ОСЕВАЯ ТУРБОМАШИНА И ЕЕ ЛОПАТКА Российский патент 2020 года по МПК F01D5/14 

Область техники

Настоящее изобретение относится к осевой турбомашине и ее лопатке.

Уровень техники

Лопатка, раскрытая, например, в документе JP–2010–156338–A, известна как лопатка, включенная в осевую турбомашину.

Сущность изобретения

Осевая турбомашина включает в себя галтель, которая образована, например, на основании, или соединение с торцевой стенкой или т.п. платформы профильного участка лопатки для повышения прочности при центробежном напряжении лопатки ротора. Однако расстояние d между внешней периферийной поверхностью профильного участка лопатки и краем торцевой стенки является небольшим. В некоторых случаях в связи с этим радиус R галтели не меньше, чем расстояние d.

В общем радиус R галтели стандартизирован по всей периферии так, что краевой участок, расположенный в направлении профильного участка лопатки галтели, или границы между галтелью и профильным участком лопатки, имеет постоянную высоту от торцевой стенки по всей периферии профильного участка лопатки. В связи с этим в области, в которой расстояние d меньше радиуса R, галтель имеет такую форму, как если бы ее середина была вырезана, для создания разности уровней между галтелью и поверхностью торцевой стенки. Поверхность торцевой стенки образует поверхность стенки канала потока для рабочей текучей среды. В связи с этим значительная разность уровней, создаваемая галтелью, приводит к ухудшению аэродинамических характеристик. Поверхностные отклонения могут быть уменьшены, когда радиус R галтели установлен как минимальное значение расстояния d. Однако в таком случае галтель будет слишком маленькой. В результате концентрация центробежного напряжения может неблагоприятно влиять на надежность лопатки.

Настоящее изобретение обеспечивает осевую турбомашину и ее лопатку, которые выполнены с возможностью обеспечения высоких аэродинамических характеристик и высокой надежности лопатки хорошо сбалансированным образом.

В соответствии с аспектом настоящего изобретения обеспечена лопатка для осевой турбомашины. Лопатка включает в себя профильный участок лопатки, торцевую стенку и галтель. Торцевая стенка имеет поверхность стенки канала потока, которая расположена по меньшей мере на стороне втулки профильного участка лопатки, имеющего сторону вершины и сторону втулки, и предназначена для разделения части кольцевого канала потока рабочей текучей среды. Галтель расположена на границе между профильным участком лопатки и поверхностью стенки канала потока по всей периферии профильного участка лопатки. Галтель снаружи имеет такую форму, что она имеет дугообразную криволинейную поверхность, имеющую радиус R, если смотреть в сечении, перпендикулярном поверхности стенки канала потока и поверхности лопатки профильного участка лопатки. Узкий участок, имеющийся на поверхности стенки канала потока, выполнен так, что расстояние d между внешним краем проекции профильного участка лопатки на поверхность стенки канала потока и внешним краем поверхности стенки канала потока меньше, чем максимальное значение радиуса R галтели. Когда высота берется в направлении длины лопатки от поверхности стенки канала потока, верхний конец дугообразной криволинейной поверхности галтели на узком участке расположен ниже, чем верхний конец дугообразной криволинейной поверхности галтели в другом месте, а нижний конец дугообразной криволинейной поверхности совпадает с поверхностью стенки канала потока по всей периферии профильного участка лопатки, включая узкий участок.

