ЛОПАСТЬ ТУРБОМАШИНЫ С УЛУЧШЕННЫМ ОХЛАЖДЕНИЕМ Российский патент 2023 года по МПК F01D5/18 

Область техники, к которой относится изобретение

Изобретение относится к лопасти для двигателя летательного аппарата типа турбомашины, такой как, например, турбореактивный двигатель или турбовинтовой двигатель, и оно применяется, в частности, к лопасти турбины с высоким типом давления.

Предшествующий уровень техники

В таком турбореактивном двигателе, обозначенном ссылкой 1 на фиг. 1, воздух захватывается внутрь впускной муфты 2, чтобы проходить через винт, включающий в себя последовательность вращающихся лопаток 3, перед разделением на центральный первичный поток и вторичный поток, окружающий первичный поток.

Первичный поток сжимается посредством компрессоров низкого давления 4 и высокого давления 5 перед достижением камеры 6 сгорания, после которой он расширяется через турбину 7 высокого давления и турбину 8 низкого давления перед выпуском, в то же время создавая дополнительную тягу. Вторичный поток продвигается непосредственно винтом, чтобы создавать основную тягу.

Каждая турбина 7, 8 включает в себя последовательность лопастей, которые радиально ориентированы и равномерно разнесены вокруг оси вращения AX, наружный кожух 9 окружает весь двигатель.

Охлаждение лопастей турбины обеспечивается посредством циркуляции в каждой лопасти воздуха, затянутого выше по потоку от камеры сгорания и захваченного в корневой части лопасти, этот воздух выпускается через отверстия и/или щели, проходящие сквозь стенки этих лопастей.

В общем, эффективность охлаждения, и, в частности, снижение расхода, необходимого для охлаждения лопастей турбин высокого давления, предоставляет возможность уменьшать расход топлива турбореактивного двигателя и увеличивать срок службы лопастей. В этом отношении, различные компоновки лопастей были предложены, как, в частности, в патентном документе FR3021697.

Тем не менее, очевидно, что охлаждение лопастей турбины высокого давления требует постоянного усилия по улучшению, в частности, вследствие непрерывного развития рабочих условий, способов производства и требований по производительности.

В этом контексте, целью изобретения является предоставление новой конструкции лопасти, имеющей улучшенный контур охлаждения.

Описание изобретения

Для этого, целью изобретения является лопасть турбины турбомашины, такой как турбореактивный двигатель, предназначенная для установки вокруг оси вращения на роторном диске, вращающемся вокруг оси вращения, содержащая корневую часть для установки ее в ячейке диска, и полую лопатку, протягивающуюся от корневой части в радиальном направлении по размаху крыла, заканчивающуюся в концевой части, формирующей законцовку, лопатка содержит стенку нижней поверхности и стенку верхней поверхности, также как переднюю кромку, заднюю кромку и концевую стенку, ограничивающую низ законцовки, и посредством которой стенка нижней поверхности соединяется со стенкой верхней поверхности, эта лопатка также содержит:

- средний контур тромбонного типа, включающий в себя первый воздуховод, собирающий воздух в корневой части, и который соединяется первым коленом со вторым воздуховодом, который соединяется вторым коленом с третьим воздуховодом, эти первый, второй и третий воздуховод являются преимущественно радиальными, второй и третий радиальные воздуховоды располагаются между первым воздуховодом и задней кромкой;

- полость под законцовкой, расположенную на стороне стенки верхней поверхности и концевой стенки, и которая протягивается вдоль концевой части до задней кромки;

- преимущественно радиальный центральный воздуховод, расположенный между стенкой верхней поверхности и вторым воздуховода среднего контура, этот центральный воздуховод собирает воздух в корневой части и протягивается, по меньшей мере, между двумя из трех воздуховодов среднего контура, чтобы непосредственно снабжать полость под законцовкой.

Благодаря снабжению полости под законцовкой через центральный воздуховод, расположенный между воздуховодами спирального контура, воздух, переносимый в полость под законцовкой, не нагревается, что предоставляет возможность эффективно охлаждать стенку нижней поверхности рядом с концевой частью и с задней кромкой.

Изобретение также относится к лопасти, определенной таким образом, при этом один конец третьего воздуховода и, по меньшей мере, часть первого колена располагаются между полостью под законцовкой и стенкой нижней поверхности.

Целью изобретения также является лопасть, определенная таким образом, при этом, по меньшей мере, часть первого колена располагается между полостью под законцовкой и стенкой нижней поверхности, и при этом третий воздуховод имеет конец, который заканчивается на концевой стенке.

Изобретение также относится к лопасти, определенной таким образом, при этом центральный воздуховод и полость под законцовкой формируют L-образный воздуховод, расположенный на стороне стенки верхней поверхности.

