ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ

Полезная модель относится к транспортному машиностроению и может быть использовано в газовых турбинах авиационных двигателей.
Известна охлаждаемая лопатка газовой турбины, имеющая полое перо с отверстием для выпуска охлаждающей среды, размещенным в зоне выходной кромки со стороны корыта пера (Патент Швейцарии №463877, F02C, заявл. 1.06.66, опубл. 29.11.68).
Основным недостатком такой конструкции является высокое давление потока газа у выхода из отверстия и на спинке лопатки в области выходной кромки, что препятствует выходу охлаждающей среды из лопатки, поэтому приходится повышать давление охлаждающей среды на входе в каналы охлаждения лопатки. Это ведет к снижению экономичности и эффективности охлаждения лопаток турбины.
Также известна охлаждаемая лопатка газовой турбины (Описание изобретения к авторскому свидетельству СССР №1450462, МПК 6 F01D 5/08, заявл. 1987.02.09, опубл. 1966.10.20), имеющая полое перо с отверстием для выпуска охлаждающей среды, размещенным в зоне выходной кромки со стороны корыта пера. Перо имеет прямолинейный срез, выполненный между точкой на пересечении стенки отверстия, расположенной ближе к входной кромке лопатки, с профилем корыта, и точкой на спинке у выходной кромки.
Срез пера лопатки приводит к переносу горла лопаточного венца в сечение перед отверстиями, что способствует снижению давления газа у отверстия и беспрепятственному выходу охлаждающей среды из отверстий. Такой эффект достигается только при постоянной площади проходного сечения на участке среза. Однако, из-за неточности изготовления лопаток площадь проходного сечения на участке среза может быть непостоянной, что приведет к смещению горла лопаточного венца в сторону выходной кромки лопатки, что приведет к повышению давления между отверстием м выходной кромкой и вызовет необходимость повышения давления охлаждающей
среды, поступающей в лопатку, для обеспечения преодоления давления газа в межлопаточном пространстве при ее выходе из отверстия.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в гарантированном расположении горла лопаточного венца перед выходным отверстием в лопатке не только при постоянной площади проходного сечения на участке среза, но и переменной, что обеспечит беспрепятственный выход из канала в лопатке охлаждающей среды без повышения ее давления на входе в канал.
Технический результат достигается тем, что охлаждаемая лопатка газовой турбины имеет полое перо с отверстием для выпуска охлаждающей среды, размещенным в зоне выходной кромки со стороны корыта пера. Перо имеет срез, выполненный между точкой на пересечении стенки отверстия, расположенной ближе к входной кромке лопатки, с профилем корыта, и точкой на спинке.
Новым в полезной модели является то, что точка среза на спинке расположена на расстоянии L=0,8-0,85 длины хорды теоретического профиля пера лопатки от касательной к входной кромке лопатки.
На прилагаемом чертеже изображена заявляемая лопатка.
Охлаждаемая лопатка газовой турбины имеет полое перо 1 с отверстием 2 для выпуска охлаждающей среды, размещенным в зоне выходной кромки 3 со стороны корыта 4 пера 1. Перо 1 имеет срез 5, выполненный между точками 6 и 7. Точка 6 расположена на пересечении стенки отверстия 2, расположенной ближе к входной кромке 8 лопатки, с профилем корыта 4. Точка 7 расположена на спинке 9 на расстоянии L=0,8-0,85 длины хорды 10 теоретического профиля 11 пера 1 лопатки от касательной 12 к входной кромке 8 лопатки.
Срез 5 удаляет часть теоретического профиля лопатки вместе за счет подрезки выходной кромки. Это гарантирует расположение горла лопаточного венца в сечении перед отверстиями 2.
При работе турбины охлаждающая среда поступает в полость пера 1 лопаток, охлаждает их и сбрасывается в межлопаточный канал через отверстия 2, размещенные в зоне выходной кромки 3 со стороны корыта 4 пера 1. При этом газ, протекающий в межлопаточном канале, имеет наибольшее давление в сечении горла, перед отверстиями 2, что способствует большему перепаду давления для выдува охлаждающего воздуха. При таком выполнении лопатки давление на спинке 9 в области выходной кромки 3 минимальное, что также не препятствует выходу охлаждающей среды из отверстия 2. Кроме того, уменьшение площади охлаждаемой поверхности лопатки допускает уменьшение расхода охлаждающей среды.
Расчеты показали, что расположение точки 7 вне указанного диапазона, малоэффективно из-за малого снижения давления или существенного возрастания потерь из-за отрыва потока на спинке лопатки.
Эта полезная модель реализована на газотурбинных двигателях ГТД-6,3РМ «Сатурн», ГТД-10РМ «Сатурн», М70ФРУ при модернизации турбин высокого давления с охлаждаемыми рабочими лопатками. Перо рабочих лопаток в периферийном сечении срезано от точки горла на корыте до точки на спинке расположенной на расстоянии L равном 0,83 величины длины профиля. При этом экспериментально зафиксировано повышение экономичности и эффективности охлаждения, в частности, снижение расхода охлаждающего воздуха на 0,4% по абсолютной величине на 1-ой ступени и на 0,2% - на 2-ой.