Охолоджувана робоча лопатка турбіни

1. Охолоджувана робоча лопатка турбіни, що містить взаємопов'язані між собою замкову установну й газодинамічну робочу частини лопатки, при цьому газодинамічна частина містить у собі внутрішні порожнини охолодження, оточені поверхнями вхідної й вихідної крайок, і взаємопов'язані з ними поверхні тиску й розрідження, усередині й уздовж яких виконані порожнини одержання й подачі охолоджувача в зазначену газодинамічну частину від вказаної замкової частини, яка відрізняється тим, що уздовж газодинамічної частини лопатки, між передньою та задньої крайками та поверхнями тиску й розрідження послідовно розміщені U 2 (19) 1 3 оптимізувати ступінь охолодження різних ділянок лопатки як конвективним, так і загороджувальним охолодженням, оскільки порожнини поєднані між собою отворами. Насамперед, ця порожнина в центральній частині пера лопатки, поєднана отворами з відносно меншими порожнинами, які можуть бути виконані в стінках лопатки як з боку тиску, так і з боку розрідження, а також у вхідній та, можливо, й у вихідній крайках лопатки. Технічне рішення фірми Rollse-Royce (див. патенти GB № 2 283 538, кл. UK F1V та US № 5,562,409, кл. U.S. 415-175) стосується охолоджуваної лопатки турбіни, як з окремими, так і взаємозалежними між собою порожнинами. Лопатка має окрему порожнину уздовж її вхідної крайки, не поєднані між собою. Це, щонайменше, три порожнини, що звужуються в напрямку задньої крайки, окрема порожнина у передньої крайки, а також центральна порожнина уздовж пера. Центральна порожнина поєднується з окремими малими порожнинами в стінці лопатки з боку тиску. Принаймні, у стінці лопатки з боку тиску є отвори випуску охолоджувача із цих малих порожнин на відповідну поверхню лопатки. Це технічне рішення має невисокий ступінь охолодження через обмежену площу поверхонь, що беруть участь у теплообміні. У високотемпературних турбінах воно недостатньо ефективне. Відоме також технічне рішення, заявлене ЦІАМ імені П.І. Баранова за патентом RU № 2 267 616, F01D5/18, охолоджуваної лопатки турбіни, що включає замкову частину й газодинамічну, де утворені поздовжні порожнини подачі охолоджувача до вхідної й вихідної крайок. При цьому між порожнинами вхідної й вихідної крайок передбачені центральні порожнини, взаємозв'язані із щілинними порожнинами змінної ширини в стінках лопатки. Ці порожнини мають безліч П-подібних і U-подібних пристіночних каналів з отворами, що виводять охолоджувач на поверхні газодинамічної частини лопатки. Технічне рішення за патентом RU № 2 267 616 могло б порівняно ефективно забезпечувати охолодження поверхонь газодинамічної частини робочої лопатки турбіни, однак воно конструктивно й технологічно складне в виробництві, а в робочому режимі вигнуті у зворотному напрямку канали не захищені від засмічення, і, отже, можуть згодом втратити ефективність. Проте, через спільність відомого технічного рішення й того, що заявляється, та близькості розв'язуваної задачі відоме рішення за патентом RU 2 267 616 обрано за найближчий аналог. Перед авторами була поставлена задача одержати підвищення ефективності охолодження лопаток високотемпературних турбін за рахунок інтенсивності при його оптимальності на різних ділянках лопатки, як конвективним, так і загороджувальним охолодженням, та при оптимальній витраті охолоджувача. В остаточному підсумку повинен бути досягнутий технічний результат збільшення 62233 4 ресурсу робочих лопаток та, отже, і всього вузла ротора високотемпературної турбіни в цілому. Для досягнення зазначеного вище технічного результату за рахунок рішення поставленої задачі у робочій лопатці турбіни, яка містить взаємопов'язані між собою замкову настановну частину й профільну газодинамічну частини лопатки, що містять поверхні тиску й розрідження, та об'єднані поверхнями вхідної й вихідної крайок, усередині й уздовж яких виконані порожнини одержання й подачі охолоджувача до зазначеної газодинамічної частини лопатки від замкової частини, зроблені вдосконалення. Удосконалення полягають у тому, що уздовж газодинамічної частини лопатки, між порожнинами передньої і задньої крайок і поверхнями тиску й розрідження послідовно розміщені автономні групи окремих поздовжніх порожнин. У кожній з автономних груп порожнини розміщені поперечними рядами від поверхні розрідження до поверхні тиску. Кількість автономних груп визначається відомими розрахунковими способами й залежить від геометричних і газодинамічних параметрів як самого вузла, так і робочої лопатки турбіни. Порожнини кожної з автономних груп з'єднані отворами як між собою, так і з поверхнею газодинамічної частини лопатки, а саме, порожнини автономних груп, розміщені біля поверхні тиску. Ці порожнини поєднані з порожнинами замкової частини, призначеними для одержання й подачі охолоджувача до вказаної газодинамічної частини лопатки й забезпечення загороджувального охолоджування. У кожній автономній групі на вході в порожнину одержання охолоджувача в замковій частини виконані дросельні отвори. При цьому поверхня розрідження газодинамічної частини лопатки