ДЕФЛЕКТОР ОХЛАЖДАЕМОЙ СОПЛОВОЙ ТУРБИННОЙ ЛОПАТКИ

Дефлектор охлаждаемой сопловой турбинной лопатки предназначен для подачи охлаждающего воздуха во внутреннюю полость лопатки и интенсификации действия охладителя при его протекании через отверстия в дефлекторе и образовании за счет этого турбулизованного течения между внешней поверхностью дефлектора и внутренней стенкой оболочки лопатки.
Дефлекторы широко применяются в конструкции сопловых охлаждаемых лопаток для интенсификации теплообмена и достижения более высокой эффективности охлаждения. Интенсификация теплообмена с помощью дефлектора достигается за счет организации «душирования» стенки оболочки лопатки через отверстия в дефлекторе. Через отверстия охлаждающий воздух из внутренней полости дефлектора выдувается на стенку оболочки лопатки, затем, после теплосъема, выдувается через отверстия (щели) в оболочке лопатки в проточную часть.
Известен дефлектор охлаждаемой сопловой лопатки турбины ТРДД JT9D-7, описанный в работе «Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. (Под ред. Д.В. Хронина. - М.: Машиностроение, 1989, С. 178).
Данный дефлектор представляет собой устанавливающийся во внутренней полости лопатки полый стержень, в который в продольном направлении подается охлаждающий воздух, который затем выпускается в полость между внешней стенкой дефлектора и внутренней стенкой оболочки лопатки, после чего выдувается через отверстия (щели) в оболочке лопатки на внешнюю поверхность пера лопатки и образует защитную воздушную пленку. Дефлектор состоит из тонкой изогнутой стенки, в которой выполнены ряды отверстий. Отверстия в дефлекторе расположены рядами и имеют круглый профиль.
Недостатком данного дефлектора является невозможность организации равномерного обдува внутренней поверхности оболочки лопатки, вследствие чего появляется температурный градиент, вызывающий трещины в оболочке.
Прототипом предполагаемой полезной модели может служить сетчатый дефлектор охлаждаемой сопловой турбинной лопатки газотурбинного двигателя (патент RU 151877, F01D 5/18, д.п. 27.03.2015 г.).
Данный дефлектор охлаждаемой сопловой турбинной лопатки представляет собой полый стержень с отверстиями для выдува охладителя, причем стенка, полого стержня выполнена из сетчатой структуры, отверстия представляют собой квадратные ячейки сетки и равномерно распределены по всей поверхности стенки.
Недостатком вышеописанного дефлектора является невысокая степень турбулизации потока охладителя в силу того, что размеры ячеек велики по сравнению с размерами перемычек между ними, такая конструкция мало препятствует течению воздуха. Из-за низкой степени турбулизации не удается достигнуть высоких значений коэффициента теплоотдачи и не удается эффективно снизить температуру лопатки.
Таким образом, существующие конструкции дефлектора не позволяют использовать все возможности процесса интенсификации теплообмена посредством дефлектора и не позволяют достичь более эффективного охлаждения.
Для устранения вышеописанных недостатков предлагается дефлектор, у которого для выдува охладителя организуются поры - фигурные пустоты в стенке, которые равномерно занимают объем стенки дефлектора. Проходное сечение пор большое, что позволяет увеличить теплосъем вследствие роста турбулентности охладителя и организовать равномерный обдув внутренней поверхности оболочки лопатки.
Преимущество предполагаемой полезной модели заключается в достижении более высокой степени турбулизации охладителя при протекании охладителя через фигурные поры в стенке дефлектора и более интенсивного теплосъема за счет подачи турбулизированного потока на внутреннюю поверхность оболочки лопатки. Также из-а сопоставимых размеров отверстий и стенок между ними достигается более высокая равномерность натекания охладителя на оболочку лопатки, что снижает вероятность появления температурных трещин и увеличивает ее ресурс.
Целью создания пористого дефлектора сопловой турбинной лопатки является увеличение эффективности охлаждения оболочки сопловой турбинной лопатки, за счет чего достигается снижение температуры материала оболочки лопатки.
Технический результат выражается в снижении температуры оболочки лопатки за счет увеличения теплоотдачи охладителя и роста эффективности охлаждения стенки лопатки при интенсификации теплообмена, вызванной повышенной турбулизацией охладителя.
Технический результат достигается тем, что выполненные в стенках дефлектора фигурные поры, равномерно занимающие объем стенки, обеспечивают высокую турбулизацию потока охладителя, тем самым эффективно снижается температура лопатки.
На фигуре представлена конструкция дефлектора.
Дефлектор 1, представляющий собой толстостенный стержень, помещенный во внутреннюю полость оболочки лопатки 2, состоит из стенки 3, в которой выполнены фигурные поры 4 для выдува охладителя из внутренней полости дефлектора на внутреннюю стенку оболочки лопатки.
Принцип действия предлагаемого дефлектора базируется на известной из теории теплообмена зависимости интенсивности теплоотдачи от степени турбулизации потока. Поток охладителя, подаваемый во внутреннюю полость дефлектора, проходит через фигурные поры, сильно турбиулизируясь, выдувается равномерным слоем на внутреннюю поверхность оболочки лопатки, тем самым эффективно ее охлаждая, и не создавая высокий градиент температуры материала облочки.
При прохождении через фигурные поры охладитель турбулизируется и вызывает более высокий теплосъем, чем при выдуве через отверстия. За счет этого снижается температура материала лопатки.