RU2267616C1

RU2267616C1 - Turbine cooled blade

Info

Publication number: RU2267616C1
Application number: RU2004115403/06A
Authority: RU
Inventors: Валентин Павлович Почуев (RU); Валентин Павлович Почуев; Анатолий Александрович Мухин (RU); Анатолий Александрович Мухин; Сергей Валентинович Харьковский (RU); Сергей Валентинович Харьковский; Игорь Леонидович Светлов (RU); Игорь Леонидович Светлов
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2006-01-10
Also published as: RU2004115403A

Abstract

FIELD: mechanical engineering; turbines.

SUBSTANCE: proposed cooled blade of turbine contains central spaces and slot spaces passing in blade walls and connected with central spaces. Slot spaces are made of variable width in height of blade and are divided by partitions inclined to blade axis into channels connected in series with each other. Some channels are provided with coolant inlet holes which communicate with central spaces and other channels are provided with coolant outlet holes opening on outer surface of blade. Partitions are made of thickness variable in length of partition, and holes are made in partitions to connect adjacent channels of blade. Heat exchange intensifiers are made in channels of blade. Said intensifiers are made in form of semiribs, cavities, pins or spherical segments.

EFFECT: increased intensification of cooling, provision of conditions for optimization of guard cooling.

4 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к охлаждаемым лопаткам, предназначенным для высокотемпературных турбин.The invention relates to the field of turbine construction, in particular to cooled blades designed for high-temperature turbines.

Известен целый ряд предложений по охлаждаемым лопаткам, в которых, с целью повышения эффективности охлаждения лопаток, охлаждающие каналы выполнены непосредственно в стенках лопатки, что позволяет приблизить охладитель к горячей поверхности и увеличить поверхность теплообмена охладителя со стенкой лопатки. Охладитель подводится в каналы через отверстия в стенке лопатки и через систему отверстий в этих же каналах вытекает на поверхность лопатки для создания заградительного охлаждения.A number of proposals are known for cooled blades, in which, in order to increase the cooling efficiency of the blades, the cooling channels are made directly in the walls of the blades, which makes it possible to bring the cooler closer to a hot surface and increase the heat exchange surface of the cooler with the blade wall. The cooler is introduced into the channels through openings in the wall of the blade and through a system of holes in the same channels flows to the surface of the blade to create defensive cooling.

В патенте US 5741117, кл. F 01 D 5/18, 1988 г. каналы в лопатке разбиваются на несколько отдельных каналов по высоте лопатки. В качестве прототипа рассматривается лопатка по патенту GB 2314126, кл. F 01 D 5/18, 1997 г. Лопатка содержит каналы в стенке по всей высоте пера лопатки, каждый из которых соединен отверстиями впуска охладителя с центральной полостью (полостями) и отверстиями выпуска с внешней поверхностью лопатки. Основной недостаток подобных конструкций заключается в том, что подвод и выпуск воздуха осуществляется в одном и том же канале. При этом неэффективно используется хладоресурс воздуха в канале и нет достаточных условий для оптимизации заградительного охлаждения.In patent US 5741117, CL. F 01 D 5/18, 1988, the channels in the blade are divided into several separate channels along the height of the blade. As a prototype, a blade according to patent GB 2314126, class. F 01 D 5/18, 1997. The blade contains channels in the wall along the entire height of the blade feather, each of which is connected by the cooler inlet openings with the central cavity (s) and exhaust openings with the outer surface of the blade. The main disadvantage of such designs is that the supply and exhaust of air is carried out in the same channel. At the same time, the air coolant in the channel is inefficiently used and there are no sufficient conditions for optimizing the chilling cooling.

В настоящем предложении в стенках лопатки выполняются отдельные щелевые полости, расположенные как по профилю, так и по высоте лопатки, каждая из которых продольными по высоте лопатки перегородками разбивается на несколько соединяющихся между собой каналов. При этом одни каналы соединены с центральной полостью, а другие - с внешней поверхностью лопатки.In the present proposal, separate slotted cavities are made in the walls of the scapula, located both along the profile and along the height of the scapula, each of which is divided by several longitudinal channels along the height of the scapula into several channels connected to each other. At the same time, some channels are connected to the central cavity, while others are connected to the outer surface of the scapula.

Решаемая задача - устранение недостатков, связанных с недостаточной эффективностью использования хладоресурса и создание условий для оптимизации заградительного охлаждения.The problem to be solved is the elimination of the shortcomings associated with the insufficient efficiency of the use of cold resources and the creation of conditions for optimizing cooling cooling.

Технический результат - повышение эффективности охлаждения лопатки и уменьшение расхода охладителя как следствие оптимизации системы заградительного охлаждения - обеспечивается за счет того, что лопатка содержит центральные полости и щелевые полости, проходящие в стенках лопатки и соединенные с центральными полостями, при этом щелевые полости выполнены переменной ширины по высоте лопатки и разделены наклонными к оси лопатки перегородками на каналы, последовательно соединенные между собой, причем одни каналы имеют отверстия впуска охладителя, которые сообщаются с центральными полостями, а другие каналы имеют отверстия выпуска охладителя, выходящие на внешнюю поверхность лопатки.The technical result - increasing the cooling efficiency of the blade and reducing the flow rate of the cooler as a result of optimizing the cooling system - is ensured by the fact that the blade contains central cavities and slot cavities passing in the walls of the blade and connected to the central cavities, while the slot cavities are made of variable width the height of the scapula and are divided by baffles inclined to the axis of the scapula into channels consecutively connected to each other, and some channels have inlet openings o laditelya which communicate with the central lumen and the other channels have a coolant discharge opening facing the outer surface of the blade.

