RU2078948C1

RU2078948C1 - Heat-insulated turbine blade

Info

Publication number: RU2078948C1
Application number: RU93058130A
Authority: RU
Inventors: Яков Петрович Гохштейн; Александр Яковлевич Гохштейн
Original assignee: Яков Петрович Гохштейн; Александр Яковлевич Гохштейн
Priority date: 1993-12-30
Filing date: 1993-12-30
Publication date: 1997-05-10

Abstract

FIELD: gas-turbine power plants. SUBSTANCE: heat-insulated turbine blade has base and feather whose metal rod is covered with ceramic coat. Screen of unidirectional metal fins and ceramic threads separated by clearances and placed across fins with loose engagement of fins is made on rod surface. Ceramic threads are placed between rod surface and metal fins; the latter are secured to rod surface in clearances between threads. Metal fins are crosswise relative to feather rod; ceramic threads are longitudinal to it. Longitudinal ceramic threads are arranged in longitudinal slots between longitudinal metal fins which support crosswise fins. Crosswise slots between crosswise fins accommodate crosswise ceramic threads attached to longitudinal threads to form ceramic screen fastened to external part of ceramic coat - layer of oriented ceramic fibers incorporating lining of ceramic cloth. Crosswise fins are arranges in the form of coil about feather rod. Channels for porous cooling of fibrous ceramic coat are made in rod at screen knots. Blade may optionally have lock joint of metal fins and ceramic threads. EFFECT: improved blade protection against corrosion due to displacement of combustion products from fibrous ceramic coat by air. 23 cl, 18 dwg

Description

Изобретение относится к области энергетики и может быть использовано в газотурбинных двигателях. The invention relates to the field of energy and can be used in gas turbine engines.

Известна теплоизолированная турбинная лопатка с заградительным охлаждением путем выпуска воздуха через поры в металлической оболочке пера лопатки (патент США N 3616125, м.кл. B 23 B3/06, 1971 г.). В другой известной теплоизолированной турбинной лопатке с заградительным охлаждением (патент США N 5152667, м.кл. F 01 D5/18, 1992 г.) для выпуска воздуха служат щели, перекрытые металлическими щитками, которые формируют воздушную пелену, обволакивающую металлическую поверхность пера. Known thermally insulated turbine blade with cooling by blowing air through the pores in the metal shell of the feather blades (US patent N 3616125, mcl B 23 B3 / 06, 1971). In another known heat-insulated turbine blade with fencing cooling (US Pat. No. 5,152,667, microfluorine F 01 D5 / 18, 1992), slots are used to release air, covered by metal shields that form an air sheet covering the metal surface of the pen.

Заградительное охлаждение сочетается с внутренним конвективным охлаждением за счет движения воздуха по каналам к поверхности лопатки. Чем меньше поры, тем интенсивнее конвективный теплообмен, выше температура воздуха на выходе из лопатки и меньше требуемый расход воздуха. Однако чем меньше поры, тем больше поверхность металла, подверженная коррозии, и тем интенсивнее разрушение лопатки. Кроме геометрического роста поверхности ускорению коррозии содействует также увеличение положительной кривизны отдельных элементов поверхности, что увеличивает свободную поверхностную энергию и, соответственно, снижает энергию активации реакций, в которых расходуется металл лопатки. Barrage cooling is combined with internal convective cooling due to the movement of air through the channels to the surface of the scapula. The smaller the pores, the more intense the convective heat transfer, the higher the air temperature at the outlet of the scapula and the lower the required air flow. However, the smaller the pores, the larger the surface of the metal, subject to corrosion, and the more intense the destruction of the scapula. In addition to geometric surface growth, the acceleration of corrosion is also facilitated by an increase in the positive curvature of individual surface elements, which increases free surface energy and, accordingly, reduces the activation energy of reactions in which the blade metal is consumed.

Это, в частности, относится к пористой оболочке, полученной прессованием и спеканием нескольких слоев тонкой металлической сетки. Пористое охлаждение известных лопаток требует очистки топлива до уровня авиационного, однако и это не исключает сульфидной коррозии, так как даже реактивное топливо содержит более 0,1% серы, а натрий может поступать из атмосферы. This, in particular, relates to a porous shell obtained by pressing and sintering several layers of a thin metal mesh. Porous cooling of known blades requires cleaning the fuel to the level of aviation, but this does not exclude sulfide corrosion, since even jet fuel contains more than 0.1% sulfur, and sodium can come from the atmosphere.

