PL199632B1 - Kierownica turbiny gazowej i sposób wytwarzania kierownicy turbiny gazowej - Google Patents

Abstract

Kierownica (10) turbiny gazowej, zawiera opaski zewn etrzn a (14) i wewn etrzn a (16) posiadaj ace roz- ci agaj ace si e przez nie odpowiednie pary gniazd zewn etrznych (14a) i wewn etrznych (16a) oraz za- wieraj ace par e lopatek (18) posiadaj acych odpo- wiednie ko ncówki zewn etrzn a (20) i wewn etrzn a (22) osadzone w gniazdach zewn etrznych (14a) i we- wn etrznych (16a) i trwale spojonych z nimi za pomo- ca odpowiednich spoin (24) lutu twardego oraz za- wieraj acych przeciwleg le sciany po laczone razem na przeciwleg lych kraw edziach natarcia (30) i sp lywu (32), przy czym ka zda z lopatek posiada otwór ko ncowy (34a) przy kraw edzi sp lywu (32) lopatki i szczelin e ze- wn etrzn a (46), przy czym otwór ko ncowy (34a) usy- tuowany jest w kierunku do wewn atrz z odst epem od odpowiedniej spoiny (24) lutu twardego i ma po lacze- nie przep lywowe ze szczelin a zewn etrzn a (46) rozci a- gaj ac a si e pomi edzy scianami i poza spoin e (24) lutu twardego a kieruj aca ch lodz ace powietrze (40) od wydrazenia (38) usytuowanego w obszarze srodka ci eciwy lopatki do otworu ko ncowego (34a) dla za- pewnienia ch lodzenia tylnego biegn acej wzd lu z niej spoiny (24) lutu twardego, a charakteryzuje si e tym, ze szczelina zewn etrzna (46) rozci aga si e prosto od wydr a zenia (38) usytuowanego........ PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest kierownica turbiny gazowej i sposób wytwarzania kierownicy gazowej.

W turbinie gazowej odbywa się sprężanie powietrza w sprężarce i mieszanie go z paliwem w zespole komory spalania, służącym do wytwarzania gazów spalinowych, które przepływają dalej przez poszczególne stopnie turbiny odbierające od niego energię. Turbina wysokociśnieniowa znajdująca się bezpośrednio za zespołem komory spalania, zawiera pierścieniową kierownicę, która kieruje gazy spalinowe w stronę odpowiedniego rzędu łopatek wirnika rozciągających na zewnątrz od tarczy wirnika.

Kierownica turbiny jest ukształtowana w postaci łukowatych segmentów, w celu zmniejszenia naprężeń termicznych przy rozszerzaniu się i kurczeniu podczas pracy. Każdy segment kierownicy zwykle zawiera dwie łopatki kierownicy na stałe dołączone do opasek zewnętrznej i wewnętrznej łukowatych segmentów. Ponieważ łopatki kierownicy są wystawione na bezpośrednie działanie gorących gazów spalinowych, to one i ich opaski są zwykle kształtowane z superstopów, które zachowują swoją wytrzymałość w podwyższonej temperaturze.

Łopatki i opaski są zwykle odlewane w postaci oddzielnych części, złożonych razem, i spojonych lutem twardym przy dwóch końcówkach zewnętrznej i wewnętrznej każdej łopatki, a następnie połączonych z odpowiednimi, usytuowanymi w opaskach zewnętrznej i wewnętrznej, gniazdami zewnętrznym i wewnętrznym łopatek. Lutowanie twarde daje mocną spoinę, bez pogorszenia wysokiej wytrzymałości materiału kierownicy.

Podczas pracy silnika, kierownica jest chroniona przed gorącymi gazami spalinowymi przez kierowanie części powietrza ze sprężarki szczelinami wydrążonymi wewnątrz łopatek, w celu wewnętrznego ich chłodzenia, przy czym powietrze uchodzi przez rzędy otworów chłodzenia warstwowego w ś cianie jednej lub w obu ze stron tł oczą cej i ssą cej ł opatek. Ł opatki mają pł aty aerodynamiczne zwężające się obwodowo w kierownicy w stronę ich krawędzi spływu. Dla chłodzenia obszaru krawędzi spływu łopatek stosuje się rząd otworów przy krawędzi spływu, służących do odprowadzania części powietrza chłodzącego.

W znanym rozwiązaniu kierownicy turbiny gazowej, każda łopatka ma promieniowo odchodzące wydrążenie przednie znajdujące się za krawędzią natarcia, i drugie, odchodzące promieniowo wydrążenie tylne, znajdujące się w obszarze środka cięciwy łopatki, między wydrążeniem przednim a obszarem krawędzi spływu łopatki. Te dwa wydrążenia są rozdzielone wewnętrznym mostkiem bez otworów, służącym do izolowania wzajemnego dwóch obwodów chłodzących.

