БЛОК СОПЛОВЫХ ЛОПАТОК С КАНАЛОМ ДЛЯ ТРАНЗИТА ВОЗДУХА ОТ ВОЗДУХО-ВОЗДУШНОГО ТЕПЛООБМЕННИКА Российский патент 2024 года по МПК F01D9/04 F01D5/18 F02C7/18 

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и предназначено для сопловых аппаратов турбины газотурбинного авиационного двигателя.

Цель изобретения - обеспечить повышение КПД турбореактивного двигателя с воздухо-воздушным теплообменником (ВВТ) во втором контуре и транзитом воздуха из ВВТ через сопловую лопатку к рабочим лопаткам.

Ожидаемый технический результат - уменьшение расхода воздуха через ВВТ за счет использования его только для охлаждения рабочей лопатки.

Наиболее близкой к предлагаемой конструкции является система охлаждения, в сопловых лопатках которой выполнены две полости с одной перегородкой посередине (патент RU №2518729, опубликовано: 10.06.2014). Первая полость от входной кромки до перегородки предназначена для охлаждения входной кромки и передней части корыта и спинки и использует для охлаждения вторичный воздух камеры сгорания, который выбрасывается в проточную часть через ряды перфорационных отверстий для создания заградительного охлаждения. Вторая полость от перегородки до выходной кромки предназначена для охлаждения остальной части сопловой лопатки и транзита воздуха от ВВТ к рабочей лопатке и использует для этого воздух из ВВТ. Во второй полости воздух от ВВТ проходит через транзитный дефлектор к рабочей лопатке ТВД (турбины высокого давления) и через перфорационные отверстия в транзитном дефлекторе охлаждает заднюю часть корыта и спинки сопловой лопатки и выбрасывается в проточную часть через выходную кромку.

Недостатком данной конструкции является отбор воздуха из-за ВВТ для охлаждения задней части корыта и спинки пера сопловой лопатки, что увеличивает расход воздуха через ВВТ и ведет к повышению температуры воздуха после ВВТ и снижает эффективность охлаждения рабочей лопатки ТВД.

Технической проблемой, решение которой обеспечивается при осуществлении предлагаемого изобретения, и невозможно обеспечить при использовании прототипа, является охлаждение воздухом от воздухо - воздушного теплообменника (ВВТ) только рабочей лопатки (РЛ) турбины высокого давления, что позволит уменьшить расход воздуха через ВВТ, снизить температуру воздуха за ВВТ (перед входом в РЛ). Снижение температуры воздуха перед входом в РЛ позволит увеличить эффективность охлаждения РЛ, а значит и позволит увеличить и КПД цикла двигателя в целом.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в обеспечении охлаждения пера сопловой лопатки только вторичным воздухом основной камеры сгорания без использования для этого воздуха от ВВТ.

Техническая проблема решается тем, что канал передачи воздуха от ВВТ к РЛ, представляющий собой тонкостенный дефлектор, охлаждается вторичным воздухом основной камеры сгорания. Дефлектор устанавливается в транзитную полость, образуемую перегородками между спинкой и корытом сопловой лопатки. Для подачи вторичного воздуха на охлаждение транзитной полости в перегородке передней полости (со стороны входной кромки) выполняются окна. Вторичный воздух от камеры сгорания проходит через окна в передней перегородке, протекает между стенкой дефлектора и стенкой сопловой лопатки, охлаждая стенки транзитной полости, и выбрасывается в проточную часть через отверстия перфорации в стенке сопловой лопатки.

Настоящее изобретение иллюстрируется чертежами на фиг. 1-3, где:

на фиг. 1 - представлен поперечный разрез сопловой лопатки;

на фиг. 2 - представлен разрез по передней перегородке;

на фиг. 3 - представлен продольный разрез по каналу передачи воздуха от ВВТ.

Предлагается блок сопловых лопаток ТВД с трехполостной конструкцией пера лопатки соплового аппарата ТВД с двумя перегородками, в которой все трактовые поверхности охлаждаются вторичным воздухом основной камеры сгорания, а транзитный воздух из-за ВВТ к рабочей лопатке ТВД передается через транзитную полость, внутри дефлектора, защищенного от горячей стенки слоем вторичного воздуха основной камеры сгорания.

В первую полость между входной кромкой и первой перегородкой подается для охлаждения вторичный воздух основной камеры сгорания. Воздух со стороны верхней полки входит в дефлектор и через отверстия перфорации душирует огневую стенку, затем через отверстия во входной кромке создает заградительное охлаждение огневой стенки, а через окна (8) в первой перегородке идет на охлаждение стенок спинки и корыта транзитной полости, защищая дефлектор транзитной полости от нагрева.

