ЛОПАТОЧНЫЙ ВЕНЕЦ ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ С ВЫДУВОМ ОХЛАЖДАЮЩЕГО ВОЗДУХА В СРЕЗ ВЫХОДНОЙ КРОМКИ ЛОПАТКИ

Полезная модель относится к авиадвигателестроению, в частности к высокотемпературным турбинам авиационных газотурбинных двигателей.
Известен лопаточный венец газовой турбины (патент РФ №77641, F01D 5/00, заявлено 12.05.2008, опубликовано 27.10.2008), содержащий охлаждаемые лопатки, образующие межлопаточные каналы и имеющие каждая полое перо с отверстиями для выпуска охлаждающей среды, размещенными в зоне выходной кромки со стороны корыта пера, при этом перо каждой лопатки имеет срез.
Основным недостатком такой конструкции является то что, срез удаляет часть теоретического профиля лопатки за счет подрезки выходной кромки лопатки и как следствие негативно сказывается на характере течения в межлопаточном канале, в котором могут возникнуть отрывные течения. Это ведет к снижению экономичности и эффективности охлаждения лопаток турбины.
Также известен лопаточный венец газовой турбины (Патент РФ №1450462, МПК6 F01D 5/08, заявлено 09.02.1987, опубликовано 20.10.1996), содержащий охлаждаемые лопатки, образующие межлопаточные каналы и имеющие каждая полое перо с отверстиями для выпуска охлаждающей среды, размещенными в зоне выходной кромки со стороны корыта пера, при этом перо каждой лопатки имеет срез, расположенный на участке от отверстий для выпуска охлаждающей среды до выходной кромки лопатки.
Конструкция позволяет обеспечить увеличенный перепад давлений в отверстиях для выпуска охлаждающей среды, но не достаточна для достижения максимально возможного перепада давлений по системе охлаждения.
Технический результат, на достижение которого направлена полезная модель, заключается в повышении экономичности и эффективности охлаждения лопаток турбины, за счет геометрии среза, расположенного на участке от отверстий для выпуска охлаждающей среды до выходной кромки лопатки.
Технический результат достигается тем, что лопаточный венец газовой турбины с выдувом охлаждающего воздуха в срез выходной кромки лопатки, содержит охлаждаемые лопатки, образующие межлопаточные каналы и имеющие каждая полое перо с отверстиями для выпуска охлаждающей среды, размещенными в зоне выходной кромки со стороны корыта пера, при этом перо каждой лопатки имеет срез, расположенный на участке от отверстий для выпуска охлаждающей среды до выходной кромки лопатки.
Новым в полезной модели является то, что межлопаточный канал на участке от отверстий для выпуска охлаждающей среды до выходной кромки выполнен с переменной площадью проходного сечения, увеличивающейся от начала отверстий для выпуска охлаждающей среды к выходной кромке лопатки не более чем на 5%.
В предложенной полезной модели на этапе проектирования лопатки рассчитывается геометрия среза, расположенная на участке от отверстий для выпуска охлаждающей среды до выходной кромки лопатки таким образом, чтобы участок среза был с переменной площадью проходного сечения, увеличивающийся от начала отверстий для выпуска охлаждающей среды к выходной кромке лопатки не более чем на 5%. Такая геометрия среза не затрагивает теоретический профиль пера лопатки, а следовательно не влияет на обтекание пера лопатки и устраняет возможность возникновения отрывных течений. Снижается давление в области выпуска охлаждающей среды к выходной кромке лопатки и увеличивается перепад давлений по системе охлаждения, что приводит к повышению экономичности и эффективности охлаждения лопаток турбины.
На прилагаемых чертежах изображен лопаточный венец газовой турбины с выдувом охлаждающего воздуха в срез выходной кромки лопатки:
фиг.1 - поперечное сечение лопаточного венца газовой турбины;
фиг.2 - объемная модель лопаточного венца газовой турбины.
Лопаточный венец газовой турбины с выдувом охлаждающего воздуха в срез выходной кромки лопатки содержит охлаждаемые лопатки 1, образующие межлопаточные каналы 2 (фиг.1). Каждая охлаждаемая лопатка 1 имеет полое перо 3 с отверстиями 4 для выпуска охлаждающей среды (фиг.1, 2). Отверстия 4 размещенные в зоне выходной кромки 5 со стороны корыта 6 пера 3 (фиг.1, 2). Перо 3 каждой лопатки 1 имеет срез 7, расположенный на участке от отверстий 4 для выпуска охлаждающей среды до выходной кромки 5 лопатки 1 (фиг.1, 2). Межлопаточный канал 2 (фиг.1) на участке от отверстий 4 для выпуска охлаждающей среды до выходной кромки 5 выполнен с переменной площадью проходного сечения, увеличивающейся от начала отверстий 4 для выпуска охлаждающей среды к; выходной кромке 5 лопатки 1 не более чем на 5%, то есть должно выполняться соотношение (фиг.2):
2
1
S=S×1,05,
1
где S - площадь проходного сечения в начале среза;
2
S - площадь проходного сечения в конце среза.
1
1
2
При работе турбины охлаждающая среда поступает в полость пера 3 лопаток, охлаждает их и сбрасывается в межлопаточный канал 2 через отверстия 4, размещенные в зоне выходной кромки 5 со стороны корыта 6 пера 3 (фиг.1, 2). При этом газ, протекающий в межлопаточном канале 2, имеет наибольшее давление в сечении горла в начале среза S, перед отверстиями 4, и наименьшее давление на срезе от S до S, что способствует большему перепаду давления для выдува охлаждающего воздуха. При таком выполнении лопатки 1 давление на спинке 8 в области выходной кромки 5 минимальное, что также не препятствует выходу охлаждающей среды из отверстия 4 (фиг.1, 2). Кроме того, уменьшение площади охлаждаемой поверхности лопатки 1 допускает уменьшение расхода охлаждающей среды.
Расчеты показали, что геометрия среза, расположенная на участке от отверстий для выпуска охлаждающей среды до выходной кромки лопатки 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. При этом экспериментально зафиксировано повышение экономичности и снижение расхода охлаждающего воздуха на 0,6% с сохранением уровня эффективности охлаждения.