RU195437U1

RU195437U1 - TURBINE WORKING SHOVEL WITH ASYMMETRIC INTERNAL AND EXTERNAL SURFACES OF BANDAGE SHELF

Info

Publication number: RU195437U1
Application number: RU2019131546U
Authority: RU
Inventors: Владимир Вячеславович Вятков; Александр Евгеньевич Ремизов
Priority date: 2019-10-07
Filing date: 2019-10-07
Publication date: 2020-01-28

Abstract

Полезная модель относится к области турбостроения, в частности к устройству турбины высокого давления газотурбинного двигателя, обеспечивающему охлаждение отдельных частей ее сопловых лопаток, и может быть использована в транспортном и энергетическом машиностроении.Технический результат при этом выражается в снижении уровня аэродинамических потерь и соответствующем ему росте КПД турбины.Технический результат достигается тем, что в турбинной рабочей лопатке с несимметричной внутренней и внешней поверхностями бандажной полки, содержащей перо, замковую часть и бандажную полку, на внешней, по отношению к зоне протекания трактового газа, поверхности которой установлены наклонные гребешки для снижения перетеканий через радиальный зазор между лопаткой и элементами статора, а поверхность между гребешками выполнена несимметричной, то есть содержащей выпуклости и впадины, равно как и внутренняя поверхность бандажной полки.The utility model relates to the field of turbine construction, in particular, to the construction of a high-pressure turbine of a gas turbine engine, which provides cooling of certain parts of its nozzle blades, and can be used in transport and power engineering. turbines. The technical result is achieved by the fact that in a turbine rotor blade with asymmetric inner and outer surfaces of the retaining shelf, the nib, the locking part and the retaining shelf, on the external, in relation to the path gas flow zone, the surfaces of which are inclined scallops to reduce overflow through the radial clearance between the blade and the stator elements, and the surface between the scallops is asymmetrical, i.e. containing a bulge and a cavity , as well as the inner surface of the retaining shelf.

Description

Полезная модель относится к области турбостроения, в частности к устройству турбины высокого давления газотурбинного двигателя, обеспечивающему охлаждение отдельных частей ее сопловых лопаток, и может быть использовано в транспортном и энергетическом машиностроении.The utility model relates to the field of turbine construction, in particular to the device of a high pressure turbine of a gas turbine engine, which provides cooling of certain parts of its nozzle blades, and can be used in transport and power engineering.

Известна рабочая лопатка турбины, описанная в работе «Влияние величины монтажного натяга на напряженное состояние рабочих лопаток турбин современных авиадвигателей» / Б.Е. Васильев, Л.А. Магеррамова. Двигатель. 2010, №4 (10), с. 32-33. Данная лопатка характерна для современного авиа-двигателестроения и включает в себя перо, замковую часть и бандажную полку, на внешней (по отношению к зоне протекания трактового газа) поверхности которой установлены прямые гребешки для снижения перетеканий через радиальный зазор между лопаткой и элементами статора, формирующими проточную часть.Known turbine blade, described in the work "The influence of the mounting interference on the stress state of the working blades of the turbines of modern aircraft engines" / B.E. Vasiliev, L.A. Maharramova. Engine. 2010, No 4 (10), p. 32-33. This blade is characteristic of modern aircraft engine manufacturing and includes a feather, a lock part and a retaining shelf, on the external (with respect to the path gas flow zone) surface of which there are straight combs to reduce overflow through the radial clearance between the blade and the stator elements forming the flow part.

Описанная лопатка имеет недостаток, выражающийся в отсутствии дополнительных мероприятий для снижения аэродинамических потерь в периферийной области проточной части.The described blade has a disadvantage, expressed in the absence of additional measures to reduce aerodynamic losses in the peripheral region of the flow part.

Прототипом предполагаемой полезной модели может служить рабочая лопатка, показанная в работе «Разработка и исследование конструктивных способов повышения кпд в концевых участках рабочих лопаток ТВД авиационных ГТД». Ле Тиен Зыонг, Нестеренко В.Г.//Международный научно-исследовательский журнал. Технические науки. Выпуск №1(67) Январь 2018, с. 73-84.The prototype of the proposed utility model can serve as a working blade, shown in the paper "Development and study of constructive ways to increase efficiency in the end sections of the working blades of a theater of aviation aircraft GTE." Le Thien Zyong, Nesterenko V.G.// International Research Journal. Technical science. Issue No. 1 (67) January 2018, p. 73-84.

