Охлаждаемая лопатка турбины с комбинированным охлаждением
Полезная модель относится к области энергетического машиностроения и может быть использована в конструкции лопаток турбомашин. Техническим результатом, достигаемым настоящей полезной моделью, является повышение экономичности турбомашины. Для достижения этого результата в теле лопатки на внутренней стенке охлаждающих каналов выполнены цилиндрические полости с перфорацией.
Полезная модель относится к области энергетического машиностроения и может быть использована в конструкции охлаждаемых лопаток турбомашин.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является лопатка с комбинированным охлаждением (патент РФ 
2285805 C1 МПК F01D 5/18, 2006, рис. 1), принятая за прототип.
К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного устройства, принятого за прототип относится то, что: в известном устройстве значительная часть воздуха вынужденно отнимается от компрессора, а предлагаемое решение позволит поднять располагаемое давление, не отнимая воздух от компрессора, и таким образом позволяет добиваться технического результата.
Сущность полезной модели заключается в следующем: для повышения эффективности работы турбоагрегата желательным является увеличение параметров газа перед турбиной. В турбомашинах лопатки являются наиболее теплонапряженной частью, и это существенно снижает как их надежность, так и долговечность, поэтому применяется охлаждение лопаток турбины. Охлаждение может быть конвективным, пленочным и комбинированным. Конвективное охлаждение позволяет охлаждать лопатку изнутри. При пленочном охлаждении часть охладителя выпускается наружу через выпускные отверстия. При комбинированном охлаждении вышеуказанные способы применяются совместно, и ресурс работы лопаток увеличивается по сравнению с конвективным охлаждением и пленочным, но все же имеет свой предел. При повышении температуры газа перед турбиной до 1700 К потребный расход воздуха на охлаждение рабочих и сопловых лопаток при традиционном конвективно-пленочном охлаждении достигает 15% от расхода воздуха на входе в компрессор.
Технический результат - повышение эффективности работы турбомашины. Указанный технический результат при осуществлении полезной модели достигается тем, что в известном устройстве охлаждение лопатки турбины происходит с помощью внутреннего конвективного и внешнего пленочного охлаждения. Особенность заключается в том, что в теле лопатки на стенках внутренних каналов предлагается сделать цилиндрические полости. Сверху полости должны закрываться перфорированной пластинкой. Этим достигается снижение сопротивления трения в конвективных каналах, а следовательно, это позволит поднять располагаемое давление, не отнимая воздух от компрессора.
Включение в совокупность существенных признаков, характеризующих охлаждаемую лопатку турбины, позволяет снизить сопротивление трения в охлаждающих внутренних каналах лопатки, что также снижает расход охладителя. В совокупности с внутренним конвективным и внешним пленочным охлаждением лопатки это даст возможность существенно повысить эффективность и экономичность турбомашины в целом.
На чертежах представлена схема охлаждаемой лопатки турбины:
Охлаждаемая лопатка турбины содержит: цилиндрические полости 1 на поверхности, перфорацию 2 на поверхности, охлаждающие каналы 3, отверстия 4 для создания охлаждающей пленки, цилиндрические полости 5 на внутренней стенке каналов, перфорация 6 на внутренней стенке каналов.
Сведения, подтверждающие возможность осуществления полезной модели с получением вышеуказанного технического результата, заключаются в следующем. Устройство содержит цилиндрические полости 1 на поверхности лопатки по всей длине пера, сообщающиеся с перфорацией 2. Перфорация 2 расположена со стороны потока рабочего тела. В теле лопатки содержатся цилиндрические полости 1, охлаждающие каналы 3 и отверстия 4 для создания пленочного охлаждения. Охлаждающие каналы 3 и отверстия 4 для создания пленочного охлаждения не сообщаются с цилиндрическими полостями 1. При помощи цилиндрических полостей 1, сообщающихся через перфорацию 2 с пленочной завесой, достигается эффект, способствующий гашению турбулентных пульсаций. Поток сообщается с цилиндрической полостью через перфорационное отверстие, при этом избыточное давление турбулентного моля стравливается в полость, что и способствует гашению турбулентных пульсаций. Таким образом, течение охлаждающей пленки ламинаризируется и она лучше удерживается на поверхности лопатки. Также как и поверхность лопатки, соприкасающаяся с потоком рабочего тела, внутренняя поверхность охлаждающих каналов 3 содержит цилиндрические полости 5, сообщающиеся посредством перфорации 6 на внутренних стенках каналов с охладителем. Отверстия для создания охлаждающей пленки 4 не сообщаются с цилиндрическими полостями 5 и перфорацией 6 на внутренних стенках охлаждающих каналов 3. При помощи цилиндрических полостей 5, сообщающихся через перфорацию 6 с потоком охладителя, протекающего по охлаждающим каналам 3, достигается эффект, способствующий гашению турбулентных пульсаций. Поток охладителя сообщается с цилиндрической полостью 5 через перфорационное отверстие, при этом избыточное давление турбулентного моля стравливается в полость, что и способствует гашению турбулентных пульсаций (аналогично тому, как это происходит и на поверхности лопатки). Таким образом, течение охлаждающего потока ламинаризируется и этим достигается снижение сопротивления трения в каналах.
Работа устройства осуществляется следующим образом. По охлаждающим каналам 3 движется охлаждающий воздух, обеспечивая внутреннее конвективное охлаждение лопатки. Этот поток взаимодействует через перфорации 6 с цилиндрическими полостями 5. Турбулентные пульсации гасятся, и происходит снижение сопротивления трения потока охлаждающего воздуха в каналах. В турбинах высокого давления часто не хватает располагаемого перепада давления охладителя в полости лопатки. И снижение сопротивления трения в каналах позволит поднять располагаемое давление, не отнимая воздух от компрессора. Часть охлаждающего воздуха выпускается через отверстия для создания охлаждающей пленки 4 для создания внешнего пленочного охлаждения. Цилиндрические полости 1, сообщаются через перфорацию 2 с пленочной завесой и гасят турбулентные пульсации. В результате затягивается переход ламинарного режима течения в турбулентный в пограничном слое пленки на поверхности лопатки. Это препятствует быстрому размыванию охлаждающей пленки. В совокупности с внутренним и внешним охлаждением лопатки это даст возможность повысить параметры газа перед турбиной, увеличить срок службы турбины и снизить расход охладителя, а следовательно существенно повысить эффективность турбомашины.
Охлаждаемая лопатка турбины с комбинированным охлаждением, содержащая каналы внутри лопатки, отверстия для создания охлаждающей пленки, цилиндрические полости с перфорацией на поверхности лопатки, отличающаяся тем, что в теле лопатки на внутренней стенке охлаждающих каналов выполнены цилиндрические полости с перфорацией.
