RU2078217C1 - Турбинная лопатка с тепловой защитой - Google Patents
Турбинная лопатка с тепловой защитой Download PDFInfo
- Publication number
- RU2078217C1 RU2078217C1 RU9393058129A RU93058129A RU2078217C1 RU 2078217 C1 RU2078217 C1 RU 2078217C1 RU 9393058129 A RU9393058129 A RU 9393058129A RU 93058129 A RU93058129 A RU 93058129A RU 2078217 C1 RU2078217 C1 RU 2078217C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ribs
- ceramic
- rod
- bundles
- metal
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/18—Hollow blades, i.e. blades with cooling or heating channels or cavities; Heating, heat-insulating or cooling means on blades
- F01D5/187—Convection cooling
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/20—Three-dimensional
- F05D2250/25—Three-dimensional helical
Abstract
Использование: в энергетических газотурбинных установках. Сущность изобретения: турбинная лопатка с тепловой защитой содержит основание и перо, на металлический стержень которого нанесено керамическое покрытие. Поверхность стержня секционирована поперечными металлическими ребрами, в зазоры между которыми вложены ориентированные вдоль ребер жгуты из керамических волокон. Поперечные металлические ребра образуют с жгутами замковое соединение. Наряду с жгутами в зазоре между ребрами введен керамобетон с волокнистым наполнителем с образованием секционированной металлокерамической поверхности, на которую нанесен слой ориентированных керамических волокон. Ребра выполнены волнообразными с вогнутостями и выпуклостями, ориентированными вдоль стержня пера. На стержне пера ребра расположены в виде спирали и образованы непрерывной проволокой, профиль которой имеет лыску для установки на стержень пера и углубления для фиксации жгута. Под ребрами в стержне выполнены продольные пазы для пористого охлаждения волокнистого керамического покрытия и защиты металла лопатки от коррозии воздухом, вытесняющим из покрытия продукты сгорания. 5 з.п.ф-лы, 4 ил.
Description
Изобретение относится к энергетическим газотурбинным установкам.
Известна турбинная лопатка с тепловой защитой, включающая металлический стержень с надетой на него керамической гильзой (Патент Англии N 2115882, кл. F 01 D 5/14, 1982). Хрупкость керамической гильзы как отдельной детали препятствует использованию такой лопатки в роторе турбины.
Известна также турбинная лопатка с тепловой защитой, включающая основание и перо, на металлический стержень которого плазменным напылением нанесено керамическое покрытие в виде сплошного слоя, содержащего оксид циркония (Патент США N 3758233, кл. F 01 D 5/10, 1973). Окисление поверхности металлического стержня под покрытием с образование, в частности оксида никеля, приводит к отслаиванию покрытия.
Предлагаемая турбинная лопатка с тепловой защитой также включает основание и перо, на металлический стержень которого нанесено керамическое покрытие. Новым является то, что поверхность стержня секционирована поперечными металлическими ребрами, в зазоры между которыми вложены ориентированные вдоль ребер жгуты или нити из керамических волокон. Жгуты закреплены в зазорах керамобетоном. На полученную таким путем секционированную металлокерамическую поверхность стержня нанесен слой ориентированных керамических волокон.
Ребра выполнены волнообразными и образованы витками непрерывной металлической проволоки, намотанной на стержень пера. В спиральном пазу между витками проволоки размещены витки непрерывного жгута из керамических волокон.
Поперечные металлические ребра обеспечивают безадгезионное сцепление керамического покрытия с металлическим стержнем пера. Они препятствуют и сдвигу, и отрыву покрытия. Волнообразная форма ребер расширяет базу их закрепления на стержне, позволяет уменьшить площадь контакта ребер со стержнем и снизить таким путем концентрацию напряжений в стержне, чему, в частности, служат также продольные ребра на поверхности стержня.
На фиг. 1 показана турбинная лопатка с тепловой изоляцией, вид сбоку на секционированную поверхность стержня пера у основания лопатки; на фиг. 2 изображен ступенчатый разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг.4 узел 1 на фиг. 3 (повернуто и увеличено).
Турбинная лопатка включает основание 1 и перо 2, на металлический стержень 3 которого нанесено керамическое покрытие 4. Поверхность стержня секционирована поперечными металлическими ребрами 5, 6, 7 с образованием зазоров 8, 9, 10 между ними. В зазоры между ребрами вложены ориентированные вдоль ребер жгуты 11, 12, 13, составленные из керамических волокон 14, 15.
Наряду со жгутами в зазоры между ребрами введен керамобетон 16, способствующий заклиниванию жгутов в зазорах. Чередование ребер и жгутов создает секционированную металлокерамическую поверхность 17 стержня пера.
