ЛОПАТКА С ВНУТРЕННИМ ВЕНТИЛИРОВАНИЕМ
BLADE WITH INNER VENTILATION

Объектом настоящего изобретения является лопатка с внутренним вентилированием.
Подвергаемые часто очень высоким температурам лопатки турбомашины могут быть оборудованы устройствами охлаждения посредством вентилирования газами, такими как относительно прохладный газ, поступающий из основного потока циркуляции в направлении компрессора; он протекает, таким образом, до полых полостей внутри лопаток и выходит из них через просверленные отверстия, которые открываются, в частности, на внутренней поверхности и на задней кромке, где циркуляции газа способствует более слабое внешнее давление. Эти устройства хорошо опробованы и дают в целом хорошие результаты, но требуют доработки, если вентиляция оказывается недостаточной по причине особенно тяжелых условий (например, для лопаток турбины высокого давления, которые подвергаются воздействию более высоких температур) или, например, на некоторых особенных областях лопаток. Французские патенты 2833298 и 2834015 раскрывают вентиляцию задней кромки.
На вершине некоторых лопаток, таким образом, констатируют недостатки охлаждения, источники очень высоких температур и некоторых повреждений (прижегов), а более конкретно в углу между задней кромкой и внешней кромкой. Целью изобретения является разрешение этой конкретной проблемы.
В целом настоящее изобретение относится к лопатке, содержащей внутренние полости для циркуляции охлаждающего газа, при этом полости отделены друг от друга перегородками, причем одна из перегородок, наиболее близкая к задней кромке, имеет больший наклон в направлении к задней кромке, начиная, по меньшей мере, с 70% высоты лопатки, если считать от полки до вершины лопатки до радиуса внешней кромки (такой размер благоприятствует охлаждению угла лопатки путем лучшего вентилирования задней кромки по причинам, которые будут описаны далее), отличающейся тем, что одна из полостей, ограниченная в направлении задней кромки лопатки указанной перегородкой, наиболее близкой к задней кромке лопатки, содержит ряд просверленных отверстий, ведущих к боковой стороне лопатки, причем указанные просверленные отверстия открываются в указанную полость через отверстия, расположенные на линии, параллельной указанной перегородке. Это усовершенствование способствует также охлаждению угла лопатки, на этот раз лучшим вентилированием боковых поверхностей (внутренней поверхности и спинки).
Больший наклон преимущественно выполнен постепенным, придавая перегородке в целом скругленную форму.
Далее настоящее изобретение будет описано более детально со ссылкой на прилагаемые чертежи, на которых:
фиг.1 и фиг.2 показывают общие виды лопатки согласно настоящему изобретению;
фиг.3 показывает детально концепцию согласно предшествующему уровню техники, улучшенную в результате настоящего изобретения;
фиг.4 показывает детально концепцию согласно настоящему изобретению.
На фиг.1 и 2 показана лопатка (1), которая соединена с хвостовиком (2), расположенным в диске, здесь не представленном, и имеет полку (3). Лопатка (1) является полой, и в ней просверлено множество полостей (4), отделенных друг от друга перегородками (5), проходящими в направлении, по существу радиальном от хвостовика (2) до вершины (11) лопатки (1). Далее будут различаться полости (6), наиболее близкие к задней кромке (7) лопатки (1), и полости (8), примыкающие к последней, а также перегородка (9), их разделяющая, которая, таким образом, является перегородкой, наиболее близкой к задней кромке (7).
Вентилирующий газ поступает в полости (4) (и (6), и (8)) от их начала в хвостовике (2) из другой зоны машины, к которой относится лопатка (1), и поднимается к вершине (11) лопатки (1); он постепенно выходит из полостей через просверленные отверстия (12), которые открываются на внутренней поверхности (13) и/или на спинке (22) лопатки (1), при этом другие просверленные отверстия (14) (показаны на фиг.3 и 4) открываются на вершине (11), и, наконец, через другие отверстия (15), выполненные только в полости (6), которые выходят к задней кромке (7).
Вентилирование вершины (11) лопатки (1) является наиболее сложным, так как просверленные отверстия (14) расположены по краю полостей (4), и расход вентилирующего газа является наименьшим и имеет меньшее давление; другие неблагоприятные обстоятельства возникают в результате того, что вершина (11) состоит из тонкого внешнего ребра (16), проходящего со стороны спинки и со стороны внутренней поверхности лопатки, образуя, таким образом, полость, называемую «ванной» (17). Ребро (16) позволяет ограничить ток горячего газа между противолежащими вершиной лопатки и корпусом и образует зону износа, когда лопатка под совместным действием термического расширения и центробежным действием удлиняется и касается корпуса. Ванна (17) и ребро (16) представляют собой трудно охлаждаемые зоны; ситуация является особо критичной в верхнем углу (18) лопатки (1), смежном с задней кромкой (7), где полость (6) наиболее узкая.
Теперь рассмотрим фиг.3. В обычных концепциях наиболее близкая к задней кромке (7) перегородка (здесь 9') является прямолинейной, так же как и другие, для упрощения изготовления лопатки, и в целом она имеет полностью радиальное направление. Изобретателями было отмечено существование зоны (19) повторной циркуляции с малой скоростью в полости (6) в месте сопряжения между перегородкой (9') и стенкой дна ванны (17). Малое динамическое давление вентилирующего газа в этом месте делает бесполезным создание просверленных отверстий наверху для вентиляции вершины (11), так что край ванны (17) совсем не вентилируется; было отмечено, что через просверленные отверстия (15), ведущие к задней кромке (7) и наиболее близкие к вершине (11), обычно три или четыре наиболее близких, проходит особенно малый расход газа по причине слабого давления газа.
Особенность устройства согласно настоящему изобретению видна на фиг.4 и заключается в том, что предусматривают перегородку (9), наиболее близкую к задней кромке (7), с верхней частью (20), более наклонной к задней кромке (7), чем оставшаяся часть перегородки (9), и предпочтительно все более наклонной со скругленной формой и почти равномерным сопряжением со стенкой дна ванны (17). Верхняя часть (20) может начинаться от 80%, при необходимости 70%, от высоты лопатки (1), считая от полки (3) до наружной кромки, то есть до стенки дна ванны (17). Другие перегородки остаются прямолинейными. Технический результат заключается в следующем: зона (19) повторной циркуляции с малой скоростью исчезает; вентилирующий газ лучше подводится к просверленным отверстиям (15), близким к вершине (11), и его давление возрастает, что также увеличивает расход через эти верхние просверленные отверстия (15); просверленные отверстия (12), ведущие к внутренней поверхности (13) (или к спинке), начиная от второй полости (8), могут быть смещены к задней кромке (7), при этом их отверстия во второй полости (8) занимают линию, параллельную верхней части (20); по меньшей мере, одно дополнительное просверленное отверстие (14') вершины можно выполнить благодаря расширению второй полости (8) на вершине (первая полость (6), в представленной здесь в качестве предшествующего уровня техники концепции, обычно лишена просверленных отверстий (12) и (14) на вершине из-за больших трудностей вентилирования). Любые модификации приводят к лучшему вентилированию и охлаждению верхнего угла (18) лопатки (1), задней кромки (7) посредством просверленных отверстий (15), боковых поверхностей внутренней поверхности (13) или спинки посредством смещенных просверленных отверстий (12) или ванны (17) посредством одного или нескольких дополнительных просверленных отверстий вершины (14').