СОПЛО С ТРУБКОЙ ЛОПАТОЧНОГО ПРОФИЛЯ ДЛЯ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ Российский патент 2020 года по МПК F02C7/12 F01D9/02 F01D25/12 

Область техники

Настоящее изобретение относится к соплу предварительной закрутки потока системы охлаждения с предварительной закруткой потока авиационного газотурбинного двигателя.

Уровень техники

В конструкции компонентов турбины высокого давления авиационного двигателя, холодный воздух ротора турбины высокого давления обычно обеспечивается воздухом, втягиваемым компрессором и затем проходящим через камеру сгорания. Когда холодный воздух перемещается к передней части рабочего колеса турбины высокого давления, относительная общая температура холодного воздуха будет увеличиваться вследствие вращения колеса, что не способствует охлаждению турбины высокого давления. При инженерном проектировании сопло предварительной закрутки потока обычно используется для поворота потока воздуха, чтобы снизить относительную общую температуру холодного воздуха и снизить потребление холодного воздуха, для того чтобы улучшить охлаждающее действие турбины высокого давления и снизить расход топлива двигателем.

Согласно внутренним и зарубежным моделям двигателей в эксплуатации и общедоступным материалам, два типа, а именно тип с круглой трубкой и лопаточный тип, главным образом используются для конструкции сопла предварительной закрутки потока.

Сопло предварительной закрутки потока с прямой круглой трубкой в первую очередь имеет такие преимущества, как меньшее количество каналов, лучше свойства углов выходящего потока воздуха и более простое производство и изготовление. Однако, по мере постепенного увеличения параметров цикла авиационного двигателя, становится все более сложным принимать более низкую эффективность охлаждения, как в типе с прямой круглой трубкой или типе с расширяющейся трубкой посредством расширения диаметра впускной трубки (предшествующий уровень техники 1).

Лопаточный профиль является наиболее идеальной известной человеку конструкцией для поворота направления потока воздуха, и исследователи обнаружили, что сопло предварительной закрутки потока лопаточного типа может достичь лучшей эффективности охлаждения, чем тип с круглой трубкой. Однако, для того чтобы достичь поворота потока воздуха, требуется, чтобы количество каналов (равное количеству лопаток) сопла предварительной закрутки потока лопаточного типа было увеличено, по сравнению с количество каналов сопла предварительной закрутки потока с круглой трубкой. При этом, высота лопатки сопла предварительной закрутки потока лопаточного типа обычно очень мала (3–4 мм), что с одной стороны приводит к малому отношению размаха к хорде и ограничивает эффективность охлаждения сопла предварительной закрутки потока лопаточного типа, и что более важно, значительно повышает сложность производства и изготовления. В промышленном производстве сопло предварительной закрутки потока лопаточного типа обычно обеспечивается посредством сварки или литья. Большое количество лопаток и малая высота лопатки делает сварочное производство сложным и дорогим, а производительность литейного производства низкая, и, следовательно, сопло предварительной закрутки потока лопаточного типа является более сложным в техническом применении.

Некоторые исследователи предложили схему сопла предварительной закрутки потока с лопаточным профилем (предшествующий уровень техники 2), в котором лопатка утолщена посредством отделения засасывающей поверхности и нагнетающей поверхности лопаточного профиля на некоторое расстояние, для того чтобы уменьшить ширину горловины одиночного циркуляционного канала. Высота лопатки может быть увеличена посредством поддержания неизменной общей площади горловины во время конструирования. Это техническое решение может решить проблему малой высоты лопатки сопла предварительной закрутки потока лопаточного типа в некотором диапазоне, но передняя кромка лопатки будет слишком толстой, и геометрия будет плоской и тупой посредством увеличения расстояния между засасывающей поверхностью и нагнетающей поверхностью, чтобы утолщить лопаточный профиль. Большие аэродинамические потери создаются, когда поток воздуха течет вокруг передней кромки большой толщины и высокой плоскостности, и в особенности при работе в условиях с числом Рейнольдса Re < 4 × [10] ^ 5, характеристики сопла предварительной закрутки потока с отверстием лопаточного профиля будут ухудшаться до уровня сопла предварительной закрутки потока с расширяющейся трубкой и не будут такими устойчивыми, как характеристики сопла предварительной закрутки потока лопаточного типа. При этом, согласно этому типу соплу предварительной закрутки потока с отверстием лопаточного профиля (предшествующий уровень техники 2), количество лопаток не может быть значительно сокращено без снижения уровня характеристик. Если этот тип сопла предварительной закрутки потока с отверстием лопаточного профиля (предшествующий уровень техники 2) используется в производстве, это по–прежнему приведет к таким же техническим сложностям, как в сопле предварительной закрутки потока лопаточного типа.