На металлокерамическую поверхность как на грунт нанесен непрерывный слой 18 керамических волокон 19, 20, ориентированных поперек стержня пара, вдоль потока рабочего газа. Металлические ребра выполнены волнообразными с вогнутостями 21 и выпуклостями 22, ориентированными вдоль стержня пера. Ребра имеют вид витков 23, 24 спирали, многократно огибающей стержень пера с образованием спирального паза 25 между витками.
Витки спирали образованы непрерывной металлической проволокой 26, намотанной на стержень пера и скрепленной с ним на всем протяжении. Керамические секции поверхности 17 образованы витками 27, 28 непрерывного жгута 29, вложенного в спиральный паз между витками проволоки. Профиль проволоки имеет углубления 30, 31 для фиксации жгута, который выполнен закрученным.
Под поперечными металлическими ребрами на стержне пера выполнены продольные пазы 32, 33, которые соединены каналами 34, 35 с полостью 36 внутри стержня. Пазы разделены продольными ребрами 37. Места 38 соединения продольных ребер с поперечными совпадают с вогнутостями и выпуклостями поперечных ребер. Соединение ребер выполнено контактной сваркой. Перегибы 39 поперечных ребер расположены над продольными пазами стержня.
Слой 18 ориентированных керамических волокон может быть усилен подкладкой 40 из керамической ткани, уложенной на секционированную металлокерамическую поверхность 17. Основание 1 лопатки теплоизолировано слоем 41 керамобетона. Закрутка жгута выполнена с образованием витков 42 из наружных керамических волокон. Поперечные ребра могут быть выполнены при литье стержня, с профилем в форме опрокинутой трапеции ("ласточкин хвост") и в виде отрезков, разделенных промежутками, что упрощает запрессовку жгутов в трапециевидные пазы между ребрами.
Проволока имеет лыску 43, который она опирается на продольные ребра и скреплена с ними. Ширина лыски меньше диаметра проволоки, что благоприятно для уменьшения концентрации напряжений в продольных ребрах и, кроме того, создает гнезда 44, 45 для сцепления с керамобетоном, затвердевающим в форме зубьев 46, входящих в эти гнезда. Углубления 30, 31 в совокупности с гнездами 44, 45 образуют замок 47, который фиксирует жгут с керамобетоном наподобие того, как елочный замок турбинного диска фиксирует хвостовик лопатки.
Металлические детали турбинной лопатки выполнены из сплавов на никелевой основе с температурой длительного использования 850. 900oC: основание и стержень пера из литейного сплава (6ЖСК), проволока из деформируемого сплава (ЭП808ВД). Жгуты из оксида алюминия в виде микростеклокристаллических волокон диаметром 10. 20 мкм с температурой длительного использования 1400. 1600oC. Керамическое вяжущее водная суспензия оксида алюминия со стеклофазой и с содержанием коллоидного компонента 50.100 г/л. Наполнитель керамобетона рубленые волокна из оксида алюминия. Диаметр проволоки и жгутов 0,5.1 мм, толщина наружного слоя ориентированных керамических волокон - 0,5.2 мм.
При работе турбины охлаждающий воздух поступает под давлением из полости 36 по каналам 34 в продольные пазы 33, откуда просачивается на огневую поверхность 48 через поры в жгутах, керамобетоне и наружном слое ориентированных волокон. Вдоль огневой поверхности воздух образует защитную пелену, препятствуя нагреву волокон 19, 20 выше допустимой температуры.
Выходы каналов 34 расположены под перегибами 39 поперечных ребер, что предотвращает прямое попадание струи воздуха на керамический жгут. Воздух, прокачиваемый через волокнистую керамику, вытесняет из ее пор продукты сгорания, не давая им достичь металла лопатки. В этих условиях пористое охлаждение теплозащитного волокнистого покрытия турбинной лопатки является также средством защиты металла лопатки от коррозии.
Образованные проволокой поперечные ребра через керамические жгуты воспринимают центробежную нагрузку, создаваемую керамическим покрытием при вращении рабочей лопатки вместе с ротором турбины. Поперечное ребро работает при этом как консольная балка, закрепленная на стержне пера. Волнообразная форма поперечного ребра увеличивает жесткость такой балки, уменьшает изгибающий момент в ее закреплении и позволяет уменьшить ширину лыски 43, что благоприятно для замкового соединения поперечных ребер с керамическими жгутами.
Теплозащитное покрытие с секционированным металлокерамическим грунтом предназначено в основном для боковой поверхности пера лопатки входной и выходной кромок, спинки и корыта. Однако оно может быть выполнено также и на торцевой поверхности пера рабочей лопатки.