Известна также теплоизолированная турбинная лопатка, включающая основание и перо, на металлический стержень которого плазменным напылением нанесено керамическое покрытие, содержащее стабилизированный оксид циркония (патент США N 3758233, М.кл. F 01 D5/10, 1973 г.). Такое покрытие подвержено скалыванию из-за хрупкости керамики и различия в тепловых расширениях керамики и металла, что ограничивает приемлемую толщину покрытия слоем 0,2 мм, недостаточным для эффективной тепловой защиты лопатки. Also known is a thermally insulated turbine blade, including a base and a feather, on a metal rod of which a ceramic coating containing stabilized zirconia is applied by plasma spraying (US patent N 3758233, Mcl F 01 D5 / 10, 1973). Such a coating is prone to chipping due to the fragility of ceramics and differences in thermal expansions of ceramics and metal, which limits the acceptable coating thickness to a layer of 0.2 mm, insufficient for effective thermal protection of the blade.

Кроме того, прочность сцепления напыленного покрытия с лопаткой зависит от состояния поверхности металла под покрытием. Из-за значительной пористости такого покрытия (15.20%) металлическая подложка подвержена коррозии, что сопровождается отслаиванием покрытия как целого. Для замедления этого процесса лопатку предварительно покрывают жаростойким сплавом, содержащим хром, кобальт, алюминий. In addition, the adhesion strength of the sprayed coating to the blade depends on the state of the metal surface under the coating. Due to the significant porosity of such a coating (15.20%), the metal substrate is susceptible to corrosion, which is accompanied by peeling of the coating as a whole. To slow down this process, the blade is pre-coated with a heat-resistant alloy containing chromium, cobalt, aluminum.

Изобретение направлено на преодоление отмеченных недостатков известных турбинных лопаток. The invention is aimed at overcoming the noted drawbacks of known turbine blades.

Подобно известной, предлагаемая теплоизолированная турбинная лопатка включает основание и перо, на металлический стержень которого нанесено керамическое покрытие. Similarly known, the proposed insulated turbine blade includes a base and a feather, on the metal core of which a ceramic coating is applied.

Новым является то, что на поверхности стержня пера выполнена решетка из разделенных зазорами одинаково направленных металлических ребер и разделенных зазорами керамических нитей, направленных поперек ребер, причем нити расположены между поверхностью стержня с одной стороны и ребрами с другой стороны, а ребра скреплены с поверхностью стержня в зазорах между нитями. What is new is that on the surface of the pen shaft there is a lattice made of equally directed metal ribs separated by gaps and ceramic threads separated by gaps directed across the ribs, the threads being located between the surface of the rod on one side and the ribs on the other side, and the ribs are fastened to the surface of the rod in the gaps between the threads.

Ребра по отношению к стержню выполнены поперечными, а нити продольными. Решетка выполнена двухслойной, с внешним слоем, содержащим поперечные металлические ребра, и внутренним слоем, содержащим продольные керамические нити. Продольные керамические нити расположены в продольных пазах между продольными металлическими ребрами, выполненными на поверхности стержня, а поперечные ребра опираются на продольные ребра. The ribs with respect to the rod are made transverse, and the threads are longitudinal. The lattice is made two-layer, with an outer layer containing transverse metal ribs, and an inner layer containing longitudinal ceramic threads. The longitudinal ceramic threads are located in the longitudinal grooves between the longitudinal metal ribs made on the surface of the rod, and the transverse ribs rest on the longitudinal ribs.

В поперечных пазах, образованных поперечными ребрами, размещены поперечные керамические нити, которые прикреплены к продольным керамическим нитям с образованием керамической сетки. В продольные и поперечные пазы наряду с нитями введен керамобетон с волокнистым наполнителем. In the transverse grooves formed by the transverse ribs, there are transverse ceramic threads that are attached to the longitudinal ceramic threads to form a ceramic mesh. In longitudinal and transverse grooves, along with threads, ceramic concrete with fibrous filler is introduced.