Настоящее изобретение позволяет обеспечить высокие аэродинамические характеристики и высокую надежность лопатки хорошо сбалансированным образом.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой частичный вид в сечении газовой турбины, которая является примером турбомашины, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий основные части лопатки в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее лопатку в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения, если смотреть сверху по потоку рабочей текучей среды;

Фиг. 4 представляет собой вид в сечении лопатки, взятый вдоль линии IV–IV, показанной на Фиг. 3;

Фиг. 5 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее форму лопатки в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 6 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее лопатку в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения, если смотреть сверху по потоку рабочей текучей среды;

Фиг. 7 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее лопатку в соответствии с третьим вариантом выполнения настоящего изобретения, если смотреть сверху по потоку рабочей текучей среды;

Фиг. 8 представляет собой вид в сечении лопатки, взятый вдоль линии VIII–VIII, показанной на Фиг. 7;

Фиг. 9 представляет собой вид в сечении лопатки в соответствии с четвертым вариантом выполнения настоящего изобретения;

Фиг. 10 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий основные части лопатки в соответствии с известным уровнем техники; и

Фиг. 11 представляет собой вид лопатки в соответствии с известным уровнем техники, если смотреть сверху по потоку рабочей текучей среды.

Описание предпочтительных вариантов выполнения изобретения

Варианты выполнения настоящего изобретения будут описаны со ссылкой на сопровождающие чертежи.

Первый вариант выполнения

Турбомашина

Фиг. 1 представляет собой частичный вид в сечении газовой турбины, которая является примером турбомашины, в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Газовая турбина, проиллюстрированная на Фиг. 1, включает в себя компрессор 10, камеру 20 сгорания и турбину 30. Компрессор 10 всасывает и сжимает атмосферный воздух A1. Камера 20 сгорания принимает сжатый воздух A2 из компрессора 10 и сжигает топливо F, смешанное с принятым сжатым воздухом A2. Турбина 30 приводится в движение газом G1 сгорания из камеры 20 сгорания.

Ротор 11 компрессора 10 и ротор 31 турбины 30 соосно соединены друг с другом. В качестве нагрузочного оборудования, например, к ротору 11 или ротору 31 подключен генератор. Соответственно, генератор вращается вместе с ротором 31 турбины 30 для преобразования энергии вращения ротора 31 в электрическую энергию. Газ G2 сгорания, который передал ротору 31 полезную мощность, выпускается из газовой турбины, подается, например, в устройство очистки, а затем выбрасывается. В некоторых случаях в качестве нагрузочного оборудования может быть подключен насос для использования газовой турбины в качестве первичного двигателя для насоса.

Ротор 11 компрессора 10 размещен с возможностью вращения в кожухе 9, который представляет собой внешнюю оболочку газовой турбины. Ротор 11 выполнен так, что множество дисков 13, имеющих множество лопаток 12 ротора, расположенных по периферии на внешней периферии, поочередно установлены в осевом направлении. Кроме того, кольцевая решетка лопаток 14 статора закреплена внутри кожуха 9 на каждом ступенчатом участке таким образом, чтобы она была обращена к передним концам лопаток 12 ротора. То есть один ступенчатый участок образован одной кольцевой решеткой лопаток 12 ротора и одной кольцевой решеткой лопаток 14 статора, обращенной к переднему концу кольцевой решетки лопаток 12 ротора.

Камера 20 сгорания включает в себя жаровую трубу 21 камеры сгорания и выходную трубу 22 в дополнение к элементам, которые не проиллюстрированы, например, внешнему кожуху и горелке. Жаровая труба 21 камеры сгорания образует камеру сгорания для сжигания топлива F, смешанного со сжатым воздухом A2. Выходная труба 22 соединяет жаровую трубу 21 камеры сгорания с турбиной 30. Внешний кожух окружает жаровую трубу 21 камеры сгорания и выходную трубу 22. Между жаровой трубой 21 камеры сгорания, выходной трубой 22 и внешним кожухом образуется цилиндрический воздушный канал.

Ротор 31 турбины 30 размещен с возможностью вращения в кожухе 9. Ротор 31 выполнен так, что множество разделителей 34 и множество дисков 33, имеющих множество лопаток 32 ротора, расположенных по периферии на внешней периферии, поочередно установлены в осевом направлении. Кроме того, кольцевая решетка лопаток 35 статора закреплена внутри кожуха 9 на каждом ступенчатом участке таким образом, чтобы она была обращена к задним концам лопаток 12 ротора. То есть один ступенчатый участок образован одной кольцевой решеткой лопаток 32 ротора и одной кольцевой решеткой лопаток 35 статора, обращенной к заднему концу кольцевой решетки лопаток 32 ротора.