Целью изобретения также является лопасть, определенная таким образом, при этом центральный воздуховод проходит, по меньшей мере, между двумя воздуховодами среднего контура, которые оба проходят на протяжении большей части своих соответствующих длин от стенки верхней поверхности до стенки нижней поверхности.

Целью изобретения также является лопасть, определенная таким образом, при этом первый воздуховод и третий воздуховод, оба проходят на большей части своих протяженностей от стенки нижней поверхности до стенки верхней поверхности, и при этом центральный воздуховод проходит, с одной стороны, между первым воздуховодом и третьим воздуховодом, а с другой стороны, между вторым воздуховодом и стенкой верхней поверхности.

Целью изобретения также является лопасть, определенная таким образом, стенка нижней поверхности включает в себя охлаждающие отверстия, которые проходят сквозь нее и открываются внутрь третьего воздуховода, чтобы формировать пленку для охлаждения стенки нижней поверхности выше по потоку от задней кромки.

Целью изобретения также является лопасть, определенная таким образом, при этом стенка нижней поверхности лишена отверстий, открывающихся внутрь первого воздуховода и/или внутрь второго воздуховода.

Целью изобретения также является лопасть, определенная таким образом, включающая в себя охлаждающие щели, проходящие сквозь стенку нижней поверхности вдоль задней кромки для того, чтобы охлаждать ее, и при этом, по меньшей мере, одна из этих щелей располагается на стороне концевой части и снабжается охлаждающим воздухом посредством полости под законцовкой.

Целью изобретения также является лопасть, определенная таким образом, содержащая дополнительный нижний по потоку контур, включающий в себя преимущественно радиальный нижний по потоку воздуховод, этот нижний по потоку воздуховод собирает воздух в корневой части, чтобы снабжать несколько щелей для охлаждения задней кромки.

Целью изобретения также является лопасть, определенная таким образом, при этом нижний по потоку воздуховод снабжает щели через нижнюю по потоку рампу, с которой он сообщается посредством преимущественно осевых каналов.

Целью изобретения также является лопасть, определенная таким образом, содержащая, по меньшей мере, один преимущественно радиальный верхний по потоку воздуховод, предназначенный для охлаждения передней кромки, этот радиальный верхний по потоку воздуховод собирает охлаждающий воздух в корневой части, чтобы охлаждать переднюю кромку, выпуская этот воздух через отверстия, проходящие сквозь стенку лопатки на передней кромке.

Целью изобретения также является турбина турбомашины, содержащая лопасть, определенную таким образом.

Целью изобретения также является турбина, определенная таким образом.

Целью изобретения является также керамический сердечник для изготовления лопасти турбины турбомашины, такой как турбореактивный двигатель, предназначенной для установки вокруг оси вращения на роторном диске, вращающемся вокруг оси вращения, содержащей корневую часть для установки ее в ячейке диска, и полую лопатку, протягивающуюся от корневой части в радиальном направлении по размаху крыла, заканчивающуюся в концевой части, формирующей законцовку, лопатка содержит стенку нижней поверхности и стенку верхней поверхности, также как переднюю кромку, заднюю кромку и концевую стенку, ограничивающую низ законцовки, и посредством которой стенка нижней поверхности соединяется со стенкой верхней поверхности, этот сердечник содержит:

- элемент сердечника, чтобы формировать средний контур трамбонного типа, включающий в себя первый воздуховод, собирающий воздух в корневой части, и который соединяется первым коленом со вторым воздуховодом, который соединяется вторым коленом с третьим воздуховодом, эти первый, второй и третий воздуховоды являются преимущественно радиальными, второй и третий воздуховоды располагаются между первым воздуховодом и задней кромкой;

- другой элемент сердечника, чтобы формировать полость под законцовкой, расположенную на стороне стенки верхней поверхности и концевой стенкой, и которая протягивается от центральной области концевой части до задней кромки, также как преимущественно радиальный центральный воздуховод, расположенный между стенкой верхней поверхности и средним воздуховодом, этот центральный воздуховод собирает воздух в корневой части и проходит, по меньшей мере, между двумя из трех воздуховодов среднего контура, чтобы непосредственно снабжать полость под законцовкой.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 является видом в разрезе известного турбодвигателя;

Фиг. 2 является внешним видом в перспективе лопасти согласно изобретению;

Фиг. 3 является видом в перспективе концевой части лопасти согласно изобретению;

Фиг. 4 является видом охлаждающего контура выше по потоку от лопасти согласно изобретению, показанным отдельно и рассматриваемым со стороны нижней поверхности;

Фиг. 5 является видом среднего охлаждающего контура лопасти согласно изобретению, показанным отдельно и рассматриваемым со стороны нижней поверхности;

