Спосіб плівкового охолодження та пристрій для його здійснення

1. Спосіб плівкового охолодження, що включає видування охолоджуючого повітря на гарячу поверхню лопатки, який відрізняється тим, що шляхом подачі гарячого повітря на поверхню лопатки поперек основного газового потоку формують не менше одного ряду пульсуючи х ви хорів, повздовжні осі яких коливаються по азимуту на кут до ±45 градусів по відношенню до напрямку основного потоку, при цьому вихори розміщують так, що в місці їх утворення вони не дотикаються один 3 47749 4 5) для реалізації способу потрібна велика ви5) усі ці фактори призводять до зменшення трата охолоджуючого повітря, що знижує ККД витрати охолоджуючого повітря, падіння гідравлітурбіни. чних втрат, підвищення ефективності охолоВ основу винаходу поставлена задача розробдження і як результат підвищують ККД двигуна в ки способу плівкового охолодження шляхом форцілому. мування на гарячій поверхні поперек основного Таким чином досягається очікуваний технічний газового потоку не менше одного ряду пульсуючих результат. вихорів, причому таких, що їх повздовжні Осі колиІснує відомий пристрій для реалізації способу ваються по азимуту на кут ±45 градусів по відно(див. патент США №5030060, F01D5/00, бюл. шенню до напрямку основного потоку, при цьому №3,1993р.), який вибрано в якості прототипу, що вихорі розміщують так, що в місці їх утворення містить порожнисту турбінну лопатку, на частині вони не дотикаються один одного, а в центрі вихостінки якої виконані скісні трубчасті виступи з прорів подають охолоджуюче повітря з тиском рівним токами для охолоджуючого повітря на які зафорабо меншим статичного тиску основного газового мовано керамічний шар, причому трубчасті виступотоку із температурою в 1.5-2.0 рази нижчою за пи зі сторони газового потоку заглиблені в тіло температуру гарячого газу. керамічного шару. Очікуваний технічний результат полягає в Істотні недоліки відомого пристрою для реалізменшенні витрати охолоджуючого повітря, знизації способу такі: женні гідравлічних втрат, підвищенні ефективності 1) складність виготовлення скісних тр убчасти х охолодження і ККД двигуна в цілому. виступів з протоками на цій частині стінки лопатки Поставлена задача вирішується тим, що сподля заформування керамічного шару; сіб плівкового охолодження, який включає виду2) в місці заформування керамічного шару товання охолоджуючого повітря на гарячу поверхню вщина стінки лопатки більша ніж в інших її місцях, лопатки у відповідності до винаходу, шля хом поа крім того, у даної лопатки ще є ребра жорсткості, дачі гарячого повітря на поверхні лопатки поперек що збільшує масу лопатки і підвищує термічні основного потоку формують не менше одного ряду напруження. пульсуючи х вихорів, поздовжні осі яких коливаВ основу винаходу поставлено задачу ствоються по азимуту на кут ±45 градусів по відношенрення пристрою для реалізації способу плівкового ню до напрямку основного потоку, при цьому виохолодження, в якому на поверхнях розрідження і хори розміщують так, що в місці їх утворення вони тиску розміщують по висоті лопатки не менше ніж не дотикаються один одного, а вниз по потоку вив один ряд ямки, а в кожній ямці в верхній по потохори, розширюючись і коливаючись по азимуту, ку її половині утворюють отвір для введення охопокривають всю поверхню охолодження, а в лоджуючого повітря. центрі вихорів подають охолоджуюче повітря з Поставлена задача вирішується тим, що в тиском рівним або меншим статичного тиску оснопристрої для реалізації способу, який містить ловного газового потоку із температурою в 1.5-2.0 патку газової турбіни з протоками у відповідності рази нижчою за температуру гарячого газу, придо винаходу, на поверхні розрідження і тиску по чому значення температур виражені в градусах висоті лопатки розміщені не менше ніж в один ряд Кельвіна. ямки, при цьому відношення глибини ямки h до її Запропонований спосіб плівкового охолодіаметру D знаходиться в межах 0,5>h/D>0,1, а в дження дозволяє: кожній ямці в верхній по потоку її половині викона1) подавати охолоджуюче повітря зі статичним но отвори для введення охолоджуючого повітря тиском рівним або меншим за статичний тиск осдіаметром d=(0,1-0,3)D, де h - глибина ямки, D новного газового потоку, завдяки утворенню виходіаметр ямки, величина якого знаходиться в рів підсмоктуючої дії. (Фізична природа виникнення межах 4мм>D>1мм. пульсуючи х вихорів і їх робота детально описана в Пропонований пристрій для реалізації способу статті B.C. Косарев, А.П. Козлов Структура течедозволяє: ния и теплообмен при обтекании полусферическо1) розміщення на поверхнях розрідження і тисго углубления турбулентным потоком воздуха, ку ямок не менше ніж в один ряд забезпечує форISSN0236-3941. Вестник МГТУ. Сер. Машиностромування пульсуючи х вихорів з коливанням їх поение. 