Сущность изобретения

Задача настоящего изобретения состоит в обеспечении сопла с трубкой лопаточного профиля для газовой турбины, и по сравнению с соплом с отверстием лопаточного профиля, количество лопаток может быть значительно сокращено без ухудшения характеристик.

Сопло с трубкой лопаточного профиля для газовой турбины настоящего изобретения содержит впускную секцию, сужающуюся секцию и выпускную секцию, которые последовательно соединены в направлении течения потока воздуха, в котором впускная секция является кольцевым каналом, сужающаяся секция содержит множество каналов для циркуляции потока воздуха, отделенных множеством лопаток, причем каждый канал для циркуляции потока воздуха ограничен внешней поверхностью периферийной стенки, внутренней поверхностью периферийной стенки, засасывающей поверхностью одной из двух смежных лопаток и нагнетающей поверхностью другой одной из двух смежных лопаток, и сечение впускного отверстия канала для циркуляции потока воздуха является веерообразным; в направлении течения потока воздуха, с точки зрения каждого из каналов для циркуляции потока воздуха, веерообразное сечение постепенно и плавно переходит в круглое сечение от впускного отверстия к выпускному отверстию канала для циркуляции потока воздуха, в котором две смежные лопатки обеспечены в качестве точки поворота преобладающего потока воздуха в круговом направлении сопла, и внешняя поверхность периферийной стенки и внутренняя поверхность периферийной стенки обеспечены в качестве точки поворота преобладающего потока воздуха в радиальном направлении сопла; и выпускная секция содержит круглые трубки, соединенные с выпускными отверстиями каналов для циркуляции потока воздуха соответственно, и причем их диаметр не изменяется вдоль оси.

В варианте выполнения выпускная секция является спиральной трубкой со спиральной линией в качестве оси, спиральная линия проходит через центр круглого сечения, и касательная линия к спиральной линии в центре круглого сечения параллельна вектору нормали круглого сечения.

В варианте выполнения осевое расстояние между центром круглого сечения и выпускным отверстием круглой трубки вдоль оси круглой трубки является осевой длиной круглой трубки, составляя между 0,1 и 5 диаметрами круглого сечения.

В варианте выполнения выпускная секция является прямой трубкой с прямой линией в качестве оси, и ось проходит через центр круглого сечения и параллельно вектору нормали круглого сечения.

В варианте выполнения впускная секция является кольцевым каналом.

В варианте выполнения круглая трубка имеет линию проекции одной прямой линии в качестве оси, линия проекции является проекцией прямой линии на поверхность вращения, на которой расположен центр начального круглого сечения круглой трубки, и поверхность вращения является цилиндрической поверхностью, которая имеет в качестве диаметра вертикальную линию от центра начального круглого сечения до оси сопла с трубкой лопаточного профиля и вытянутой в осевом направлении параллельно соплу с трубкой лопаточного профиля.

В варианте выполнения сопло с трубкой лопаточного профиля используется в системе охлаждения с предварительной закруткой потока в турбине высокого давления авиационного двигателя, и холодный воздух поворачивается и затем подается к основанию лопатки ротора турбины высокого давления.

Как описано ранее, при инженерном проектировании сопла предварительной закрутки потока лопаточного типа, необходимо увеличить шаг лопаток, сократить количество лопаток и увеличить высоту лопаток, чтобы снизить сложность производства и изготовления. Согласно соплу предварительной закрутки потока лопаточного типа, высота лопатки не может быть увеличена без ухудшения характеристик, но тип с круглой трубкой имеет преимущества в виде надлежащего размера и простого производства; и при этом, конструкция с лопаточным профилем лопаточного типа очень сложна, и характеристики лопатки сильно ухудшаются, когда количество лопаток значительно сокращается. Тип с круглой трубкой имеет преимущества в виде меньшего количества каналов, но имеет низкие характеристики. Главная причина того, что аэродинамические характеристики сопла предварительной закрутки потока с круглой трубкой низки состоит в том, что поток воздуха, поворачиваемый им во впускной секции, слишком большой и будет иметь место большое отрывное течение, и даже сопло предварительной закрутки потока с расширяющейся трубкой также имеет ограниченное улучшение его аэродинамических характеристик, будучи далеко менее отличными по характеристикам, чем лопаточный тип.