Wydrążenie przednie ma wlot przez opaskę wewnętrzną, i jest zamknięte przy opasce zewnętrznej, dla niezależnego kierowania powietrza chłodzącego przez szczelinę wewnątrz niego aż do odprowadzenia przez otwory chłodzenia warstwowego w obszarze krawędzi natarcia łopatki.

Wydrążenie tylne ma wlot w opasce zewnętrznej i jest zamknięte przy opasce wewnętrznej w celu niezależ nego odbierania powietrza chł odzą cego, które uchodzi przez otwory chł odzenia warstwowego w ścianach stron tłoczącej i ssącej łopatki, jak również przez otwory przy krawędzi spływu.

Poza odpowiednimi wlotami wydrążeń w przeciwległych końcach zewnętrznym i wewnętrznym łopatek, końcówki łopatki są lite, czyli nieperforowane, dla zapewnienia silnego połączenia łopatek z opaskami po ich zlutowaniu. Każda zwężająca się w kierunku jej krawędzi spływu łopatka jest chłodzona przez rząd biegnących osiowo do wewnątrz szczelin, które łączą wydrążenie tylne z odpowiednim jednym z otworów przy krawędzi spływu.

Otwory przy krawędzi spływu muszą być odsunięte w kierunku do wewnątrz od odpowiednich opasek tak, aby podczas operacji lutowania twardego, ostatni otwór przy krawędzi spływu i przy każdej końcówce łopatki nie został zamknięty materiałem lutu twardego przenoszonego działaniem włoskowatości. Każdy otwór przy krawędzi spływu musi, zatem być dobrany wymiarowo tak, aby miał przekrój przepływu odpowiedni do kanalizowania przezeń przepływu odpowiedniej części chłodzącego powietrza do chłodzenia obszaru krawędzi spływu łopatki, aż do styku spoiny lutowniczej z opaskami.

Powyżej opisana znana kierownica turbiny gazowej jest od wielu lat, stosowana w przemyśle w Stanach Zjednoczonych, jako pierwszy stopień turbin gazowych silników. Jednakowoż, badania wykazały, że spoina lutowania twardego w obszarze krawędzi spływu łopatek w czasie dłuższej eksploatacji ulega utlenianiu, ograniczającemu trwałość użytkową kierownicy turbiny. Utlenianie spoiny lutowania twardego występuje wskutek działania w tym obszarze na spoinę lutowniczą stosunkowo wysokiej temperatury.

PL 199 632 B1

Wydajność chłodzenia otworów przy krawędzi spływu powinna być podwyższona zwłaszcza, że rozmiary otworów są ograniczone przez maksymalne dopuszczalne naprężenia robocze, a ich rozmieszczenie w procesie wytwarzania w pobliżu opasek zewnętrznej i wewnętrznej jest ograniczone przez konieczność zapobieżenia niepożądanemu zamykaniu ich materiałem lutu twardego.

Z opisu zgłoszenia patentowego US-A-3,475,107 znana jest łopatka stojana turbiny mająca wiele obszarów wewnętrznych, przez które może być kierowany płyn chłodzący. Płyn chłodzący odprowadza ciepło poprzez przenoszenie ciepła uderzeniowe na obu krawędziach natarcia i spływu łopatki, a także za pomocą przenoszenia konwekcją cieplną w obszarze środka cięciwy.

Z opisu zgł oszenia patentowego US-A-5,711,650 znany jest ukł ad chł odzenia dla pł atów ł opatek w turbinie silnika turbiny gazowej. Układ chłodzenia ma otwory usytuowane zgodnie z przepływem strumienia w rurze wejściowej, przez które jest przeprowadzane zużyte powietrze chłodzące z platformy uderzeniowej, do wgłębienia płata zgodnie ze strumieniem w rurze wejściowej, dla zwiększenia ciśnienia w strefie tylnej płata. Jest to dostarczone dla poprawienia gradientu temperatury w poprzek rozpiętości płata.

Celem wynalazku jest opracowanie kierownicy turbiny o poprawionym chłodzeniu spoiny lutu twardego w obszarze krawędzi spływu łopatki, a tym samym o zmniejszonym utlenianiu spoiny lutu twardego i o podwyższonej trwałości eksploatacyjnej kierownicy turbiny.

Kierownica turbiny gazowej, według wynalazku, zawiera opaski zewnętrzną i wewnętrzną posiadające rozciągające się przez nie odpowiednie pary gniazd zewnętrznych i wewnętrznych oraz zawierająca parę łopatek posiadających odpowiednie końcówki zewnętrzną i wewnętrzną osadzone w gniazdach zewnętrznych i wewnętrznych i trwale spojonych z nimi za pomocą odpowiednich spoin lutu twardego oraz zawierających przeciwległe ściany połączone razem na przeciwległych krawędziach natarcia i spływu, przy czym każda z łopatek posiada otwór końcowy przy krawędzi spływu łopatki i szczelinę zewnętrzną, a otwór końcowy usytuowany jest w kierunku do wewnątrz z odstępem od odpowiedniej spoiny lutu twardego i ma połączenie przepływowe ze szczeliną zewnętrzną rozciągającą się pomiędzy ścianami i poza spoinę lutu twardego a kierującą chłodzące powietrze od wydrążenia usytuowanego w obszarze środka cięciwy łopatki do otworu końcowego dla zapewnienia chłodzenia tylnego biegnącej wzdłuż niej spoiny lutu twardego, a charakteryzuje się tym, że szczelina zewnętrzna rozciąga się prosto od wydrążenia usytuowanego w obszarze środka cięciwy łopatki w stronę krawędzi spływu i jest zagięta przy jej końcu tylnym przechodząc za spoinę lutu twardego i ma zakończenie w otworze koń cowym.

