию (30) конвекционного охлаждения смежно полке и на вторую секцию (31) конвекционного охлаждения, продолжающуюся к противоположному концу пера (11), посредством стенки (29).

14. Направляющая лопатка (10) по п. 13, отличающаяся тем, что подача охлаждающего газа соединяет первый охлаждающий проход (23) с первой секцией (30) конвекционного охлаждения для непосредственной подачи охлаждающего газа из первого охлаждающего прохода (23) к первой секции (30) конвекционного охлаждения.

15. Способ охлаждения направляющей лопатки (10), содержащей полку (18), перо (11), продолжающееся от указанной полки (18) и соединенное с полкой (18) посредством галтели (16), при этом перо (11), продолжающееся в продольном направлении от полки (18), имеет корыто (14) и спинку (15) со стенкой (14a) корыта и стенкой (15a) спинки, которые соединены на входной кромке (12) и на выходной кромке (13), и инжекционную трубку (22), введенную в указанное перо (11), с образованием охлаждающего канала (26) между инжекционной трубкой (22) и боковыми стенками (14a, 15a), отличающийся тем, что охлаждение направляющей лопатки (10) включает в себя этапы, на которых: подают охлаждающий газ к отклоняющей структуре (20), расположенной смежно галтели (16), которая повторяет внутренний контур галтели (16); ограничивают первый охлаждающий проход (23) между галтелью (16) и отклоняющей структурой (20), осуществляют инжекцию охлаждающего газа (33) на галтель (16) для инжекционного охлаждения, направляют охлаждающий газ (33) посредством препятствия (25), расположенного внутри пера (11) в месте соединения галтели (16) с боковыми стенками (14a, 15a), в инжекционную трубку (22) и осуществляют инжекцию охлаждающего газа (33) на боковые стенки (14a, 15a).