Вторая - транзитная полость (3), образована уплотнением дефлектора (1), дефлектором (7) и перегородками со стороны входной (4) и выходной (2) кромок. При этом дефлектор (7) для транзитного воздуха устанавливается между перегородками и опирается на поперечные ребра (5) со стороны спинки и корыта. В верхней части транзитная полость герметично уплотняется с ВВТ посредством стягивания винтами верхней полки соплового блока к наружному кольцу соплового венца. Дефлектор в нижней части припаян по контуру, а в верхней имеет возможность перемещаться с обеспечением уплотнения (1) между стенкой транзитной полости и дефлектором. В нижней части транзитная полость соединяется с коллектором охлаждающего воздуха, образованным в нижней части нижней полки поперечной перегородкой (6). Третья полость образована второй перегородкой и стенками корыта и спинки выходной части сопловой лопатки. Третья полость охлаждается вторичным воздухом основной камеры сгорания. Воздух попадает сначала в дефлектор затем через отверстия перфорации в дефлекторе на стенки корыта и спинки, в зазор между дефлектором и стенкой сопловой лопатки и далее через оребренную матрицу и покидает сопловую лопатку через щель в выходной кромке.

Особенность конструкции пера сопловой лопатки блока заключается в том, что перегородка со стороны входной кромки (4), имеет окна (8) для прохода вторичного воздуха основной камеры сгорания из передней полости в зазор между транзитным дефлектором и стенками транзитной полости на охлаждение стенок корыта и спинки транзитной полости.

В передней перегородке допускается выполнять технологическое окно (9), для того чтобы при ее изготовлении стержень, образующий полость между входной кромкой и первой перегородкой, был дополнительно соединен со стержнем, образующим транзитную полость, что повышает точность выполнения отливки.

Конструкция пера сопловой лопатки блока обеспечивает организацию надежного конвективно-заградительного охлаждения профиля сопловой лопатки со стороны спинки и корыта транзитной полости через отверстия (10), а также предотвращение нагрева транзитного охлаждающего воздуха, поступающего от ВВТ на охлаждение рабочих лопаток от высокотемпературного потока газа через стенку лопатки.

Функция повышения КПД цикла выполняется за счет охлаждения пера сопловой лопатки полностью вторичным воздухом камеры сгорания и использованием охлажденного воздуха от ВВТ только для охлаждения рабочей лопатки ТВД. Это позволяет уменьшить расход воздуха через ВВТ и, следовательно, понизить температуру воздуха на выходе из ВВТ и на входе в рабочую лопатку ТВД, что в свою очередь позволяет поднять эффективность охлаждения рабочей лопатки и поднять температуру газа перед турбиной. Поднятие температуры газа перед турбиной повышает КПД цикла. Кроме того, такая конструкция позволяет защитить воздух из-за ВВТ, идущий на охлаждение рабочей лопатки, от нагрева при прохождении через сопловую лопатку.

Таким образом, выполнение предлагаемого изобретения с вышеуказанными отличительными признаками в совокупности с известными признаками, позволяет создать ТРД (турбореактивный двигатель) с увеличенным КПД термодинамического цикла за счет охлаждения сопловых лопаток вторичным воздухом основной камеры сгорания, рабочих лопаток воздухом от ВВТ, при этом передача воздуха от ВВТ к РЛ через сопловую лопатку осуществляется внутри тонкостенного дефлектора, снизу припаянного к сопловой лопатке, а вверху подвижно уплотненного. Снижение температуры воздуха перед рабочей лопаткой ТВД можно использовать и для снижения расхода воздуха через рабочую лопатку, что также скажется на повышении КПД цикла.

Изобретение относится к области авиадвигателестроения и предназначено для сопловых аппаратов турбины газотурбинного авиационного двигателя. Блок сопловых лопаток с каналом для транзита воздуха от воздухо-воздушного теплообменника включает три трехполостные сопловые лопатки и две полки с дефлекторами и экранами. В передней перегородке имеются окна вдоль спинки и корыта для прохода вторичного воздуха основной камеры сгорания из полости лопатки входной кромки в транзитную полость с целью охлаждения участков спинки и корыта пера, образующих транзитную полость - канал передачи воздуха от воздухо-воздушного теплообменника (ВВТ) к рабочей лопатке турбины. Воздух от воздухо-воздушного теплообменника передается через тонкостенный дефлектор, установленный в транзитную полость, а охлаждающий воздух течет в зазоре между дефлектором и стенкой и выбрасывается в проточную часть через ряд отверстий перфорации в стенке сопловой лопатки. Достигается уменьшение расхода воздуха через ВВТ за счет использования его только для охлаждения рабочей лопатки, увеличение КПД турбореактивного двигателя за счет охлаждения сопловых лопаток вторичным воздухом основной камеры сгорания, а рабочих лопаток воздухом от ВВТ. 3 ил.

Блок сопловых лопаток с каналом для транзита воздуха от воздухо-воздушного теплообменника, включающий три трехполостные сопловые лопатки и две полки с дефлекторами и экранами, отличающийся тем, что в передней перегородке имеются окна вдоль спинки и корыта для прохода вторичного воздуха основной камеры сгорания из полости лопатки входной кромки в транзитную полость с целью охлаждения участков спинки и корыта пера, образующих транзитную полость - канал передачи воздуха от воздухо-воздушного теплообменника к рабочей лопатке турбины, при этом воздух от воздухо-воздушного теплообменника передается через тонкостенный дефлектор, установленный в транзитную полость, а охлаждающий воздух течет в зазоре между дефлектором и стенкой и выбрасывается в проточную часть через ряд отверстий перфорации в стенке сопловой лопатки.