Наружная часть керамического покрытия образована слоем ориентированных керамических волокон, который закреплен на стержне пера через посредство продольных керамических нитей. Непосредственно этот слой скреплен с поперечными керамическими нитями. Слой ориентированных керамических волокон включает керамическую ткань либо керамический нетканый материал, причем в обоих случаях с расположенными поперек друг другу керамическими нитями утка и основы. Слой ориентированных керамических волокон пропитан вяжущим. The outer part of the ceramic coating is formed by a layer of oriented ceramic fibers, which is fixed to the pen shaft through longitudinal ceramic threads. Directly this layer is bonded with transverse ceramic threads. The layer of oriented ceramic fibers includes ceramic fabric or ceramic non-woven material, in both cases with weft and warp ceramic threads spaced across one another. A layer of oriented ceramic fibers is impregnated with a binder.

Наружная поверхность слоя ориентированных керамических волокон образована керамическими волокнами, ориентированными поперек пера. Поперечные ребра расположены на поверхности стержня в виде витков спирали с образованием между ними спирального паза. Поперечные керамические нити образованы витками непрерывной керамической нити, вложенной в спиральный паз. Поперечные ребра образованы витками металлической проволоки, намотанной на стержень пера и закрепленной на продольных ребрах. The outer surface of the layer of oriented ceramic fibers is formed by ceramic fibers oriented across the pen. Transverse ribs are located on the surface of the rod in the form of spiral turns with the formation of a spiral groove between them. Transverse ceramic threads are formed by turns of a continuous ceramic thread embedded in a spiral groove. The transverse ribs are formed by turns of a metal wire wound on a pen shaft and mounted on longitudinal ribs.

Нити составлены из керамических волокон и выполнены с закруткой волокон. Под узлами решетки в стержне выполнены каналы, соединяющие поверхность стержня с полостью внутри стержня. The threads are made of ceramic fibers and are made with a twist of fibers. Under the nodes of the lattice in the rod there are channels connecting the surface of the rod with the cavity inside the rod.

Выход канала на поверхность стержня выполнен в форме расширения. The exit of the channel to the surface of the rod is made in the form of expansion.

Скользящее зацепление металлических ребер и керамических нитей в поверхностной решетке обеспечивает безадгезионное соединение керамики с металлом, это устраняет одновременно два вида разрушения покрытия: отслаивание из-за коррозии поверхности металла и скалывание из-за различия в тепловых расширениях керамики и металла. The sliding engagement of metal fins and ceramic filaments in the surface lattice provides a non-adhesive connection between ceramic and metal, which simultaneously eliminates two types of coating failure: peeling due to corrosion of the metal surface and chipping due to differences in the thermal expansions of ceramic and metal.

Выполнение покрытия волокнистым повышает его термостойкость и снимает ограничение на толщину теплозащитного слоя. Предлагаемая конструкция позволяет объединить тепловую изоляцию с заградительным охлаждением. Прежде чем попасть в проточную часть турбины, воздух, выпускаемый из отверстий металлического стержня пера, проходит через поры волокнистой керамической оболочки, что препятствует прониканию туда продуктов сгорания. Благодаря этому концентрация продуктов сгорания у пористой поверхности металла, покрытой пористой керамической оболочкой, значительно ниже, чем у открытой пористой поверхности металла. Таким образом, пористое охлаждение тепловой изоляции защищает металл турбинной лопатки от сульфидной коррозии. Кроме того, снижение температуры металлической поверхности, защищенной керамическим волокнистым покрытием, тормозит развитие оксидной коррозии. The implementation of the fibrous coating increases its heat resistance and removes the limitation on the thickness of the heat-protective layer. The proposed design allows you to combine thermal insulation with protective cooling. Before entering the flow part of the turbine, the air discharged from the openings of the metal core of the pen passes through the pores of the fibrous ceramic shell, which prevents the penetration of combustion products there. Due to this, the concentration of combustion products at the porous metal surface coated with a porous ceramic shell is significantly lower than that at the open porous metal surface. Thus, the porous cooling of thermal insulation protects the metal of the turbine blade from sulfide corrosion. In addition, lowering the temperature of the metal surface protected by a ceramic fiber coating inhibits the development of oxide corrosion.

Наличие в керамической оболочке мелких пор, распределенных между волокнами, позволяет уменьшить число воздушных каналов в стержне и увеличить их диаметр, что упрощает конструкцию металлического стержня пера. Расширение на выходе канала облегчает растекание воздуха в волокнистом материале. Расположение узла решетки над выходом канала препятствует смещению керамической нити под напором струи воздуха. При фиксированной максимальной температуре керамических волокон их пористое охлаждение волокнистой оболочки позволяет повысить температуру газа перед турбиной по сравнению с неохлаждаемой волокнистой оболочкой. The presence in the ceramic shell of small pores distributed between the fibers, reduces the number of air channels in the rod and increase their diameter, which simplifies the design of the metal rod of the pen. The expansion at the outlet of the channel facilitates the spreading of air in the fibrous material. The location of the lattice assembly above the channel outlet prevents the displacement of the ceramic thread under the pressure of the air stream. At a fixed maximum temperature of ceramic fibers, their porous cooling of the fibrous shell allows the gas temperature in front of the turbine to be increased in comparison with an uncooled fibrous shell.