В газовой турбине, проиллюстрированной на Фиг. 1, лопатки 12 ротора и лопатки 14 статора компрессора 10, а также лопатки 32 ротора и лопатки 35 статора турбины 30 могут соответствовать лопаткам в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения. Кроме того, хотя в данном примере проиллюстрирована газовая турбина, настоящее изобретение также применимо к лопаткам ротора и лопаткам статора паровой турбины. Кроме того, хотя Фиг. 1 иллюстрирует одновальную газовую турбину, настоящее изобретение также применимо к двухвальной газовой турбине. Далее лопатки 12 ротора компрессора 10 будут подробно описаны в качестве характерного примера конструкции лопаток в соответствии с вариантом выполнения настоящего изобретения.

Лопатки

Фиг. 2 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий основные части лопатки в соответствии с первым вариантом выполнения настоящего изобретения. Фиг. 3 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее лопатку, проиллюстрированную на Фиг. 2, если смотреть сверху по потоку рабочей текучей среды, или если смотреть в направлении стрелки III, показанной на Фиг. 2. Фиг. 4 представляет собой вид в сечении лопатки, взятый вдоль линии IV–IV, показанной на Фиг. 3. Фиг. 5 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее форму лопатки в соответствии с первым вариантом выполнения. Лопатка 1, проиллюстрированная на Фиг. 2–5, представляет собой лопатку 12 ротора компрессора 10, как отмечено ранее. Лопатка 12 ротора компрессор 10 включает в себя хвостовой участок 2 лопатки, торцевую стенку 3, профильный участок 4 лопатки и галтель 5. В настоящем варианте выполнения хвостовой участок 2 лопатки, торцевая стенка 3, профильный участок 4 лопатки и галтель 5 выполнены за одно целое, например, лопатка 1 выполнена за одно целое с путем обрезки материала.

Хвостовой участок 2 лопатки используется для крепления лопатки 1 к внешней периферии диска 13, смотри Фиг. 1, компрессора 10.

Торцевая стенка 3 также упоминается как платформа или ласточкин хвост, и ее поверхность, обращенная наружу в радиальном направлении компрессора, образует поверхность 3a стенки канала потока. Поверхность 3a стенки канала потока разделяет часть кольцевого канала потока рабочей текучей среды, то есть канала потока для всасывания и распределения атмосферного воздуха A1. Что касается компрессора 10 в настоящем варианте выполнения, поверхность 3a стенки канала потока ориентирована в направлении переднего конца рабочей текучей среды и наклонена наружу в радиальном направлении компрессора, смотри Фиг. 2.

Профильный участок 4 лопатки имеет конец или хвостовой конец в примере, показанном на Фиг. 2, который поддерживается поверхностью 3a стенки канала потока торцевой стенки 3. Профильный участок 4 лопатки имеет вогнутую переднюю поверхность или поверхность 4a давления и выпуклую заднюю поверхность или поверхность 4b отрицательного давления. Когда предполагается, что центральная поверхность 4c лопатки является криволинейной поверхностью, проходящей через промежуточную точку между передней поверхностью 4a и задней поверхностью 4b перпендикулярного сечения, смотри также Фиг. 4, которое сделано в соответствующем положении в направлении длины лопатки, толщина профильного участка 4 лопатки увеличивается в направлении от передней кромки 4f к центру лопатки вдоль центральной поверхности 4c лопатки и уменьшается в направлении от центра лопатки к задней кромке 4r.