Korzystnie, końcówki zewnętrzna i wewnętrzna są nieperforowane pomiędzy krawędzią spływu a wydrążeniem, z wyją tkiem wlotu do wydrążenia w obszarze ś rodka cię ciwy łopatki.

Korzystnie, każda z łopatek posiada parę otworów końcowych przy krawędzi spływu i współpracującą z nią parę szczelin zewnętrznych przy odpowiednich przeciwległych końcówkach zewnętrznej i wewnętrznej do tylnego chłodzenia spoin lutu twardego przy obu opaskach zewnętrznej i wewnętrznej.

Korzystnie, każda z łopatek posiada rząd otworów przy krawędzi spływu, parę otworów końcowych w sąsiedztwie opasek zewnętrznej i wewnętrznej i posiada szereg szczelin wewnętrznych usytuowanych pomiędzy parą szczelin zewnętrznych w połączeniu przepływowym między wydrążeniem a odpowiednim jednym z otworów przy krawędzi spływu.

Korzystnie, każda ze szczelin zewnętrznych łopatki jest zakończona razem z sąsiadującą jedną ze szczelin wewnętrznych w jednym z odpowiednich otworów końcowych.

Korzystnie, każda z łopatek posiada, połączony przepływowo z jedną z odpowiednich szczelin zewnętrznych do odprowadzania z niej chłodzącego powietrza, otwór wylotowy usytuowany w ścianie jednej ze stron tłoczącej i ssącej.

Korzystnie, otwór wylotowy jest usytuowany w ścianie strony łopatki wybranej ze stron tłoczącej i ssącej, przy zagięciu szczeliny zewnętrznej i w oddaleniu od spoiny lutu twardego.

Korzystnie, w ścianach obu stron tłoczącej i ssącej łopatki usytuowane są otwory wylotowe.

Sposób wytwarzania kierownicy turbiny gazowej, według wynalazku, polega na tym, że kształtuje się łopatki, składa się łopatki z opaskami zewnętrzną i wewnętrzną oraz lutuje się lutem twardym łopatki przy końcówkach zewnętrznej i wewnętrznej do opasek zewnętrznej i wewnętrznej, znamienny tym, że łopatki kształtuje się z otworami końcowymi przy krawędzi spływu łopatki i z współpracującymi z nimi szczelinami zewnę trznymi, po czym ł opatki skł ada się razem z opaskami zewnę trzną i wewnętrzną i lutuje się łopatki lutem twardym przy końcówkach zewnętrznej i wewnętrznej do opasek zewnętrznej i wewnętrznej zachowując otwarte otwory końcowe i/lub otwory wylotowe.

PL 199 632 B1

Przedmiot wynalazku zachowuje wszystkie zalety znanych rozwiązań kierownicy turbiny gazowej oraz znanych sposobów wytwarzania kierownicy, a charakteryzuje się podwyższoną trwałością i wytrzymałością eksploatacyjną konstrukcji, w wyniku zmniejszenia lub eliminacji utleniania lutu twardego dzięki dodatkowemu zastosowaniu szczelin zewnętrznych służących do poprawy chłodzenia lutowniczych spoin między wydrążeniem a otworami końcowymi i otworami przy krawędzi spływu.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia pierścieniową kierownicę 10 turbiny gazowej w widoku izometrycznym, fig. 2 - łukowaty segment kierownicy 10 z fig. 1, w rozłożeniu, włącznie z dwiema łopatkami kierownicy 10 przed zlutowaniem z opaskami, zewnętrzną i wewnętrzną, fig. 3 - jedną z łopatek z fig. 2 w przekroju obwodowym wzdłuż linii 4-4, a fig. 4 - jedną z łopatek z fig. 2 w przekroju promieniowym wzdłuż linii 3-3.

Na fig. 1 przedstawiono część osiowosymetrycznej kierownicy 10 pierwszego stopnia turbiny gazowej, wysokociśnieniowej, umieszczonej bezpośrednio za, zgodnie z kierunkiem przepływu, komorą spalania (niepokazana) dwuprzepływowego silnika lotniczego z turbiną gazową. Podczas pracy gorące gazy spalinowe 12 uchodzą z komory spalania i są kanalizowane w kierownicy 10, która kieruje gazy spalinowe 12 pomiędzy łopatki (niepokazane) wirnika turbiny, odchodzące promieniowo na zewnątrz od tarczy wirnika, napędzając go.

