ЛОПАТКА, ОБЛОПАЧЕННОЕ КОЛЕСО И ТУРБОМАШИНА, СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОПАТКИ Российский патент 2019 года по МПК F01D5/14 

Настоящее изобретение относится к лопатке для облопаченного колеса турбомашины, имеющего N лопаток, расположенных вокруг оси колеса, при этом первый конец лопатки имеет первую полку, образующую поверхность, называемую «стенкой полки», на стороне, обращенной к перу лопатки. Число N представляет собой целое число, равное числу лопаток, содержащихся в облопаченном колесе.

Подобное облопаченное колесо может представлять собой рабочее колесо/ротор и, таким образом, может получать энергию, поступающую от потока, или сообщать энергию потоку, проходящему через облопаченное колесо; оно также может представлять собой неподвижное колесо, при этом в данном случае оно служит для направления потока.

Ниже термин «стенка полки» используется для обозначения той поверхности полки лопатки, которая обращена к перу.

Лопатка для облопаченного колеса турбомашины, в частности, в том случае, когда она имеет венец со стенкой полки венца и хвостовик со стенкой полки хвостовика, образует компонент, который имеет сложную форму. Таким образом, ее относительно трудно изготавливать, и она обычно требует использования форм или оснастки, которые включают в себя множество деталей и/или, возможно, требуют использования обрабатывающих центров для пятикоординатной обработки.

Можно понять, что данные лопатки представляют собой лопатки, которые изготавливают в основном литьем (несмотря на то, что могут быть предусмотрены другие способы) и в которых полка (-и) образована (-ы) как одно целое с пером.

Таким образом, задача изобретения состоит в том, чтобы устранить данные недостатки и предложить лопатки, которые проще или легче изготавливать по сравнению с традиционными лопатками.

В лопатке указанного во введении типа, в которой первая полка образована как одно целое с пером, данная задача решается за счет того, что на первом участке длины лопатки в аксиальном направлении сечение в плоскости, перпендикулярной к оси колеса и проходящей через стенку первой полки, образовано по существу первым отрезком прямой с первой стороны пера и вторым отрезком прямой со второй стороны пера, и каждый из первого и второго отрезков образует угол, составляющий 90°-180°/N, относительно радиального направления с обеих сторон пера.

Первый участок длины лопатки в аксиальном направлении может, в частности, проходить перед пером по ходу потока или за пером по ходу потока (при этом, возможно, он также проходит в аксиальном направлении согласованно с лопаткой). Первая проходящая в аксиальном направлении часть лопатки может, в частности, проходить перед соединительной галтелью переднего края лопатки по ходу потока и/или за расположенной дальше по ходу потока, соединительной галтелью заднего края лопатки относительно направления потока.

Следовательно, когда две лопатки, подобные определенным выше, размещены рядом друг с другом (первая лопатка и вторая лопатка) в таком же положении, в каком они будут находиться, когда они будут собраны в облопаченном колесе, в пространстве «между перьями», находящемся между перьями двух лопаток, в плоскости, перпендикулярной к оси колеса и расположенной в аксиальном направлении в первой части лопатки, сечение первой лопатки образовано по существу отрезком (который может рассматриваться как первый отрезок), который выровнен относительно отрезка, образующего по существу сечение второй лопатки. Таким образом, сечение - в плоскости, перпендикулярной к оси колеса, - стенок первых полок двух лопаток образует два выровненных отрезка прямых, то есть первый отрезок для первой лопатки и второй отрезок для второй лопатки. Первый отрезок и второй отрезок предпочтительно имеют концы, которые являются примыкающими.

Первый и второй отрезки образуют два вектора, которые, будучи спроецированными на плоскость, перпендикулярную к оси облопаченного колеса, являются симметричными относительно меридиональной плоскости облопаченного колеса, проходящей через лопатку.

Данные два вектора определяют соответствующие «направления изготовления» для двух сторон лопатки. Вследствие прямолинейной формы сечения стенки полки в данных направлениях с обеих сторон пера на первом участке длины лопатки в аксиальном направлении, стенку полки сравнительно легко изготавливать, используя разные способы изготовления (формование, обработку электроискровым методом, механическую обработку, …).

Кроме того, на первом участке длины лопатки в аксиальном направлении стенки первой полки предпочтительно образуют идеальную непрерывность в зоне сопряжения между двумя соседними лопатками.