В настоящем варианте выполнения предполагается, что торцевая стенка 3 расположена только на стороне втулки или нижней стороне на Фиг. 2 профильного участка 4 лопатки, имеющего как сторону втулки, так и сторону вершины или верхнюю сторону на Фиг. 2. Однако в некоторых случаях торцевая стенка 3 может иметься на стороне вершины профильного участка 4 лопатки в дополнение к стороне втулки. Торцевая стенка 3, имеющаяся на стороне вершины профильного участка 4 лопатки 12 ротора, также упоминается как интегральная крышка. Что касается лопатки, отличной от лопатки 12 ротора, лопатка 32 ротора турбины 30 аналогична лопатке 12 ротора компрессора 10 в том, что торцевая стенка 3 расположена по меньшей мере на стороне втулки профильного участка 4 лопатки, который имеет как сторону вершины, так и сторону втулки. Торцевая стенка 3 также имеется на стороне втулки или нижней стороне на Фиг. 1 и на стороне вершины или верхней стороне на Фиг. 1 профильного участка 4 лопаток 14 и 35 статора компрессора 10 и турбины 20. Торцевая стенка 3 на стороне втулки также упоминается как внутреннее кольцо диафрагмы, а торцевая стенка 3 на стороне вершины также упоминается как внешнее кольцо диафрагмы. Обе эти торцевые стенки 3 образуют поверхность стенки канала потока, то есть внутреннюю или внешнюю периферийную поверхность стенки кольцевого канала потока рабочей текучей среды или воздуха и газа сгорания.

Галтель

Галтель 5 представляет собой элемент, предназначенный для повышения прочности и расположенный по кольцу на границе между профильным участком 4 лопатки и поверхностью 3a стенки канала потока торцевой стенки 3 по всей периферии профильного участка 4 лопатки. Поверхность галтели 5 представляет собой вогнутую криволинейную поверхность, которая плавно соединяет поверхность лопатки профильного участка 4 лопатки с поверхностью 3a стенки канала потока. Если смотреть, например, в сечении, перпендикулярном поверхности 3a стенки канала потока и поверхности лопатки профильного участка 4 лопатки, галтель 5 снаружи образована дугой, которая имеет радиус R, и которая описывает конец поверхности 3a стенки канала потока и поверхность лопатки профильного участка 4 лопатки. То есть поверхность галтели 5 представляет собой вогнутую дугообразную криволинейную поверхность, сечение которой имеет радиус R. Фиг. 3 показана, если смотреть вдоль поверхности 3a стенки канала потока. В связи с этим, если смотреть в сечении, перпендикулярном поверхности 3a стенки канала потока и поверхности лопатки профильного участка 4 лопатки, галтель 5 имеет такую же внешнюю форму, как проиллюстрировано на Фиг. 3. В настоящем варианте выполнения радиус R галтели 5 в вышеуказанном сечении является постоянным по всей периферийной области профильного участка 4 лопатки.

Здесь расстояние d представляет собой размер, измеренный между внешним краем проекции, которая соответствует заштрихованному участку на Фиг. 4, профильного участка 4 лопатки на поверхность 3a стенки канала потока и внешним краем поверхности 3a стенки канала потока в направлении, перпендикулярном поверхности лопатки профильного участка 4 лопатки, вдоль поверхности 3a стенки канала потока. Поверхность 3a стенки канала потока имеет область, в которой расстояние d меньше максимального значения, которое в настоящем примере зафиксировано как R, радиуса R галтели 5. В настоящем документе область, в которой R>d, называется узким участком 3b. Предполагается, что лопатка, в отношении которой применено настоящее изобретение, имеет узкий участок, обеспеченный по меньшей мере на задней стороне профильного участка лопатки, который имеет как переднюю сторону, так и заднюю сторону. В настоящем варианте выполнения узкий участок 3b имеется как на задней стороне, так и на передней стороне.

