Охолоджувана лопатка газової турбіни

MT[K6FOlJH5/18 О Х О Л О Д Ж У В А Н А Л О П А Т К А Г АЗ О В ОЇ ТУ Р Б І Н И В и на хі д ст ос у єть ся д ви гу но бу ду в ан ня і мо же з на йт и з а сто су в ан ня пр и проектуванні високотемпературних газових турбін в авіаційній та машино будівній промис лово сті. Відома охолоджувана лопатка турбіни (див.пат. США N 494О.388Л991 p.), яка мі ст и ть за мо к, про ф іль о ва ну л о па ть, в нутр іш н ю по л и цю і ка на л пі дв о ду охолоджуючого повітря. В профільованій лопаті утворені паралельні канали в напрям ку хор ди для протіка ння охоло джую чо го повітря, перша і друга гру п и каналів з' єднані послідовно біля кінців для ут ворення окремо першого і другого вигнутих трактів в зоні передньої кромки лопатки і в середній по хорді зо ні. Обидва вигнут их тр актів з'єднані з першим вхідним вікном для охолоджуючого повітря, яке розташоване під внутрішньою полицею. В задній кром очній частині профільо ваної лопаті вико нано не менш ,е ніж один кан ал охолоджуючого повітря, що проходить вздовж лопаті, який розташований під внут рішньою пол ице ю. Суттєвими недоліками відомого пристрою є те , що: 1) пос лідовне з' єднання пер шої і другої гру пи каналів в зо ні пер ех одньо ї кромки і в середній по хорді зоні погіршує процес охолодження зони , в яку надходить уж е підігріт е в попе ре дній групі каналів повітр я що приз водить д о , зростання термічних напругів тілі профільованої лопаті ; 2) складн ість вигото вле ння із -за в ел ико ї кіль кості закр итих в нутріш ніх каналів; 3) випуск охолодж увача в основний потік по всій зовніш ній по верхні профільованої лопаті призводить до зниження ККД турбіни за рахунок зростання гідравл ічних втрат та втрат від стрибків ущільнення. Відома конструкція охолоджуваної лопатки газової турбіни, яка вибрана за прототип, містить лопатку, що виконана складеною з профільованої лопаті з не м е нш е, н іж о д ни м з а м ко в им з ах о до м і в ста вн о го де ф л е кт ор а з н е м е нш е, н і ж двома замко вим и захода ми і ка нал підводу о холо джую чо го повітр я (ди в.пат . Ук раї ни N 2 157 6 А, 19 98 р.) Істотними недоліками відомого пристрою є те , що: 1) за допомогою каналів, що звужуються, неможливо забезпечити ефект ивне ох оло дження носово ї ч астини лопатки; 2) система охолодження не дозволяє забезпечити охолодження, яке б відповідало характеру розподілу профіля температур по висоті лопатки на вході в газову турбіну, так як максимум температур газів розміщується в ділянці середньої частини висоти лопатки. В основу винаходу поставлена задача удосконалення охолоджуваної лопатки газової турбіни, в якій шляхом виконання в тілі носової частини профільованої лопаті з боку випуклої поверхні конфузорних каналів, а в тілі вставного дефлектора не менше двох виточок з перегородками і не менше двох вікон з перемичками, використання основних і додаткових циклонних камер І проток з різною площею прохідного перерізу по висоті лопатки забезпечується зниження термічної напруги і за рахунок цього підвищується надійність охолоджування носової частини лопатки і середньої частини висоти лопатки, спрощується і здешевлюється технологічний процес виготовлення вставного дефлектора і лопатки в цілому, підвищується ККД турбіни. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що в охолоджувальній лопатці газової турбіни, яка містить лопатку, що виконана складеною з профільованої лопаті з не менше, ніж одним замковим заходом і вставного дефлектора з не менше, ніж двома замковими заходами, і канал підводу охолоджуючого повітря, згідно з винаходом в тілі носової частини профільованої лопаті з боку випуклої поверхні виконані конфузорні канали, а в тілі вставного дефлектора розташовано не менше двох виточок з перегородками, які в задній частині мають форму дуг окружностей, і не менше двох вікон з перемичками, які мають в передній і задній частинах форму дуг окружностей, при чому центри виточок віддалені від носика лопатки на відстань 0,06-0,08 хорди лопатки, а центри вікон - на відстань 0.15-0,20 хорди лопатки, при цьому канал підводу охолоджуючого повітря з'єднаний з вікнами, які в свою чергу з'єднані з виточками протоками, причому виточки створюють з внутрішньою поверхнею профільованої лопаті основні циклонні камери, а вікна створюють додаткові циклонні камери, діаметри яких зменшуються від замкових заходів до верхньої частини лопатки. Запропонована конструкція охолоджуваної лопатки газової турбіни дозволяє: 1) виконання в тілі носової частини профільованої лопаті конфузорних каналів на випуклій поверхні по дотичній до неї, що призводить до падіння швидкості охолоджуючого повітря, що виходить з