Охолоджувана лопатка соплового апарата

Охолоджувана лопатка соплового апарата, що містить носову частину, спинку, корито, хвостову частину, колектор підводу, канали підводу та відводу охолоджуючого середовища, яка відрізняється тим, що лопатка виконана складеною із профільованої лопаті, яка з одного кінця має не менше двох уступів, вставного дефлектора, спереду якого розміщено заглиблення у вигляді дуги окружності, а в його ТІЛІ знаходиться колектор підводу і канали підводу охолоджуючого середовища і проточки для його відводу, причому у зібраному вигляді профільована лопать і вставний дефлектор у носовій частині лопатки по усій її довжині утворюють овальний канал, котрий у носової частини повторяє зовнішню форму лопатки, а осі ПІДВІДНИХ каналів охолоджуючого середовища з колектора підводу в овальний канал направлені під кутом а=10° 20° до хорди лопатки, і канали віддалені один від одного на l_=(2 3)d діаметра каналу, у середній частині лопатки вони утворюють криволінійну камеру, бокові стінки якої мають кривизну стінок спинки і корита, причому овальний канал з'єднаний з криволінійною камерою проточками відводу, і вони входять у криволінійну камеру Винахід стосується двигунобудування і може знайти застосування при проектуванні високотемпературних газових турбін в авіаційній та машинобудівній промисловості ВІДОМІ охолоджувані складні частини аеродинамічного профілю з плівковим охолоджувачем, наприклад, лопатки соплового апарату, які охолоджуються зсередини текучим середовищем, що виходить з колектора у вихрові камери, прохідні по розмаху профілю Вихори виникають при надходженні охолоджуючого середовища у вихрові камери В одному з відомих виконань текуче середовище з колектора також проходить через канали у колектор, з котрого воно по каналах надходить у вихрові камери і заповнює їх Канали можуть бути розташовані по розмаху профілю, а щілини можуть бути безперервними або переривчатими (див заявку Великобританії №2202907, кл F01D5/18, 1989р) носової частини лопатки, як найбільш навантаженої утепловому відношенні, 2) випуск охолоджувача в основний потік із боку спинки лопатки призводить до зниження ККД турбіни за рахунок зростання гідравлічних втрат від стрибків ущільнення 3) виконання вихідних щілин по висоті лопатки, при її нагріванні газами основного потоку буде приводити до зміни геометрії профілю лопатки, що також приводить до зниження ККД турбіни, 4) ПІДВІД додаткового охолоджуючого середовища по каналах вихрової камери буде руйнувати вихор, створюваний від більш раннього надходження в вихрові камери повітря з колектора, що приводить до зниження ефективності охолодження лопатки Відома конструкція охолоджуваної лопатки соплового апарату, яка вибрана за прототип, що містить носову частину, спинку, корито, хвостову частину, циклонну камеру, що розташована в носовий частині лопатки, канали підводу й відводу охолоджуючого середовища (див пат України №10515А, 1996р) Суттєвими недоліками відомого пристрою є те, що 1) вихрові камери розташовані біля спинки й корита, що не дозволяє забезпечити охолодження ПО ДОТИЧНІЙ, де а - кут між осями ПІДВІДНИХ каналів до хорди лопатки, d - діаметр ПІДВІДНИХ каналів, L - відстань між каналами о со 00 ю 58309 що Істотними недоліками відомого пристрою є те, 1) циклонна камера не дозволяє забезпечити охолоджування самої гарячої носової частини лопатки внаслідок наростання товщини прикордонного шару під час руху охолоджуваного середовища біля її стінок 2) охолоджуюче середовище проходить більший шлях біля стінок циклонної камери, що призводить до зростання гідравлічних втрат, а це знижує ККД турбіни, 3) циклонна камера не дозволяє забезпечити товщину стінки лопатки у носової частини постійною, що підвищує термічні напруги і знижує надійність її роботи і ресурс двигуна В основу винаходу поставлена задача удосконалення охолоджуваної лопатки соплового апарату, яка виконана складною із профільованої лопаті і вставного дефлектора, причому у зібраному вигляді профільована лопать і вставний дефлектор у в носовій частини лопатки по усій и довжини утворюють овальний канал, котрий у її носовій частині повторює зовнішню форму лопатки, а осі підводящих каналів охолоджуючого середовища з колектору підводу в овальний канал направлені під кутом а =10° 20° до хорди лопатки і віддаленні один от одного на l_=(2 3)d діаметру каналів, у середній частини лопатки вони утворюють криволінійну камеру Поставлена задача вирішується за рахунок того, що лопатка виконана складною із профільованої лопаті, яка з одного кінця має не менше двох уступів, вставного дефлектора спереду якого розміщено поглиблення у вигляді дуги округи, а в його ТІЛІ знаходиться колектор підводу і канали підводу охолоджуючого середовища і проточки для відводу, причому у зібраному вигляду профільована лопать і вставний дефлектор у носовій частині лопатки по усій її довжини утворюють овальний канал, котрий у носовій частини повторює зовнішню форму лопатки, а осі підводящих каналів