Фиг. 6 является видом центральной охлаждающей системы лопасти согласно изобретению, показанным отдельно и рассматриваемым со стороны нижней поверхности;

Фиг. 7 является видом нижнего по потоку охлаждающего контура лопасти согласно изобретению, показанным отдельно и рассматриваемым со стороны нижней поверхности;

Фиг. 8 является общим обзором четырех охлаждающих контуров, которые размещены в лопасти согласно изобретению и рассматриваются со стороны нижней поверхности;

Фиг. 9 является общим обзором, показывающим средний контур и центральный охлаждающий контур, которые размещены в лопасти согласно изобретению и видны со стороны нижней поверхности;

Фиг. 10 показывает полость под законцовкой, также как средний, центральный и нижний по потоку контуры, рассматриваемые в направлении по размаху крыла на расстоянии от продольной оси.

Подробное описание изобретения

Идеей в основе изобретения является конструирование лопасти, в которой воздушный поток, необходимый для охлаждения ее средней части, уменьшается, чтобы способствовать лучшему охлаждению ее критичных частей, таких как, в частности, стенка нижней поверхности в области концевой части рядом с задней кромкой.

Общая компоновка лопасти

Лопасть согласно изобретению, помеченная ссылкой 11 на фиг. 2, содержит корневую часть P, посредством которой она прикрепляется к ячейке роторного диска, называемого диском турбины, и лопатку 12, поддерживаемую этой корневой частью P, с платформой 13, соединяющей корневую часть P с лопаткой 12. Эта лопасть 11, которая является полой, включает в себя четыре внутренних контура, в которых циркулирует охлаждающий воздух, захваченный посредством четырех отверстий, расположенных на радиально внутренней поверхности 14 корневой части P.

Лопатка 12 имеет форму, скрученную вокруг оси, называемой осью EV по размаху, практически перпендикулярной оси AX вращения ротора, поддерживающего лопасть, эта ось вращения является продольной осью двигателя. Она содержит переднюю кромку 16, практически параллельную направлению EV по размаху и расположенную выше по потоку AM или перед лопастью, относительно общего направления газового потока в турбомашине. Она включает в себя заднюю кромку 17, практически параллельную передней кромке 16 и разнесенную с интервалом от нее по оси AX, чтобы быть ниже по потоку AV или позади лопасти. Она также содержит концевую часть S, практически параллельную основанию 18 и разнесенную с интервалом от него в направлении EV по размаху.

Двумя главными стенками этой лопасти являются ее стенка 19 нижней поверхности, видимая на фиг. 2, и ее стенка 21 верхней поверхности, которые разнесены с интервалом друг от друга, в то же время соединяясь на передней кромке 16, на задней кромке 17 и в области концевой части S. Стенка нижней поверхности включает в себя охлаждающие отверстия 22, которые проходят сквозь нее, и снабжается внутренним охлаждающим контуром, чтобы формировать пленку на внешней стороне нижней поверхности 19 для того, чтобы защищать ее термически в области, расположенной выше по потоку от задней кромки 17.

Передняя кромка 16 является куполообразной и включает в себя охлаждающие отверстия 23, проходящие через ее стенку, а задняя кромка 17, которая является заостренной, включает в себя последовательность охлаждающих щелей. Эти щели 24 имеют короткие длины и проходят параллельно направлению EV по размаху, являясь разнесенными и в продолжение друг друга в направлении EV по размаху, т.е., радиальном направлении, и они располагаются на коротком расстоянии от задней кромки, строго говоря. Каждая щель 24 проходит сквозь стенку нижней поверхности, чтобы выдувать воздух на внешнюю сторону этой стенки нижней поверхности по направлению к задней кромке, которая снабжается внешними ребрами, канализирующими этот воздух параллельно оси AX.

Как показано на фиг. 3, концевая часть S включает в себя концевую стенку 25, ориентированную перпендикулярно направлению EV по размаху, которая соединяет стенки нижней поверхности и верхней поверхности. Эта концевая стенка 25 устанавливается тыльной стороной к оси AX относительно свободных кромок стенок нижней поверхности и верхней поверхности, чтобы формировать с ними полый фрагмент, называемый законцовкой и идентифицированный ссылкой B, которая является открытой в направлении, противоположном оси AX.

Эта лопасть является цельной деталью из литья металлического материала, которая получается с помощью набора сердечников, чтобы ограничивать ее внутренние охлаждающие воздуховоды, эти сердечники удаляются после отливки и охлаждения, например, с помощью процесса химического травления. Фиг. 4-10 показывают внутренние области лопасти, которые представлены в данном документе формами сердечников, предоставляющих возможность производства этой лопасти. Формы на этих фиг. 4-10, таким образом, существуют в рельефе, но они также составляют представления полых форм лопасти.