Данная рабочая лопатка включает в себя перо, замковую часть и бандажную полку, на внешней (по отношению к зоне протекания трактового газа) поверхности которой установлены наклонные гребешки для снижения перетеканий через радиальный зазор между лопаткой и элементами статора, формирующими проточную часть. Применение наклонных гребешков позволяет получить более высокую герметичность радиального зазора и повышенный уровень КПД. Недостатком вышеописанной лопатки является отсутствие мероприятий по снижению потерь в периферийной области проточной части.This working blade includes a feather, a locking part and a retaining shelf, on the external (with respect to the path gas flow zone) surface of which sloping scallops are installed to reduce overflow through the radial clearance between the blade and the stator elements forming the flow part. The use of inclined scallops allows a higher tightness of the radial clearance and an increased level of efficiency. The disadvantage of the above blades is the lack of measures to reduce losses in the peripheral region of the flow part.

Таким образом, существующие конструкции турбинных рабочих лопаток с бандажными полками не позволяют использовать бандажную полку для снижения потерь в периферийной области проточной части.Thus, existing designs of turbine blades with retaining shelves do not allow the use of retaining shelves to reduce losses in the peripheral region of the flow part.

Для устранения вышеописанного недостатка предлагается конструкция турбинной рабочей лопатки, включающая в себя перо, замковую часть с торцевой полкой и бандажную полку, на внешней (по отношению к зоне протекания трактового газа) поверхности которой установлены наклонные гребешки для снижения перетеканий через радиальный зазор между лопаткой и элементами статора, а поверхность между ними и внутренняя поверхность полки (со стороны основного потока) выполнены несимметричными, т.е. содержащими выпуклости и впадины.To eliminate the aforementioned drawback, a turbine working blade design is proposed, including a feather, a locking part with an end shelf and a retaining shelf, on the outer surface of which (with respect to the path gas flow zone) sloping scallops are installed to reduce overflow through the radial clearance between the blade and the elements the stator, and the surface between them and the inner surface of the shelf (from the main flow) are asymmetric, i.e. containing bulges and hollows.

Преимущество предполагаемой полезной модели заключается в росте КПД ступени турбины вследствие снижении уровня аэродинамических потерь из-за уменьшения интенсивности вторичного вихря на внутренней поверхности (со стороны трактового газа) бандажной полки и вследствие увеличения уровня сопротивления межлабиринтного пространства из-за несимметричного профилирования внешней поверхности полки между гребешками лабиринта.The advantage of the proposed utility model is the increase in the efficiency of the turbine stage due to a decrease in the aerodynamic loss due to a decrease in the intensity of the secondary vortex on the inner surface (from the duct gas side) of the retaining shelf and due to an increase in the resistance of the inter-labyrinth space due to the asymmetric profiling of the outer surface of the shelf between the combs the maze.

Рабочие лопатки турбин ГТД являются наиболее ответственными деталями двигателя, от которых зависят его ресурс и надежность, а от совершенства конструкции рабочих лопаток во многом зависит КПД всей турбины.The rotor blades of turbine engines are the most critical parts of the engine, on which its resource and reliability depend, and the efficiency of the entire turbine depends on the perfect design of the blades.

С целью предотвращения опасных колебаний пера лопатки и дальнейшего ее выхода из строя в конструкции лопатки предусмотрена бандажная полка, представляющая собой ограничивающую поверхность, расположенную перпендикулярно перу лопатки.In order to prevent dangerous vibrations of the blade feather and its further failure, a retaining shelf is provided in the design of the blade, which is a bounding surface located perpendicular to the blade feather.

Целью создания турбинной рабочей лопатки с несимметричными внутренней и внешней поверхностями бандажной полки является повышение уровня КПД ступени турбины за счет уменьшения размера периферийного канального вихря в рабочей решетке, которое ведет к снижению неравномерности потока в рабочем колесе, а также за счет роста сопротивления межлабиринтного пространства и снижения перетеканий в радиальном зазоре.The goal of creating a turbine rotor blade with asymmetric inner and outer surfaces of the retaining shelf is to increase the efficiency level of the turbine stage by reducing the size of the peripheral channel vortex in the working grid, which reduces the uneven flow in the impeller, as well as by increasing the resistance of the labyrinth space and reducing overflow in radial clearance.

