UA80246C2 - Лопатка турбіни та турбіна високого тиску турбомашини - Google Patents

Abstract

Рухлива лопатка турбіни високого тиску турбомашини містить щонайменше один охолоджувальний контур. Охолоджувальний контур утворений щонайменше однією порожниною, що проходить радіально між вершиною і основою лопатки, щонайменше одним впускним отвором для повітря на одному радіальному кінці порожнини або порожнин для подачі охолоджувального повітря в охолоджувальний контур або контури і декількома випускними щілинами. Випускні щілини відкриті в порожнину або порожнини і виходять на вихідну кромку лопатки. Випускні щілини розташовані по довжині вихідної кромки між вершиною і основою лопатки по суті перпендикулярно повздовжній осі лопатки. Щонайменше одна випускна щілина, найближча до основи пера лопатки, виконана з нахилом до вершини лопатки під кутом від 10° до 30° до осі обертання лопатки. 

Description

Опис винаходу

Даний винахід відноситься до широкої області рухливих (робочих) лопаток турбомашини і, у більш вузькому 2 аспекті, до випускних щілин для виходу охолоджувального повітря, розташованого на вихідній кромці рухливих і лопаток турбіни високого тиску.

Як відомо, турбомашина звичайно містить камеру згоряння, у якій повітря змішується з паливом перед згорянням суміші. Гази, що генеруються при згорянні, направляються до нижньої за напрямком потоку частини камери і потім надходять до турбіни високого тиску. Турбіна високого тиску звичайно містить один або декілька 70 рядів рухливих турбінних лопаток, розташованих по окружності на роторі турбіни. Таким чином, рухливі лопатки турбіни високого тиску піддаються впливу дуже високих температур газів згоряння. Ці температури досягають значень, що істотно перевищують температури, що спроможні витримувати без ушкоджень рухливі лопатки, що знаходяться в контакті з цими газами, що обмежує довговічність рухливих лопаток.

Відомий підхід до рішення даної проблеми шляхом постачання лопаток внутрішніми охолоджувальними 72 контурами, призначеними для зниження температури лопаток. При використанні подібних контурів охолоджувальне повітря, як правило, подається всередину лопатки через її кореневу частину (хвостовик), проходить через лопатку по траєкторії обумовленої порожнинами, сформованими усередині лопатки, і виводиться через випускні щілини, що виходять на поверхню лопатки. Більш конкретно, ці випускні щілини для виходу охолоджувального повітря звичайно розподілені уздовж вихідної кромки ручки лопатки між його основою і вершиною і розташовані по суті перпендикулярно подовжній осі лопатки.

Відомо також, що лопатки турбіни високого тиску, оснащені охолоджувальними контурами, виготовляють способом лиття або формування. Розміщення щілин, зокрема, щілин охолоджувальних контурів, звичайно забезпечують за допомогою стрижнів або сердечників, що закладають у форму паралельно один одному перед заливанням металу. Для полегшення цього заливання металу випускну щілину для виходу охолоджувального с повітря, найближчу до основи пера лопатки, звичайно виконують більше за розмірами, ніж інші щілини. Ге)

Проте на практиці було встановлено, що найближча до основи пера лопатки випускна щілина погано охолоджується. Через її збільшені розміри і через відцентрову силу, утворену обертанням лопатки, що виходить із цієї випускної щілини повітря, має тенденцію відхилятися до вершини лопатки. Це призводить до створення поблизу вихідної кромки лопатки значних температурних градієнтів, що викликають появу тріщин на рівні цієї ее, щілини, що особливо знижує довговічність лопатки. Ці високі температурні градієнти 5 мають також тенденцію -«ф поширюватися за рахунок теплопровідності до сполучної зони між основою пера лопатки і її полиці.

Задача, на рішення якої спрямований даний винахід, полягає в усуненні зазначених складностей і створенні с рухливої лопатки турбіни високого тиску з новою геометрією найближчої до основи пера лопатки випускної с3 щілини для виходу охолоджувального повітря, із тим щоб ця щілина не викликала утворення тріщин. Винахід 3о спрямований також на те, щоб не погіршувати загальної механічної щільності лопатки -- деталі, що піддається со дуже високим механічним напругам. Предметом винаходу є також турбіна високого тиску, оснащена такими рухливими лопатками.