Вышеуказанная форма лопатки также означает то, что первый и второй отрезки образуют острый угол относительно радиального направления лопатки, представляющего собой радиальное направление наружу.

В одном варианте осуществления на всей длине лопатки в аксиальном направлении сечение в плоскости, перпендикулярной к оси колеса и проходящей через стенку первой полки, по существу образовано первым отрезком прямой с первой стороны пера и вторым отрезком прямой со второй стороны пера, и каждый из первого и второго отрезков образует угол, составляющий 90°-180°/N, с обеих сторон пера.

В одном варианте осуществления второй конец лопатки имеет вторую полку; на втором участке длины лопатки в аксиальном направлении сечение в плоскости, перпендикулярной к оси колеса и проходящей через стенку второй полки, по существу образовано третьим отрезком прямой с первой стороны пера и четвертым отрезком прямой со второй стороны пера, и каждый из третьего и четвертого отрезков образует угол, составляющий 90°-180°/N, относительно радиального направления с обеих сторон пера.

Первый и второй участки длины лопатки в аксиальном направлении предпочтительно являются идентичными.

Таким образом, в данном варианте осуществления изготовление лопатки особенно упрощено. В частности, вследствие вышеуказанной формы стенок полок лопатки стенки полок венца и хвостовика параллельны друг другу на концах лопатки: то есть, сечения стенок полок венца и хвостовика в плоскости, перпендикулярной к оси колеса, как на стороне нагнетания, так и на стороне всасывания лопатки, образованы по существу соответствующими отрезками для стенок полок венца и хвостовика, и данные два отрезка параллельны друг другу.

Таким образом, с обеих сторон лопатки направления изготовления венца и хвостовика параллельны. Следовательно, способ изготовления и, как правило, производственная оснастка, следовательно, могут быть относительно простыми.

В одном варианте осуществления первая полка имеет край, который по существу является продолжением переднего края лопатки, и/или край, который по существу является продолжением заднего края лопатки.

Было обнаружено, что наличие края в этом или этих местах не вызывает чрезмерного возмущения потока текучей среды вокруг лопатки, но обеспечивает возможность использования оснастки простой формы для изготовления лопатки.

В соответствии с изобретением также разработаны облопаченное колесо, имеющее N лопаток, подобных определенным выше, а также турбомашина, в частности, двухкаскадная турбомашина, имеющая турбину низкого давления с таким облопаченным колесом.

Вторая задача изобретения состоит в том, чтобы предложить способ (примечание: в дальнейшем везде вместо “метод” печатать “способ”) моделирования стенки полки для лопатки, который обеспечивает возможность задать лопатку, которую особенно легко изготавливать, в частности, по сравнению с лопатками по предшествующему уровню техники.

Данная задача решается при моделировании стенки полки лопатки посредством использования следующих этапов:

создания - с помощью компьютера - цифровой модели стенки полки таким образом, чтобы на первом участке длины лопатки в аксиальном направлении и, возможно, на всей длине лопатки в аксиальном направлении сечение стенки полки в плоскости, перпендикулярной к оси колеса, по существу образовывало первый отрезок прямой с первой стороны пера и второй отрезок прямой со второй стороны пера, и каждый из первого и второго отрезков образовывал угол, составляющий 90°-180°/N, относительно радиального направления с обеих сторон пера, и чтобы полка лопатки имела вид образованной как одно целое с пером.

Термин «радиальное направление» используется в данном документе для обозначения направления, которое является радиальным на пере лопатки.

Данный метод обеспечивает возможность получения цифровой модели лопатки, определенной выше.

Для обеспечения возможности создания цифровой модели стенки первой полки лопатки метод может включать следующие этапы:

определение теоретической поверхности для пера, задаваемой относительно оси облопаченного колеса; и

задание первой пространственной кривой для лопатки.

В этом случае первая пространственная кривая обеспечивает возможность создания опорной поверхности стенки полки.

В качестве примера первая пространственная кривая может быть построена следующим образом: метод может включать этап, во время которого определяют теоретическую поверхность пера, и после этого первую пространственную кривую определяют таким образом, чтобы она проходила от входной стороны к выходной стороне теоретической поверхности пера по ходу потока, проходя прямо через нее, и чтобы в радиальном направлении она находилась по существу на таком же расстоянии от оси, что и линия пересечения между теоретической поверхностью пера и теоретической поверхностью стенки полки.