Лопасть 11 согласно изобретению включает в себя четыре внутренних охлаждающих контура: верхний по потоку контур 26; центральный контур 27; средний контур 28, проходящий с той или другой стороны центрального контура; и нижний по потоку контур 29.

Производство этой лопасти посредством литья обеспечивается с помощью керамических сердечников, содержащих четыре элемента сердечника, которые могут быть надежно скреплены вместе, каждый элемент сердечника ограничивает один из контуров 26, 27, 28 и 29.

Верхний по потоку контур

Как показано на фиг. 4, верхний по потоку контур 26 включает в себя радиальный верхний по потоку воздуховод 31, т.е., проходящий параллельно направлению EV по размаху. Этот воздуховод проходит от своего раструба 32, расположенного в корневой части P лопатки, до области концевой части S, расположенной под законцовкой: он заканчивается концевой стенкой, ограничивающей низ законцовки лопасти.

Воздух, собранный в раструбе 32, движется по воздуховоду 31, чтобы снабжать охлаждающие отверстия 23, предоставляя возможность эффективного охлаждения фрагмента стенки, составляющего переднюю кромку 16 лопасти.

Центральный контур

Центральный контур 27, который появляется на фиг. 6, содержит преимущественно радиальный центральный воздуховод 34, продолжаемый осевой полостью под законцовкой 36, т.е., проходящий по оси AX, этот центральный воздуховод 34 предназначается для подачи воздуха в эту полость под законцовкой 36 и для охлаждения области концевой части S рядом с задней кромкой. Центральный воздуховод 34 протягивается от корневой части P лопасти, где он включает в себя раструб 37, через который он собирает охлаждающий воздух, и он заканчивается концевой стенкой 25.

Полость под законцовкой 36 протягивается продольно, от центральной области концевой части S до задней кромки 17, и верхний по потоку конец этой полости 36 соединяется с радиальным концом центрального воздуховода 34, чтобы снабжаться воздухом через него. Длина полости под законцовкой 36 содержится между 10 и 50% осевой хорды аэродинамического профиля лопасти, т.е., длины лопатки в осевом направлении. Короткая длина предоставляет возможность снабжения щели(ей) 24 задней кромки свежим воздухом, который не нагревается в соприкосновении со стенками нижней поверхности и верхней поверхности. Большая длина обеспечивает улучшенное охлаждение стенки нижней поверхности в концевой части лопасти.

Эта полость под законцовкой 36 ограничивается поперечно, с одной стороны, стенкой 21 верхней поверхности по большей части длины этой полости, а с другой стороны стенкой 19 нижней поверхности поблизости от задней кромки 17 и в передней части внутренней изогнутой стенкой лопасти, отделяющей средний контур от центрального контура. Другими словами, на большей части своей протяженности полость под законцовкой 36 находится в соприкосновении с верхней поверхностью, и она находится в соприкосновении с верхней поверхностью и нижней поверхностью в нижней по потоку области лопасти, т.е., рядом с задней кромкой этой лопатки. Эта полость под законцовкой 36 ограничивается по оси EV по размаху, концевой стенкой 25, и нижней стороной, параллельной этой концевой стенке и разнесенной с интервалом от нее.

Центральный воздуховод 34, в свою очередь, ограничивается поперечно стенкой 19 нижней поверхности и стенкой, отделяющей центральный контур 27 от среднего контура 28. Воздух, циркулирующий в этом центральном воздуховоде 34, таким образом, контактирует со стенкой 19 нижней поверхности, но не со стенкой 21 верхней поверхности.

Полость под законцовкой 36, таким образом, протягивается преимущественно в концевой части лопасти центральной части до области рядом с задней кромкой 17 для того, чтобы обеспечивать максимальное охлаждение посредством теплообмена в этой области, которая подвергается воздействию газа высокой температуры и является критичной для окисления и отслаивания. Эта полость 36 предоставляет возможность, в частности, подачи свежего воздуха к одной или более щелям 24 для охлаждения задней кромки на стороне нижней поверхности, которые являются ближайшими к концевой части S, в то же время эффективно вентилируя стенку 19 нижней поверхности рядом с концевой частью S и с задней кромкой 17 через ее внутреннюю поверхность.

Спиральный средний контур

Средний контур 28, который видим на фиг. 5, включает в себя три радиальных воздуховода 41, 42 и 43, сообщающиеся друг с другом в спиральной компоновке, также называемой тромбоном, чтобы максимизировать путь воздуха для того, чтобы использовать воздух из этого воздуховода с полной производительностью. Первый и третий воздуховоды 41 и 43 располагаются соответственно выше по потоку и ниже по потоку от центрального воздуховода 34 контура 27, в то время как второй воздуховод 42 находится на том же уровне, что и центральный воздуховод 34 по оси AX, в то же время размещаясь между этим центральным воздуховодом 34 и стенкой нижней поверхности.

