Охолоджувана лопатка газової турбіни

Изобретение относится к области двигателестроения и может найти применение при проектировании высокотемпературных газовых турбин в авиационной и машиностроительной промышленности. Известна конструкция лопатки газовой турбины, которая имеет корпус, выполненный заодно с проточным каналом для охлаждающего воздуха (к верхней стенке корпуса примыкает полая камера, вытянутая от передней до задней кромки лопатки вдоль ее профиля). Часть охлаждающей среды, поступающей внутрь корпуса по каналу, попадает в камеру через впускное отверстие вблизи передней кромки лопатки, охлаждает ее от передней кромки до задней и при достижении равновесной температуры в камере охлаждающая среда через выпускное отверстие поступает за пределы лопатки (Патент Японии №4 - 21042, 1993). Существенные недостатки известного устройства состоят в том, что: 1) полая камера, которая, примыкает к верхней стенке корпуса, вызывает рост термических напряжений в месте их соединения за счет различных условий охлаждения; 2) выпуск охладителя в основной поток в области передней кромки, на выпуклой и вогнутой поверхностях лопатки приведет к снижению КПД турбины за счет роста гидравлических потерь и потерь от скачков уплотнения. Известна конструкция охлаждаемой лопатки турбины, выбранная в качестве прототипа, содержащая замок, профилированную лопасть, внутреннюю полку и канал подвода охлаждающего воздуха. В профилированной лопасти образованы параллельные каналы охлаждающего воздуха в направлении хорды, первая и вторая группы каналов соединены последовательно у концов для образования отдельного первого и второго изогнутых трактов в зоне передней кромки лопатки и в средней по хорде зоне. Оба вогнутых тракта соединены с первым входным окном для охлаждающего воздуха, расположенным под внутренней полкой. В задней кромочной части профилированной лопасти выполнен по меньшей мере один проходящий вдоль лопасти канал охлаждающего воздуха, соединенный со вторым входным окном для охлаждающего воздуха, расположенным под внутренней полкой (Патент США №4940388, 1991). Существенными недостатками известного устройства являются: 1) последовательное соединение первой и второй группы каналов в зоне передней кромки и в средней по хорде зоне ухудшает процесс охлаждения зоны, в которую поступает уже подогретый воздух в предыдущей группе каналов, что будет приводить к росту термических напряжений в профилированной лопасти; 2) выпуск охладителя в основной поток по всей внешней поверхности профилированной лопасти приведет к снижению КПД турбины за счет роста гидравлических потерь и потерь от скачков уплотнения; 3) сложность изготовления по причине большого количества внутренних каналов. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования охлаждаемой лопатки газовой турбины, в которой путем выполнения лопатки составной из профилированной лопасти с не менее, чем одним замковым заходом и вставного дефлектора с не менее, чем двумя замковыми заходами, сочетания впадин переменного сечения на дефлекторе, образующих с внутренней поверхностью профилированной лопасти сужающиеся каналы лопатки, обеспечивается снижение термических напряжений, повышение коэффициента теплоотдачи, уменьшение профильных потерь и потерь от скачков уплотнения и за счет этого повышения КПД турбины, упрощается конструкция лопатки. Поставленная задача решается тем, что в охлаждаемой лопатке газовой турбины, содержащей замок, профилированную лопасть и канал подвода охлаждающего воздуха, согласно изобретению лопатка выполнена составной из профилированной лопасти с замком и вставного дефлектора с замком, причем профилированная лопасть имеет не менее одного замкового захода и отверстия на конце, выполненные по радиусу и на ее вогнутой части, в хвостовой части лопасти расположены щели, а вставной дефлектор имеет не менее двух замковых заходов и на его теле со стороны вогнутой поверхности выполнены два углубления, при этом на носовой части дефлектора от канала подвода охлаждающего воздуха до углубления на его вогнутой поверхности, а на выпуклой поверхности от канала подвода охлаждающего воздуха и на вогнутой поверхности от углубления с отверстиями до хвостовой части расположены впадины переменного сечения, образующие с внутренней поверхностью профилированной лопасти сужающиеся каналы. Изготовление профилированной лопасти с не менее, чем одним замковым заходом, отверстиями на конце, выполненными по радиусу и на ее вогнутой части и