Кроме того, предпочтительно существует возможность определения первой пространственной кривой таким образом, что снаружи теоретической поверхности пера первая пространственная кривая будет находиться в пределах теоретической поверхности стенки полки.

Данные условия делают простым задание первой пространственной кривой таким образом, что стенка полки, которая создается, будет близка к теоретической поверхности для стенки полки. Данная поверхность представляет собой поверхность стенки полки, которую рассчитывают в принципе для обеспечения наличия полки, которая является идеальной с аэродинамической точки зрения. Следовательно, рассчитанная стенка полки имеет аэродинамические характеристики высокого уровня.

Кроме того, существует возможность предпочтительно задать первую пространственную кривую таким образом, чтобы ее пересечение с теоретической поверхностью для стенки полки было образовано точно двумя точками.

Кроме того, существует возможность предпочтительно задать первую пространственную кривую таким образом, чтобы для, по меньшей мере, одного направления, а именно вышеупомянутого направления изготовления, вблизи теоретической поверхности для стенки полки имелся угол между нормалью к теоретической поверхности пера и указанным направлением, который представляет собой острый угол или прямой угол, как на стороне нагнетания, так и на стороне всасывания.

Для выполнения данного критерия первая пространственная кривая может, в частности, пересекать теоретическую поверхность пера в точках, в которых нормаль перпендикулярна к намеченному направлению изготовления.

Вышеупомянутые методы расчета первой пространственной кривой делают возможным получение первой пространственной кривой, которая обеспечивает хорошую «поддержку» для расчета стенки первой полки.

При этом первую пространственную кривую используют при расчете стенки полки.

Различные способы могут обеспечить возможность создания стенки полки.

Например, можно начать с создания опорной поверхности стенки полки, которую определяют таким образом, чтобы на всей длине первой пространственной кривой в аксиальном направлении сечение опорной поверхности стенки полки в плоскости, перпендикулярной к оси, было образовано отрезком прямой.

Опорная поверхность стенки полки представляет собой поверхность, используемую для образования стенки полки надлежащим образом: с обеих сторон пера стенку полки создают из опорной поверхности стенки полки, в частности, посредством операций задания границ (ограничения), в частности, для задания границ (ограничения) опорной поверхности стенки полки на пограничной кривой, которая представляет собой кривую, которая по существу задает границу между двумя соседними лопатками (при игнорировании какого-либо зазора между лопатками).

Таким образом, вышеописанная первая пространственная кривая может быть использована для создания опорной поверхности стенки полки различными способами.

В одном варианте осуществления опорную поверхность стенки полки создают посредством выполнения следующих операций:

задания второй пространственной кривой для лопатки посредством применения поворота первой пространственной кривой на угол 360°/N вокруг оси колеса; и

задания опорной поверхности стенки полки (опорной поверхности стенки первой полки) посредством смещения отрезка прямой, который перемещается при его прилегании к первой и второй пространственным кривым.

Термин «прилегание к» используется в данном документе для обозначения того, что отрезок прямой всегда остается в контакте с обеими пространственными кривыми.

Отрезок прямой перемещается, всегда оставаясь в плоскости, перпендикулярной к оси колеса.

Таким образом, стенку полки создают таким образом, что она будет включать в себя часть данной опорной поверхности стенки полки. Стенку полки получают из опорной поверхности стенки полки, в частности, путем ее ограничения на пограничной кривой, определяющей границу между соседними лопатками.

Поскольку она создана посредством смещения отрезка прямой, который перемещается по первой и второй пространственным кривым, прилегая к ним, на всей длине пространственных кривых в аксиальном направлении (относительно оси облопаченного колеса), сечение опорной поверхности стенки полки соответствует плоскости, которая перпендикулярна к данной оси, и образовано отрезком прямой.

При создании опорная поверхность стенки полки, подобная определенной выше, проходит только с одной стороны по отношению к теоретической поверхности пера, то есть к стороне нагнетания или к стороне всасывания. Для создания опорной поверхности стенки полки со второй стороны по отношению к теоретической поверхности пера можно, например, выполнить следующую операцию:

создание второй опорной поверхности стенки полки посредством применения второго поворота первой опорной поверхности стенки полки относительно оси на угол -360°N (при этом первый поворот, который был использован для создания второй пространственной кривой, и второй поворот выполняют в противоположных направлениях).