Описанная турбинная лопатка может быть использована также в неподвижном сопловом аппарате турбины, где основным ее преимуществом перед известными конструкциями является возможность совмещения пористого охлаждения керамики с защитой от коррозии металлических деталей.
Claims (6)
1. Турбинная лопатка с тепловой защитой, содержащая основание и перо, на поверхность которого нанесено керамическое покрытие, отличающаяся тем, что лопатка снабжена жгутами из керамических волокон и металлическими ребрами, размещенными на поверхности пера поперек и разделенными зазорами, а керамическое покрытие образовано жгутами, вложенными в зазоры.
2. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что металлические ребра образуют с жгутами замковое соединение.
3. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что снабжена керамобетоном, помещенным вместе с жгутами в зазоры между ребер с образованием секционированной металлокерамической поверхности.
4. Лопатка по п.3, отличающаяся тем, что снабжена слоем ориентированных керамических волокон, размещенным на секционированной металлокерамической поверхности.
5. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что поперечные металлические ребра выполнены волнообразными с выпуклостями и вогнутостями, ориентированными вдоль пера.
6. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что поперечные металлические ребра выполнены по винтовым линиям, многократно огибающим перо лопатки и разделенным зазорами.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9393058129A RU2078217C1 (ru) | 1993-12-30 | 1993-12-30 | Турбинная лопатка с тепловой защитой |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU9393058129A RU2078217C1 (ru) | 1993-12-30 | 1993-12-30 | Турбинная лопатка с тепловой защитой |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU93058129A RU93058129A (ru) | 1996-07-27 |
RU2078217C1 true RU2078217C1 (ru) | 1997-04-27 |
Family
ID=20151103
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU9393058129A RU2078217C1 (ru) | 1993-12-30 | 1993-12-30 | Турбинная лопатка с тепловой защитой |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2078217C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2596562C2 (ru) * | 2011-03-01 | 2016-09-10 | Снекма | Способ изготовления металлической части, такой как усиление лопатки турбинного двигателя |
RU2676547C2 (ru) * | 2013-08-21 | 2019-01-09 | Сафран Эркрафт Энджинз | Упрочняющая композитная вставка и способ ее изготовления |
-
1993
- 1993-12-30 RU RU9393058129A patent/RU2078217C1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Патент США N 3758233, кл. F 01 D 5/18, 1973. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2596562C2 (ru) * | 2011-03-01 | 2016-09-10 | Снекма | Способ изготовления металлической части, такой как усиление лопатки турбинного двигателя |
RU2676547C2 (ru) * | 2013-08-21 | 2019-01-09 | Сафран Эркрафт Энджинз | Упрочняющая композитная вставка и способ ее изготовления |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4563128A (en) | Ceramic turbine blade having a metal support core | |
EP1367223B1 (en) | Ceramic matrix composite gas turbine vane | |
US8167573B2 (en) | Gas turbine airfoil | |
US6315519B1 (en) | Turbine inner shroud and turbine assembly containing such inner shroud | |
US4594053A (en) | Housing for a fluid flow or jet engine | |
US8142163B1 (en) | Turbine blade with spar and shell | |
CN103206265B (zh) | 用于环境屏障涂层系统的连续纤维加强的网格粘结层 | |
US7094021B2 (en) | Gas turbine flowpath structure | |
US7540710B2 (en) | Turbine blade for use in a gas turbine | |
GB2343224A (en) | Turbine inner shroud and attachment arrangement | |
KR100676000B1 (ko) | 공냉식 구성부품 및 일체식 표면 형상부 형성 방법 | |
JPH0116963B2 (ru) | ||
EP1085171A2 (en) | Thermal barrier coated squealer tip cavity | |
RU2696526C2 (ru) | Композитная турбинная лопатка для высокотемпературных применений | |
JPH1037701A (ja) | 熱負荷されるターボ機用ブレード | |
JP2017082794A (ja) | ガスタービンエンジン用の部品 | |
JPS621160B2 (ru) | ||
US4518315A (en) | Arrangement for connecting a ceramic rotor wheel, particularly a turbine rotor wheel of a turbomachine, such as a gas turbine engine, to a metallic shaft | |
US8137063B2 (en) | Component of a steam turbine plant, steam turbine plant, application, and production method | |
GB2076475A (en) | Axial flow turbine shroud | |
RU2078217C1 (ru) | Турбинная лопатка с тепловой защитой | |
EP2017072A1 (en) | Burn resistant organic matrix composite material | |
RU2088764C1 (ru) | Турбинная лопатка | |
US20030056515A1 (en) | Heat shield block and use of a heat shield block in a cobustion chamber | |
US5112008A (en) | Fin stabilized projectile having heat resistant fins |