може бути виконана цілою. Рішення поставленої задачі пояснюється кресленнями, де: - на Фігурі 1 показана в загальному виді робоча лопатка турбіни газотурбінного двигуна; - на Фігурі 2 показаний поперечний переріз А-А газодинамічної частини лопатки турбіни, що заявляється, з виділеними автономними групами порожнин охолодження між порожнинами передньої й задньої крайок газодинамічної частини лопатки; - на Фігурі 3 показаний також загальний вид лопатки, що заявляється, але із частковим повздовжнім вирізом Б-Б порожнин, розміщених біля поверхні розрідження газодинамічної частини лопатки, яка одержує охолоджувач через замкову частину для всіх автономних груп порожнин; - на Фігурі 4 показана умовно виділена з перерізу А-А одна зі згаданих ідентичних автономних груп порожнин незалежно від її розташування; - на Фігурі 5 показаний поздовжній переріз В однієї зі згаданих автономних груп порожнин від поверхні тиску до поверхні розрідження з порожниною прийому охолоджувача в замковій частині й уздовж газодинамічної частини лопатки. 5 Охолоджувана робоча лопатка турбіни 1 газотурбінного двигуна, яка показана на Фіг. 1, містить взаємозалежні між собою профільну газодинамічну частину 2 та замкову частину 3 для встановлення її в диск ротора турбіни. Геометрія газодинамічної частини 2 лопатки 1 представлена в її поперечному перерізі А-А передньою вхідною крайкою 4 і задньою вихідною крайкою 5, які взаємопов'язані поверхнями розрідження 6 і тиску 7, формуючи у сукупності зазначену газодинамічну частину 2 робочої лопатки турбіни, що заявляється. Як у передній вхідній крайці 4, так і в задній вихідній крайці 5, проходять відповідно внутрішні (умовної конфігурації) порожнини охолодження 8 і 9. Порожнини вхідної крайки 4 і вихідної крайки 5 уздовж газодинамічної частини 2 лопатки відокремлені поперечними перегородками 10 і 11, з'єднаними з поверхнею 6 розрідження й поверхнею 7 тиску. Між перегородками 10, 11 уздовж газодинамічної частини 2 лопатки 1 виконані, щонайменше, три (12, 13, 14) автономні групи порожнин. Ці групи 12, 13, 14 за конфігурацією самих порожнин і їхньому розміщенню для кожної із зазначених груп у деякій мірі (хоча й несуттєво) індивідуальні відповідно відомим методикам розрахунків. Середня автономна група 13 порожнин у свою чергу з обох сторін відділена від групи порожнин 12 перегородкою 15 та від групи порожнин 14 перегородкою 16, у напрямку, близькому до напрямку аналогічних перегородок 10, 11. Як вказувалося, загальна кількість автономних груп може логічно варіюватися за рахунок середніх груп від однієї й вище залежно від геометрії та робочих параметрів турбіни, що визначається відомими способами розрахунку. Оскільки автономні групи порожнин у своїй основі ідентичні, на Фіг. 4 виділена з перерізу А-А одна зі згаданих автономних груп поза залежністю від її розташування. Цим використана можливість розглядати, наприклад, групу 14, як одну з автономних груп ідентичних порожнин (див. Фіг. 4). 62233 6 У кожній із цих груп (див. Фіг. 5, переріз В) у поверхні 6 розрідження порожнина 17 проведена крізь замкову частину 3 лопатки для одержання охолоджувача, та вздовж пера 2 лопатки поєднана безліччю отворів 18 у стінці 19 із середньою порожниною 20. У свою чергу, порожнина 20 поєднана з порожниною 23 безліччю отворів 21 у стінці 22. Порожнина 23 кожної з автономних груп за рахунок отворів 24 має вихід на поверхню 7 тиску газодинамічної частини 2 робочі лопатки 1. Слід зазначити, що для активізації процесу введення в порожнину замкової частини охолоджувача й, отже, забезпечення процесу охолодження газодинамічної частини лопатки, що заявляється, отвори 25 подачі охолоджувача на його вході в замкову частину 3 виконуються дросельними. При цьому оптимальні параметри введення охолоджувача можуть бути розраховані для кожної автономної групи порожнин. У такий спосіб охолоджувач, наприклад повітря, входить через дросельні отвори 25 в ідентичні порожнини 17 кожної з автономних груп (фіг. 5), а потім через безліч отворів 18 вже у стінках 19 надходить у кожну порожнину 20, і далі через отвори 21 у стінках 22 проникає до порожнини 23. Із порожнин 23 всіх автономних груп через безліч ідентичних отворів 24 охолоджувач надходить у міжлопаточний простір, при цьому рівномірно обмиваючи загальну зовнішню поверхню тиску 7 газодинамічної частини 2 робочі лопатки 1 турбіни. Підвищена інтенсивність і ефективність охолодження лопатки згідно даному технічному рішенню забезпечується за рахунок збільшеної площі внутрішніх порожнин, що беруть участь у теплообміні. Оптимальне охолодження різних ділянок лопатки, як конвективним, так і загороджувальним охолодженням одночасно досягається тим, що всі групи порожнин незалежні між собою та незалежні від інших порожнин лопатки. Крім того, витрати охолоджувача через кожну автономну групу порожнин регулюються різним ступенем дроселювання отворів на вході у кожну окрему порожнину прийому охолоджувача. 7 62233 8 9 62233 10 11 Комп’ютерна верстка Мацело М. 62233 Підписне 12 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601