Воздуховоды 41, 42, 43, составляющие средний контур 28, таким образом, располагаются вокруг центрального воздуховода 34, чтобы ограничивать нагрев воздуха, проводимого этим центральным воздуховодом 34 в полость под законцовкой 36, с тем, чтобы эффективно охлаждать область концевой части лопасти рядом с задней кромкой.

Первый воздуховод:

Первый воздуховод 41, таким образом, располагается продольно между верхним по потоку воздуховодом 31 верхнего по потоку контура 26 и центральным воздуховодом 34 центрального контура 27, проходя бок о бок с ними обоими. Этот первый воздуховод 41 собирает воздух в корневой части P посредством своего раструба 44, и он заканчивается в концевой стенке, соединяясь со вторым воздуховодом 42 посредством первого колена 46. Этот первый воздуховод 41 проходит поперечно от стенки 21 верхней поверхности до стенки 19 нижней поверхности, так что воздух, протекающий в нем, находится в непосредственном соприкосновении со стенками нижней поверхности и верхней поверхности.

Этот первый воздуховод 41 не имеет отверстий, проходящих сквозь стенку 19 нижней поверхности, и отверстий, проходящих сквозь стенку 21 верхней поверхности: он не создает охлаждающую пленку на внешней поверхности лопасти. Это предоставляет возможность способствовать высокому расходу в этом первом воздуховоде. Когда воздух циркулирует в этом первом воздуховоде от корневой части P до концевой части S, он прижимается к стенке нижней поверхности ускорением Кориолиса, но протяженность контактной поверхности со стенкой нижней поверхности уменьшается: это сочетание предоставляет возможность увеличивать теплообмен со стенкой нижней поверхности, чтобы охлаждать ее, насколько возможно.

Второй воздуховод:

Второй воздуховод 42 среднего контура 28 идет бок о бок с первым воздуховодом 41 и центральным воздуховодом 34 центрального контура 27, протягиваясь поперечно между стенкой 19 нижней поверхности и внутренней стенкой, которая отделяет его от центрального воздуховода 34, этот центральный воздуховод проходит поперечно от этой внутренней стенки до стенки 21 верхней поверхности. Этот второй воздуховод 42, таким образом, имеет толщину в поперечном направлении, которая равна порядка половины толщины первого воздуховода 41, и воздух, циркулирующий в нем, контактирует со стенкой 19 нижней поверхности, но не контактирует со стенкой 21 верхней поверхности.

Необязательно, этот второй воздуховод 42 сам также лишен отверстий, проходящих сквозь стенку 19 нижней поверхности: в этом случае, он не способствует охлаждению посредством внешней пленки, для того, чтобы способствовать высокому расходу также в этом втором воздуховоде 42. Когда воздух циркулирует в этом втором воздуховоде 42 от концевой части S до корневой части P, он прижимается ускорением Кориолиса к внутренней стенке, которая подвергается воздействию температуры газа меньше по сравнению со стенкой нижней поверхности, так что нагрев воздуха в этом втором воздуховоде 42 является относительно низким.

Внутренняя стенка:

Внутренняя стенка лопасти, не показана на чертежах, проходит между вторым воздуховодом 42 среднего контура 28 и центральным воздуховодом 34 центрального контура 27, является изогнутой центральной стенкой, протягивающейся, с одной стороны, от основания 18 до области концевой части S, а с другой стороны, от нижней поверхности 19 до верхней поверхности 21. Кроме того, эта внутренняя стенка имеет относительно низкую температуру, поскольку она не контактирует с текучей средой, в которую погружена лопасть. Кроме того, эта внутренняя стенка принимает на себя значительную долю центробежных сил, которым подвергается лопасть в эксплуатации, что ограничивает повреждение этой лопасти посредством ползучести материала.

Третий воздуховод:

Второй воздуховод 42 соединяется в области основания 18 лопасти с третьим воздуховодом 43, посредством второго колена 47, расположенного поперечно между стенкой нижней поверхности и внутренней стенкой.

Третий воздуховод 43 разнесен на расстояние от второго воздуховода 42 по оси AX, и он проходит бок о бок с упомянутым вторым воздуховодом, проходящим от основания 18 до области под законцовкой, параллельно центральному воздуховоду 34, который также идет бок о бок с ним. На большей части своей протяженности этот третий воздуховод 43 проходит поперечно от стенки 19 нижней поверхности до стенки 21 верхней поверхности. Но в его окончании сечение этого третьего воздуховода 43 уменьшается таким образом, что он проходит поперечно от полости под законцовкой 36 до стенки 19 нижней поверхности, и он заканчивается концевой стенкой 25.