При этом стенку полки задают таким образом, чтобы она включала в себя в аксиальном направлении, по меньшей мере, на части первой пространственной кривой два участка соответственно первой и второй опорных поверхностей стенки полки, которые расположены с обеих сторон теоретической поверхности пера.

Создание стенки полки требует, в частности, удаления из первой и второй опорных поверхностей стенки полки тех участков поверхностей, которые не должны образовывать части стенки полки. Это относится, в частности, к участкам опорных поверхностей стенки полки, которые:

расположены внутри теоретической поверхности пера; и/или

расположены между теоретической поверхностью пера и соединительными галтелями, соединяющими ее с одной из теоретических опорных поверхностей стенки полки.

Создание стенки полки завершают путем ограничения ее поверхности посредством пограничных кривых с обеих сторон пера.

В соответствии с изобретением также разработан способ изготовления лопатки для облопаченного колеса турбомашины, при этом первый конец лопатки имеет первую полку, образующую поверхность стенки полки, обращенную к перу лопатки, при этом для образования стенки полки используют метод моделирования стенки полки, подобный определенному выше, и первую полку изготавливают за одно целое с пером.

В данном способе лопатку предпочтительно изготавливают главным образом литьем.

Изобретение также относится к выполнению метода моделирования стенки полки, подобного определенному выше, посредством использования инструментального средства CATIA (зарегистрированный товарный знак) для автоматизированного проектирования (CATIA – Computer-Assisted Three-dimensional Interactive Application).

В завершение, в соответствии с изобретением также разработаны компьютерная программа, включающая в себя команды для обеспечения возможности выполнения компьютером этапов метода моделирования стенки полки, определенного выше, машиночитаемый носитель информации, на котором хранится компьютерная программа, определенная выше, и компьютер, включающий в себя носитель информации, определенный выше.

Изобретение в дальнейшем поясняется описанием неограничительных вариантов его осуществления со ссылками на сопровождающие чертежи, на которых:

фиг. 1 представляет собой схематический вид в изометрии лопатки по изобретению;

фиг. 2 представляет собой местный схематический вид в изометрии турбомашины, показывающий облопаченное колесо, включающее в себя лопатки, идентичные лопаткам, показанным на фиг. 1;

фиг. 3 представляет собой схематический вид в изометрии цифровой модели лопатки по фиг. 1 во время ее создания посредством метода моделирования по изобретению;

фиг. 4 представляет собой схематический вид, который является радиальным по отношению к оси облопаченного колеса и показывает цифровую модель лопатки по фиг. 1 во время ее создания посредством метода моделирования по изобретению; и

фиг. 5 представляет собой схематический вид - если смотреть вдоль оси облопаченного колеса - цифровой модели лопатки по фиг. 1 во время ее создания посредством метода моделирования по изобретению.

Фиг. 1 показывает три идентичные лопатки 10, представляющие один вариант осуществления изобретения. Каждая из лопаток 10 предназначена для сборки вместе с N-1 идентичными лопатками 10 для образования облопаченного колеса 100, содержащего N лопаток (фиг. 2).

Само облопаченное колесо 100 образует компонент турбомашины 110.

В колесе 100 лопатки 10 смонтированы на диске 12 ротора осесимметрично вокруг оси Х колеса. Когда колесо используется, поток текучей среды проходит вдоль оси Х от входной стороны к выходной стороне колеса.

В нижеприведенном описании элементы, соответствующие входной стороне, обозначены “u” (upstream), в то время как элементы, соответствующие выходной стороне, обозначены “d” (downstream).

Каждая лопатка 10 содержит расположенные последовательно в радиальном направлении, проходящем наружу от колеса: хвостовик 14, перо 16 и венец 18.

Таким образом, хвостовик 14 и венец 18 образуют два конца лопатки. Они включают в себя соответствующие полки 13 и 22. Данные полки 13 и 22 проходят в направлении, которое является по существу перпендикулярным к продольному направлению пера 16 (которое представляет собой радиальное направление R для лопатки 10).

Полка 13 хвостовика имеет стенку 15 полки, и полка 22 венца имеет стенку 24 полки.

