Охлаждаемая рабочая лопатка газотурбинного двигателя

Полезная модель относится к газотурбостроению, в частности, к охлаждаемым лопаткам газотурбинных двигателей и может быть использована в авиадвигателестроении. В охлаждаемой рабочей лопатке газотурбинного двигателя, содержащей перо с каналом для охлаждения входной кромки, образованным в полости пера внутренней поверхностью входной кромки и перегородкой, расположенной в полости пера по его высоте, в которой выполнены каналы, сообщающие канал для охлаждения входной кромки с полостью пера, при этом в пере выполнены каналы, с возможностью сообщения канала для охлаждения входной кромки с межлопаточным каналом со стороны спинки, согласно полезной модели, перегородка расположена от входной кромки на расстоянии, составляющем 0,08-0,14 от хорды профиля пера, оси каналов в пере наклонены к базовой плоскости лопатки под углом 15-45°, а каналы, выполненные в перегородке, и каналы, выполненные в пере, соединены с каналом для охлаждения входной кромки таким образом, что одна из образующих каждого из каналов, является касательной ,к одной из образующих канала для охлаждения входной кромки. Полезная модель позволяет повысить

надежность и долговечность лопатки путем оптимизации охлаждения ее входной кромки.

Полезная модель относится к газотурбостроению, в частности, к охлаждаемым лопаткам газотурбинных двигателей и может быть использована в авиадвигателестроении.

Известна охлаждаемая рабочая лопатка газотурбинного двигателя, содержащая перо с центральной полостью и радиальным каналом, расположенным в зоне входной кромки и образованным внутренней поверхностью входной кромки и перегородкой, расположенной по высоте пера, при этом в перегородке выполнены входные каналы, тангенциальные относительно радиального канала, направленные вдоль внутренней поверхности вогнутой части (корыта) пера и сообщающие радиальный канал с центральной полостью, а в пере выполнены выходные каналы, тангенциальные относительно радиального канала и сообщающие радиальный канал с внешней поверхностью выпуклой части (спинкой)пера (см. патент РФ №2117768, Кл. F 01 D 5/18, опубл. 20.08.1998).

Несмотря на реализацию процесса охлаждения такой лопатке, охлаждение входной кромки пера организовано не оптимально, что приводит к снижению надежности лопатки.

Технический результат полезной модели - повышение надежности и долговечности лопатки путем оптимизации охлаждения ее входной кромки.

Указанный технический результат достигается тем, что охлаждаемая рабочая лопатка газотурбинного двигателя, содержит перо с центральной полостью и каналом для охлаждения входной кромки и, образованную между ними перегородку, расположенную по высоте пера, причем в перегородке выполнены каналы, сообщающие канал для охлаждения входной кромки с полостью пера, и каналы в пере, которые выполнены с

возможностью сообщения канала для охлаждения входной кромки с межлопаточным каналом со стороны спинки, согласно полезной модели, перегородка расположена от входной кромки на расстоянии, составляющем 1=(0,08-0,14)L, где L - длина хорды профиля пера в данном сечении, оси каналов в пере наклонены к базовой плоскости лопатки под углом =15-45°, а каналы, выполненные в перегородке, и каналы, выполненные в пере, соединены с каналом для охлаждения входной кромки таким образом, что одна из образующих каждого из каналов, выполненных в перегородке и в пере, является касательной к одной из образующих канала для охлаждения входной кромки.

Расположение перегородки от наружной поверхности входной кромки в каждом конкретном сечении на расстоянии составляющем 0,08-0,14 от хорды профиля пера в данном сечении, обусловлено следующим. При расположении перегородки на расстоянии от наружной поверхности входной кромки, составляющем менее 0,08 от хорды профиля пера в данном сечении, не будет достигнуто эффективное охлаждение, так как канал для охлаждения входной кромки будет настолько мал, что в нем невозможно организовать интенсивное вихревое течение, которое интенсифицирует охлаждающую способность воздуха, а это в свою очередь приведет к перегреву лопатки и, следовательно, к снижению её надежности.