Воздух, циркулирующий в этом третьем воздуховоде 43, таким образом, непосредственно контактирует со стенками нижней поверхности и верхней поверхности на большей части его протяженности, но он контактирует только с нижней поверхностью в конечном фрагменте этого воздуховода вследствие того факта, что этот конец протягивается от полости под законцовкой 36 до стенки 19 нижней поверхности.

Раструб 44 составляет только путь подачи воздуха для всего среднего контура, этот воздух проходит последовательно через воздуховоды 41, 42 и 43. Когда он проходит через первый и второй воздуховод 41 и 42, этот воздух сохраняет высокий расход благодаря отсутствию отверстий в первом воздуховоде и необязательно во втором воздуховоде, и он слегка нагревается в них. Когда воздух достигает третьего воздуховода 43, таким образом, он имеет высокий расход и относительно низкую температуру, предоставляющую возможность эффективно охлаждать эту часть. Эта часть охлаждается, в частности, посредством охлаждающих отверстий 22, проходящих сквозь стенку 19 нижней поверхности, чтобы формировать пленку из воздуха, термически защищающую внешнюю сторону стенки 19 нижней поверхности выше по потоку от задней кромки 17.

В общем, благодаря сочетанию центрального контура 27 и среднего контура 28 согласно изобретению, поток воздуха для охлаждения области в середине лопатки является меньшим по сравнению с расходом, требуемым для традиционного контура охлаждения.

Компоновка среднего контура относительно полости под законцовкой

Как видно более четко на фиг. 9 и 10, полость под законцовкой 36 протягивается от стороны верхней поверхности, относительно окончания третьего воздуховода 43, и до первого колена 46, которые оба идут бок о бок с нижней поверхностью. Эта полость под законцовкой 36 охлаждает стенку 19 нижней поверхности в концевой части лопасти рядом с задней кромкой.

Полость под законцовкой изолируется от стенки нижней поверхности, которая является горячей, на большей части своей протяженности, благодаря первому воздуховоду 41 и первому колена 46, оба расположены между полостью под законцовкой 36 и нижней поверхностью 19, которая является самой горячей стенкой. Таким образом, воздух, поступающий на нижнем по потоку конце полости под законцовкой, является достаточно холодным, чтобы эффективно охлаждать нижнюю поверхность рядом с задней кромкой.

В этом контексте, и как видно более четко на фиг. 10, сечение третьего воздуховода 43 сужается в его конце, с тем, чтобы освобождать пространство для полости под законцовкой 36.

В варианте, окончание третьего воздуховода 43 находится под полостью под законцовкой 36 с тем, чтобы протягиваться выше по потоку протяженности полости под законцовкой в соприкосновении со стенкой нижней поверхности, чтобы дополнительно улучшать охлаждение концевой части лопасти: низкий расход относительно нагретого воздуха, поступающего в конец третьего воздуховода 43, не используется для охлаждения концевой части лопасти на стороне нижней поверхности рядом с задней кромкой. Этот вариант, который может быть обусловлен производственными ограничениями элементов сердечников и ограничениями отливки, не соответствует представлению конца третьего воздуховода, как он выглядит на фиг. 5 и 8-10.

Нижний по потоку контур

Как может быть видно на фиг. 7, нижний по потоку контур 29 включает в себя нижний по потоку воздуховод 51, снабжающий нижнюю по потоку рампу 52, которая идет бок о бок с этим нижним по потоку воздуховодом 51, и которая, в свою очередь, снабжает охлаждающие щели 24.

Более конкретно, нижняя по потоку рампа 52 находится на расстоянии от воздуховода 51 по оси AX, и она соединяется с последним рядом преимущественно осевых каналов 54, т.е., проходящих по оси AX. Эти каналы 54 равномерно разнесены радиально относительно друг друга в направлении EV по размаху и обеспечивают равномерную подачу воздуха к нижней по потоку рампе 52 по всей ее высоте, каждый канал имеет откалиброванное проходное сечение, т.е., предварительно определенное проходное сечение.

Воздуховод 51 и рампа 52 проходят в направлении EV по размаху от раструба 53, расположенного в корневой части P, и через который охлаждающий воздух собирается, до полости под законцовкой 36.

В общем, различные контуры могут включать в себя нарушители потока, размещенные в их воздуховодах, чтобы создавать турбулентность для того, чтобы увеличивать теплообмены между воздухом и лопастью в упомянутых контурах.