Сопло с трубкой лопаточного профиля настоящего изобретения имеет преимущества в виде меньшего количества каналов, простого производства и изготовления и подобного, и при этом имеет сопло предварительной закрутки потока с подобным уровнем характеристик, как сопло предварительной закрутки потока лопаточного типа, и количество лопаток может быть значительно сокращено без ухудшения характеристик, по сравнению с соплом с отверстием лопаточного профиля. Лопаточный профиль используется для управление сечением веерообразного канала течения, так что оно плавно сужается до формы круглой трубки, и сечение круглой трубки поддерживается до выпускного отверстия. Диаметр круглой трубки не изменяется вдоль оси, таким образом образуя новый тип сопла предварительной закрутки потока с трубкой лопаточного профиля, выполненного посредством комбинации лопатки и круглой трубки. Лопатка поворачивает поток воздуха с малыми аэродинамическими потерями, и круглая трубка может стабилизировать направление выпуска потока воздуха, таким образом достигая плавного перехода между лопаткой и круглой трубкой; и сопло предварительной закрутки потока с отверстием лопаточного профиля переходит от одной веерообразной поверхности к другой веерообразной поверхности, и канал течения все время сужается. Круглая трубка сопла предварительной закрутки потока с трубкой лопаточного профиля выполнена на основе сопла предварительной закрутки потока с круглой трубкой, значительно сокращая количество лопаток и увеличивая высоту лопатки на выпуске. Согласно соплу предварительной закрутки потока с трубкой лопаточного профиля настоящего изобретения, канал течения, обеспечивающий функцию поворота потока воздуха, выполнен на основе сопла предварительной закрутки потока лопаточного типа, и сечение канала течения плавно сужается до трубки круглой формы вдоль лопаточного профиля, преодолевая недостатки чрезмерной толщины вблизи передней кромки, плоской и тупой передней кромки и подобного сопла предварительной закрутки потока с отверстием лопаточного профиля, и исключая ухудшение характеристик при работе в условиях с несколько малым числом Рейнольдса, так что сопло предварительной закрутки потока с трубкой лопаточного профиля имеет уровень характеристик, подобный характеристикам лопаточного типа, и рабочий диапазон с устойчивыми характеристиками.

Краткое описание чертежей

Выше упомянутые и другие признаки, свойства и преимущества настоящего изобретения станут более очевидны из следующего описания вариантов выполнения со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:

Фиг. 1 - вид в перспективе сопла с трубкой лопаточного профиля настоящего изобретения, в котором сторона его выпускного отверстия показана в поперечном сечении.

Фиг. 2 - вид спереди сопла с трубкой лопаточного профиля настоящего изобретения, в котором сторона его впускного отверстия показана в поперечном сечении.

Фиг. 3 - вид сзади сопла с трубкой лопаточного профиля настоящего изобретения, в котором сторона его выпускного отверстия показана в поперечном сечении.

Фиг. 4 - вид сбоку половины сечения сопла с трубкой лопаточного профиля настоящего изобретения.

Фиг. 5 - вид сбоку разъемного корпуса поверхности вращения 50% высоты лопатки сопла с трубкой лопаточного профиля настоящего изобретения.

Фиг. 6 - вид в перспективе разъемного корпуса поверхности вращения 50% высоты лопатки сопла с трубкой лопаточного профиля настоящего изобретения.

Фиг. 7 - вид в перспективе разъемного корпуса поверхности вращения 50% высоты лопатки сопла с трубкой лопаточного профиля дополнительного варианта выполнения настоящего изобретения.

Фиг. 8 - вид в перспективе разъемного корпуса поверхности вращения 50% высоты лопатки сопла с трубкой лопаточного профиля еще одного варианта выполнения настоящего изобретения.