Відповідно до винаходу рішення поставленої задачі досягається за рахунок створення нової рухливої « лопатки турбіни високого тиску в турбомашині. Лопатка за винаходом містить, щонайменше, один З охолоджувальний контур, що утворений, щонайменше, однією порожниною, що проходить радіально між с вершиною і основою лопатки, щонайменше, одним впускним отвором для повітря на одному радіальному кінці з» порожнини або порожнин для подачі охолоджувального повітря в охолоджувальний контур або контури, і декількома випускними щілинами, відкритими в порожнину або порожнини і вихідними на вихідну кромку лопатки.

Зазначені випускні щілини розташовані по довжині вихідної кромки між основою і вершиною лопатки й орієнтовані по суті перпендикулярно повздовжній осі лопатки. Лопатка за винаходом характеризується тим, що, со щонайменше, одна випускна щілина, найближча до основи пера лопатки, виконана з нахилом до вершини ав | лопатки під кутом від 102 до 302 до осі обертання лопатки.

При цьому охолоджуване повітря, виведене через випускну щілину, найближчу до основи пера лопатки, о направляється по всій поверхні даної щілини таким чином, що усувається утворення тріщин на рівні щілини. Така т» 50 спеціальна геометрія даної щілини дозволяє знизити приблизно на 595 локальну температуру на рівні цієї

Ф щілини. Крім того, геометрія даної щілини не погіршує стійкість лопатки до різноманітних механічних напруг, яким вона піддається.

У оптимальному варіанті нахил випускної щілини, найближчої до основи пера лопатки, складає приблизно 209, 59 Для зниження температури сполучної зони між основою пера лопатки і полицею, що утворює перегородку

ГФ) для проходу потоку газів згоряння через турбіну високого тиску, передній по потоку кінець випускної щілини, 7 найближчої до основи пера лопатки, сформований по суті в цій сполучній зоні.

Перелік фігур креслень

Приклад здійснення даного винаходу, його додаткові особливості і переваги будуть докладніше описані бо нижче з посиланнями на креслення, що прикладаються, на яких: фіг.1 зображує в перспективі рухливу лопатку турбіни високого тиску відповідно до винаходу, фіг.2 - це зображення в збільшеному масштабі частини лопатки по фіг.1, що ілюструє виконання випускного отвору (щілини) для виходу охолоджувального повітря, найближчого до основи пера лопатки.

Відомості, що підтверджують можливість здійснення винаходу На фіг.1 подана в перспективі рухлива лопатка бо 10 турбіни високого тиску турбомашини. Ця лопатка, що має подовжню вісь Х-Х, укріплена на диску ротора (не представлено) турбіни високого тиску за допомогою хвостовика 12, який звичайно мають ялинковий профіль. У загальному випадку лопатка має основа 14, вершину 16, передню вхідну кромку 18 і задню вихідну кромку 20.

Хвостовик 12 сполучений із основою 14 лопатки на рівні полки 22, що утворює перегородку для потоку газів Згоряння через турбіну високого тиску.

Така лопатка піддається впливу дуже високих температур газів згоряння і тому потребує охолодження. Для цього відомим чином рухлива лопатка 10 містить, щонайменше, один внутрішній охолоджувальний контур.

Зазначений охолоджувальний контур складається, наприклад, щонайменше, з однієї порожнини 24, що проходить радіально між основою 14 і вершиною 16 лопатки. У цю порожнину подається охолоджувальне 7/0 повітря на одному із її радіальних кінців через впускний отвір (не показано). Цей впускний отвір звичайно передбачений на рівні хвостовика 12 лопатки. Передбачено також декілька випускних щілин 26, що відкриті в порожнину 24 і виходять на вихідну кромку 20 лопатки для виходу охолоджувального повітря, що палить у порожнині. Ці випускні щілини 26 для виходу охолоджувального повітря звичайно розподілені уздовж вихідної кромки 20 між основою 14 і вершиною 16 пера лопатки й орієнтовані по суті перпендикулярно повздовжньої осі 75. Х-Х лопатки.

