Охлаждаемая лопатка газовой турбины

5 12 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ к авторскому сви льству г(22) 11,04.,90 ,П., Шатнев авиационногоановатво СССР Х987.ПАКА ГАЗОе: турбостроение для ых установок и транс- Сущность изобретенйя: а состоит из полого пера Комитет Российской Федерац по патентам и товарным знака 1(54) ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОВОЙ ТУРБИНЫ(57) Испол ьзова нистационарных. силовпортных турбин,охлаждаемая лопатк 19) 80 (1 О 1792118 Оз) 1) б Р 019518 1 с полусферическими углублениями 2 на .внутренней поверхности, в центре которых имеются отверстия 5 для слива охладителя в проточную часть турбины. Перед полусферическими углублениями расположены завихрители, котррые обеспечивают образование устойчивого вихря на йоверхностиполусферического углубления, Вихрь приводит к увеличению коэффициента теплоогдачи в полусферическом углублении в 1,5 - 2 раза по сравнению с гладким течением. 3 з.п. ф-лы, 6 ил.0010 20 25 30 40 45 50 55 Изобретение относится к области охлаждения элементов конструкции высокотемпературной турбины и может быть использовано в турбостроении для стационарных силовых установок и транспортных турбин.Известна охлаждаемая лопатка, содержащая полое перо и дефлектор. В пере име"ются ряды отверстий, через которце охлаждающий воздух вытекает в проточную частьтурбины, образуя завесу на наружной поверхности лопатки. Дефлектор служит для подвода охладителя к рядам отверстий.Недостатком этой конструкции является то, что охлаждающий воздух почти не участвует в процессе конвективного тепло- обмена, т.к. основной охлаждающий эффект достигается за счет наружной завесы. Вследствие этого не используется имеющийся хладоресурс воздуха, что приводит к увеличению потребного расхода воздуха,Известна охлаждаемая лопатка газовой турбины, содержащая полое перо, на внутренней поверхности которого выполнены полусферические углубления, Охлаждающий воздух протекает в щели между внутренней поверхностью корпуса и дефлектором и вытекает через щель в задней кромке лопатки. Интенсификация теплоотдачи в такой системе охлаждения по сравнению с гладкой щелью происходит за счет срыва пограничного слоя на кромках полусферических углублений и образования вихрей. Однако вихревое течение внутри полусферическИх углублений неустойчиво и носит периодический характер, После образования вихря в полусферическом углублении он срывается и уносится основным потоком, а на его месте образуется новый вихрь. Это явление снижает возможный эффект интенсификации и приводит к некоторому увеличению гидравлических потерь в системе охлаждения лопатки.Целью изобретения является повышение эффективности охлаждения лопатки путем стабилизации вихревого течения в полусферических углублениях,Указанная цель достигается тем, что в охлаждаемой лопатке газовой турбины, содержащей полое перо, на внутренней поверхности которого выполнены полусферические углубления, перо снабжено завихрителями, каждый из которых размещен на внутренней поверхности пера в зоне углубленияпо направлению движения охлаждающей среды, причем в центре каждого углубления выполнены отверстия. Завихритель выполнен в виде профилированного выступа, продольного ребра или штырька. Сущность изобретения поясняется начертежах, где на фиг. 1 изображена в разрезе профильная часть лопатки турбины с интенсификаторами теплоотдачами в системеохлаждения; на фиг. 2 - сечение по перулопатки; на фиг, 3-5 - виды на полусферические углубления сзавихрителями.Охлаждаемая лопатка содержит полоеперо 1 с полусферическими углублениями 2на внутренней поверхности 3 и дефлектор 4.В центре каждого полусферического углубления 2 выполнено отверстие 5, а передкаждым углублением 2 расположен завихритель, который может быть выполнен в виде профилирован ного выступа 6,продольного ребра 7 или штырька 8,Завихрители 6-8 расположены несимметрично относительно центра 9 полусферического углубления 2.