Лопатка турбомашини

Реферат: Лопатка турбомашини з ділянкою пера лопатки має профільоване обтічне робочим тілом перо, яке має передню кромку для набігання робочого тіла, а також задню кромку для збігання робочого тіла, а також з ділянкою кореня. Корінь лопатки виконаний зі збільшенням його діаметральних габаритів у бік профільованого пера лопатки. UA 70765 U (54) ЛОПАТКА ТУРБОМАШИНИ UA 70765 U UA 70765 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Розробка належить до турбінних лопаток для турбомашини з ділянкою пера лопатки, а також з ділянкою кореня лопатки. Зазвичай лопатки роблять знімними, тому вони мають відповідний корінь, який входить в паз подібної до кореня форми, який виконаний в периферійній частині диска ротора. Аналіз показує, що локальна велика напруга має місце на радіально зовнішніх і внутрішніх межах контакту між коренем і притискними торцями отворів ротора, через які передається навантаження на нього від лопаток. Поля напруги поблизу меж контакту ще більше концентруються за рахунок малих радіусів тіла кореня в цій зоні. Такі турбінні лопатки, зокрема турбінні лопатки такого роду, виконані як робочі лопатки, відповідно до рівня техніка виготовляються із сталі або титану. Турбінні лопатки в загальному випадку, за умовами роботи схильні до великих навантажень з боку відцентрових сил, оскільки вони для отримання великого коефіцієнта корисної дії повинні мати як можна більшу площину збігання потоку і тому велику довжину. Тому в звичайних випадках застосування використовуються високоміцні сорти сталі. Там, де їх із-за великих навантажень з боку відцентрових сил їх більше застосовувати не можна, використовуються титанові лопатки, які завдяки меншій щільності випробовують також менші навантаження з боку відцентрових сил. Правда, ці лопатки значно дорожчі за сталеві. Проте навіть у титанових лопаток стічні площини для швидкохідних турбомашин обмежені, що має наслідки для можливих довжин лопаток. В результаті практичного обмеження відносно довжини лопатки відповідно до рівня техніки в ступенях низького тиску турбін кількість потоків низького тиску часто збільшується. Це робиться, наприклад, шляхом переходу з однопотокових турбін на двопотокові або за рахунок застосування декількох парціальних турбін низького тиску. Може бути також зменшене число обертів турбоагрегату. В цьому випадку можуть бути застосовані великі стічні площини. Проте усі ці заходи іноді пов'язані з істотними витратами. Відомий турбінний компонент (див. RU2414603, МПК F01D5/28, дата публікації: 20.03.2011) або лопатка турбомашини (див. RU2228445, МПК F01D5/34, дата публікації: 10.05.2004), що містить корінь, шийку, і перо лопатки. Недоліком такої форми лопатки турбомашини, в якій корінь лопатки має шийку, є наявність зазначеного звуження кореня лопатки в місці розміщення його шийки, що обмежує міцнісні характеристики лопатки, що викликає зазначені вище проблеми, пов'язані зі необхідністю зменшення можливого навантаження лопатки або можливого коефіцієнта корисної дії. Відома лопатка турбомашини (див. US7104758, МПК F01D5/02; F01D5/22; F01D5/26; F01D5/30, дата публікації: 2006-09-12), що містить перо лопатки та корінь V-подібної форми із розгалуженням, в тілі якого наявні по два отвори на кожне тіло розгалуження задля забезпечення фіксації кореня лопатки. Недоліком такої форми лопатки турбомашини, в якій корінь лопатки має зазначені отвори, є наявність зазначеного звуження кореня лопатки в місці розміщення отворів його кореня, що обмежує міцнісні характеристики лопатки, що викликає зазначені вище проблеми, пов'язані із необхідністю зменшення можливого навантаження лопатки або можливого коефіцієнта корисної дії. Відома лопатка турбомашини (див. DE102004026386, МПК: F01D5/14, F01D5/14, дата публікації: 2005-12-22), що містить корінь, шийку, платформу і перо лопатки, причому перо лопатки у місці його стикання з коренем має потовщення. Недоліком такої форми лопатки турбомашини, в якій перо лопатки у місці його стикання з коренем має потовщення, є наявність звуження проточної частини в місці розміщення цього потовщення лопатки, що обмежує як перетин проточної частини, так і робочу поверхню пера лопатки, що також викликає зазначені вище проблеми, пов'язані зі необхідністю зменшення можливого навантаження лопатки або можливого коефіцієнта корисної дії. Збільшує зазначені проблеми також стікання потоку робочого тіла з зони потовщення біля кореня лопатки в напрямку периферійної частини лопатки. Задачею, покладеною в основу розробки, є створення лопатки турбомашини, в якій за рахунок зміни форми її конструктивних елементів забезпечується підвищення коефіцієнта корисної дії одночасно з надійною її роботою шляхом підвищення її міцнісних характеристик. Для вирішення цієї задачі лопатка турбомашини виконана з ділянкою пера лопатки, що має профільоване обтічне робочим тілом перо, яке має передню кромку для набігання робочого тіла, а також задню кромку для збігання робочого тіла, а також з ділянкою кореня. Новим в лопатці турбомашини є те, що корінь лопатки виконаний зі збільшенням його діаметральних габаритів у бік профільованого пера лопатки. 