Преимущества

В общем, лопатка согласно изобретению предоставляет возможность уменьшать расход воздуха, необходимый для ее охлаждения, значительно уменьшая расход, необходимый для охлаждения среднего фрагмента лопасти, протягивающегося практически на полпути между ее передней кромкой и ее задней кромкой, и сохраняя холодный воздух для охлаждения нижней поверхности рядом с концевой частью и с задней кромкой.

Благодаря снабжению полости под законцовкой через центральную трубку, расположенную между трубками контура спирального типа, воздух, переносимый в полость под законцовкой, не нагревается, что предоставляет возможность эффективно охлаждать стенку нижней поверхности рядом с концом и с задней кромкой.

Тот факт, что первый и второй воздуховод спирального контура лишены отверстий по направлению к верхней поверхности и по направлению к нижней поверхности, предоставляет возможность сохранять высокий расход в этом спиральном контуре, чтобы эффективно охлаждать внешние стороны нижней по потоку части лопасти благодаря третьему воздуховоду этого спирального контура.

С этой компоновкой верхний по потоку контур включает в себя единственный воздуховод, предназначенный для охлаждения передней кромки, которая, таким образом, также охлаждается до максимума.

Изобретение относится к лопатке турбины, содержащей корневую часть, поддерживающую лопасть, заканчивающуюся концевой частью в форме законцовки, лопасть имеет стенку внутренней поверхности и стенку внешней поверхности, также как переднюю кромку, заднюю кромку и концевую стенку, ограничивающую низ законцовки, посредством которой стенка внутренней поверхности соединяется со стенкой внешней поверхности, упомянутая лопасть также содержит: змеевидный средний контур (28), включающий в себя первую радиальную трубку (41), которая собирает воздух в корневой части и соединяется посредством первого изгиба (46) со второй радиальной трубкой (42), которая соединяется посредством второго изгиба (47) с третьей радиальной трубкой (43); полость (36) под законцовкой, идущую вдоль стенки (21) внешней поверхности и протягивающуюся от центральной области концевой части (S) до задней кромки (17); центральную радиальную трубку (34), собирающую воздух в корневой части и протягивающуюся, по меньшей мере, между двумя из трех трубок (41, 42, 43) среднего контура (28) и непосредственно снабжающую полость (36) под законцовкой. Воздушный поток, необходимый для охлаждения средней части лопатки, уменьшается, чтобы способствовать лучшему охлаждению её критичных частей, таких как, в частности, стенка нижней поверхности в области концевой части рядом с задней кромкой. 4 н. и 11 з.п. ф-лы, 10 ил.

1. Лопасть турбины турбомашины, такой как турбореактивный двигатель, предназначенная для установки вокруг оси вращения (AX) на роторном диске, вращающемся вокруг оси вращения (AX), содержащая корневую часть (P) для установки ее в ячейке диска, и полую лопатку (12), проходящую от корневой части (P) в радиальном направлении (EV) по размаху, заканчивающуюся в концевой части (S), формирующей законцовку (B), лопатка (12) содержит стенку (19) нижней поверхности и стенку (21) верхней поверхности, также как переднюю кромку (16), заднюю кромку (17) и концевую стенку (25), ограничивающую низ законцовки (B), и посредством которой стенка (19) нижней поверхности соединена со стенкой (21) верхней поверхности, эта лопатка (12) также содержит

средний контур (28) тромбонного типа, включающий в себя первый воздуховод (41), собирающий воздух в корневой части (P), и который соединяется первым коленом (46) со вторым воздуховодом (42), который соединяется вторым коленом (47) с третьим воздуховодом (43), эти первый, второй и третий воздуховоды (41, 42, 43) являются преимущественно радиальными, второй и третий воздуховоды (42, 43) расположены между первым воздуховодом (41) и задней кромкой (17);

полость под законцовкой (36), расположенную на стороне стенки (21) верхней поверхности и концевой стенки (25), и которая проходит вдоль концевой части (S) до задней кромки (17);

преимущественно радиальный центральный воздуховод (34), расположенный между стенкой (21) верхней поверхности и вторым воздуховодом (42) среднего контура (28), этот центральный воздуховод (34) собирает воздух в корневой части (P) и проходит между, по меньшей мере, двумя из трех воздуховодов (41, 42, 43) среднего контура (28), чтобы непосредственно снабжать полость под законцовкой (36).

2. Лопасть по п. 1, при этом, по меньшей мере, часть первого колена (46) и один конец третьего воздуховода (43) расположены между полостью под законцовкой (36) и стенкой (19) нижней поверхности.

3. Лопасть по п. 1, при этом, по меньшей мере, часть первого колена (46) расположена между полостью под законцовкой (36) и стенкой (19) нижней поверхности, и при этом третий воздуховод (43) имеет конец, который заканчивается в концевой стенке (25).