При работе турбины охлаждающий воздух подводится внутрь дефлектора 4, равномерно распределяется по высоте пера 1лопатки, затем поступает в зазор между дефлектором 4 и стенкой пара 1 лопатки итечет в поперечном направлении от передней кромки к задней. При этом воздух попадает в полусферические углубления 2 и .постепенно расходуется, так что в концеканала расход его равен нулю, Это устраняет необходимость щели в задней кромке,которая охлаждается защитной пленкой, образующейся на поверхности лопатки,Расчет показывает, что предлагаемаясистема охлаждения обеспечивает болеевысокую эффективность охлаждения, чемпрототип, при одинаковых расходах и начальных параметрах охлаждающего воздуха.Результаты расчета представлены нафиг, 6, В лопатке, принятой за прототип, наполусферические углубления набегает поток с одинаковой скоростью по всему фронту, Перепад давления по нормали к стенкеотсутствует, так что в образующихся вихряхих окружная скорость Я мОжет изменятьсятолько по закону твердого тела, т.е, угловаяскорость в вихре со=сопзт.Величина массовой скорости рВ/ изменяется в этом случае по радиусу полусферического углубления г почти по линейномузакону р и Ю - значения плотности и окружной скорости на оасстоянии г от центра по-лусферичекого углубления). В заявленной :охлаждаемой лопатке обеспечены условияобразования устойчивого свободного вихряв полусферическом углублении с закономскорости вР=сопм,Ва фиг. 6 по оси абсцисс отложено отношение текущего радиуса полусфериче1792118 6 ского углубления г к ее наружному радиусу . В, по оси ординат - отношение местного значения рЧЧ к значению на наружном радиусе полусферического углубления, равному ее величине в невозмущенном потоке 5 между углублениями,Схема и криваяотносятся к прототипу, схема и кривая- к предлагаемой лопатке, пунктирная криьая в верхней части графика показывает отношение величины 10 рЧЧ в том и другом гчучае, Линия р - отношение давлений РРя). Как видно из фиг. 6 средняя величина отношения массовых скоростей с учетом охватываемой площади составляет примерно 2-2,5, Соответственно 15 отношение средних коэффициентов тепло- отдачи на поверхности полусферического углубления составит 1,75-2,0.Если глубину охлаждения Т-Т/ТрТь на поверхности полусферических углубле ний в лопатках прототипа принять равной 0,5, то в лопатках заявляемой конструкции Формула изобретения1, ОХЛАЖДАЕМАЯ ЛОПАТКА ГАЗОВОЙ ТУРБИНЫ, содержащая полое перо, на внутренней поверхности которого выполнены полусферические углубления, отличающаяся тем, что, с целью повы щения эффективности охлаждения, перо снабжено завихрителями, каждый из которых размещен на внутренней поверхности пера в зоне углубления по направлению движения охлаждающей 35 она при техже "начальных условиях и раСходе воздуха составит 0,65-0,7, Учитывая, что площадь пелусферических углублений составляет примерно 50 всей охлаждаемой поверхности пера лопатки, и считая глубину охлаждения на остальной части поверхности одинаковой в обоих случаях, получим в среднем увеличение глубины конвективного охлаждения лопатки на 0,07-0,08,Если принять во внимание также эффект пленочного охлаждения и оценить его как 0=0,1, то общее увеличение глубины охлаждения лопатки по сравнейию с прото типом составит примерно 0,1-0,15,Технико-экономическая эффективность заявляемого решения по сравнению с прототипом заключается в том, что оно позволяет повысить температуру или давление рабочего газа, не увеличивая расход охлаждающего воздуха, или же сократить расход охлаждающего воздуха при тех же парамет- рах рабочего газа,среды, причем в центре каждого углубления выполнены отверстия.2. Лопатка по и, 1, отличающаяся тем, что завихритель выполнен в виде профилированного выступа.3 Лопатка по и 1 отличающаяся тем, что завихритель выполнен в виде продольного ребра.4. Лопатка по и, 1, отличающаяся тем, что завихритель выполнен в виде штырька,1792118 О Составитель В. ШатнТехред М.Моргентал дактор А. Горячева Корректор Н, Король аказ Подписно иражПО "Поиск" Роспатент Москва, Ж, Раушск 13 аб 4 роизводственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул, Гагарина, 1