Kierownica 10 zawiera segmenty z łukowatymi opaskami, zewnętrzną 14 i wewnętrzną 16, z których każ da ma po dwa gniazda zewnę trzne 14a i wewnę trzne 16a ł opatek 18, rozcią gają ce się przezeń promieniowo, jak to przedstawiono na fig. 2.

Dwie, wydrążone, łopatki 18 usytuowane są osiowo z odstępem od siebie i rozciągają się promieniowo między opaskami zewnętrzną 14 i wewnętrzną 16. Każda łopatka ma promieniowo przeciwległe końcówkę zewnętrzną 20 i końcówkę wewnętrzną 22, osadzone w odpowiednich gniazdach zewnętrznym 14a i wewnętrznym 16a opasek, odpowiednio, zewnętrznej 14 i wewnętrznej 16.

Łopatka 18 ma typowy kształt płata aerodynamicznego, a gniazda zewnętrzne 14a i wewnętrzne 16a łopatek 18 mają postać, usytuowanych w opaskach zewnętrznej 14 i wewnętrznej 16, komplementarnych z tym płatem, otworów do ciasnego osadzenia w nich końcówek zewnętrznej 20 i wewnętrznej 22 łopatek 18. Opaski zewnętrzna 14 i wewnętrzna 16 oraz dwie łopatki 18 są ze sobą trwale połączone w integralny segment przez odpowiednie, rozmieszczone na całym obwodzie, spoiny lutowania twardego 24 między końcówkami zewnętrzną 20 i wewnętrzną 22 łopatek 18 a, zwróconymi do wewnątrz, wewnętrznymi powierzchniami opasek, odpowiednio, zewnętrznej 14 i wewnętrznej 16.

Jak to pokazano na fig. 2, każda z łopatek 18 jest płatem aerodynamicznym ze stroną tłoczącą 26, zwykle wklęsłą, i stroną ssącą 28, podciśnieniową i zwykle wypukłą, które połączone są ze sobą, znajdującymi się po przeciwnych końcach cięciwy płata łopatki 18 i rozciągającymi się promieniowo wzdłuż rozpiętości łopatki 18 między dwoma opaskami zewnętrzną 14 i wewnętrzną 16 krawędziami natarcia 30 i spływu 32.

Jak to przedstawiono na fig. 2 i 3, każda łopatka 18 zawiera rząd otworów 34 przy krawędzi spływu 32, i współpracujące z nimi, usytuowane w kierownicy 10 obwodowo szczeliny wewnętrzne 36 rozciągające się wewnątrz łopatki 18 aż do jej krawędzi spływu 32 i mające połączenie przepływowe z wydrążeniem 38 usytuowanym w obszarze środka cięciwy łopatki 18.

Końcówki zewnętrzna 20 i wewnętrzna 22 łopatek 18 są nieperforowane, czyli są lite, między krawędzią spływu 32 a wydrążeniem 38 znajdującym się w obszarze środka cięciwy łopatki 18 z wyjątkiem wlotu do wydrążenia 38, przechodzącego przez końcówkę zewnętrzną 20 i opaskę zewnętrzną 18 w celu umożliwienia dopływu sprężonego chłodzącego powietrza 40 uchodzącego ze sprężarki (nie pokazano) silnika.

Jak to przedstawiono na fig. 3, szczeliny wewnętrzne 36 są ograniczone przez odpowiednie, usytuowane promieniowo i z odstępem jedno od drugiego na pewną odległość żebra, spajające przeciwległe strony tłoczącą 26 i ssącą 28 łopatki 18. Szczeliny wewnętrzne 36 mają otwory wlotowe do połączenia z wydrążeniem 38, służące do wpuszczania chłodzącego powietrza 40, które następnie jest prowadzone obwodowo ku krawędzi spływu 32 łopatki 18, aż do ujścia przez odpowiednio otwory 34 przy krawędzi spływu 32.

Wydrążenie 38 może być zaopatrzone w, usytuowane w kierownicy 10 promieniowo z odstępem a rozciągające się obwodowo, turbulatory 42, przy czym każda ze szczelin wewnętrznych 36 jest odsunięta wzdłuż cięciwy od każdego z turbulatorów 42 dla zintensyfikowania wewnętrznego chłodzenia łopatki 18. Turbulatory 42 są konwencjonalne, i są ukształtowane jako podłużne żebra, które rozciągają się częściowo do wewnątrz od wewnętrznych powierzchni ścian stron tłoczącej 26 i ssącej 28 łopatki 18 w celu zaburzania przepływu mieszającego się nad nimi chłodzącego powietrza 40. Dzięki

PL 199 632 B1 temu, wydrążenie 38 w obszarze środka cięciwy i zestaw szczelin wewnętrznych 36 zapewniają skuteczne wewnętrzne chłodzenie łopatki 18 od obszaru środka jej cięciwy do krawędzi spływu 32, skąd chłodzące powietrze 40 uchodzi przez otwory 34.