Кроме того, когда высота берется в направлении длины лопатки от поверхности 3a стенки канала потока до профильного участка 4 лопатки, предполагается, что высота верхнего конца дугообразной криволинейной поверхности галтели 5 на узком участке 3b составляет h1, смотри Фиг. 5. Высота верхнего конца дугообразной криволинейной поверхности галтели 5 в области, отличной от узкого участка 3b, равна радиусу R. Основным признаком настоящего варианта выполнения является то, что высота верхнего конца дугообразной криволинейной поверхности галтели 5 на узком участке 3b меньше, чем высота верхнего конца дугообразной криволинейной поверхности галтели 5 в области, отличной от узкого участка 3b, то есть h1<R. Таким образом, за счет изменения высоты верхнего конца галтели 5, как описано выше, нижний конец или конец, расположенный в направлении поверхности 3a стенки канала потока, дугообразной криволинейной поверхности галтели 5 совпадает с поверхностью 3a стенки канала потока во всей периферийной области профильного участка 4 лопатки, включая узкий участок 3b. Если смотреть с боковой поверхности торцевой стенки 3, или если смотреть в направлении вращения ротора, нижний конец галтели 5 совпадает с поверхностью 3a стенки канала потока и линейно вытянут в направлении потока рабочей текучей среды без разности уровней, смотри Фиг. 2.

Сравнительный пример

Фиг. 10 представляет собой вид в перспективе, иллюстрирующий основные части лопатки в соответствии с известным уровнем техники. Фиг. 11 представляет собой вид лопатки в соответствии с известным уровнем техники, если смотреть сверху по потоку рабочей текучей среды. Фиг. 10 соответствует Фиг. 2, а Фиг. 11 соответствует Фиг. 3. В сравнительном примере, проиллюстрированном на Фиг. 10 и 11, высота верхнего конца галтели β, взятая от поверхности α стенки канала потока, является постоянной, то есть «=R» независимо от расстояния d. Обратимся к Фиг. 11, расстояния d1 и d2 на задней стороне и передней стороне профильного участка лопатки оба меньше, чем радиус R сечения галтели β. В связи с этим, когда ширина w торцевой стенки γ является небольшой, на нижнем конце дугообразной криволинейной поверхности галтели β возникают высоты h' и h" от поверхности α стенки канала потока. Таким образом, разности уровней, имеющие высоты h' и h", создаются галтелью β относительно поверхности α стенки канала потока на обоих концах торцевой стенки γ в направлении ширины, если смотреть в направлении потока рабочей текучей среды. Высоты h' и h" разностей уровней увеличиваются с уменьшением ширины w торцевой стенки γ относительно профильного участка лопатки и с уменьшением расстояний d1 и d2. Разности уровней неблагоприятно влияют на аэродинамические характеристики.

Между тем, настоящий вариант выполнения выполнен, как проиллюстрировано на Фиг. 5, так что на узком участке 3b галтель 5 сохраняет такой же радиус R, что и галтель, смотри пунктирную линию, в сравнительном примере, и параллельно смещена в направлении поверхности 3a стенки канала потока на величины, эквивалентные высотам h' и h" разностей уровней галтели в сравнительном примере. Вследствие этого полученная конфигурация является такой, что оба конца торцевой стенки 3 в направлении ширины не имеют разности уровней, создаваемой галтелью 5, относительно поверхности 3a стенки канала потока.

Преимущества

(1) Сбалансированное обеспечение аэродинамических характеристик и надежности лопатки

Настоящий вариант выполнения выполнен так, что галтель 5 не создает разности уровней на внешнем крае поверхности 3a стенки канала потока даже на узком участке 3b на поверхности 3a стенки канала потока торцевой стенки 3, как отмечено выше. Это предотвращает ухудшение аэродинамических характеристик, которое может происходить, когда галтель создает разность уровней на внешнем крае поверхности стенки канала потока на узком участке. Кроме того, узкий участок 3b препятствует уменьшению высоты галтели 5 в зависимости от расстояния d. Это предотвращает чрезмерное уменьшение размера всей галтели 5 и обеспечивает высокую надежность. Вследствие этого высокие аэродинамические характеристики и высокая надежность или прочность лопатки могут быть обеспечены хорошо сбалансированным образом. В настоящем варианте выполнения, в частности, радиус R галтели 5 остается неизменным даже на узком участке 3b. Это уменьшает изменения высоты галтели 5 на узком участке 3b и очень эффективно предотвращает снижение прочности.