4. Лопасть по п. 1, в которой центральный воздуховод (34) и полость под законцовкой (36) формируют L-образный воздуховод, расположенный на стороне стенки (21) верхней поверхности.

5. Лопасть по п. 1, в которой центральный воздуховод (34) проходит между, по меньшей мере, двумя воздуховодами (41, 43) среднего контура (28), которые оба проходят на большей части своих соответствующих протяженностей от стенки (21) верхней поверхности до стенки (19) нижней поверхности.

6. Лопасть по п. 5, в которой первый воздуховод (41) и третий воздуховод (43), оба проходят на большей части своих протяженностей от стенки (19) нижней поверхности до стенки (21) верхней поверхности, и при этом центральный воздуховод (34) проходит, с одной стороны, между первым воздуховодом (41) и третьим воздуховодом (43), а с другой стороны, между вторым воздуховодом (42) и стенкой (21) верхней поверхности.

7. Лопасть по п. 1, в которой стенка (19) нижней поверхности включает в себя охлаждающие отверстия (22), которые проходят сквозь нее и открываются в третий воздуховод (43), чтобы формировать пленку для охлаждения стенки (19) нижней поверхности выше по потоку от задней кромки (17).

8. Лопасть по п. 1, в которой стенка нижней поверхности лишена отверстий, открывающихся в первый воздуховод (41) и/или во второй воздуховод (42).

9. Лопасть по п. 1, включающая в себя охлаждающие щели (24), проходящие сквозь стенку (19) нижней поверхности вдоль задней кромки (17) для того, чтобы охлаждать ее, и при этом, по меньшей мере, одна из этих щелей (24) расположена на стороне концевой части (S) и снабжается охлаждающим воздухом посредством полости под законцовкой (36).

10. Лопасть по п. 1, содержащая дополнительный нижний по потоку контур (29), включающий в себя преимущественно радиальный нижний по потоку воздуховод (51), этот нижний по потоку воздуховод (51) собирает воздух в корневой части (P), чтобы снабжать несколько щелей (24) для охлаждения задней кромки (17).

11. Лопасть по п. 10, в которой нижний по потоку воздуховод (51) снабжает щели (24) через нижнюю по потоку рампу (52), с которой он сообщается посредством преимущественно осевых каналов (54).

12. Лопасть по п. 1, содержащая, по меньшей мере, один преимущественно радиальный верхний по потоку воздуховод (31), специально предназначенный для охлаждения передней кромки (16), этот верхний по потоку воздуховод (31) собирает охлаждающий воздух в корневой части (P), чтобы охлаждать переднюю кромку (16), за счет выпускания этого воздуха через отверстия (22), проходящие сквозь стенку лопатки на переднюю кромку (16).

13. Турбина турбомашины, содержащая лопасть по п. 1.

14. Турбомашина, содержащая турбину по предыдущему пункту.

15. Керамический сердечник для изготовления лопасти турбины турбомашины, такой как турбореактивный двигатель, предназначенной для установки вокруг оси вращения (AX) на роторном диске, вращающемся вокруг оси вращения (AX), содержащей корневую часть (P) для установки ее в ячейке диска, и полую лопатку (12), проходящую от корневой части (P) в радиальном направлении (EV) по размаху, заканчивающуюся в концевой части (S), формирующей законцовку (B), лопатка (12) содержит стенку (19) нижней поверхности и стенку (21) верхней поверхности, также как переднюю кромку (16), заднюю кромку (17) и концевую стенку (25), ограничивающую низ законцовки (B), и посредством которой стенка (19) нижней поверхности соединена со стенкой (21) верхней поверхности, этот сердечник содержит

элемент сердечника для формирования среднего контура (28) тромбонного типа, включающий в себя первый воздуховод (41), собирающий воздух в корневой части (P), и который соединяется первым коленом (46) со вторым воздуховодом (42), который соединяется вторым коленом (47) с третьим воздуховодом (43), эти первый, второй и третий воздуховоды (41, 42, 43) являются преимущественно радиальными, второй и третий воздуховоды (42, 43) расположены между первым воздуховодом (41) и задней кромкой (17);

другой элемент сердечника, чтобы формировать полость под законцовкой (36), расположенную на стороне стенки (21) верхней поверхности и концевой стенки (25), и которая проходит вдоль концевой части (S) до задней кромки (17), также как преимущественно радиальный центральный воздуховод (34), расположенный между стенкой (21) верхней поверхности и средним контуром (28), этот центральный воздуховод (34) собирает воздух в корневой части (P) и проходит между, по меньшей мере, двумя из трех воздуховодов (41, 42, 43) среднего контура (28) и непосредственно снабжает полость под законцовкой (36).