Устройство демпфирования колебаний охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей Российский патент 2019 года по МПК F01D5/26 F01D5/18 

Изобретение относится к области охлаждаемых сопловых и рабочих лопаток газовых турбин, оборудованных демпфирующими устройствами.

Устройство демпфирования колебаний лопаток турбоагрегатов включает демпфирующий элемент, выполненный в виде дефлектора, у которого внешняя сторона выполнена в виде штырьковой матрицы, плотно соприкасающейся штырьками с внутренней полостью лопаток. Материалом дефлектора служит никелид титана - сплав, обладающий эффектом памяти формы. Использование такого конструктивного решения позволит повысить надежность, экономичность и долговечность энергоустановок, снизить виброакустическую активность роторов газотурбинных двигателей.

Известна конструкция лопатки турбомашины, имеющая перо с внутренней охлаждаемой полостью, в которой размещен демпфер в виде листа, изогнутого таким образом, что его стенки соприкасаются с охлаждаемой полостью в нескольких точках (патент Франции №1341910, кл. F01D, 1962).

Недостатками такой конструкции лопатки являются: малое число точек контакта, износ контактирующих поверхностей в процессе эксплуатации и, следовательно, невысокий эффект снижения виброактивности турбоагрегата.

Известна также лопатка турбины, имеющая перо, изготовленное с радиальной полостью, в которой укреплен демпфер в виде пластины с продольными гофрами (патент США №2689107, кл. 416-233, 1950).

Недостаток этой конструкции лопатки - отсутствие рассеяния энергии в демпфирующем элементе, что не позволяет обеспечить стабильность и эффективность процесса демпфирования.

Наиболее близкой, принятой за прототип является конструкция охлаждаемой рабочей лопатки, содержащей перо, выполненное с радиальной полостью, в которой укреплен демпфер в виде пластины с продольными гофрами. Этот демпфер выполнен из пакета контактирующих между собой металлических сеток с поперечным расположением проволок в каждой паре смежных слоев (патент RU №641129, МПК F01D 5/26).

Недостатком такого конструкционного решения является износ контактирующих поверхностей в процессе эксплуатации агрегата, что ведет к снижению эффекта демпфирования колебаний и, следовательно, снижению прочностных характеристик лопаток.

Технический результат заявляемого изделия заключается в повышении надежности и долговечности охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей за счет использования материала с эффектом памяти формы и повышения эффективности демпфирования колебаний.

Указанный технический результат достигается тем, что в охлаждаемых сопловых и рабочих лопатках газотурбинных двигателей используется устройство демпфирования колебаний охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей, включающее демпфирующий элемент в виде дефлектора из материала с эффектом памяти формы, плотно соприкасающегося с внутренней полостью лопаток, при этом дефлектор из материала с эффектом памяти формы имеет на внешней стороне штырьковую матрицу с расположением штырьков в шахматном порядке, а поверхности внутренней радиальной полости лопатки и штырьковой матрицы дефлектора покрыты износостойким материалом. Дефлектор изготовлен из никелида титана - материала с высокими антикоррозионными и жаростойкими свойствами, обладающего эффектом памяти формы, проявляющимся при нагреве за счет мартенситного превращения, что обеспечит его плотный контакт с внутренней поверхностью лопатки.

Выполнение демпфирующего элемента в виде дефлектора, на внешней стороне которого расположена штырьковая матрица, плотно соприкасающаяся штырьками с внутренней радиальной полостью лопатки, торцевые поверхности которых покрыты износостойким материалом методом холодного газодинамического напыления, обеспечит за счет их надежного взаимного контакта гашение колебательной энергии лопаточных венцов.

Плотность контакта соприкасающихся элементов в процессе эксплуатации турбоустановки будет сохраняться неизменной, так как дефлектор выполнен из материала с эффектом памяти формы, контактирующие поверхности покрыты износостойким материалом, что обеспечит высокую эффективность демпфирования колебательных процессов в проточной части, повысит экономичность и надежность энергоблоков.

Использование дефлектора со штырьковой матрицей с расположением штырьков в шахматном порядке обеспечит стабильность и равномерность каналов для протечки воздуха вдоль охлаждаемой поверхности лопатки, интенсивный конвективный съем тепла с ее стенок.

На фиг. 1 изображена предлагаемая лопатка, общий вид.

На фиг. 2 - сечение А-А фиг. 1.

На фиг. 3 - показан вид на штырьковую матрицу дефлектора на внешней стороне участка охлаждения.

Лопатка 1 (фиг. 1) изготовлена с внутренней радиальной полостью 2 (фиг. 2), в которой установлен дефлектор 3, имеющий на внешней поверхности штырьковую матрицу 4, плотно соприкасающуюся с внутренней поверхностью лопатки. В дефлекторе выполнены отверстия 5 для подвода охлаждающего агента к стенкам лопатки.

При работе двигателя охлаждающий воздух в лопатке 1 (фиг. 2) проходит вдоль радиальной полости 2 в дефлекторе 3 и поступает через отверстия 5 на оребренный участок 7 в области ее входной кромки и к внутренним стенкам. Часть воздуха проходит через штырьковую матрицу 4 (фиг. 2, фиг. 3), обеспечивающую стабильность воздушного зазора и турбулизацию потока, перетекает, снижая температуру лопатки, к выходной кромке 6, попадая далее в проточную часть турбины.

Теплонапряженность в лопатках значительно снижается за счет повышения конвективного съема тепла в их высокотемпературных зонах, что исключает разрушение лопаточных венцов в процессе эксплуатации. Наряду с этим, за счет эффекта памяти формы материала дефлектора 3 (фиг. 2) и выполнения на его внешней поверхности (на участке охлаждения) штырьковой матрицы 4, создается стабильный воздушный зазор вдоль всей поверхности охлаждения стенок лопаток, обеспечивается их плотный контакт с демпфирующим устройством, что повышает надежность и снижает виброакустическую активность решеток.

Изобретение относится к области охлаждаемых сопловых и рабочих лопаток газовых турбин, оборудованных демпфирующими устройствами. Устройство демпфирования колебаний охлаждаемых лопаток включает демпфирующий элемент в виде дефлектора из материала с эффектом памяти формы, плотно соприкасающегося с внутренней полостью лопаток и имеющего воздухораспределительные каналы. Дефлектор из материала с эффектом памяти формы имеет на внешней стороне штырьковую матрицу с расположением штырьков в шахматном порядке. Поверхности внутренней радиальной полости лопатки и штырьковой матрицы дефлектора из материала с эффектом памяти формы покрыты износостойким материалом. В качестве материала дефлектора использован никелид титана. Изобретение позволяет повысить надежность и долговечность охлаждаемых лопаток газотурбинного двигателя. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Устройство демпфирования колебаний охлаждаемых лопаток газотурбинных двигателей, включающее демпфирующий элемент в виде дефлектора из материала с эффектом памяти формы, плотно соприкасающегося с внутренней полостью лопаток, при этом дефлектор из материала с эффектом памяти формы имеет на внешней стороне штырьковую матрицу с расположением штырьков в шахматном порядке, а поверхности внутренней радиальной полости лопатки и штырьковой матрицы дефлектора из материала с эффектом памяти формы покрыты износостойким материалом.

2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве материала дефлектора использован никелид титана.

3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в дефлекторе равномерно размещены воздухораспределительные каналы.