1993. №1); здовжніх осей по азимуту на кут ±45 градусів; 2) існування зони зниженого тиску в місці під2) ямки розміщені так, що в місцях утворення ведення охолоджуючого повітря дозволяє зменвихорів вони не дотикаються один одного; шити роботу на його подачу; 3) при русі вихорів вниз по потоку вони роз3) подавання охолоджуючого повітря запропоширюються і покривають всю поверхню охолонованим способом не провокує відрив основного дження; гарячого потоку від поверхні лопатки, що приво4) підводити через отвір в центр вихору оходить до зменшення гідравлічних втрат; лоджуючого повітря зі статичним тиском рівним 4) подавання охолоджуючого повітря в центр або меншим статичного тиску основного газового вихору дозволяє збільшити ефективність охолопотоку; дження на величину до 65% в порівнянні зі зви5) підвищувати ефективність охолоджування чайним струменем, завдяки його закручуючій дії завдяки закручуючій дії ви хору. (Atul Kohli, David G. Bogard. Effect of Hole Shape on Пристрій для реалізації плівкового охолоFilm Cooling with Large Angle Injection, Preprint дження, що пропонується, ілюструється малюнкаASME#99-GT-165, 1999); ми, де: 5 47749 6 На Фіг.1. показано вид лопатки зі сторони Таким чином, кожна ямка 2 працює як генерарозрідження. тор пульсуючих ви хорів, осі яких виходять з ямки 2 На Фіг.2. показано поперечний розріз лопатки і нахилені в бік руху гарячого газу, а висота їх випо А-А. кидання залежить від швидкості потоку гарячого Умовні позначення на Фіг.1-2: h - глибина ямгазу. В сучасних турбінах швидкість потоку основки; D - діаметр ямки; d - діаметр отвору, стрілками ного гарячого газу при обтіканні лопаток 1 є достапозначені напрямки рухів о холоджуючого повітря і тньою для генерування пульсуючих ви хорів у відгарячого газу. повідності до описаного вище механізму. Пристрій для реалізації способу плівкового В центрах пульсуючи х ви хорів утворюється охолодження включає в себе лопатку 1 газової зона зниженого тиску, що дозволяє подавати охотурбіни, на сторонах розрідження і тиску якої є лоджуюче повітря зі статичним тиском рівним або ямки 2, які розміщені не менше ніж в один ряд, а меншим від статичного тиску гарячого газу. За на верхній по потоку половині ямки виконано отвір рахунок розрідження, що утворюється, охолоджу3, який з'єднує внутрішню порожнину 4 лопатки з юче повітря з внутрішньої порожнини 4 лопатки 1 ямкою 2. через отвори 3 буде поступати в лунки 2 в центри Пристрій для реалізації способу плівкового вихорів в необхідній кількості для забезпечення охолодження працює таким чином. надійного охолодження. При обтіканні лопатки 1 газової турбіни, на поОхолоджуюче повітря, що поступило в центри верхнях розрідження і тиску якої розміщені не мевихорів, закручується, при цьому, як відмічено винше ніж в один ряд ямки 2, гарячий потік газу відще, ефективність охолодження закрученого струривається від вхідних її частин і змінює траєкторію меня в середньому на 65% вища в порівнянні зі своїх частинок так , що вони входять в ямку 2. Біля звичайним струменем. Пульсуючі вихори продовцентру ямок відбувається приєднання потоку гаряжують обертатися разом з охолоджуючим повітчого газу до її стінки, однак незначна технологічна рям і рухаються вниз по потоку гарячого газу, охоасиметрія ямки 2 або нерівномірність поля швидлоджуючи поверхню лопатки 1, з більшою костей гарячого газу, яка завжди присутня в потоефективністю. ці, приводить до закручування його в ямці 2. ЗаТаким чином на описаному пристрої реалізукручений гарячий газ викидається в основний потік ється спосіб плівкового охолодження, який дозвоз пульсаціями, частота яких залежить від швидколяє подавати охолоджуюче повітря зі статичним сті потоку і розмірів ямок. тиском рівним або меншим за статичний тиск осВ місті утворення пульсуючі вихори не дотиновного потоку. За рахунок цього зменшуються каються один одного, а при русі вниз по основному енергетичні витрати на стискання і подачу охолопотоку вихори розширюються, а їх осі коливаються джуючого повітря, знижаються гідравлічні втрати, по азимуту на кут до ±45 градусі в і покривають всю а закручене вихором охолоджуюче повітря підвиповерхню охолодження лопатки 1. щує ефективність охолодження лопатки в середньому на 65% - все це дозволяє підвищити ККД двигуна в цілому. Комп’ютерна в ерстка О. Воробей Підписне Тираж 37 прим. Міністерство осв іт и і науки України Держав ний департамент інтелектуальної в ласності, вул. Урицького, 45, м. Київ , МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислов ої в ласності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601