охолоджуючого середовища з колектору підводу в овальний канал направлені під кутом а =10° 20° до хорди лопатки і віддаленні один від одного на l_=(2 3)d діаметра каналів, у середній частини лопатки вони утворюють криволінійну камеру, бокові стінки якої мають кривизну стінок спинки і корита, причому овальний канал з'єднань з криволінійною камерою проточками відводу, і вони входять у криволінійну камеру по дотичній, де а - кут між направленням осей каналів підводу до хорди лопатки, d - діаметр каналів підводу, L - відстань поміж каналами Запропонована конструкція охолоджуваної лопатки соплового апарату дозволяє 1) ПІДВІД охолоджуючого середовища з каналів у овальний канал під кутом а=10°-20° до самої гарячої поверхні носової частини лопатки, що підвищує коефіцієнт теплопередачі, ККД турбіни, знижує термічні напруги, а також сприяє утворюванню вихорів біля стінок спинки і корита лопатки, 2) ПІДВІД у криволінійну камеру охолоджуючого середовища по дотичній сприяє створенню в камері вихрової течи, що підвищує ефективність охолоджування лопаток і ККД турбіни, 3) виконання овального каналу з повторенням зовнішньої форми лопатки дозволяє зберегти и стінку постійною, що знижує термічні напруги і надійність охолоджування лопатки, 4) спростити і здешевити технологію виготовлення вставного дефлектора і лопатки в цілому так, як усі проточки забезпечення циркуляції охолоджуючого середовища є відкритими на вставному дефлекторі Таким чином досягається очікуваний технічний результат, а саме, утворювання вихорів біля стінок спинки і корита лопатки, спрощуються і здешевлюється технологія виготовлення вставного дефлектора і лопатки в цілому, підвищує коефіцієнт теплопередачі, ефективність охолоджування лопаток, знижуються термічні напруги, а також підвищується надійність їх роботи , ресурс двигуна і ККД турбіни Винахід, що заявляється, ілюструється кресленнями, де На фіг 1 - показаний повздовжній розріз охолоджуваної лопатки соплового апарату На фіг 2 - показаний повздовжній розріз профільованої лопаті з уступом На фіг 3 - показаний загальний вигляд вставного дефлектора з виступами, а стрілками - напрям руху потоку газу і охолоджуваного середовища Охолоджувана лопатка 1 соплового апарату складається з профільованої лопаті 2, і вставного дефлектора 3, овального каналу 4, колектора підводу 5 охолоджуючого середовища, криволінійної камери 6, каналу 7 для підводу охолоджуваного середовища із колектора 5 і підводу и в овальний канал 4, хорди лопатки 8, проточок 9 для відводу охолоджуваного середовища із овального каналу 4 в криволінійну камеру 6, плоский канал 10, що звужується для відводу охолоджуваного середовища із криволінійної камери 6, щілини 11 для відводу охолоджуваного середовища із криволінійної камери 6 у потік газу, уступі 12 на профільованій лопаті 2 і виступи 13 на вставному дефлекторі З, проріз 14 на профільованій лопаті 2 Пристрій працює наступним чином Охолоджуюче середовище від компресора (на фігурі не показано) з високими параметрами надходить до колектору підводу 5, а з нього по каналам 7, які розташовані у вставному дефлекторі 3, і струменями через овальний канал 4 під кутом а =10° 20° до хорди лопатки 8 направляється до самої гарячої поверхні носової частини профільованої лопаті 2 лопатки 1 Профільована лопать 2 з вставним дефлектором 3 у зібраному вигляді утворюють лопатку 1 соплового апарату і фіксують їх від взаємних переміщень шляхом заходу виступів 13 на вставному дефлекторі 3 з уступами 12 на профільованій лопаті 2, а також заходом другого кінця вставного дефлектора 3 в проріз 14 профільованої лопаті 2 Струмені середовища ударяються об стінку профільованої лопаті 2 і надійно її охолоджують, а потім відбиваються від внутрішньої стінки профільованої лопаті 2 і течуть назад При течи струменю середовища назад, вони проходять, овальний канал 4 і по проточкам 9 направляються у криволінійну камеру 6 При течи по проточкам 9 середовище охолоджує спинку профільованої лопаті 2 лопатки 1 58309 При течи струменю середовища від каналу 7 до носової частини профільованої лопаті 2 і назад від стінки лопаті 2 до проточок 9, у просторі між стінками овального каналу 4 з боку корита і спинки, вони формують вихори, які обертаються проти годинної стрілки Одночасно у просторі між струменями при течи її уперед і назад формуються вихори, які обертаються по годинній стрілці Усі ЦІ вихори надійно охолоджують внутрішню поверхню профільованої лопаті 2 у овальному каналі 4 і по проточках 9 середовище поступає у криволінійну камеру 6 по дотичний У криволінійний камері 6 по усій її довжині утворюються вихори, які надійно охолоджують стінки профільованої лопаті 2 з боку спинки і корита, а потім по плоскому каналу 10, що звужується середовище відводиться із криволінійної камери б і через щілини 11 виходить у потік газу Таким чином, забезпечується досягнення технічного результату Їп1 Комп'ютерна верстка Л Ціхановська Підписано до друку 05 08 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна