СОПЛОВОЙ АППАРАТ ТУРБИНЫ ВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ

Предложение относится к турбостроению и может быть использовано в высокотемпературных газовых турбинах, более конкретно относится к конструкциям сопловых лопаток турбин высокого давления.
Наиболее близким по технической сущности является сопловой аппарат турбины высокого давления, содержащий перо лопатки, ограниченное входной и выходной кромками, наружную и внутреннюю полки, установленные на конструктивном расстоянии от оси турбины, В известной конструкции двухступенчатой турбины, отношение расстояния от оси турбины до наружной полки R1 к расстоянию от оси турбины до внутренней полки R2 составляет R1/R2=1,35.
(см. Г.С. Скубачевский, Авиационные газотурбинные двигатели, Конструкция и расчет деталей,, Москва. «Машиностроение» 1974 г с.113.),
Такие турбины относятся к авиационным двигателям 3-его поколения, в которых температура перед турбиной Т3* менее 700К. при КПД около 0,8.
В современных высокотемпературных турбинах (где Т3* более 700К) увеличивается теплоперепад на ступени, поэтому стремление сохранить оптимальным значение U/Сад (относительную окружную скорость) приводит к росту окружной скорости колеса, что затрудняет прочностную доводку турбин высокого давления при больших высотах лопатки R1/R2=1,35.
Задача предложения - создать проточную часть турбин высокого давления с оптимальным КПД для высокотемпературных двигателей (с температурой Т3* до 2000К.)
Ожидаемый технический результат достижение оптимального термического КПД, уменьшение габаритов и массы.
Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известном сопловом аппарате турбины высокого давления, содержащем перо лопатки ограниченное входной и выходной кромками, наружную и внутреннюю полки, установленные на конструктивном расстоянии от оси турбины, по предложению, на уровне выходной кромки пера отношение расстояния от оси турбины до наружной полки R1 к расстоянию от оси турбины до внутренней полки R2 составляет R1/R2=1,165…1,190.
Сущность предложения заключается в том, что проточная часть в районе выходной кромки лопатки соплового аппарата выполняется в соотношении внутреннего радиуса R1 наружной полки к наружному радиусу R2 внутренней полки в пределах R1/R2=1,165…1,190. Данное соотношение радиусов оптимально для авиационных двигателей среднего класса.
При увеличении соотношения R1/R2 более 1,190 увеличивается высота сопловой лопатки и высота рабочей лопатки, что приводит к увеличению расхода воздуха на охлаждение и увеличению веса и удельного расхода топлива.
При уменьшении соотношения R1/R2 менее 1,165 высота сопловой и рабочей, лопаток уменьшается, что уменьшает расход воздуха на охлаждение лопаток. Но для того чтобы получить заданную тягу и пропустить требуемый расход газа через сопловые и рабочие лопатки необходимо увеличить одновременно R1 и R2, что приведет к повышению металлоемкости.
На фиг. показана проточная часть сопловой лопатки турбины высокого давления.
Сопловой аппарат турбины высокого давления состоит из пера лопатка 1 с выходной кромкой 2, наружной полкой 3 с внутренним радиусом газового тракта R1 и внутренней полки 4. Газовый тракт образуют внутренний радиус R1 наружной полки 3 и наружный радиус R2 внутренней полки 4. Конструкция газового тракта для двигателей среднего класса с температурой Т3*=700÷2000К должна иметь соотношение R1/R2=1,165…1,190.
При работе двигателя газовый поток проходит в канале, образованном спинкой и корытом пера 1 и наружной 3 и внутренней 4 полками. При отношении в турбине расстояния от оси турбины до наружной полки R1, к расстоянию от оси турбины до внутренней полки R2 на уровне выходной кромки 2 пера лопатки R1/R2, в интервале 1,16…1,20, конструкция аппарата обеспечивает поворот потока газа с минимальными потерями и с оптимальным натеканием на рабочие лопатки ротора турбины, что позволяет получить оптимальный КПД и металлоемкость двигателя.
Использование предложения позволяет оптимизировать термический КПД двигателя за счет увеличения температуры газа и степени его сжатия и улучшить удельные параметры за счет уменьшения габаритов, массы, сокращения количества ступеней сжатия и лопаток.