На радиальном виде стенка 15 полки образует контур, который является приблизительно прямоугольным и образован входным краем 17u, выходным краем 17d, краем 17ps на стороне нагнетания и краем 17ss на стороне всасывания.

Стенка 15 полки образована из двух взаимодополняющих частей: части 15ps, расположенной на стороне нагнетания, и части 15ss, расположенной на стороне всасывания аэродинамического профиля/пера.

Стенка 15 полки соединена с поверхностью пера 16 посредством соединительных поверхностей 20 (которые представляют собой по существу соединительные галтели с изменяющимся радиусом).

Ниже описан метод моделирования, используемый для задания формы лопатки 10 в соответствии с изобретением.

Данный метод включает следующие операции:

а) определение теоретической поверхности пера;

b) определение теоретической поверхности стенки полки;

с) определение пространственных кривых для лопатки; и

d) создание стенки полки.

Данные операции выполняются на компьютере посредством использования программы для автоматизированного проектирования, например, такой как программное обеспечение CATIA (зарегистрированный товарный знак) от компании Dassault Systèmes.

Таким образом, различные операции создания, упомянутые ниже, представляют собой операции создания трехмерных объектов, при этом указанные объекты определены в виртуальной трехмерной среде или пространстве.

а) ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ ПЕРА

Сначала создают теоретическую поверхность 30 пера. Данная поверхность представляет собой наружную поверхность, желательную для пера 16. Данная поверхность зависит, в частности, от аэродинамических ограничений, которые применимы для пера; перо образовано спинкой 30ss (стороной всасывания) и корытом 30ps (стороной нагнетания), и оно имеет передний край 36 и задний край 38 (фиг. 3).

b) ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ СТЕНКИ ПОЛКИ

После этого создают или определяют теоретическую поверхность 40 стенки полки хвостовика и теоретическую поверхность 60 стенки полки венца. Каждая из данных поверхностей по существу имеет форму, желательную для внутреннего или наружного кожуха, определяющего границы проточного канала для прохода газа сквозь облопаченное колесо.

Поверхности 40, 60 проходят в аксиальном направлении перед и за пограничными кривыми (40U, 40D, 60U, 60D) относительно направления потока, при этом указанные кривые определяют протяженность в аксиальном направлении и площадь у основания лопатки, которая должна быть определена.

В описываемом примере поверхности 40 и 60 представляют собой поверхности вращения, определяемые вокруг оси А. При этом теоретические поверхности для стенки полки, которые не являются поверхностями вращения, также могут быть использованы в пределах объема изобретения, например, поверхности, приводящие к образованию так называемых «трехмерных» полок, которые включают в себя локальные выступы и/или углубления.

Термин «поверхность вращения» вокруг оси используется в данном документе для обозначения поверхности, создаваемой вращением кривой вокруг оси.

с) СОЗДАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННЫХ КРИВЫХ ЛОПАТКИ

После определения вспомогательных объектов, которые образованы теоретическими поверхностями (30; 40, 60) пера и стенок полок, создают первые пространственные кривые 45 и 65 соответственно для полки 13 хвостовика 14 и для полки 22 венца 18 лопатки 10.

Для этого определяют кривую линию 44 пересечения между теоретической поверхностью 30 пера и теоретической поверхностью 40 стенки полки хвостовика.

Также определяют кривую линию 64 пересечения между теоретической поверхностью 30 пера и теоретической поверхностью 60 стенки полки венца.

После этого для лопатки задают направления изготовления. Они заданы парой (нормализованных) векторов Dps, Dss. Данные векторы определяют соответственно для двух сторон пера направления, которые обеспечивают возможность задания способа изготовления, который используется для пера. Например, они определяют направления извлечения из формы и т.д.

Если смотреть вдоль оси Х облопаченного колеса, каждый из векторов Dps и Dss находится под углом α, равным 90°-180°/N, относительно радиального направления R, при этом N представляет собой число лопаток в облопаченном колесе (фиг. 5), и, таким образом, угол при вершине (на оси Х) между двумя соседними лопатками равен 360°/N.

Напротив, в проекции на плоскость, перпендикулярную к радиальному направлению, векторы Dps и Dss ориентированы в противоположных направлениях (фиг. 4).

