СОВМЕЩЕННЫЙ СТОЕЧНЫЙ УЗЕЛ СОПЛОВОГО АППАРАТА ТУРБИНЫ ГТД С МОДИФИЦИРОВАННОЙ ВХОДНОЙ КРОМКОЙ СИЛОВОГО ПРОФИЛЯ

Полезная модель относится к авиадвигателестроению, а также можно использовать в энергетическом машиностроении. Можно использовать в совмещенных стоечных узлах турбины низкого давления двухзальных газотурбинных двигателей (ГТД), а также в совмещенных стоечных узлах турбины среднего давления трехвальных ГТД.
Известна конструкция совмещенного стоечного узла соплового аппарата, примененная в двигателе РД600В, которая представлена в издании [Технологическое обеспечение проектирования и производства газотурбинных двигателей. / Леонов Б.Н., Новиков А.С., Богомолов Е.Н., Уваров Л.Б., Антонов Е.А., Жуков А.А.; Под ред. Б.Н. Леонова, А.С. Новикова. - Рыбинск, изд-во «Рыбинский дом печати», 2000, - С. 29].
Данный совмещенный стоечный узел соплового аппарата турбины представляет собой радиально установленный в верхний и нижний кольцевые корпуса набор пустотелых лопаток различного профиля: силовые лопатки имеют более толстый профиль, чем обычные.
Недостаток этой конструкции заключается в большой неравномерности поля параметров (давление, температура, скорость) за совмещенным стоечным узлом соплового аппарата. Неравномерность поля параметров возникает из-за роста габаритов вторичного вихря, образующегося на входной кромке толстых силовых лопаток, что ведет к снижению КПД решетки совмещенного стоечного узла и турбины в целом. Также рост неравномерности поля параметров ведет к повышению амплитуды переменной газодинамической силы, действующей ни рабочую лопатку турбины, что в свою очередь ускоряет появление таких дефектов как трещины или обрыв лопатки.
Известна конструкция, представленная в работе (G.I. Mahmood, S. Acharya. Experimental Investigation of Secondary Flow Structure in a Blade Passag With and Without Leading Edge Fillets\\ Fluids Eng. Mar 2007, 129(3): 253-262) для уменьшения размеров вторичного вихря (а значит, и уровня потерь) в которой входные кромки лопаток соплового аппарата выполнены с наплывами.
Недостатком данной конструкции следует считать отсутствие конструктивных мероприятий для снижения неравномерности потока, вызванной применением лопаток разной толщины в одном лопаточном венце.
Для устранения вышеперечисленных недостатков предлагается совмещенный стоечный узел соплового аппарата с модифицированной входной кромкой толстых силовых лопаток, при этом входная кромка силовой лопатки выполнена вытянутой вверх по потоку в области точки ветвления потока на входной кромке лопатки в области пограничного слоя на торцевой поверхности.
Технический результат предполагаемой полезной модели выражается в достижении более высокого уровня КПД турбины, увеличение надежности и ресурса работы турбины.
Технический результат достигается тем, что в совмещенном стоечном узле соплового аппарата турбины ГТД с модифицированной входной кромкой силового профиля, содержащем комплект пустотелых лопаток с входной кромкой различного профиля, радиально установленных в верхний и нижний кольцевые корпуса, при этом входная кромка толстых силовых лопаток выполнена вытянутой вверх по потоку в зоне точки ветвления потока на входной кромке лопатки в области пограничного слоя на торцевой поверхности.
Устройство поясняется фигурами где:
фиг. 1 - общий вид совмещенного стоечного узла соплового аппарата турбины ГТД с модифицированной входной кромкой силового профиля;
фиг. 2 - модернизация входной кромки силовой лопатки;
фиг. 3 - профили лопаток.
Предлагаемый совмещенный стоечный узел соплового аппарата представляет собой радиально установленный в верхний 1 и нижний 2 кольцевые корпуса комплекта пустотелых лопаток различного профиля: силовые лопатки 3 имеют более толстый профиль, чем сопловые 4, при этом входная кромка 5 толстой силовой лопатки выполнена вытянутой вверх по потоку в области точки ветвления потока на входной кромке лопатки 5 в области пограничного слоя на торцевой поверхности.
Принцип действия совмещенного стоечного узла совмещенного с сопловым аппаратом с модифицированной входной кромкой силовых лопаток заключается в следующем. Поток рабочего тела проходит через совмещенный стоечный узел соплового аппарата, где происходит преобразование потенциальной энергии рабочего тела в кинетическую. Кроме того, поток приобретает закрутку, необходимую для рабочего колеса. При этом толстые силовые лопатки являются элементом силовой схемы двигателя, через который передается усилие от опоры на корпус, а также через внутренние полости силовых лопаток такого соплового аппарата могут проходить маслопроводы для обеспечения смазкой опор турбины. При обтекании как толстых, так и тонких лопаток возникают вторичные вихри, распространение которых в межлопаточных каналах ведет к появлению дополнительных потерь и снижению КПД лопаточного венца.
Как известно из внутренней аэродинамики турбин на размер вторичного вихря в межлопаточном канале соплового аппарата определяющее влияние будет оказывать форма и размеры входной кромки лопатки. Следовательно, для снижения размера входного вихря следует уменьшить толщину входной кромки в области пограничного слоя на толстых силовых лопатках. Конструктивная реализация данного решения может заключаться в выполнении специальных конструктивных мероприятий у втулки и периферии. В случае совмещенного стоечного узла меняется конструкция только входной кромки толстых силовых лопаток. Нужно уменьшить толщину входной кромки в области формирования вторичного вихря. При этом высота изменения конструкции входной кромки должна быть не менее удвоенной толщины входного пограничного слоя.
Применение данной конструкции приводит к уменьшению размера вторичного вихря, образующегося на толстой силовой лопатке, и снижению неравномерности поля параметров за совмещенным стоечным узлом соплового аппарата. Таким образом, можно повысить КПД турбины и обеспечить снижение переменной аэродинамической нагрузки на рабочую лопатку вследствие действия газодинамических сил. Кроме этого применение совмещенного стоечного узла соплового аппарата турбины ГТД с модифицированной входной кромкой силового профиля положительно скажется на надежности турбины и ее ресурсе.