(2) Простота изготовления

Поскольку радиус R или радиус кривизны дугообразной криволинейной поверхности галтели 5 остается неизменным, галтель 5 может быть легко сформирована и изготовлена.

Второй вариант выполнения

Фиг. 6 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее лопатку в соответствии со вторым вариантом выполнения настоящего изобретения, если смотреть сверху по потоку рабочей текучей среды. Фиг. 6 соответствует Фиг. 3, которая иллюстрирует первый вариант выполнения. Элементы, проиллюстрированные на Фиг. 6 и идентичные или соответствующие элементам лопатки в соответствии с первым вариантом выполнения, обозначены теми же ссылочными позициями, как на предыдущих чертежах, и повторно не описаны. Второй вариант выполнения отличается от первого варианта выполнения формой галтели. Форма галтели, применяемая во втором варианте выполнения, является такой, что нижний конец дугообразной криволинейной поверхности галтели 5 совпадает с поверхностью 3a стенки канала потока только на узком участке 3b задней стороны или правой стороны на Фиг. 6 профильного участка 4 лопатки, имеющего как заднюю сторону, так и переднюю сторону. Радиус R галтели 5 в сечении, перпендикулярном поверхности 3a стенки канала потока и поверхности лопатки профильного участка 4 лопатки, является постоянным во всей периферийной области профильного участка 4 лопатки, как и в случае первого варианта выполнения. На узком участке 3b на передней стороне или левой стороне на Фиг. 6 нижний конец дугообразной криволинейной поверхности галтели 5 имеет разность уровней, имеющую высоту h" относительно поверхности 3a стенки канала потока, как в случае сравнительного примера, смотри Фиг. 11. В остальном второй вариант выполнения является таким же, как первый вариант выполнения.

Разность уровней поверхности стенки канала потока существенно влияет на аэродинамические характеристики на задней стороне профильного участка лопатки. В связи с этим, даже когда конструкция галтели, не создающая разности уровней, применяется только на задней стороне, аэродинамические характеристики значительно улучшаются. Кроме того, машинная обработка упрощается по сравнению с первым вариантом выполнения.

Признаки второго варианта выполнения также применимы к третьему и четвертому вариантам выполнения, описанным ниже.

Третий вариант выполнения

Фиг. 7 представляет собой схематическое изображение, иллюстрирующее лопатку в соответствии с третьим вариантом выполнения настоящего изобретения, если смотреть сверху по потоку рабочей текучей среды. Фиг. 8 представляет собой вид в сечении лопатки, взятый вдоль линии VIII–VIII, показанной на Фиг. 7. Фиг. 7 соответствует Фиг. 3, которая иллюстрирует первый вариант выполнения. Элементы, проиллюстрированные на Фиг. 7 и 8 и идентичные или соответствующие элементам лопатки в соответствии с первым вариантом выполнения обозначены теми же ссылочными позициями, как на предыдущих чертежах, и повторно не описаны. Третий вариант выполнения отличается от первого варианта выполнения тем, что радиус R галтели 5 изменяется так, чтобы радиус R дугообразной криволинейной поверхности галтели 5 был небольшим на узком участке 3b по сравнению с радиусом в области, отличной от узкого участка 3b. Как и в случае первого варианта выполнения, радиус R представляет собой радиус дугообразного участка сечения галтели 5, которое перпендикулярно поверхности 3a стенки канала потока и поверхности лопатки профильного участка 4 лопатки.