Подробное описание вариантов выполнения изобретения

Настоящее изобретение будет дополнительно описано ниже совместно с конкретными вариантами выполнения и сопровождающими чертежами, и больше подробностей описаны в следующем описании для простоты полного понимания настоящего изобретения; однако очевидно, что настоящее изобретение может быть осуществлено иными различными способами, чем способы, описанные здесь, специалист в данной области техники может сделать подобное расширение и заключение без отступления от толкования настоящего изобретения согласно практическим применениям, и следовательно, объем защиты настоящего изобретения не ограничен содержимым приведенных здесь конкретных вариантов выполнения.

Отметим, что чертежи используются только в качестве примеров и необязательно выполнены в масштабе и не ограничивают фактически заявляемый объем защиты настоящего изобретения.

Фиг. 1–6 показывают вариант выполнения настоящего изобретения. Фиг. 7 показывает дополнительный вариант выполнения настоящего изобретения. Фиг. 8 показывает еще один вариант выполнения настоящего изобретения.

Как показано на Фиг. 1–6, в варианте выполнения настоящего изобретения, сопло 101 с трубкой лопаточного профиля содержит внешнюю периферийную боковую стенку 110, внутреннюю периферийную боковую стенку 111, множество лопаток 105 и множество круглых трубок 104. Внешняя периферийная боковая стенка 110 и внутренняя периферийная боковая стенка 111 являются кольцевыми элементами, внутренняя периферийная боковая стенка расположена во внешней периферийной боковой стенке 110, множество лопаток 105 присоединены и зафиксированы между внешней периферийной боковой стенкой 110 и внутренней периферийной боковой стенкой 111, и множество круглых трубок 104 также присоединены и зафиксированы между внешней периферийной боковой стенкой 110 и внутренней периферийной боковой стенкой 111. Лопаточный профиль лопатки 105 может быть обеспеченный на основе лопатки существующего сопла предварительной закрутки потока лопаточного типа, и содержит переднюю кромку, заднюю кромку, нагнетающую поверхность, засасывающую поверхность, основание и верхний конец. Основание присоединено и зафиксировано к внешней периферийной поверхности внутренней периферийной боковой стенке 111, верхний конец присоединен и зафиксирован к внутренней периферийной поверхности внешней периферийной боковой стенке 110, передняя кромка расположена на впускном отверстии описанного далее канала для циркуляции потока воздуха, и задняя кромка расположена на выпускном отверстии канала для циркуляции потока воздуха.

Сопло 101 с трубкой лопаточного профиля содержит впускную секцию 108, сужающуюся секцию 107 и выпускную секцию 106. Предпочтительным типом сопла 101 с трубкой лопаточного профиля может являться литьевой мономер, и впускная секция 108, сужающаяся секция 107 и выпускная секция 106 могут являться описанием различных геометрических положений литьевого мономера. Плавный переход между впускной секцией 108 и выпускной секцией 106 достигается за счет сужающейся секции 107, таким образом образующей полный и непрерывный канал циркуляции. Впускная секция 108 является кольцевым каналом, образованным между внешней периферийной боковой стенкой 110 и внутренней периферийной боковой стенкой 111, и может быть использована для установки сопла 101 с трубкой лопаточного профиля на внешнюю стенку ресивера в камере сгорания. Сужающаяся секция 107 ограничена внешней периферийной боковой стенкой 110, внутренней периферийной боковой стенкой 111 и множеством лопаток 105, в которой канал для циркуляции потока воздуха ограничен двумя смежными лопатками 105, поверхностью внутренней стенки внешней периферийной боковой стенки 110 и поверхностью внешней стенки внутренней периферийной боковой стенки 111, и множество каналов для циркуляции потока воздуха распределены по всему круговому направлению сопла 101 с трубкой лопаточного профиля. Далее показан один канал для циркуляции потока воздуха в качестве примера, и его описание также подходит для других каналов для циркуляции потока воздуха.

Как показано на Фиг. 2, впускное отверстие 102 канала для циркуляции потока воздуха является веерообразным, здесь под “веерообразной” формой может пониматься форма, образованная пересечением дуги, образованной внешней периферийной боковой стенкой 110 и внутренней периферийной боковой стенкой 111 с прямой линией, образованной засасывающей поверхностью 112 одной лопатки 105, и прямой линией, образованной нагнетающей поверхностью 113 смежной лопатки.

Как показано на Фиг. 4, выпускное отверстие 103 канала для циркуляции потока воздуха является круглым в сечении.