Таким образом, векторы Dps и Dss являются симметричными по отношению друг к другу относительно плоскости, проходящей в радиальном направлении (R) через теоретическую поверхность 30 пера и содержащей ось Х облопаченного колеса.

Далее следует подробное описание того, как определяются направления изготовления (векторы Dps и Dss) и первая пространственная кривая 45 для полки 13 хвостовика, при этом такой же способ впоследствии используется для определения первой пространственной кривой 65 для полки 22 венца.

Для данной кривой линии пересечения между теоретической поверхностью лопатки и теоретической поверхностью стенки полки (в представленном примере кривая линия пересечения представляет собой кривую 44) каждое направление изготовления (определяемое парой векторов Dps и Dss) соответствуют паре точек (U, D), называемых «предельными точками», которые определены следующим образом:

Две предельные точки (U, D) представляют собой пару точек, по существу расположенных соответственно вблизи переднего края 36 и вблизи заднего края 38 лопатки, которые образуют часть рассматриваемой кривой линии пересечения (кривой 44) и которые разделяют ее на два взаимодополняющих участка (44ps и 44ss), ассоциируемых соответственно с векторами Dps и Dss, и при этом в каждой точке на каждом из данных участков (44ps и 44ss) угол, образуемый нормалью к теоретической поверхности пера в рассматриваемой точке, представляет собой острый угол или прямой угол относительно соответствующего вектора Dps или Dss.

Другими словами, в каждой точке на одном из данных криволинейных участков теоретическая поверхность пера образует неотрицательную конусность относительно вектора Dps, Dss, соответствующего данному криволинейному участку.

В целом это означает, что на радиальном виде (фиг. 4) касательная к кривой линии пересечения (к кривой 44) в предельных точках (U, D) будет параллельна к направлению (Dps, Dss) изготовления, как показано на фиг. 4.

Таким образом, направление изготовления (пару векторов Dps и Dss) выбирают, тем самым задавая пару предельных точек U, D.

После этого первую пространственную кривую 45 для полки хвостовика задают так, чтобы она соответствовала следующим ограничениям:

кривая 45 должна проходить через предельные точки U и D;

она должна проходить перед и за соответствующими расположенными выше и ниже по потоку, пограничными кривыми 40U и 40D теоретической поверхности 40 стенки полки относительно направления потока; и

она должна соединять вместе точки U и D, не пересекая теоретическую поверхность 30 пера между данными точками.

Таким образом, первая пространственная кривая 45 содержит:

участок 45i внутри кривой 44, концы которого находятся в точках U и D. На радиальном виде (фиг. 4) данный криволинейный участок 45i проходит внутри кривой 44; и

два криволинейных участка 45u и 45d, которые образованы на теоретической поверхности 40 стенки полки хвостовика соответственно от точки U до кривой 40u и от точки D до кривой 40d.

После этого вторую пространственную кривую 45ps создают посредством поворота первой пространственной кривой 45 на угол 360°/N относительно оси Х.

Затем первую и вторую пространственные кривые 65, 65ps для полки 22 венца создают аналогичным образом.

d) СОЗДАНИЕ СТЕНОК ПОЛОК ХВОСТОВИКА И ВЕНЦА

Сначала создают стенку 15 полки хвостовика посредством выполнения следующих операций:

опорную поверхность 46 стенки полки создают путем смещения отрезка прямой, который перемещается, продолжая прилегать к или находиться в контакте с первой пространственной кривой 45 и второй пространственной кривой 45ps.

Сечение опорной поверхности 46 стенки полки в плоскости, перпендикулярной к оси Х, показано на фиг. 5.

Поскольку поверхность 46 создана посредством смещения отрезка прямой между двумя кривыми 45 и 45ps на всей протяженности кривой 45 в аксиальном направлении, сечение опорной поверхности 46 стенки полки в плоскости, перпендикулярной к оси, представляет собой отрезок 48 прямой.

затем создают стенку 15 полки.

Для выполнения этого сначала рассчитывают поверхности 20 для соединительных галтелей между теоретической поверхностью 30 пера и опорной поверхностью 46 стенки полки на стороне нагнетания.

После этого опорную поверхность 46 стенки полки ограничивают у концов поверхностей 20 соединительных галтелей.

Перед и за теоретической поверхностью 30 пера относительно направления потока опорная поверхность стенки полки проходит до первой пространственной кривой 45.