Технический результат обеспечивается также тем, что перегородки выполняются с переменной по длине толщиной, а в перегородках выполнены отверстия, соединяющие смежные каналы лопатки, причем в каналах лопатки выполнены интенсификаторы теплообмена в виде полуребер, лунок, штырей или сферических сегментов.The technical result is also ensured by the fact that the partitions are made of thickness varying in length, and the holes are made in the partitions connecting the adjacent channels of the scapula, and in the channels of the scapula heat transfer intensifiers are made in the form of half ribs, holes, pins or spherical segments.

Сущность предложения поясняется на фиг.1-6. На фиг.1 показан продольный разрез лопатки по каналам на корыте. На фиг.2 показан продольный разрез лопатки по центральным полостям. На фиг.3 показано продольное сечение лопатки по каналам выпуска воздуха. На фиг.4 показано продольное сечение лопатки по каналам впуска воздуха. На фиг.5 показан вид поперечного сечения лопатки по щелевым полостям, а на фиг.6 - поперечное сечение лопатки по каналам.The essence of the proposal is illustrated in figures 1-6. Figure 1 shows a longitudinal section of the scapula along the channels on the trough. Figure 2 shows a longitudinal section of the blade along the central cavities. Figure 3 shows a longitudinal section of the blade along the air exhaust channels. Figure 4 shows a longitudinal section of the blade along the air inlet channels. Figure 5 shows a cross-sectional view of the blade along the slit cavities, and figure 6 is a cross section of the blade along the channels.

Охлаждаемая лопатка содержит центральные полости 1, щелевые полости 2 в стенках лопатки, которые продольными перегородками 3 разбиты на несколько соединяющихся между собой каналов 4, 5. Канал 4 щелевой полости 2 отверстиями 6 соединен с центральной полостью 1, а канал 5 той же щелевой полости 2 отверстиями 7 соединен с внешней поверхностью лопатки.The cooled blade contains central cavities 1, slotted cavities 2 in the walls of the blades, which are divided by longitudinal partitions 3 into several channels 4, 5 connected to each other. Channel 4 of the slotted cavity 2 is connected by holes 6 to the central cavity 1, and channel 5 of the same slotted cavity 2 holes 7 connected to the outer surface of the scapula.

Перегородки 3 в щелевой полости 2 выполняются с постоянной или переменной толщиной по длине канала с различным углом по отношению к оси лопатки. В перегородках могут быть выполнены отверстия 8, соединяющие смежные каналы 4 и 5. На наружной или на внутренней стенке канала при необходимости выполняются интенсификаторы 9 теплообмена в виде полуребер, лунок, штырей или сферических сегментов.Partitions 3 in the slotted cavity 2 are made with constant or variable thickness along the length of the channel with different angles with respect to the axis of the blade. Openings 8 can be made in the partitions, connecting adjacent channels 4 and 5. On the external or internal wall of the channel, heat transfer intensifiers 9 are made, if necessary, in the form of half ribs, holes, pins, or spherical segments.

Охлаждение лопатки производится следующим образом. Охладитель из центральной полости 1 через отверстия 6 впуска поступает в канал 4 щелевой полости 2. Затем из канала 4 охладитель, поворачивая вокруг перегородки 3 или протекая через отверстия 8, попадает в канал 5, из которого вытекает через отверстия 7 в стенке канала 5 на поверхность лопатки.The cooling of the blade is as follows. The cooler from the central cavity 1 through the inlet openings 6 enters the channel 4 of the slit cavity 2. Then, from the channel 4, the cooler, turning around the partition 3 or flowing through the openings 8, enters the channel 5, from which it flows through the openings 7 in the wall of the channel 5 to the surface shoulder blades.

Втекание охладителя в один канал щелевой полости, а также протекание его по каналам и выход его на поверхность лопатки из другого канала позволяют полнее использовать хладоресурс охладителя в лопатке. Изменение толщины перегородки и соединение каналов с помощью отверстий в перегородке дают возможность изменять давление и расход охладителя по участкам каналов для оптимального распределения его по поверхности лопатки в условиях неизбежного изменения давления газа как по длине профиля, так и по высоте лопатки.The flow of the cooler into one channel of the slit cavity, as well as its flow through the channels and its exit to the surface of the blade from another channel, make it possible to more fully use the coolant in the blade. Changing the thickness of the septum and connecting the channels using the holes in the septum make it possible to change the pressure and flow rate of the cooler along the portions of the channels for its optimal distribution over the surface of the blade under conditions of an inevitable change in gas pressure both along the length of the profile and along the height of the blade.

Предлагаемая конструкция выполнения щелевых полостей в стенках лопаток, разделенных перегородками на каналы охлаждения, обеспечивает более эффективное охлаждение лопаток по сравнению с известными конструкциями, имеющими охлаждающие каналы в стенках лопатки.The proposed design of the implementation of the slotted cavities in the walls of the blades, divided by partitions into cooling channels, provides more efficient cooling of the blades compared with known structures having cooling channels in the walls of the blades.

Claims

1. Cooled turbine blade containing central cavities and slot cavities extending in the walls of the blade and connected to the central cavities, characterized in that the slot cavities are made of variable width along the height of the blade and are divided by baffles inclined to the axis of the blade into channels connected in series, moreover, some channels have cooler inlet openings that communicate with the central cavities, and other channels have cooler outlet openings extending to the outer surface of the blade.

2. The blade according to claim 1, characterized in that the partitions are made with a variable thickness along the length of the partition.

3. The blade according to claim 1, characterized in that the bores are made holes connecting the adjacent channels of the scapula.

4. The blade according to claim 1, characterized in that the channels of the blades are made of heat transfer intensifiers in the form of half ribs, holes, pins or spherical segments.