Jak to pokazano na fig. 2, obie strony tłocząca 26 i ssąca 28 łopatki 18 mogą mieć konwencjonalne otwory 44 do chłodzenia warstwowego. Otwory 44 mają połączenie przepływowe z wydrążeniem 38 w obszarze środka cięciwy, czyli ze szczelinami wewnętrznymi 36, dla odprowadzania z niego chłodzącego powietrza 40 w celu wytwarzania ochronnych warstw chłodzącego powietrza 40 przy zewnętrznych powierzchniach ścian stron tłoczącej 26 i ssącej 28 łopatki 18.

Jak to wstępnie przedstawiono na fig. 1, podczas lutowania łopatek 18 do opasek zewnętrznej 14 i wewnętrznej 16, otwory 34 przy krawędzi spływu 32 muszą być oddalone promieniowo w kierunku wnę trza od wewnę trznej powierzchni obu opasek zewnę trznej 14 i wewnę trznej 16, i odsunięte od, powstających spoin 24 lutu twardego, w celu zapobieżenia ich niepożądanemu zatykaniu materiałem lutu twardego. Na fig. 3 pokazano bardziej szczegółowo, że każda łopatka 18 ma dwa otwory końcowe 34a, które są promieniowo najbardziej zewnętrznymi z, otworów 34 i bezpośrednio sąsiadują z opaskami, zewnętrzną 14 wewnętrzną 16 oraz z odpowiadającymi im spoinami 24 lutowania twardego.

Podczas wstępnych procesów wytwarzania, otwory końcowe 34a są usytuowane promieniowo do wewnątrz z wyznaczonym odstępem od odpowiednich końcówek zewnętrznej 20 i wewnętrznej 22 łopatki 18 tak, że kiedy końcówki zewnętrzna 20 i wewnętrzna 22 są osadzane w odpowiadających im gniazdach zewnętrznym 14a i wewnętrznym 16a, w opaskach zewnętrznej 14 i wewnętrznej 16, to otwory końcowe 34a są oddalone od wewnętrznych powierzchni opaski zewnętrznej 14 i wewnętrznej 16 dla umożliwienia wykonania lutowania twardego w tym miejscu bez zatykania otworów końcowych 34a materiałem lutowiny twardej. Umieszczenie do wewnątrz otworów końcowych 34a pozwala uniknąć zatykania ich materiałem spoiny 24 lutowania twardego.

Według korzystnego przykładu wykonania łopatki 18, przedstawionego na fig. 3, każda łopatka 18 posiada dwie szczeliny zewnętrzne 46 połączone z odpowiednim otworem końcowym 34a przy krawędzi spływu 32 i przy odpowiednich, przeciwległych końcówkach zewnętrznej 20 i wewnętrznej 22 każdej łopatki 18, zapewniając tylne chłodzenie spoin 24 lutowania twardego przy obu opaskach, zewnętrznej 14 i wewnętrznej 16. Szczeliny zewnętrzne 46 są podobne do szczelin wewnętrznych 36 i rozcią gają się w ł opatce 18 kierownicy obwodowo zgodnie z połączeniem przepł ywowym mię dzy wspólnym wydrążeniem 38 w obszarze środka cięciwy a odpowiednimi otworami końcowymi 34a.

Szczeliny zewnętrzne 46 rozciągają się, przynajmniej częściowo, w litym materiale końcówek zewnętrznej 20 i wewnętrznej 22 opasek zewnętrznej 14 i wewnętrznej 16 łopatki 18 poniżej odsłoniętych powierzchni wewnętrznych opasek zewnętrznej 14 i wewnętrznej 16 i poza odpowiednie spoiny 24 lutowania twardego, przedstawione na fig. 3 linią przerywaną. Dzięki temu, chłodzące powietrze 40 z wydrążenia 38 jest kierowane bezpośrednio za spoiny 24 lutowania twardego w zwężającej się łopatce 18 w obszarze jej krawędzi spływu 32 i jest odprowadzane przez otwory końcowe 34a. Spoina 24 lutowania twardego jest, zatem lokalnie w tym obszarze dodatkowo chłodzona i zabezpieczana przed utlenianiem, co wydajnie zwiększa trwałość eksploatacyjną kierownicy 10 turbiny.

Jak to pokazano na fig. 4, strony tłocząca 26 i ssąca 28 łopatki 18 są usytuowane z odstępem od siebie i z utworzeniem torów wewnętrznego kanału przepływowego a szczeliny zewnętrzne 46 przy przeciwległych końcówkach zewnętrznej 20 i wewnętrznej 22, rozciągają się między wewnętrznymi powierzchnią ścianami stron tłoczącej 26 i ssącej 28 łopatki 18 zapewniając tylne chłodzenie odpowiednich spoin 24 wzdłuż ścian obu stron tłoczącej 26 i ssącej 28 i w pobliżu krawędzi spływu 32 łopatki 18.