При расположении перегородки на расстоянии от наружной поверхности входной кромки, составляющем более 0,14 от хорды профиля пера в данном сечении, также не будет достигнута необходимая эффективность охлаждения, так как в канале для охлаждения входной кромки при определенном расходе скорость течения воздуха недостаточна для организации интенсивного вихревого течения, что также ухудшит охлаждение лопатки.

Наклонять оси каналов, выполненных в пере, к базовой плоскости лопатки под углом <15° и под углом >45° нецелесообразно с точки

зрения ухудшения структуры пленочного охлаждения спинки: при угле <15° не будет сплошной (равномерной) воздушной пленки на спинке, при угле >45° будет осуществляться отрыв потока от спинки.

На фиг.1 изображен продольный разрез охлаждаемой рабочей лопатки газотурбинного двигателя;

на фиг.2 - сечение А-А фиг.1;

на фиг.3 - сечение Б-Б фиг.2 (повернуто)

Охлаждаемая рабочая лопатка газотурбинного двигателя содержит перо 1, хвостовик 2, перегородку 3 с каналами 4, каналы 5, выполненные в пере 1, канал 6 для охлаждения входной кромки 7, выходную кромку 8, спинку 9, корыто 10, центральную полость 11, выполненную в пере 1.

При работе охлаждающий воздух через хвостовик 2 поступает в полость пера, где разделяется на два потока, один из которых поступает к выходной кромке 8, а другой поток поступает через каналы 4, выполненные в перегородке 3, в канал 6 для охлаждения входной кромки 7, внутри канала 6, благодаря тому, что воздух поступает в него по касательной к его поверхности, образуется интенсивное вихревое течение, обеспечивающее интенсивный отвод тепла, от горячей входной кромки 7 к охлаждающему воздуху. Далее воздух из канала 6 поступает в каналы 5, откуда выдувается на спинку 9 пера 1, создавая на ней пленочное охлаждение. Весь расход воздуха, проходящий через каналы 4 в перегородке поступает в канал 6 для охлаждения входной кромки и весь он отводится из канала 6 по каналам 5 на спинку 9 пера 1.

Принятые обозначения: Н - высота пера, L - хорда пера. Угол - угол наклона осей каналов в пере к базовой плоскости лопатки - равен 30°, - расстояние, на котором перегородка 3 расположена от наружной поверхности входной кромки 8, - составляет в разных сечениях профиля пера 0,08-0,14 от хорды L профиля пера в заданном сечении, так, например, в среднем сечении при длине хорды 32 мм, расстояние - 3,84 мм, т.е. расстояние составляет 0,12 хорды профиля пера.

Приведенные в заявке термины - «Н - высота пера, L - хорда пера, базовая плоскость лопатки» понимаются в соответствии со стандартом «Лопатки авиационных осевых компрессоров и турбин. Термины и определения. ГОСТ 23537-79». (Государственный комитет СССР по стандартам, Москва, 1979).

Охлаждаемая рабочая лопатка газотурбинного двигателя, содержащая перо с перегородкой, образованной выполненными в нем центральной полостью и каналом для охлаждения входной кромки, причем перегородка расположена по высоте пера и в ней выполнены каналы, сообщающие канал для охлаждения входной кромки с центральной полостью пера, а в пере выполнены каналы, с возможностью сообщения канала для охлаждения входной кромки с межлопаточным каналом со стороны спинки, отличающаяся тем, что перегородка расположена от входной кромки на расстоянии 1=(0,08-0,14)L, где L - хорда профиля пера в заданном сечении, оси каналов в пере наклонены к базовой плоскости лопатки под углом 15-45°, а каналы, выполненные в перегородке, и каналы, выполненные в пере, соединены с каналом для охлаждения входной кромки таким образом, что одна из образующих каждого из каналов в пере и в перегородке, является касательной к одной из образующих канала для охлаждения входной кромки.