щелями в хвостовой части и использование вставного дефлектора с не менее, чем двумя замковыми заходами и углублениями, уступом и впадинами на его теле, сочетание впадин на дефлекторе с внутренней поверхностью профилированной лопасти, образующих сужающиеся каналы, позволяет: 1) снизить термические напряжения в стенках профилированной лопасти за счет одновременного подвода охлаждающего воздуха во все сужающиеся каналы, что обеспечивает равномерную вентиляцию внутренней поверхности профилированной лопасти; 2) отсутствие выпуска охлаждающего воздуха в основной поток по внешней поверхности лопасти снижает профильные потери и потери от скачков уплотнения, что повышает КПД турбины; 3) использование лопатки составной конструкции позволяет образовать сужающиеся каналы, а в носовой части канала с поворотом потока охлаждающего воздуха на 180°, что повышает коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности профилированной лопасти в охлаждающий воздух за счет увеличения его скорости и поворота потока в них; 4) за счет выпуска охлаждающего воздуха через отверстия на конце профилированной лопасти по радиусу и на ее вогнутой части перпендикулярно этой поверхности исключается перетекание основного потока из области вогнутой части (повышенное давление) в область выпуклой части (пониженное давление), а выпуск его на вогнутой части перпендикулярно ее поверхности создает дополнительно крутящий момент на лопатках турбины, что повышает КПД турбины; 5) значительно упростить и удешевить технологию изготовления вставного дефлектора, так как все протоки (углубления, уступ и впадины) для охлаждающего воздуха расположены на внешней поверхности его тела. Таким образом достигается ожидаемый технический результат, а именно, снижение термических напряжений, повышение коэффициента теплоотдачи, исключение перетекания основного потока из области вогнутой части в область выпуклой части на конце профилированной лопасти, создание дополнительного крутящего момента на лопатках турбины, уменьшение профильных потерь и потерь от скачков уплотнения, что повышает КПД турбины, а также упрощает технологию изготовления вставного дефлектора лопатки. На фиг.1 показан продольный и поперечный разрезы охлаждаемой лопатки; на фиг.2 - продольный разрез профилированной лопасти; на фиг.3 - продольный разрез вставного дефлектора, а стрелками показано направление движения охлаждающего воздуха по разветвленным каналам лопатки. Охлаждаемая лопатка 1 газовой турбины состоит из профилированной лопасти 2 с замком и вставного дефлектора 3 с замком. В хвостовой части профилированной лопасти 2 с замком расположены щели 4, а на ее конце отверстие 5 по радиусу и на вогнутой части для выпуска охлаждающего воздуха за пределы лопатки 1. Вставной дефлектор 3 с замком имеет углубление 6, сужающиеся каналы 7 в носовой части, канал 8 для подвода охлаждающего воздуха в дефлектор 3, сужающиеся каналы 9 на выпуклой поверхности и сужающиеся каналы 10 на вогнутой поверхности хвостовой части вставного дефлектора 3, углубление 11 с отверстиями 12, а на конце дефлектора 3 расположен уступ 13. Устройство работает следующим образом. Охлаждающий воздух по каналу 8 поступает во внутреннюю полость вставного дефлектора 3 с замком, откуда охлаждающий воздух одновременно поступает во все сужающиеся каналы 7, где охлаждает профилированную лопасть 2, а далее в углубление 6, уступ 13 и через отверстие 5 выходит по радиусу и перпендикулярно к вогнутой поверхности в основной поток. Охлаждаемый воздух, который выходит в основной поток, предотвращает его перетекание из области вогнутой части в область выпуклой части, а охлаждающий воздух, выходящий из вогнутой части перпендикулярно к ее поверхности, создает дополнительно крутящий момент на лопатках турбины. Охлаждающий воздух одновременно проходит через сужающиеся каналы 9 на выпуклой поверхности, а через отверстия 12 в углубление 11 и далее в сужающиеся каналы 10 на вогнутой поверхности, охлаждает хвостовую часть профилированной лопасти 3 и через щели 4 выходит за пределы лопатки 1 в основной поток. Охлаждающий воздух в сужающихся каналах 7, 9, 10 ускоряется, в каналах 7 поворачивается на 180°, что повышает коэффициент теплоотдачи от внутренней поверхности профилированной лопасти 2 в охлаждающий воздух, а это приводит к увеличению эффективности охлаждения и снятию термических напряжений в теле профилированной лопасти 2. Таким образом обеспечивается достижение ожидаемого технического результата.