Korzystne jest, jeżeli, jak to pokazano na fig. 3, obie szczeliny zewnętrzne 46 rozciągają się prosto od wydrążenia 38 w stronę krawędzi spływu 32, i lokalnie zaginają lub załamują się w pobliżu ich tylnych końców przechodząc za linię spoin 24 i kończąc się w odpowiednich otworach końcowych 34a przy krawędzi spływu 32. Dzięki temu lutownicza spoina 24 jest chłodzona od tyłu, od wydrążenia 38 do otworów końcowych 34a przy krawędzi spływu 32, uchodzącym z nich chłodzącym powietrzem 40.

W przykładzie wykonania wynalazku przedstawionym na fig. 3, otwory 34 przy krawędzi spływu 32 są umieszczone nieco przed samą krawędzią spływu 32 łopatki 18 i stanowią ubytki materiału w stronie tłoczącej 26 łopatki 18, podczas gdy strona ssąca 28 łopatki 18, pozostaje bez otworów. Płat aerodynamiczny łopatki 18 jest w obszarze przy krawędzi spływu 32 zwężony, a szczeliny zewnętrzne

PL 199 632 B1 zapewniają skuteczne tylne chłodzenie spoin 24 lutowniczych, ponieważ chłodzące powietrze 40 jest przezeń kierowane i uchodzi z otworów końcowych 34a.

Jak to pokazano na fig. 3, zestaw szczelin wewnętrznych 36 kieruje chłodzące powietrze 40 torami kanału przepływowego w kierownicy 10 obwodowo ku tyłowi między obiema opaskami zewnętrzną 14 i wewnętrzną 16 i promieniowo od wydrążenia 38, a następnie powietrze 40 uchodzi przez odpowiednie otwory 34 przy krawędzi spływu 32 w celu chłodzenia zwężonego płata łopatki 18 w obszarze jej krawędzi spływu 32. Dwie szczeliny zewnętrzne 46 są, podobnie, usytuowane w obwodowym połączeniu przepływowym między wydrążeniem 38 a odpowiednimi otworami końcowymi 34a przy krawędzi spływu 32 zapewniając dodatkowe chłodzenie odpowiadających im końcówek zewnętrznej 20 i wewnętrznej 22 łopatki 18 za odpowiednimi spoinami 24 lutowania twardego.

Jak opisano powyżej, otwory końcowe 34a przy krawędzi spływu 32, pokazane na fig. 3, muszą być odpowiednio odsunięte od spoin 24 lutowania twardego przy odpowiadających im opaskach zewnętrznej 14 i wewnętrznej 16 dla zapobieżenia ich zatykania spoiwem lutowniczym.

Korzystne jest, jeżeli każda ze szczelin zewnętrznych 46 jest zakończona wspólnie z sąsiadującą z nią, czyli usytuowaną jako promieniowo ostatnią szczeliną wewnętrzną 36 w odpowiadających im otworach końcowych 34a. Dzięki temu, chłodzące powietrze 40 kierowane przez każdą szczelinę zewnętrzną 46 łączy się z powietrzem 40 kierowanym przez sąsiednią szczelinę wewnętrzną 36 i uchodzi przez wspólny otwór końcowy 34a.

Jednakowoż, każdy z otworów 34, i otworów końcowych 34a krawędzi spływu 32 ma indywidualnie dobierane wymiary, dla zapewnienia wypływu chłodzącego powietrza 40 z pożądaną prędkością. Wielkość otworu końcowego 34a jest odpowiednio ograniczony dopuszczalnymi naprężeniami oddziałującymi na łopatkę 18, i może być niewystarczający do odprowadzania powietrza 40 zarówno ze szczeliny wewnętrznej 36, jak i dodatkowej szczeliny zewnętrznej 46.

Odpowiednio, każda z łopatek 18 może dodatkowo zawierać jeden lub więcej otworów wylotowych 48 przechodzących przez jedną lub obie strony tłoczącą 26 i ssącą 28, łopatki 18, jak to pokazano na fig. 3 i 4. Otwory wylotowe 48 są połączone przepływowo z jedną z odpowiednich szczelin zewnętrznych 46, do dodatkowego odprowadzania z nich chłodzącego powietrza 40.

Jak to pokazano na fig. 3, korzystne jest, jeżeli otwory wylotowe 48 są usytuowane przy końcowym zagięciu każdej szczeliny zewnętrznej 46 i w ścianie strony tłoczącej 26 lub ssącej 28 z odstępem od odpowiednich spoin 24 lutowania twardego, jak to pokazano na fig. 4, dla zapobieżenia zamykaniu ich materiałem lutu twardego podczas operacji lutowania. Jak to pokazano na fig. 4, otwory wylotowe 48 mogą w razie potrzeby być wykonane w ścianach obu stron tłoczącej 26 i ssącej 28 łopatki 18 lub tylko w ścianie jednej ze stron tłoczącej 26 lub ssącej 28.