них. Це підвищує ефективність охолодження випуклої поверхні, знижує термічні напруги і профільні втрати, що підвищує ККД турбіни; 2) введення в конструкцію лопатки основних циклонних камер при віддаленні їх центрів від носика лопатки на 0,06-0,08 хорди лопатки і підводу в них охолоджуючого повітря через протоки по дотичній покращує процес охолодження носової частини лопатки за рахунок утворення вихору; 3) введення в конструкцію лопатки додаткових циклонних камер при віддаленні їх центрів від носика лопатки на 0,15-0,20 хорди лопатки підвищує ефективність охолодження лопатки в цій ділянці за рахунок утворення в них вихору; 4) виготовлення протоків з різними пропускними спроможностями охолоджуючого повітря по висоті лопатки забезпечує надійне охолождення її в ділянці носової і середньої частини лопатки; 5) спростити і здешевити технологію виготовлення вставного дефлектора, так як всі протоки (виточки з перегородками, вікна з перемичками), а -зтакож і профільованої лопаті з конфузорними каналами для забезпечення циркуляції охолоджуючого повітря є відкритими. Таким чином досягається очікуваний технічний результат, а саме, підвищується надійність охолоджування, зніжуються термічні напруги, зменшуються профільні втрати, що підвищує ККД турбіни, а також спрощується і здешевлюється технологічний процес виготовлення вставного дефлектора, профілованої лопаті і лопатки в цілому. . На фіг. 1 показаний повздовжний і поперечний розріз охолоджуваної лопатки. На фіг.2 - повздовжній розріз профільованої лопаті з замком. На фіг.З - повздовжній і поперечний розріз вставного дефлектора з замком, а стрілками на цих фігурах показаний напрям руху охолоджуючого повітря. Охолоджувана лопатка 1 складасться з профільованої лопаті 2 з замком і вставного дефлектора 3 з замком. В носовій частиншрофільованої лопаті 2 з замком на випуклій поверхні розміщені конфузорні канали 4, а у хвостовій частині щілини 5 для випуску охолоджуючого повітря за межі лопатки І. Вставний дефлектор 3 з замком має канал 6 підводу охолоджуючого повітря, а на угнутій поверхні - заглиблення 7 з отворами 8, в носовій частині виточки 9 з перегородками 10, а також вікна 11 з перемичками 12. - Вставний дефлектор 3 за допомогою виточок 9 з перегородками 10 з внутрішньою поверхнею профільованої лопаті 2 з замком створюють основні циклонні камери 13, за допомогою вікон 11 з перемичками 12 додаткові циклонні камери 14, протоки 15 з'єднують канал 6 підводу охолоджуючого повітря з додатковими циклонними камерами 14, а протоки 16 з'єднують додаткові циклонні камери 14 з основними циклонними камерами 13, а в хвостовій частині на випуклій поверхні канали, що звужуються 17, і на угнутій поверхні канали, що звужуються 18. Пристрій працює наступним чином. Охолоджуюче повітря по каналу 6 поступає у внутрішню порожнину вставного дефлектора 3 з замком, а з нього повітря у кількості 75-80% одночасно по всім протоках 15 тангенціально поступає в нижню частину всіх додаткових циклонних камер 14, які утворені вікнами 11 з перемичками 12 і профільованою лопаттю 2. В додаткових циклонних камерах 14 створюється вихор, який піднімається знизу вверх, охолоджує цю частину лопатки 1 і по протоках 16 тангенціально подається знизу одночасно у всі основні циклонні камери 13, які утворені виточками 9 з перегородками 10 і профільованою лопаттю 2. У вихорах проходить процес перерозподілу швидкості і енергії турбулентності по радіусу. На зовнішньому радіусі вихора швидкість і енергія турбулентності досягають максимальних значень, тобто в ділянці стінок циклонних камер, що призводить до збільшення коефіцієнта тепловіддачі, підвищення надійності і довговічності ро боти лопаток. В основних циклонних камерах 13 вихрова течія підсилюється, за рахунок цього має місце інтенсивне охолодження носової частини лопатки 1, при цьому вихор піднімається вгору і через конфузорні канали 5, в яких має місце зменшення швидкості потоку повітря, він по дотичній до випуклої поверхні виходить за межі лопатки 1, де додатково захищає її від впливу гарячого газу основного потоку. З каналу 6 охолоджуюче повітря у кількості 20-25% одночасно поступає у всі канали, що звужуються 17, на верхній поверхні вставного дефлектора 3, а скрізь отвори 8 попадає в заглиблення 7 і далі в канали, що звужуються 18, на угнутій поверхні охолоджує хвостову частину профільованої лопаті 2 і через щілини 5 виходить за межі лопатки 1 в основний поток. Таким чином, забезпечується досягнення очікуваного технічного результату. Фіг.1. ОХОЛОдаУВАНА ЛОПАТКА ГАЗОВОЇ ТУРБІШ ВАРГАНОВ I.С ХАЛАТОВ А.А. БОРИСОВ ІЛ. ОХОЯОдаУВАНА ЛОПАТКА ГАЗОВОЇ ТУРБІНИ Фіг. Z Фіг. З ВАРГАНОВ І.С. ХАЛАТОВ А.А. БОРИСОВ I.I.