Технический результат при этом выражается в снижении уровня аэродинамических потерь и соответствующем ему росте КПД турбины.The technical result is expressed in the reduction of aerodynamic losses and the corresponding increase in turbine efficiency.

Технический результат достигается тем, что в турбинной рабочей лопатке с несимметричной внутренней и внешней поверхностями бандажной полки, содержащей перо, замковую часть и бандажную полку, на внешней, по отношению к зоне протекания трактового газа, поверхности которой установлены наклонные гребешки для снижения перетеканий через радиальный зазор между лопаткой и элементами статора, а поверхность между гребешками выполнена несимметричной, то есть содержащей выпуклости и впадины, равно как и внутренняя поверхность бандажной полки.The technical result is achieved by the fact that in a turbine working blade with asymmetric inner and outer surfaces of the retaining shelf containing a feather, a locking part and a retaining shelf, on the outside, in relation to the path of the gas flow, the surfaces of which are inclined scallops to reduce overflow through the radial clearance between the blade and the stator elements, and the surface between the combs is made asymmetric, that is, containing the bulge and cavity, as well as the inner surface of the retaining shelf.

На фигуре представлена предлагаемая конструкция турбинной рабочей лопатки с несимметричной внутренней и внешней поверхностями бандажной полки. Конструкция содержит перо (1), замковую часть (2), торцевую полку с несимметричной поверхностью (3) и бандажную полку (4), на внешней (по отношению к зоне протекания трактового газа) поверхности которой установлены наклонные гребешки (5) для снижения перетеканий через радиальный зазор между лопаткой и элементами статора, а поверхность между ними выполнена несимметричной, т.е. содержащей выпуклости и впадины, равно как и внутренняя поверхность бандажной полки.The figure shows the proposed design of the turbine rotor blades with asymmetric inner and outer surfaces of the retaining shelf. The design contains a feather (1), a locking part (2), an end flange with an asymmetric surface (3) and a retaining flange (4), on the external (with respect to the path gas path) surface of which sloping scallops (5) are installed to reduce overflows through the radial clearance between the blade and the stator elements, and the surface between them is asymmetric, i.e. containing bulges and hollows, as well as the inner surface of the retaining shelf.

Принцип работы предлагаемой турбинной рабочей лопатки с несимметричными поверхностями бандажной полки заключается в следующем. Внутренняя поверхность бандажной полки и часть внешней поверхности бандажной полки между наклонными гребешками выполнены несимметричными -имеющими впадины и выпуклости, способствующие генерации дополнительных вихревых структур, на внешней поверхности (со стороны трактового газа) способствующих уменьшению негативного влияния периферийного вихря, а на внутренней - снижению потерь кинетический энергии и, как следствие, повышению КПД турбинной ступениThe principle of operation of the proposed turbine blades with asymmetric surfaces of the retaining shelf is as follows. The inner surface of the retaining shelf and part of the outer surface of the retaining shelf between the inclined scallops are asymmetrical - having hollows and convexities, which contribute to the generation of additional vortex structures, on the outer surface (from the path gas side) helping to reduce the negative influence of the peripheral vortex, and on the inside, to reduce the kinetic loss energy and, as a result, increase the efficiency of the turbine stage

Несимметричность поверхности со стороны трактового газа позволяет снизить интенсивность вторичных вихреобразований (размер канального вихря), вследствие чего снижается неравномерность потока, уменьшается уровень потерь и растет КПД; с внешней стороны несимметричность поверхности увеличивает уровень сопротивления межлабиринтного пространства, что в свою очередь способствует снижению потерь и росту КПД ступени турбины.The asymmetry of the surface from the side of the path gas makes it possible to reduce the intensity of the secondary vortices (the size of the channel vortex), as a result of which the unevenness of the flow decreases, the level of losses decreases, and the efficiency increases; from the outside, the asymmetry of the surface increases the resistance level of the labyrinth space, which in turn helps to reduce losses and increase the efficiency of the turbine stage.

Claims

A turbine working blade with an asymmetric inner and outer surfaces of the retaining shelf, containing a feather, a locking part and a retaining shelf, on the outside, in relation to the path of the gas flow, the surfaces of which are inclined scallops to reduce overflow through the radial clearance between the blade and the stator elements, characterized the fact that the surface between the combs is made asymmetric, that is, containing the bulge and hollows, as well as the inner surface of the retaining shelf.