В третьем варианте выполнения радиус R равен расстоянию d на узком участке 3b и установлен как постоянное значение, меньшее, чем расстояние d, в области, отличной от узкого участка 3b. То есть радиус R сечения галтели 5 по существу остается неизменным, но непрерывно изменяется в зависимости от расстояния d на узком участке 3b. Как показано на Фиг. 7 штрихпунктирной линией с двумя точками, представляющей контур галтели первого варианта выполнения, радиус R галтели 5 на узком участке 3b равен расстоянию d и меньше, чем в первом варианте выполнения. Соответственно, высота галтели 5 на узком участке 3b меньше на ту же величину, чем в первом варианте выполнения. Между тем, форма галтели 5, если смотреть в направлении длины лопатки, является такой же, как в первом варианте выполнения, смотри Фиг. 8. В остальном третий вариант выполнения является таким же, как первый вариант выполнения.

Даже при применении вышеописанной конфигурации в области, отличной от узкого участка 3b, может быть обеспечена достаточная высота галтели 5, как и в случае первого варианта выполнения. В связи с этим вышеописанная конфигурация обеспечивает большую прочность, чем конфигурация, в которой высота галтели 5 равномерно уменьшается в соответствии с минимальным значением расстояния d. Кроме того, как и в случае первого варианта выполнения, галтель 5 не создает разность уровней на краю поверхности 3a стенки канала потока. Кроме того, галтель 5 на узком участке 3b ниже и меньше, чем в первом варианте выполнения. Кроме того, галтель 5 плавно соединена с поверхностью 3a стенки канала потока. Вследствие этого третий вариант выполнения лучше, чем первый вариант выполнения, с точки зрения аэродинамического сопротивления. Однако с точки зрения прочности лопатки первый вариант выполнения лучше, чем третий вариант выполнения, на величину разности высот галтели 5 на узком участке 3b.

Четвертый вариант выполнения

Фиг. 9 представляет собой вид в сечении лопатки в соответствии с четвертым вариантом выполнения настоящего изобретения. Фиг. 9 соответствует Фиг. 8, которая иллюстрирует третий вариант выполнения. Элементы, проиллюстрированные на Фиг. 9 и идентичные или соответствующие элементам лопатки в соответствии с первым вариантом выполнения, обозначены теми же ссылочными позициями, как на предыдущих чертежах, и повторно не описаны. Четвертый вариант выполнения аналогичен третьему варианту выполнения в том, что радиус R сечения галтели 5 изменяется. Однако четвертый вариант выполнения отличается от третьего варианта выполнения тем, что радиус R на узком участке 3b изменяется не непрерывно, а изменяется в два этапа. В частности, галтель 5 в области, включающей в себя узкий участок 3b и расположенной между двумя границами 8, имеет меньший радиус R, чем радиус галтели 5 в области, исключающей узкий участок 3b и расположенной между двумя границами 8. В области, включающей в себя узкий участок 3b, радиус R установлен как постоянное значение, равное или немного меньшее, чем минимальное значение расстояния d. В области, исключающей узкий участок 3b, радиус R установлен как постоянное значение, меньшее, чем расстояние d, или установлен как значение, большее, чем радиус R, в области, включающей в себя узкий участок, как в случае радиуса R галтели 5 в области, отличной от узкого участка 3b, в первом варианте выполнения. Очевидно, что четвертый вариант выполнения аналогичен вариантам выполнения с первого по третий в том, что нижний конец дугообразной криволинейной поверхности галтели 5 совпадает с поверхностью 3a стенки канала потока. В остальном четвертый вариант выполнения является таким же, как первый вариант выполнения.

Четвертый вариант выполнения обеспечивает по существу те же преимущества, что и третий вариант выполнения. Кроме того, поскольку радиус R сечения дугообразной криволинейной поверхности галтели 5 остается неизменным в области, включающей в себя узкий участок 3b, четвертый вариант выполнения обеспечивает более простое изготовление, чем третий вариант выполнения, в котором радиус R непрерывно изменяется на узком участке 3b.