Прочность керамического покрытия на отрыв не зависит от шага решетки и толщины нити, но определяется их отношением. При одной и той же прочности на отрыв турбинная лопатка может быть выполнена с микрорешеткой либо с микрорешеткой, шаги которой различаются на несколько порядков (например, 0,01.1 мм). Температура решетки металлических ребер и керамической нити - близка к допустимой температуре металла лопатки и тем более допустима для керамики, что позволяет использовать достаточно тонкие волокна без опасности спекания и роста зерен. The tensile strength of the ceramic coating does not depend on the pitch of the grating and the thickness of the thread, but is determined by their ratio. With the same tensile strength, the turbine blade can be made with a microgrid or with a microgrid, the steps of which differ by several orders of magnitude (for example, 0.01.1 mm). The lattice temperature of metal ribs and ceramic filament is close to the permissible temperature of the blade metal, and even more so for ceramics, which allows the use of sufficiently thin fibers without the risk of sintering and grain growth.

Расположение поперечных керамических нитей в пазах между поперечными металлическими ребрами разгружает керамическое покрытие от центробежных сил, действующих на керамическую сетку. Выполнение поперечных ребер в виде витков спирали из проволоки, намотанной на стержень пера, с непрерывной керамической нитью, вложенной в спиральный паз, упрощает изготовление предлагаемой турбинной лопатки. The location of the transverse ceramic threads in the grooves between the transverse metal ribs unloads the ceramic coating from centrifugal forces acting on the ceramic mesh. The implementation of the transverse ribs in the form of coils of a spiral made of wire wound on the pen shaft, with a continuous ceramic thread embedded in a spiral groove, simplifies the manufacture of the proposed turbine blades.

На фиг. 1 показана теплоизолированная турбинная лопатка; на фиг. 2 - профиль пера лопатки, сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 профиль пера в окрестности выходной кромки, узел 1 на фиг. 2; на фиг. 4 двухслойная металлокерамическая решетка на поверхности стержня пера лопатки; на фиг. 5 - разрез Б-Б на фиг. 4; на фиг. 6 аксонометрическая проекция двухслойной металлокерамической решетки по фиг. 4; на фиг. 7 аксонометрическая проекция однослойной металлокерамической решетки; на фиг. 8 однослойная металлокерамическая решетка по фиг. 7 на поверхности стержня пера лопатки; на фиг. 9 вид В на фиг. 8; на фиг. 10 листовое покрытие из ориентированных керамических волокон; на фиг. 11 разрез Г-Г на фиг. 10; на фиг. 12 вид на фиг. 10; на фиг. 13 схема пористого охлаждения теплоизолирующего покрытия из керамических волокон; на фиг. 14 распределение давлений в потоке рабочего газа (P_о), в лопастях лопатки (P_e) и под керамическим покрытием (P_e); на фиг. 15 средства снижения концентрации напряжений в решетке; на фиг.16 вид Е на фиг. 15; на фиг. 17 решетка с замковым соединением волокнистой керамики и металла; на фиг. 18 вид на фиг. 17.In FIG. 1 shows a thermally insulated turbine blade; in FIG. 2 is a profile of a feather of a blade, section AA in FIG. one; in FIG. 3 pen profile in the vicinity of the output edge, node 1 in FIG. 2; in FIG. 4 two-layer cermet lattice on the surface of the blade shaft of the blade; in FIG. 5 is a section BB in FIG. 4; in FIG. 6 is a perspective view of the two-layer cermet lattice of FIG. 4; in FIG. 7 axonometric projection of a single-layer cermet lattice; in FIG. 8 the single-layer cermet grid of FIG. 7 on the surface of the shaft of the feather of the scapula; in FIG. 9, view B in FIG. 8; in FIG. 10 sheet coating of oriented ceramic fibers; in FIG. 11 section GG in FIG. ten; in FIG. 12 is a view of FIG. ten; in FIG. 13 is a diagram of porous cooling of a heat-insulating coating of ceramic fibers; in FIG. 14 distribution of pressures in the flow of the working gas (P _o ), in the blades of the blade (P _e ) and under the ceramic coating (P _e ); in FIG. 15 means of reducing the concentration of stresses in the lattice; in FIG. 16, view E in FIG. 15; in FIG. 17 lattice with a locking connection of fibrous ceramics and metal; in FIG. 18 is a view of FIG. 17.