Ilość i konkretne rozmieszczenie otworów wylotowych 48 zależy od wymagań projektowych w konkretnym zastosowaniu dla zapewnienia odpowiedniej prędkoś ci przepł ywu chł odzącego powietrza 40 przez szczeliny zewnętrzne 46 i dla zintensyfikowania chłodzenia lutowniczej spoiny 24.

Szczególną zaletą rozmieszczenia otworów wylotowych 48 przy zagięciu szczeliny zewnętrznej 46 jest to, że chłodzące powietrze 40 może uchodzić ze szczeliny zewnętrznej 46 i z sąsiadującej z nią szczeliny wewnętrznej 36 przez otwór boczny 48 i przez wspólny otwór końcowy 34a.

Jak to przedstawiono na fig. 2, kierownica 10 turbiny jest wykonana przez wstępne ukształtowanie łopatki 18 i opaski zewnętrznej 14 i wewnętrznej 16 poszczególnych segmentów w sposób konwencjonalny, na przykład, przez odlewanie. Wszystkie cechy konstrukcyjne łopatek 18 są kształtowane podczas odpowiedniego odlewania łopatek 18. Na przykład, fig. 3 przedstawia przykładowe ukształtowanie wewnętrznych cech konstrukcyjnych, włącznie z wydrążeniem 38 w obszarze środka cięciwy, z jego wlotem od strony opaski zewnętrznej 14 i szczelinami wewnętrzną 36 i zewnętrzną 46 odprowadzającymi chłodzące powietrze 40 przez otwory 34 i otwory końcowe 34a przy krawędzi spływu 32.

W typowym, pierwszym stopniu kierownicy 10 turbiny wysokociś nieniowej pokazanej na fig. 3, każda łopatka 18 korzystnie zawiera również, usytuowane promieniowo wydrążenie przednie 50 z usytuowanym w końcówce wewnętrznej 22 łopatki 18 jego wlotem dolnym, który odbiera ch łodzące powietrze 40 przez opaskę wewnętrzną 16. Końcówka zewnętrzna 20 łopatki 18 jest lita, czyli nieperforowana, przy wydrążeniu przednim 50. Przy tym wydrążenie przednie 50 i wydrążenie 38 w obszarze środka cięciwy, które znajduje się obwodowo z tyłu względem wydrążenia przedniego 50, są rozdzielone integralnym, nieperforowanym, mostkiem biegnącym między ścianami dwóch stron tłoczącej 26 i ssącej 28 łopatki 18, i zapewniającym istnienie dwóch niezależnych obwodów chłodzenia. Wydrążenie przednie 50 jest ukształtowane w dowolny konwencjonalny sposób, odpowiedni dla chłodzenia

PL 199 632 B1 płata łopatki 18 w obszarze przy jej krawędzi natarcia 30, przy czym chłodzące powietrze 40 uchodzi przez dodatkowe konwencjonalne otwory 44 chłodzenia warstwowego.

Odpowiednio do tego, łopatki 18 przedstawione na fig. 2 mogą być wstępnie odlewane razem ze wszystkimi potrzebnymi ich elementami chłodzącymi, włącznie z przedstawionymi na fig. 3 szczelinami wewnętrznymi 36 i zewnętrznymi 46. Zwykle, otwory 34 i otwory końcowe 34a przy krawędzi spływu 32 mogą być również kształtowane w procesie odlewania, lub też mogą być wykonywane, czyli wiercone, po odlewaniu. Otwory 44 chłodzenia warstwowego, i otwory wylotowe 48, jeżeli są obecne, mogą wtedy być wywiercone w odlanych łopatkach 18 w dowolny konwencjonalny sposób.

Łopatki 18 oraz opaski zewnętrzna 14 i wewnętrzna 16 są następnie odpowiednio składane razem, przy czym końcówki zewnętrzna 20 i wewnętrzna 22 łopatek 18 są umieszczane w gniazdach zewnętrznym 14a i wewnętrznym 16a opasek zewnętrznej 14 i wewnętrznej 16. Łopatki 18 następnie są lutowane lutem twardym w sposób konwencjonalny przy ich końcówkach do odpowiednich opasek, z pozostawieniem otworów końcowych 34a przy krawędzi spływu 32 otwartych. Ponieważ otwory wylotowe 48, są rozmieszczane powyżej spoiny 24 lutu twardego, to również są zabezpieczone przed zamknięciem materiałem lutu.

Ponieważ szczeliny zewnętrzne 46 znajdują się wewnątrz każdej łopatki 18, to są zabezpieczone przed zamykaniem podczas lutowania i zachowują swoją skuteczność chłodzenia niezależnie od lutowania wykonywanego na zewnątrz łopatki 18.

Chociaż wynalazek został opisany i zilustrowany w korzystnym przykładzie wykonania, to możliwe są liczne modyfikacje, bez wychodzenia poza istotę i zakres wynalazku.