После этого исходно задают или создают желательную пограничную кривую 52, определяющую границы полок соседних лопаток. Затем опорную поверхность 46 стенки полки разделяют на два участка 46ps и 46ss, которые разделены пограничной кривой.

Затем участок 46ss опорной поверхности 46 стенки полки подвергают повороту на угол -360°/N вокруг оси Х; таким образом, участок 46ss, для которого применяют данный поворот, будет расположен относительно теоретической поверхности пера со стороны всасывания.

Сначала рассчитывают поверхности 20 соединительных галтелей между теоретической поверхностью 30 пера и опорной поверхностью 46ss стенки полки на стороне всасывания.

После этого опорную поверхность 46ss стенки полки ограничивают у концов поверхностей 20 соединительных галтелей.

Данный участок 46ss (расположенный со стороны всасывания теоретической поверхности 30 пера) и участок 46ps вместе образуют стенку 15 полки 13 хвостовика 14 лопатки 10.

(В другом варианте осуществления только часть вышеупомянутых поверхностей 46ss и 46ps используют для создания стенки 15 полки. Помимо данных частей поверхностей 46ss и 46ps стенка 15 полки при этом также имеет поверхности, отличные от поверхностей 46ss и 46ps, например, участки поверхностей, которые не являются поверхностями вращения).

Перед и за пером 16 по ходу потока участки 46ss и 46ps опорной поверхности стенки полки являются соседними и образуют выступающий край на первой пространственной кривой 45, то есть на кривых 45u и 45d.

Напротив, на пограничной кривой 52 соседние поверхности 46ps и 46ss имеют идеальную непрерывность.

При создании с обеих сторон теоретической поверхности 30 пера сечения 48ss и 48ps участков 46ss и 46ps опорной поверхности стенки полки образуют угол α, равный 90°-180°/N, относительно радиального направления R (фиг. 5).

Из этого также следует, что на всей длине лопатки в аксиальном направлении сечение в плоскости, перпендикулярной к оси колеса и проходящей через стенку 15 полки, образует первый отрезок 48ps прямой с первой стороны пера и второй отрезок 48ss прямой со второй стороны пера; каждый из данных первого и второго отрезкой 48ss и 48ps образует угол, который составляет 90°-180°/N, с обеих сторон пера относительно радиального направления R.

Стенку 24 полки венца создают так же, как стенку 15 полки хвостовика.

Следовательно, сечения опорных поверхностей для стенок полок венца и хвостовика образуют отрезки 48, 68 прямых в плоскости, перпендикулярной к оси Х.

Теоретическая поверхность 30 пера ограничена у соединительных галтелей 20 на стороне хвостовика. Она ограничена таким же образом у соединительных галтелей 72, которые созданы на стороне венца.

Создание цифровой модели всей лопатки затем завершают включением в нее, в частности, стенок 15 и 24 полок, соединительных галтелей 20 и 72 и теоретической поверхности 30 пера после наложения ограничений.

После этого лопатка 10 может быть изготовлена с формой, заданной посредством цифровой модели, определенной таким образом.

Разработана лопатка для облопаченного колеса турбомашины, имеющего N лопаток. На одном конце лопатка имеет полку, которая образована как одно целое с пером лопатки. На части длины лопатки в аксиальном направлении сечение стенки полки в плоскости, перпендикулярной к оси (Х) колеса, образовано в основном двумя первыми отрезками прямых, расположенными соответственно с двух сторон пера. Каждый из данных отрезков образует угол, составляющий 90-180°/N, относительно радиального направления с обеих сторон пера. Достигается упрощение изготовления. 6 н. и 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Лопатка для облопаченного колеса турбомашины, имеющего N лопаток, расположенных вокруг оси колеса,

при этом первый конец лопатки имеет первую полку, образующую поверхность, упоминаемую как «стенка полки», на стороне, обращенной к перу лопатки;

отличающаяся тем, что первая полка образована как одно целое с пером, и тем, что на первом участке длины лопатки в аксиальном направлении сечение в плоскости, перпендикулярной к оси колеса и проходящей через стенку первой полки, образовано по существу первым отрезком прямой с первой стороны пера и вторым отрезком прямой со второй стороны пера, и каждый из первого и второго отрезков образует угол, составляющий 90-180°/N, относительно радиального направления с обеих сторон пера.