На фіг.2 більш чітко показана геометрія випускної щілини 28, найближчої до основи 14 пера лопатки 10.

Відповідно до винаходу найближча до основи пера лопатки випускна щілина 28 виконана з нахилом до вершини 16 лопатки під кутом від 102 до 302 до осі обертання лопатки (не представлена). Переважно кут нахилу цієї випускної щілини складає 202. Цей специфічний кут нахилу найближчої до основи пера лопатки випускної щілини дозволяє вирівняти температуру на рівні щілини і за рахунок цього усунути всі теплонапружені місця. Виведене через цю випускну щілину охолоджувальне повітря перекриває практично всю поверхню випускної щілини 28 і знижує локальну температуру приблизно на 595. За рахунок цього цілком усувається ризик утворення тріщин на рівні випускної щілини, найближчої до основи пера лопатки, і підвищується термін служби лопатки.

Відповідно до вигідної особливості винаходу передній по потоку кінець 28а випускної щілини 28, найближчої су до основи 14 пера лопатки, сформований по суті в перехідній зоні ЗО між основою 14 пера лопатки і полицею 22 на стороні проходу потоку газів згоряння. При цьому виведене через цю випускну щілину повітря має тенденцію о за рахунок теплопровідності охолоджувати перехідну зону 30. Таким чином, температура перехідної зони ЗО між основою 14 пера лопатки і полицею 22 знижується приблизно на 1,595. Для посилення охолодження перехідної зони ЗО гострі кути переднього по потоку кінця 28а випускної щілини 28 зашліфовані для полегшення напрямку Ге) виведеного з випускної щілини повітря до цієї зони 30. При цьому, оскільки задній по потоку кінець 285 найближчої до основи пера лопатки випускної щілини 28 не знаходиться в сполучній зоні ЗО, ця спеціальна З геометрія щілини не впливає на стійкість лопатки 10 до різноманітних механічних напруг. сі «в)

Claims (2)

Формула винаходу со

1. Рухлива лопатка турбіни високого тиску турбомашини, що містить щонайменше один охолоджувальний контур, що утворений щонайменше однією порожниною (24), що проходить радіально між вершиною (16) і основою (14) лопатки (10), щонайменше одним впускним отвором для повітря на одному радіальному кінці « порожнини або порожнин для подачі охолоджувального повітря в охолоджувальний контур або контури і шщ с декількома випускними щілинами (26), відкритими в порожнину або порожнини і вихідними на вихідну кромку (20) . лопатки, причому випускні щілини розташовані по довжині вихідної кромки між вершиною і основою лопатки по «» суті перпендикулярно повздовжній осі (Х-Х) лопатки, яка відрізняється тим, що щонайменше одна випускна щілина (28), найближча до основи пера лопатки, виконана з нахилом до вершини лопатки під кутом від 102 до ЗО» до осі обертання лопатки. (ее)

2. Лопатка за п. 1, яка відрізняється тим, що нахил випускної щілини (28), найближчої до основи пера о лопатки, складає приблизно 202,

З. Лопатка за п. 1 або 2, яка відрізняється тим, що передній по потоку кінець (28а) випускної щілини (28), ко найближчої до основи пера лопатки, сформований по суті в сполучній зоні (30) між основою пера лопатки і їх 50 полицею (22), що утворює перегородку для проходу потоку газів згоряння через турбіну високого тиску.

4. Лопатка за п. З, яка відрізняється тим, що гострі кути переднього по потоку кінця (28а) випускної щілини 4) (28), найближчої до основи пера лопатки, зашліфовані.

5. Турбіна високого тиску турбомашини, яка відрізняється тим, що вона містить декілька рухливих лопаток (10) за будь-яким з попередніх пунктів. Ф) іме) 60 б5