1 UA 70765 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Внаслідок застосування зазначених ознак суттєво підвищуються міцнісні характеристики лопатки, що дозволяє підвищити її габарити та аеродинамічну поверхню, що забезпечує підвищення коефіцієнта корисної дії одночасно з надійною її роботою шляхом підвищення її міцнісних характеристик конструкції лопатки та ротора, за рахунок підвищення радіусів тіла кореня лопатки та відповідно радіусів отворів для лопаток у роторі зменшується локальна напруга, яка має місце на радіально зовнішніх і внутрішніх межах контакту між коренем і притискними торцями отворів ротора, через які передається навантаження на нього від лопаток. В окремих варіантах реалізації лопатки турбомашини збільшення діаметральних габаритів кореня лопатки виконане у формі ступінчастих виступів. Застосування зазначених ознак додатково зменшує локальну напругу, яка має місце на радіально зовнішніх і внутрішніх межах контакту між коренем і притискними торцями отворів ротора, через які передається навантаження на нього від лопаток та спрощує виготовлення та контроль геометричних параметрів лопатки та ротора. В окремих варіантах реалізації лопатки турбомашини тіло пера лопатки виконане просторово зігнутим по відношенню до осі її кореня з плавним зміщенням положення проекції її передньої кромки на точку її положення на поверхні ротора у міру сходження до зовнішнього краю в межах 12-16 мм, а хвостова кромка пера лопатки також виконана з плавним зміщенням положення проекції її кромки на точку її положення на поверхні вала у міру сходження до зовнішнього краю в межах 34-40 мм. Застосування зазначених ознак покращує аеродинамічні властивості пера лопатки, підвищуючи рівномірність швидкостей робочого тіла в діаметральному напрямку перерізу проточного каналу між лопатками, що забезпечує додаткове підвищення коефіцієнта корисної дії. Розробка ілюструється прикладом її виконання. На Фіг. 1 зображений загальний вигляд лопатки турбомашини, на Фіг. 2 суміщенні профілі поперечних перетинів пера лопатки лінією, співвісною осі ротора на різних висотах лопатки турбомашини, в їх радіальній проекції на поверхню ротора, на Фіг. 3 розріз турбомашини з встановленими та закріпленими на роторі лопатками, а на Фіг. 4 загальний вигляд ротора з встановленими на ньому лопатками. Лопатка турбомашини має профільоване перо 1, яке має передню кромку 2 для набігання робочого тіла, а також задню кромку 3 для збігання робочого тіла, а також ділянку кореня 4, причому корінь лопатки виконаний зі збільшенням його діаметральних габаритів у бік профільованого пера лопатки. Збільшення діаметральних габаритів кореня лопатки виконане у формі ступінчастих виступів 5 та 6. Тіло пера лопатки виконане просторово зігнутим по відношенню до осі її кореня з плавним зміщенням положення проекції її передньої кромки 2 в її точках перетинів (А-А, В-В, С-С, D-D, EE, F-F, G-G) на точку її положення на поверхні ротора у міру сходження до зовнішнього краю пера лопатки в межах L1 ~ 12-16 мм, а хвостова кромка пера лопатки також виконана з плавним зміщенням положення проекції її кромки на точку її положення на поверхні вала у міру сходження до зовнішнього краю в межах L2 ~ 34-40 мм. При монтажі ділянка кореня лопатки встановлюються у відповідні отвори ротора, потім положення лопатки фіксуються за допомогою різьбових елементів. При забезпеченні обертання ротора профільоване перо лопатки забезпечує подачу робочого тіла вздовж аеродинамічної бічної поверхні пера лопатки 1 в напрямку хвостової кромки 3 пера лопатки. Як приклади описані переважні варіанти реалізації цієї розробки. Проте зрозуміло, що можливі інші модифікації, розробки, очевидні для фахівця в цій області техніки, згідно з об'ємом у формулі, що додається, відповідно до її змісту. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 60 1. Лопатка турбомашини з ділянкою пера лопатки, що має профільоване обтічне робочим тілом перо, яке має передню кромку для набігання робочого тіла, а також задню кромку для збігання робочого тіла, а також з ділянкою кореня, яка відрізняється тим, що корінь лопатки виконаний зі збільшенням його діаметральних габаритів у бік профільованого пера лопатки. 2. Лопатка турбомашини за п. 1, яка відрізняється тим, що збільшення діаметральних габаритів кореня лопатки виконане у формі ступінчастих виступів. 3. Лопатка турбомашини за п. 1, яка відрізняється тим, що тіло пера лопатки виконане просторово зігнутим по відношенню до осі її кореня з плавним зміщенням положення проекції її передньої кромки на точку її положення на поверхні ротора у міру сходження до зовнішнього краю в межах 12-16 мм, а хвостова кромка пера лопатки також виконана з плавним зміщенням 2 UA 70765 U положення проекції її кромки на точку її положення на поверхні вала у міру сходження до зовнішнього краю в межах 34-40 мм. 3 UA 70765 U 4 UA 70765 U Комп’ютерна верстка В. Мацело 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 5