Как показано на Фиг. 1–6, для одного канала для циркуляции потока воздуха, в направлении течения потока воздуха, форма от впускного отверстия 102 к выпускному отверстию 103 сужается. С одной стороны, расстояние между внешней периферийной боковой стенкой 110 и внутренней периферийной боковой стенкой 111 постепенно уменьшается, с другой стороны, расстояние между засасывающей поверхностью 112 и нагнетающей поверхностью 113, которые противоположны друг другу, также постепенно уменьшается, и форма сечения канала для потока воздуха сужается до круглой формы из веерообразной формы. Лопатка 105 выполнена в качестве точки поворота потока воздуха преобладающего канала для циркуляции потока воздуха в круговом направлении сопла 101 с трубкой лопаточного профиля, и внешняя периферийная боковая стенка 110 и внутренняя периферийная боковая стенка 111 выполнены в качестве точки поворота преобладающего потока воздуха в радиусном направлении сопла 101 с трубкой лопаточного профиля.

Как показано на Фиг. 5 и Фиг. 6, соответствующая каждому каналу для циркуляции потока воздуха выпускная секция 106 обеспечивает круглую трубку 104 с неизменным вдоль оси диаметром, в которой круглая трубка 104 имеет спиральную линию 109 в качестве оси, и спиральная линия 109 проходит через центр круглого сечения 103. Касательная линия к спиральной линии 109 в центре круглого сечения 103 параллельна вектору нормали круглого сечения 103.

Осевое расстояние между центром круглого сечения 103 и выпускным отверстием круглой трубки 104 является осевой длиной круглой трубки 104 и может составлять между 0,1 и 5 диаметрами круглого сечения 103.

Количество лопаток сужающейся секции 107 может составлять 8–40, и в показанном варианте выполнения на фигурах 26 обеспечены лопатки 105.

Согласно предыдущему варианту выполнения, профили двух смежных лопаток 105 используются для управления сечением веерообразного канала течения, так что канал плавно сужается до формы круглой трубки, и сечение круглой трубки 104 поддерживается до выпускного отверстия сопла. Диаметр круглой трубки 104 не изменяется вдоль оси, таким образом образуя новый тип сопла предварительной закрутки потока с трубкой лопаточного профиля, выполненной посредством комбинации лопатки 105 и круглой трубки 104. Лопатка 105 поворачивает поток воздуха с малыми аэродинамическими потерями, и круглая трубка 104 может стабилизировать направление выпуска потока воздуха, таким образом достигая плавного перехода между лопаткой 105 и круглой трубкой 104.

Круглая трубка 104 сопла предварительной закрутки потока с трубкой лопаточного профиля, как показано на фигурах, выполнена на основе сопла предварительной закрутки потока с круглой трубкой, значительно уменьшая количество лопаток и увеличивая высоту лопаток. Достигаются явные преимущества по сравнению с соплом предварительной закрутки потока с отверстием лопаточного профиля в том, что сопло предварительной закрутки потока с отверстием лопаточного профиля может достигать эффекта увеличения высоты лопаток только посредством уменьшения ширины горловины одиночного канала и не может значительно уменьшить количество лопаток без ухудшения характеристик. Согласно соплу предварительной закрутки потока с трубкой лопаточного профиля предыдущего варианта выполнения, меньшее количество лопаток и большая высота лопаток преодолевают недостатки сопла предварительной закрутки потока лопаточного типа и его модификаций, и следовательно, сложность производства и изготовления может быть снижена и производительность может быть улучшена.

Дополнительно ссылаясь на Фиг. 1–6, канал для циркуляции потока воздуха перед круглой трубкой 104 сопла предварительной закрутки потока с трубкой лопаточного профиля настоящего изобретения выполнен на основе сопла предварительной закрутки потока лопаточного типа, сечение канала течения плавно сужается до формы круглой трубки вдоль лопаточного профиля, и следовательно проблемы чрезмерной толщины вблизи передней кромки, плоской и тупой передней кромки и подобного сопла предварительной закрутки потока с отверстием лопаточного профиля не будут возникать. Плоская и тупая передняя кромка и большая толщина сопла предварительной закрутки потока с отверстием лопаточного профиля вызывает существенное ухудшение характеристик сопла при работе в условиях с несколько малым числом Рейнольдса, в то время как сопло предварительной закрутки потока с трубкой лопаточного профиля имеет уровень характеристик, подобный характеристикам лопаточного типа, и рабочий диапазон с устойчивыми характеристиками.