Теплоизолированная турбинная лопатка включает основание 1 и перо 2, профиль которого образован входной кромкой 3, выходной кромкой 4, вогнутым корытом 5 и выпуклой спинкой 6. На металлический стержень 7 пера лопатки нанесено керамическое покрытие 8. A thermally insulated turbine blade includes a base 1 and a feather 2, the profile of which is formed by the inlet edge 3, the outlet edge 4, a concave trough 5 and a convex back 6. A ceramic coating 8 is applied to the metal rod 7 of the blade feather.

На поверхности стержня пера лопатки выполнена металлокерамическая решетка 9, которая включает одинаково направленные керамические нити 10, 11, разделенные зазорами 12, 13, и одинаково направленные металлические ребра 14, 15, 16, разделенные зазорами 17, 18. Керамические нити ориентированы поперек ребер и расположены на поверхности стержня под ребрами. A ceramic-metal grid 9 is made on the surface of the blade shaft of the blade, which includes equally oriented ceramic threads 10, 11, separated by gaps 12, 13, and equally directed metal ribs 14, 15, 16, separated by gaps 17, 18. Ceramic threads are oriented across the ribs and are located on the surface of the rod under the ribs.

С одной стороны нить касается поверхности стержня, а с противоположной стороны металлических ребер, прижимающих нить к стержню. Металлические ребра скреплены с поверхностью металлического стержня в зазорах между керамическими нитями путем контактной сварки. По отношению к стержню указанные ребра выполнены поперечными, а указанные нити продольными. On the one hand, the thread touches the surface of the rod, and on the opposite side of the metal ribs, pressing the thread to the rod. The metal ribs are bonded to the surface of the metal rod in the gaps between the ceramic threads by contact welding. In relation to the rod, these ribs are made transverse, and these threads are longitudinal.

Продольные керамические нити образуют внутренний слой решетки, а поперечные металлические ребра внешний слой решетки. Продольные керамические нити расположены в продольных пазах 19, 20 между продольными металлическими ребрами 21, 22, 23, выполненными на поверхности стержня. Поперечные металлические ребра 24, 25, 26 опираются на продольные ребра и скреплены с ними в местах 27 контакта. В поперечных пазах 28, 29, образованных поперечными ребрами, размещены поперечные керамические нити 30, 31, 32, которые скреплены вяжущим с продольными керамическими нитями в местах 33 пересечения с образованием керамической сетки 34. Керамическая сетка, закрепленная таким путем на поверхности стержня пера, служит грунтом под наружное теплоизолирующее покрытие. Longitudinal ceramic filaments form the inner layer of the lattice, and transverse metal ribs the outer layer of the lattice. Longitudinal ceramic threads are located in the longitudinal grooves 19, 20 between the longitudinal metal ribs 21, 22, 23, made on the surface of the rod. The transverse metal ribs 24, 25, 26 rest on longitudinal ribs and are fastened with them at the contact points 27. In the transverse grooves 28, 29 formed by the transverse ribs, transverse ceramic threads 30, 31, 32 are placed, which are fastened by a binder with longitudinal ceramic threads at the intersection 33 to form a ceramic mesh 34. A ceramic mesh fixed in this way on the surface of the feather shaft serves soil under the external heat-insulating coating.

Продольные и поперечные ребра 21.25 образуют металлическую сетку 35, скрепленную со стержнем пера и переплетенную с керамической сеткой 34. В продольные и поперечные пазы наряду с нитями введена пористая керамическая масса 36 в виде керамобетона с наполнителем из рубленых керамических волокон, которые скреплены между собой керамическим вяжущим. Продольные и поперечные нити состоят из элементарных керамических волокон 37, накрученных на центральные керамические волокна 38 с образованием витков 39. The longitudinal and transverse ribs 21.25 form a metal mesh 35, bonded to the pen shaft and interwoven with a ceramic mesh 34. A porous ceramic mass 36 is introduced along the threads into the longitudinal and transverse grooves 36 in the form of ceramic concrete with filler from chopped ceramic fibers that are bonded to each other with a ceramic binder . Longitudinal and transverse threads consist of elementary ceramic fibers 37, wound on the Central ceramic fibers 38 with the formation of turns 39.