Claims (9)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Kierownica turbiny gazowej, zawierająca opaski zewnętrzną i wewnętrzną posiadające rozciągające się przez nie odpowiednie pary gniazd zewnętrznych i wewnętrznych oraz zawierająca parę łopatek posiadających odpowiednie końcówki zewnętrzną i wewnętrzną osadzone w gniazdach zewnętrznych i wewnętrznych i trwale spojonych z nimi za pomocą odpowiednich spoin lutu twardego oraz zawierających przeciwległe ściany połączone razem na przeciwległych krawędziach natarcia i spływu, przy czym każda z łopatek posiada otwór końcowy przy krawędzi spływu łopatki i szczelinę zewnętrzną, przy czym otwór końcowy usytuowany jest w kierunku do wewnątrz z odstępem od odpowiedniej spoiny lutu twardego i ma połączenie przepływowe ze szczeliną zewnętrzną rozciągającą się pomiędzy ścianami i poza spoinę lutu twardego a kierującą chłodzące powietrze od wydrążenia usytuowanego w obszarze środka cięciwy łopatki do otworu końcowego dla zapewnienia chłodzenia tylnego biegnącej wzdłuż niej spoiny lutu twardego, znamienna tym, że szczelina zewnętrzna (46) rozciąga się prosto od wydrążenia (38) usytuowanego w obszarze środka cięciwy łopatki (18) w stronę krawędzi spływu (32) i jest zagięta przy jej końcu tylnym przechodząc za spoinę (24) lutu twardego i ma zakończenie w otworze koń cowym (34a).
2. 2. Kierownica według zastrz. 1, znamienna tym, że końcówki zewnętrzna (20) i wewnętrzna (22) są nieperforowane pomiędzy krawędzią spływu (32) a wydrążeniem (38), z wyjątkiem wlotu do wydrążenia (38) w obszarze środka cięciwy łopatki (18).
3. 3. Kierownica według zastrz. 2, znamienna tym, że każda z łopatek (18) posiada parę otworów końcowych (34a) przy krawędzi spływu (32) i współpracującą z nią parę szczelin zewnętrznych (46) przy odpowiednich przeciwległych końcówkach zewnętrznej (20) i wewnętrznej (22) do tylnego chłodzenia spoin (24) lutu twardego przy obu opaskach zewnętrznej (14) i wewnętrznej (16).
4. 4. Kierownica według zastrz. 3, znamienna tym, że każda z łopatek (18) posiada rząd otworów (34) przy krawędzi spływu (32), parę otworów końcowych (34a) w sąsiedztwie opasek zewnętrznej (14) i wewnętrznej (16) i posiada szereg szczelin wewnętrznych (36) usytuowanych pomiędzy parą szczelin zewnętrznych (46) w połączeniu przepływowym między wydrążeniem (38) a odpowiednim jednym z otworów (34) przy krawędzi spływu (32).
5. 5. Kierownica według zastrz. 4, znamienna tym, że każda ze szczelin zewnętrznych (46) łopatki (18) jest zakończona razem z sąsiadującą jedną ze szczelin wewnętrznych (36) w jednym z odpowiednich otworów końcowych (34a).
6. 6. Kierownica według zastrz. 5, znamienna tym, że każda z łopatek (18) posiada, połączony przepływowo z jedną z odpowiednich szczelin zewnętrznych (46) do odprowadzania z niej chło8

   PL 199 632 B1 dzącego powietrza (40), otwór wylotowy (48) usytuowany w ścianie jednej ze stron tłoczącej (26) i ssą cej (28).
7. 7. Kierownica według zastrz. 6, znamienna tym, że otwór wylotowy (48) jest usytuowany w ś cianie strony łopatki (18) wybranej ze stron tłoczącej (26) i ssącej (28), przy zagięciu szczeliny zewnętrznej (46) i w oddaleniu od spoiny (24) lutu twardego.
8. 8. Kierownica według zastrz. 7, znamienna tym, że w ścianach obu stron tłoczącej (26) i ssą cej (28) łopatki (18) usytuowane są otwory wylotowe (48).
9. 9. Sposób wytwarzania kierownicy turbiny gazowej, w którym kształtuje się łopatki, składa się z łopatki z opaskami zewnętrzną i wewnętrzną oraz lutuje się lutem twardym łopatki przy końcówkach zewnętrznej i wewnętrznej do opasek zewnętrznej i wewnętrznej, znamienny tym, że łopatki (18) kształtuje się z otworami końcowymi (34a) przy krawędzi spływu (32) łopatki (18) i z współpracującymi z nimi szczelinami zewnętrznymi (46), po czym łopatki (18) składa się razem z opaskami zewnętrzną (14) i wewnętrzną (16) i lutuje się łopatki (18) lutem twardym przy końcówkach zewnętrznej (20) i wewnętrznej (22) do opasek zewnętrznej (14) i wewnętrznej (16) zachowując otwarte otwory końcowe (34a) i/lub otwory wylotowe (48).