Фиг. 7 показывает дополнительный вариант выполнения настоящего изобретения, и описание одинакового технического содержания выборочно не приведено в этом варианте выполнения. С точки зрения описания не показанных частей, ссылка может быть сделана на предыдущий вариант выполнения, и избыточное описание не будет приведено в этом варианте выполнения.

Отличия между вариантом выполнения, показанным на Фиг. 7, и предыдущим вариантом выполнения состоят в следующем: выпускная секция 206 является круглой трубкой 204 с неизменным вдоль оси диаметром, круглая трубка 204 имеет прямую линию 209 в качестве оси, и прямая линия 209 проходит через центр круглого сечения 203 и параллельна вектору нормали круглого сечения 203.

Фиг. 8 показывает еще один вариант выполнения настоящего изобретения, и описание одинакового технического содержания выборочно не приведено в этом варианте выполнения. С точки зрения описания не показанных частей, ссылка может быть сделана на предыдущий вариант выполнения, и избыточное описание не будет приведено в этом варианте выполнения. Как показано на Фиг. 8, отличия между этим вариантом выполнения и вариантом выполнения, показанным на Фиг. 1–6, состоят в следующем: выпускная секция 306 является круглой трубкой 304 с неизменным вдоль оси диаметром, и круглая трубка 304 имеет линию 310 проекции прямой линии 309 в качестве оси. Линия проекции 310 является проекцией прямой линии 309 на поверхность вращения, на которой расположен центр круглого сечения 303, и поверхность вращения является цилиндрической поверхностью, которая имеет в качестве диаметра вертикальную линию от центра круглого сечения 303 до оси сопла 101 с трубкой лопаточного профиля и вытянутой в осевом направлении параллельно соплу 101 с трубкой лопаточного профиля.

Согласно испытаниям изобретателей, диапазон коэффициента потока одного и того же типа сопел предварительной закрутки потока вблизи отношения давлений 1,6 приведен далее:

Тип сопла Диапазон коэффициента потока Лопаточный тип 0,91–0,95^[1] Тип с прямой круглой трубкой Менее 0,89^[4] Тип с расширяющейся трубкой (предшествующий уровень техники 1) 0,88–0,91^{[1] [2]} Тис с отверстием лопаточного профиля (предшествующий уровень техники 2) 0,94^[3] Тип с трубкой лопаточного профиля настоящего изобретения 0,92–0,95

Ссылочные позиции

[1] АНАЛИЗ МЕТОДОМ РГД (РАСЧЕТНАЯ ГИДРОДИНАМИКА) ХАРАКТЕРИСТИК ПОТОКА ТРЕХ КОНСТРУКЦИЙ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОЙ ЗАКРУТКИ, Адриен Дюлак, Диссертация на соискание степени магистра наук, Королевский технический институт, Швеция

[2] Исследование характеристик потока и падения температуры сопла предварительной закрутки потока с аэродинамическим отверстием, ЛИУ Гаовен и другие, Техника двигателестроения, Выпуск 34, № 3, Апрель 2013

[3] Численное исследование характеристик потока сопла предварительной закрутки потока с отверстием Лопаточный формы, ЛИУ Юксин и другие, Техника двигателестроения, Выпуск 37, № 2, Февраль 2016

[4] Численное исследование потока сопла предварительной закрутки в газовой турбине, ЛИУ Гаовен и другие, Техника двигателестроения, Выпуск 34, № 5, Май 2013

Настоящее изобретение было раскрыто выше в части предпочтительных вариантов выполнения, которые однако не ограничивают настоящее изобретение, и любой специалист в данной области техники может сделать возможные изменения и варианты без отступления от сущности и объема настоящего изобретения. Следовательно, любые варианты, эквивалентные изменения и модификации, которые выполнены с выше упомянутыми вариантами выполнения согласно технической сущности настоящего изобретения и без отступления от содержания технических решений настоящего изобретения, будет подпадать под объем защиты, определенный формулой настоящего изобретения.

