ТУРБИННАЯ РАБОЧАЯ ЛОПАТКА С НЕСИММЕТРИЧНОЙ ВНУТРЕННЕЙ И ВНЕШНЕЙ ПОВЕРХНОСТЯМИ БАНДАЖНОЙ ПОЛКИ

Полезная модель относится к области турбостроения, в частности к устройству турбины высокого давления газотурбинного двигателя, обеспечивающему охлаждение отдельных частей ее сопловых лопаток, и может быть использовано в транспортном и энергетическом машиностроении.
Известна рабочая лопатка турбины, описанная в работе «Влияние величины монтажного натяга на напряженное состояние рабочих лопаток турбин современных авиадвигателей» / Б.Е. Васильев, Л.А. Магеррамова. Двигатель. 2010, №4 (10), с. 32-33. Данная лопатка характерна для современного авиа-двигателестроения и включает в себя перо, замковую часть и бандажную полку, на внешней (по отношению к зоне протекания трактового газа) поверхности которой установлены прямые гребешки для снижения перетеканий через радиальный зазор между лопаткой и элементами статора, формирующими проточную часть.
Описанная лопатка имеет недостаток, выражающийся в отсутствии дополнительных мероприятий для снижения аэродинамических потерь в периферийной области проточной части.
Прототипом предполагаемой полезной модели может служить рабочая лопатка, показанная в работе «Разработка и исследование конструктивных способов повышения кпд в концевых участках рабочих лопаток ТВД авиационных ГТД». Ле Тиен Зыонг, Нестеренко В.Г.//Международный научно-исследовательский журнал. Технические науки. Выпуск №1(67) Январь 2018, с. 73-84.
Данная рабочая лопатка включает в себя перо, замковую часть и бандажную полку, на внешней (по отношению к зоне протекания трактового газа) поверхности которой установлены наклонные гребешки для снижения перетеканий через радиальный зазор между лопаткой и элементами статора, формирующими проточную часть. Применение наклонных гребешков позволяет получить более высокую герметичность радиального зазора и повышенный уровень КПД. Недостатком вышеописанной лопатки является отсутствие мероприятий по снижению потерь в периферийной области проточной части.
Таким образом, существующие конструкции турбинных рабочих лопаток с бандажными полками не позволяют использовать бандажную полку для снижения потерь в периферийной области проточной части.
Для устранения вышеописанного недостатка предлагается конструкция турбинной рабочей лопатки, включающая в себя перо, замковую часть с торцевой полкой и бандажную полку, на внешней (по отношению к зоне протекания трактового газа) поверхности которой установлены наклонные гребешки для снижения перетеканий через радиальный зазор между лопаткой и элементами статора, а поверхность между ними и внутренняя поверхность полки (со стороны основного потока) выполнены несимметричными, т.е. содержащими выпуклости и впадины.
Преимущество предполагаемой полезной модели заключается в росте КПД ступени турбины вследствие снижении уровня аэродинамических потерь из-за уменьшения интенсивности вторичного вихря на внутренней поверхности (со стороны трактового газа) бандажной полки и вследствие увеличения уровня сопротивления межлабиринтного пространства из-за несимметричного профилирования внешней поверхности полки между гребешками лабиринта.
Для устранения вышеописанного недостатка предлагается конструкция турбинной рабочей лопатки, включающая в себя перо, замковую часть с торцевой полкой и бандажную полку, на внешней (по отношению к зоне протекания трактового газа) поверхности которой установлены наклонные гребешки для снижения перетеканий через радиальный зазор между лопаткой и элементами статора, а поверхность между ними и внутренняя поверхность полки (со стороны основного потока) выполнены несимметричными, т.е. содержащими выпуклости и впадины.
Рабочие лопатки турбин ГТД являются наиболее ответственными деталями двигателя, от которых зависят его ресурс и надежность, а от совершенства конструкции рабочих лопаток во многом зависит КПД всей турбины.
С целью предотвращения опасных колебаний пера лопатки и дальнейшего ее выхода из строя в конструкции лопатки предусмотрена бандажная полка, представляющая собой ограничивающую поверхность, расположенную перпендикулярно перу лопатки.
Целью создания турбинной рабочей лопатки с несимметричными внутренней и внешней поверхностями бандажной полки является повышение уровня КПД ступени турбины за счет уменьшения размера периферийного канального вихря в рабочей решетке, которое ведет к снижению неравномерности потока в рабочем колесе, а также за счет роста сопротивления межлабиринтного пространства и снижения перетеканий в радиальном зазоре.
Технический результат при этом выражается в снижении уровня аэродинамических потерь и соответствующем ему росте КПД турбины.
Технический результат достигается тем, что в турбинной рабочей лопатке с несимметричной внутренней и внешней поверхностями бандажной полки, содержащей перо, замковую часть и бандажную полку, на внешней, по отношению к зоне протекания трактового газа, поверхности которой установлены наклонные гребешки для снижения перетеканий через радиальный зазор между лопаткой и элементами статора, а поверхность между гребешками выполнена несимметричной, то есть содержащей выпуклости и впадины, равно как и внутренняя поверхность бандажной полки.
На фигуре представлена предлагаемая конструкция турбинной рабочей лопатки с несимметричной внутренней и внешней поверхностями бандажной полки. Конструкция содержит перо (1), замковую часть (2), торцевую полку с несимметричной поверхностью (3) и бандажную полку (4), на внешней (по отношению к зоне протекания трактового газа) поверхности которой установлены наклонные гребешки (5) для снижения перетеканий через радиальный зазор между лопаткой и элементами статора, а поверхность между ними выполнена несимметричной, т.е. содержащей выпуклости и впадины, равно как и внутренняя поверхность бандажной полки.
Принцип работы предлагаемой турбинной рабочей лопатки с несимметричными поверхностями бандажной полки заключается в следующем. Внутренняя поверхность бандажной полки и часть внешней поверхности бандажной полки между наклонными гребешками выполнены несимметричными -имеющими впадины и выпуклости, способствующие генерации дополнительных вихревых структур, на внешней поверхности (со стороны трактового газа) способствующих уменьшению негативного влияния периферийного вихря, а на внутренней - снижению потерь кинетический энергии и, как следствие, повышению КПД турбинной ступени
Несимметричность поверхности со стороны трактового газа позволяет снизить интенсивность вторичных вихреобразований (размер канального вихря), вследствие чего снижается неравномерность потока, уменьшается уровень потерь и растет КПД; с внешней стороны несимметричность поверхности увеличивает уровень сопротивления межлабиринтного пространства, что в свою очередь способствует снижению потерь и росту КПД ступени турбины.