Обеспечена лопатка для осевой турбомашины, включающая в себя: профильный участок лопатки; торцевую стенку, имеющую поверхность стенки канала потока, расположенную по меньшей мере на стороне втулки профильного участка лопатки и предназначенную для разделения части кольцевого канала потока рабочей текучей среды; и галтель, расположенную на границе между профильным участком лопатки и поверхностью стенки канала потока. Галтель снаружи имеет такую форму, что она имеет дугообразную криволинейную поверхность, имеющую радиус R, если смотреть в сечении, перпендикулярном поверхности стенки канала потока и поверхности лопатки профильного участка лопатки. Узкий участок, имеющийся на поверхности стенки канала потока, выполнен так, что расстояние d между внешним краем проекции профильного участка лопатки на поверхность стенки канала потока и внешним краем поверхности стенки канала потока меньше, чем максимальное значение радиуса R галтели. Верхний конец галтели на узком участке расположен ниже, чем в области, отличной от узкого участка, а нижний конец дугообразной криволинейной поверхности совпадает с поверхностью стенки канала потока по всей периферии профильного участка лопатки. Настоящее изобретение позволяет обеспечить высокие аэродинамические характеристики и высокую надежность лопатки хорошо сбалансированным образом. 3 н. и 4 з.п. ф-лы, 11 ил.

1. Лопатка для осевой турбомашины, содержащая:

профильный участок лопатки;

торцевую стенку, которая имеет поверхность стенки канала потока, расположенную по меньшей мере на стороне втулки профильного участка лопатки, имеющего сторону вершины и сторону втулки, и разделяет часть кольцевого канала потока рабочей текучей среды; и

галтель, которая расположена на границе между профильным участком лопатки и поверхностью стенки канала потока вдоль всей периферии профильного участка лопатки,

при этом галтель снаружи имеет такую форму, что она имеет дугообразную криволинейную поверхность, имеющую радиус R, если смотреть в сечении, перпендикулярном поверхности стенки канала потока и поверхности лопатки профильного участка лопатки,

причем узкий участок, имеющийся на поверхности стенки канала потока, выполнен таким образом, что расстояние d между внешним краем проекции профильного участка лопатки на поверхность стенки канала потока и внешним краем поверхности стенки канала потока меньше, чем максимальное значение радиуса R галтели, и,

когда высота берется в направлении длины лопатки от поверхности стенки канала потока, верхний конец дугообразной криволинейной поверхности галтели на узком участке расположен ниже, чем верхний конец дугообразной криволинейной поверхности галтели в области, отличной от узкого участка, а нижний конец дугообразной криволинейной поверхности совпадает с поверхностью стенки канала потока по всей периферии профильного участка лопатки, включая узкий участок.

2. Лопатка для осевой турбомашины по п. 1, в которой узкий участок находится по меньшей мере на задней стороне профильного участка лопатки, имеющего заднюю сторону и переднюю сторону.

3. Лопатка для осевой турбомашины по п. 1, в которой радиус R галтели в сечении является постоянным по всей периферии профильного участка лопатки.

4. Лопатка для осевой турбомашины по п. 1, в которой радиус R в сечении дугообразной криволинейной поверхности на узком участке является небольшим по сравнению с радиусом R в области, отличной от узкого участка.

5. Лопатка для осевой турбомашины по п. 4, в которой радиус R на узком участке равен расстоянию d.

6. Осевая турбомашина, содержащая:

лопатку статора, которая представляет собой лопатку по п. 1; и

лопатку ротора, которая образует один ступенчатый участок вместе с лопаткой статора.

7. Осевая турбомашина, содержащая:

лопатку ротора, которая представляет собой лопатку по п. 1; и

лопатку статора, которая образует один ступенчатый участок вместе с лопаткой ротора.