Бандажная полка рабочей лопатки высокотемпературной газовой турбины Российский патент 2024 года по МПК F01D5/22 F01D5/18 

Изобретение относится к области транспортного и энергетического турбостроения и может быть использовано в конструкции рабочих лопаток высокотемпературной газовой турбины, имеющих бандажные полки.

Известна рабочая лопатка турбины газотурбинного двигателя, в конструкции бандажной полки которой, кроме уплотнительного гребня предусмотрены дополнительные ребра, обеспечивающие организацию течения охлаждающего воздуха, выпускаемого в торцевой части пера лопатки, с целью улучшения охлаждения компенсаторов напряжений (патент №RU 2529273 С1, опубликован 27.09.2014).

Недостаток такой бандажной полки заключается в значительных относительных размерах полости между ребрами и уплотнительным гребнем, при которых сложно организовать течение охлаждающего воздуха в направлении компенсаторов напряжений из-за хаотичного его перемешивания с прорывающимися через радиальный зазор над уплотнительным гребнем продуктами сгорания топлива, что снижает эффективность охлаждения компенсаторов напряжений рабочей лопатки и негативно влияет на ресурсные показатели высокотемпературной газовой турбины.

Известно выбранное за прототип устройство - бандажная полка, содержащая кольцевой элемент с гребнями лабиринтного уплотнения и стенку, расположенную между гребнями лабиринтного уплотнения и соединенную, по крайней мере, с одним из гребней лабиринтного уплотнения (патент №RU 60631 U1, опубликован 27.01.2007).

К недостаткам прототипа следует отнести увеличение массы и строительной высоты рабочей лопатки, приводящей к общему увеличению массы высокотемпературной газовой турбины, усложнение технологического процесса изготовления рабочей лопатки из-за необходимости наращивания конструкции стержня для изготовления отливки рабочей лопатки с дополнительной полостью, а также ограничение количества охлаждающего воздуха, который возможно подвести через малую по размерам дополнительную полость к элементам бандажной полки рабочей лопатки для улучшения их охлаждения, что негативно влияет на ресурсные показатели высокотемпературной газовой турбины.

Техническим результатом изобретения является увеличение ресурса как рабочих лопаток, так и высокотемпературной газовой турбины за счет снижения температуры бандажной полки рабочей лопатки в области контактных поверхностей.

Указанный результат достигается тем, что бандажная полка рабочей лопатки высокотемпературной газовой турбины содержит сектор кольцевого элемента с, по крайней мере, одним гребнем лабиринтного уплотнения, и ребра жесткости, на которых установлен экран с образованием полости для направления охлаждающего воздуха на контактные поверхности бандажной полки.

Установка экрана на ребрах жесткости с образованием полости для направления охлаждающего воздуха на контактные поверхности бандажной полки позволяет разделить объем над бандажной полкой на объем, в котором происходит перемешивание прорывающихся через радиальный зазор над уплотнительными гребнями продуктов сгорания топлива с выпускаемым из-под экрана воздухом, и на объем для направления этого воздуха в область контактных поверхностей бандажной полки, что способствует уменьшению температуры контактных поверхностей и, как следствие, снижению их износа и соответствующему увеличению ресурса как рабочих лопаток, так и высокотемпературной газовой турбины.

Бандажная полка рабочей лопатки высокотемпературной газовой турбины показана на чертежах, где на фиг. 1 показана бандажная полка с одним гребнем лабиринтного уплотнения, вид сверху; на фиг. 2 показано сечение А-А на фиг. 1 (стрелками обозначено течение воздуха из внутренней полости рабочей лопатки); на фиг.3 показано изометрическое изображение бандажной полки; на фиг. 4 показана бандажная полка с двумя гребнями лабиринтного уплотнения.

Бандажная полка рабочей лопатки высокотемпературной газовой турбины содержит сектор кольцевого элемента 1 с, по крайней мере, одним гребнем лабиринтного уплотнения 2, ребра жесткости 3 и экран 4. Сектор кольцевого элемента 1, ребра жесткости 3 и экран 4 образуют полость 5 для подачи воздуха из внутренней полости 6 рабочей лопатки и направления его на контактные поверхности 7 бандажной полки.

Предлагаемая бандажная полка рабочей лопатки высокотемпературной газовой турбины работает следующим образом.

При работе высокотемпературной газовой турбины бандажная полка рабочей лопатки подвергается воздействию продуктов сгорания топлива: с одной стороны ее обтекают продукты сгорания топлива, проходящие через межлопаточные каналы лопаток рабочего колеса газовой турбины, с другой стороны ее омывают продукты сгорания топлива, прорывающиеся через зазор над гребнями 2 лабиринтного уплотнения и смешивающиеся с воздухом, поступающим из внутренней полости рабочей лопатки. Воздух из внутренней полости 6 рабочей лопатки поступает в полость 5, образованную сектором кольцевого элемента 1, ребрами жесткости 3 и экраном 4, откуда направляется на контактные поверхности 7 бандажной полки, что уменьшает степень его перемешивания с продуктами сгорания топлива и, соответственно, снижает температуру контактных поверхностей 7 бандажной полки, в результате чего снижается их износ и, соответственно, увеличивается ресурс как рабочих лопаток, так и высокотемпературной газовой турбины.

Изобретение относится к области транспортного и энергетического турбостроения и может быть использовано в конструкции рабочих лопаток высокотемпературной газовой турбины, имеющих бандажные полки. Бандажная полка рабочей лопатки высокотемпературной газовой турбины, которая содержит сектор кольцевого элемента 1 с по крайней мере одним гребнем лабиринтного уплотнения 2, ребра жесткости 3 и экран 4. Сектор кольцевого элемента 1, ребра жесткости 3 и экран 4 образуют полость 5 для подачи воздуха из внутренней полости 6 рабочей лопатки и направления его на контактные поверхности 7 бандажной полки. Обеспечивает увеличение ресурса как рабочих лопаток, так и высокотемпературной газовой турбины за счет снижения температуры бандажной полки рабочей лопатки в области контактных поверхностей. 4 ил.

Бандажная полка рабочей лопатки высокотемпературной газовой турбины, содержащая сектор кольцевого элемента с по крайней мере одним гребнем лабиринтного уплотнения, ребра жесткости и полость для направления охлаждающего воздуха на контактные поверхности бандажной полки, отличающаяся тем, что содержит установленный на ребрах жесткости экран для разделения объема над бандажной полкой на объем, в котором происходит перемешивание прорывающихся через радиальный зазор над уплотнительными гребнями продуктов сгорания топлива с выпускаемым из-под экрана воздухом, и на объем для направления этого воздуха в область контактных поверхностей бандажной полки, а полость для направления охлаждающего воздуха на контактные поверхности бандажной полки образована сектором кольцевого элемента, ребрами жесткости и экраном.