2. Лопатка по п. 1, в которой на всей длине лопатки в аксиальном направлении сечение в плоскости, перпендикулярной к оси колеса и проходящей через стенку первой полки, образовано по существу первым отрезком прямой с первой стороны пера и вторым отрезком прямой со второй стороны пера, и каждый из первого и второго отрезков образует угол, составляющий 90-180°/N, относительно радиального направления с обеих сторон пера.

3. Лопатка по п. 1, в которой второй конец лопатки имеет вторую полку;

на втором участке длины лопатки в аксиальном направлении сечение в плоскости, перпендикулярной к оси колеса и проходящей через стенку второй полки, по существу образовано третьим отрезком прямой с первой стороны пера и четвертым отрезком прямой со второй стороны пера; и

каждый из третьего и четвертого отрезков образует угол, составляющий 90-180°/N, относительно радиального направления с обеих сторон пера.

4. Лопатка по п. 1, в которой первая полка имеет край, который по существу является продолжением переднего края лопатки, и/или край, который по существу является продолжением заднего края лопатки.

5. Лопатка по п. 1, в которой указанный первый участок длины лопатки в аксиальном направлении проходит перед пером и/или за пером по ходу потока.

6. Облопаченное колесо, включающее в себя некоторое число N лопаток по любому из пп. 1-5.

7. Турбомашина, включающая в себя облопаченное колесо по п. 6.

8. Турбомашина, включающая в себя облопаченное колесо по п. 6, при этом турбомашина представляет собой двухкаскадную турбомашину, имеющую турбину низкого давления.

9. Способ изготовления стенки полки для лопатки для облопаченного колеса турбомашины, имеющего N лопаток, расположенных вокруг оси колеса;

при этом первый конец лопатки имеет первую полку, образующую поверхность, упоминаемую как «стенка полки», на стороне, обращенной к перу лопатки;

отличающийся тем, что включает следующие этапы:

производят расчет стенки полки таким образом, чтобы

на первом участке длины лопатки в аксиальном направлении сечение стенки полки в плоскости, перпендикулярной к оси колеса, имело первый отрезок прямой с первой стороны пера лопатки и второй отрезок прямой со второй стороны пера, и каждый из первого и второго отрезков образовывал угол, составляющий 90-180°/N, относительно радиального направления с обеих сторон пера, и изготавливают полку лопатки таким образом, чтобы полка лопатки была образована как одно целое с пером.

10. Способ по п. 9, в котором указанный первый участок длины пера в аксиальном направлении проходит перед пером и/или за пером по ходу потока.

11. Способ по п. 9, дополнительно включающий следующие этапы:

определяют теоретическую поверхность для пера, задаваемую относительно оси облопаченного колеса;

задают первую пространственную кривую для лопатки; и

задают вторую пространственную кривую посредством применения поворота первой пространственной кривой на угол 360°/N вокруг оси колеса;

при этом для создания стенки полки опорную поверхность стенки полки создают путем смещения отрезка прямой, который перемещается при его прилегании к первой и второй пространственным кривым, и стенку полки создают так, чтобы она включала в себя часть указанной опорной поверхности стенки полки, ограниченную пограничной кривой, которая по существу определяет границу между двумя соседними лопатками.

12. Способ по п. 11, дополнительно включающий следующий этап:

определяют теоретическую поверхность для стенки полки;

после чего первую пространственную кривую определяют таким образом, чтобы она проходила от зоны перед теоретической поверхностью пера по ходу потока к зоне за теоретической поверхностью пера по ходу потока, проходя прямо через нее, и чтобы в радиальном направлении она находилась по существу на таком же расстоянии от оси, что и линия пересечения между теоретической поверхностью пера и теоретической поверхностью стенки полки.

13. Способ по п. 12, в котором первую пространственную кривую определяют таким образом, чтобы снаружи теоретической поверхности пера первая пространственная кривая находилась в пределах теоретической поверхности стенки полки.

14. Способ изготовления лопатки для облопаченного колеса турбомашины, при этом первый конец лопатки имеет первую полку, образующую поверхность, упоминаемую как стенка полки, на стороне, обращенной к перу лопатки, отличающийся тем, что для образования стенки полки используют способ изготовления стенки полки по любому из пп. 9-13, причем первую полку образуют за одно целое с пером.