Лопатка регулируемого входного направляющего аппарата

Полезная модель относится к газотурбинным двигателям (ГТД), а именно к конструкции составных лопаток обогреваемого регулируемого входного направляющего аппарата (ВНА) осевых компрессоров газотурбинного двигателя и может быть использована против обледенения лопаток.
Существуют различные устройства против обледенения лопаток входного направляющего аппарата, в которых горячий воздух из компрессора высокого давления используют для подогрева лопаток и поддержания у них достаточно высокой температуры для того, чтобы помешать образованию льда.
Известна лопатка регулируемого входного направляющего аппарата, включающая неподвижную стойку, контактирующую задней кромкой с поворотным закрылком, и выполненную с возможностью выпуска обогревающего воздуха из неподвижной стойки на спинку и корыто поворотного закрылка (Патент РФ №2347924 от 16.07.2004, опубл. 20.01.2006, бюл. №6, МПК F02C 7/047).
Недостатком данной конструкции является малая жесткость стойки при действии внутреннего давления, которая приводит к нарушению аэродинамического профиля лопатки. Выпуск нагретого воздуха через щели непосредственно на выходной кромке неподвижной стойки в сторону поворотного закрылка снижает эффективность обогрева самой стойки, а также аэродинамические свойства лопатки в целом за счет возможности перетекания потока со стороны корыта в сторону спинки и обратно через зазоры поворотного узла подвижного закрылка. Это отрицательно влияет на работу составной лопатки ВНА стойка-закрылок как единого профиля, приводя к ухудшению газодинамических параметров как ВНА, так и компрессора в целом.
Наиболее близкой по конструкции к заявляемой полезной модели является лопатка регулируемого входного направляющего аппарата, включающая неподвижную полую стойку, контактирующую задней кромкой с подвижным закрылком монолитной конструкции при помощи уплотнительного элемента с пазами для выпуска обогревающего воздуха в направлении спинки и корыта поворотного закрылка и снабженного пружиной (Патент на полезную модель RU №144047, F01D 17/00 от 11.02.2014, опубл. 10.08.2014).
Недостатком данной конструкции составной лопатки является низкая жесткость полой стойки от действия внутреннего давления пропускаемого через нее обогревающего воздуха, которая приводит к искажению профиля стойки, изменению аэродинамики профиля лопатки и искажению газодинамических характеристик ВНА. Движение внутри стойки сплошного потока горячего воздуха снижает эффективность ее обогрева за счет образования застойных воздушных зон вблизи входной кромки. Подача выходящего из стойки горячего воздуха непосредственно вблизи зазора между стойкой и подвижным закрылком повышает риск перетекания потока входящего воздуха с поверхности спинки лопатки ВНА на поверхность корыта и обратно, также ухудшая газодинамические параметры ВНА в целом.
Задачей полезной модели является создание обогреваемой составной лопатки ВНА с улучшенными аэродинамическими характеристиками, обеспечивающими повышение прочности и надежности работы ВНА, компрессора и ГТД в целом.
Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности и равномерности обогрева лопатки ВНА.
Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что лопатка регулируемого входного направляющего аппарата включает в себя неподвижную стойку полой конструкции с отверстиями для входа и выхода горячего воздуха, контактирующую задней кромкой с подвижным закрылком монолитной конструкции. В отличие от прототипа неподвижная стойка выполнена в виде радиальной оболочки с внутренним оребрением, жестко связывающим спинку и корыто стойки, увеличивающим ее жесткость от действия внутреннего давления и разворачивающим входящий поток горячего воздуха в направлении входной и выходной кромок стойки, вдоль которых расположены пазы для равномерного распределения выходящего горячего воздуха по всей внешней поверхности спинки, корыта стойки и подвижного закрылка.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез А-А в продольной плоскости лопатки регулируемого ВНА; на фиг. 2 - поперечное сечение Б-Б лопатки регулируемого ВНА.
Лопатка регулируемого входного направляющего аппарата (фиг. 1, 2) включает неподвижную стойку полой конструкции 1, плотно контактирующую своей задней кромкой В с подвижным закрылком 2 монолитной конструкции. В верхнем торце стойки выполнено входное отверстие 3 для подвода в полость стойки потока горячего воздуха, а в нижнем торце стойки выполнено входное отверстие 4 для отвода остаточного горячего воздуха. Неподвижная стойка 1 имеет внутреннее оребрение 5, связывающее между собой спинку 6 и корыто 7 и разворачивающее входящий через отверстие 3 в полость стойки поток горячего воздуха по направлению к входной Г и выходной В кромкам. Вдоль входной кромки Г стойки изготовлены пазы 8, расположенные равномерно вдоль этой кромки для выхода горячего воздуха из внутренней полости стойки наружу. Вдоль выходной кромки В стойки также изготовлены пазы 9, расположенные равномерно вдоль этой кромки для выхода горячего воздуха из внутренней полости стойки наружу.
Лопатка регулируемого входного направляющего аппарата работает следующим образом.
Обогревающий лопатку горячий воздух поступает из компрессора по трубопроводам системы подачи во внутреннюю полость неподвижной стойки 1 составной лопатки ВНА через отверстие 3. Внутри полости горячий воздух проходит вдоль ребер 5, которые равномерно распределяют его вдоль стойки и направляют к входной Г и выходной В кромкам, осуществляя обогрев стойки изнутри. Далее через пазы 8 и 9 горячий воздух выходит на внешнюю поверхность спинки 6 и корыта 7 стойки.
Набегающий на стойку внешний поток воздуха прижимает выходящий из отверстий 8 горячий воздух к наружней поверхности спинки и корыта стойки, осуществляя дополнительный обогрев стойки, а выходящий из отверстий 9 горячий воздух прижимает к внешней поверхности подвижного закрылка, осуществляя основной обогрев подвижного закрылка. Двойной обогрев неподвижной стойки повышает степень прогрева ее внешней поверхности, исключая образование льда как на самой стойке, так и на подвижном закрылке.
Благодаря тому, что полая стойка имеет внутреннее оребрение, жестко связывающая спинку и корыто, повышается эффективность передачи тепла через стенку стойки с ее внутренней поверхности к наружней путем уменьшения толщины стенки, не изменяя ее удельную жесткость, но уменьшая ее вес. Геометрия полой стойки с внутренним оребрением менее чувствительна к неизбежной пульсации давления горячего воздуха, которая определяется режимом работы двигателя и атмосферным давлением окружающего двигатель воздуха, что исключает ухудшение газодинамических характеристик ВНА и сохраняет устойчивую работу компрессора на различных режимах работы двигателя.