Раскрыто сопло (101) лопаточного типа для газовой турбины, содержащее впускную секцию (108), сужающуюся секцию (107) и выпускную секцию (106). Впускная секция (108) является секцией кольцевого канала, сужающаяся секция (107) содержит множество каналов для газового потока, отделенных множеством лопаток (105), каждый канал для газового потока опоясан внешней поверхностью периферийной стенки (110), внутренней поверхностью периферийной стенки (111), засасывающей поверхностью одной из двух смежных лопаток (105) и нагнетающей поверхностью другой из двух смежных лопаток (105), и впускные отверстия (102) каналов для газового потока имеют веерообразное сечение. Для каждого канала для газового потока вдоль направления газового потока от впускного отверстия (102) канала для газового потока до выпускного отверстия (103) веерообразное сечение постепенно плавно переходит в круглое сечение. Выпускная секция (106) содержит круглые трубки (104) с неизменными в осевом направлении диаметрами, которые соответствуют каждому выпускному отверстию (103) каналов для газового потока и соединены соответственно. По сравнению с соплом лопаточного типа в сопле лопаточного типа количество лопаток может быть значительно сокращено без ухудшения характеристик. 6 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Сопло с трубкой лопаточного профиля для газовой турбины, отличающееся тем, что содержит:

впускную секцию, которая является кольцевым каналом;

сужающуюся секцию, которая содержит множество каналов для циркуляции потока воздуха, отделенных множеством лопаток; и

выпускную секцию, содержащую круглые трубки, соединенные с выпускными отверстиями каналов для циркуляции потока воздуха, соответственно, причем их диаметр не изменяется вдоль оси;

при этом впускная секция, сужающаяся секция и выпускная секция последовательно соединены в направлении течения потока воздуха,

причем каждый из каналов для циркуляции потока воздуха ограничен внешней поверхностью периферийной стенки, внутренней поверхностью периферийной стенки, засасывающей поверхностью одной из двух смежных лопаток и нагнетающей поверхностью другой одной из двух смежных лопаток, при этом сечение впускного отверстия канала для циркуляции потока воздуха является веерообразным,

причем в направлении течения потока воздуха, в отношении каждого из каналов для циркуляции потока воздуха, веерообразное сечение постепенно и плавно переходит в круглое сечение от впускного отверстия к выпускному отверстию канала для циркуляции потока воздуха, при этом две смежные лопатки обеспечены в качестве точки поворота преобладающего потока воздуха в круговом направлении сопла и внешняя поверхность периферийной стенки и внутренняя поверхность периферийной стенки обеспечены в качестве точки поворота преобладающего потока воздуха в радиальном направлении сопла.

2. Сопло с трубкой лопаточного профиля по п.1, отличающееся тем, что выпускная секция является спиральной трубкой со спиральной линией в качестве оси, спиральная линия проходит через центр круглого сечения и касательная линия к спиральной линии в центре круглого сечения параллельна вектору нормали круглого сечения.

3. Сопло с трубкой лопаточного профиля по п.1, отличающееся тем, что осевое расстояние между центром круглого сечения и выпускным отверстием круглой трубки вдоль оси круглой трубки является осевой длиной круглой трубки, составляя между 0,1 и 5 диаметрами указанного круглого сечения.

4. Сопло с трубкой лопаточного профиля по п.1, отличающееся тем, что выпускная секция является прямой трубкой с прямой линией в качестве оси и ось проходит через центр круглого сечения и параллельна вектору нормали круглого сечения.

5. Сопло с трубкой лопаточного профиля по п.1, отличающееся тем, что впускная секция является кольцевым каналом.

6. Сопло с трубкой лопаточного профиля по п.1, отличающееся тем, что круглая трубка имеет линию проекции одной прямой линии в качестве оси, линия проекции является проекцией прямой линии на поверхность вращения, на которой расположен центр начального круглого сечения круглой трубки, и поверхность вращения является цилиндрической поверхностью, которая имеет в качестве диаметра вертикальную линию от центра начального круглого сечения до оси сопла с трубкой лопаточного профиля и вытянутой в осевом направлении параллельно соплу с трубкой лопаточного профиля.

7. Сопло с трубкой лопаточного профиля по п.1, отличающееся тем, что она применена в системе охлаждения с предварительной закруткой потока в турбине высокого давления авиационного двигателя, причем холодный воздух поворачивается и затем подается к основанию лопатки ротора турбины высокого давления.