Наружная часть керамического покрытия образована слоем 40 ориентированных керамических волокон, который расположен на поверхности 41, огибающей поперечные металлические ребра и поперечные керамические нити. Слой 40 керамическим вяжущим скреплен с поперечными керамическими нитями и через посредство продольных керамических нитей фиксирован на стержне пера лопатки. The outer part of the ceramic coating is formed by a layer 40 of oriented ceramic fibers, which is located on the surface 41, enveloping the transverse metal ribs and transverse ceramic threads. Layer 40 with a ceramic binder is bonded to transverse ceramic threads and, through longitudinal ceramic threads, is fixed to the blade shaft of the blade.

Слой 40 ориентированных керамических волокон выполнен в виде отделяемого листового материала 42, включающего волокнистую подкладку 43 и ряд 44 параллельных керамических нитей 45, которые выходят на огневую поверхность 46 пера лопатки и направлены поперек пера, вдоль потока рабочего газа. The layer 40 of oriented ceramic fibers is made in the form of a detachable sheet material 42, including a fibrous lining 43 and a series of 44 parallel ceramic threads 45 that extend onto the firing surface 46 of the blade pen and are directed across the pen along the working gas stream.

Подкладка 43 выполнена в виде керамической ткани 47, в которой керамические нити основы 48 переплетены с керамическими нитями утка 49. Слой 40 пропитан керамическим вяжущим, которое создает дополнительные связи между керамическими волокнами этого слоя, усиливает сопротивление наружных волокон отрыву потоком газа и выравнивает огневую поверхность пера. The lining 43 is made in the form of ceramic fabric 47, in which the ceramic warp threads 48 are intertwined with the ceramic weft threads 49. The layer 40 is impregnated with a ceramic binder, which creates additional bonds between the ceramic fibers of this layer, enhances the resistance of the outer fibers to peeling by the gas flow and evens the firing surface of the pen .

Поперечные ребра расположены на поверхности стержня в виде спирали 50, многократно огибающей стержень. При этом поперечные ребра выполнены в виде витков 51, 52 непрерывной металлической проволоки 53 прямоугольного сечения 54. Проволока намотана на стержень пера и приварена к продольным ребрам с образованием спирального паза 55. Поперечные керамические нити образованы витками 56, 57 непрерывной керамической нити, вложенной в спиральный паз. Transverse ribs are located on the surface of the rod in the form of a spiral 50, repeatedly enveloping the rod. In this case, the transverse ribs are made in the form of coils 51, 52 of a continuous metal wire 53 of rectangular cross section 54. The wire is wound on the pen shaft and welded to the longitudinal ribs with the formation of a spiral groove 55. The transverse ceramic threads are formed by coils 56, 57 of a continuous ceramic thread embedded in a spiral groove.

Внутри пера лопатки выполнены полости 58, 59, разделенные перегородками 60. Полости соединены с дном 61 продольных пазов каналами 62, 63, 64, 65, выход которых имеет форму расширения 66. Inside the pen of the blade, cavities 58, 59 are made, separated by partitions 60. The cavities are connected to the bottom 61 of the longitudinal grooves by channels 62, 63, 64, 65, the outlet of which has the form of expansion 66.

В другом варианте теплоизолированной турбинной лопатки (фиг. 8, 9) поперечные ребра включают участки в форме дуг 67, 68, которые фиксируют волокна 69, 70 продольных керамических нитей 71, 72 на поверхности 73 стержня пера. Дуги и продольные нити покрыты слоем 74 керамобетона с наполнителем из рубленых керамических волокон. Слой керамобетона армирован непрерывными керамическими волокнами 75, расположенными в промежутках 76 между дугами. In another embodiment of a thermally insulated turbine blade (FIGS. 8, 9), the transverse ribs include arc-shaped portions 67, 68 that fix the fibers 69, 70 of the longitudinal ceramic threads 71, 72 on the surface 73 of the feather shaft. The arcs and longitudinal threads are covered with a layer of 74 ceramic concrete with a filler of chopped ceramic fibers. The layer of ceramic concrete is reinforced with continuous ceramic fibers 75 located in the gaps 76 between the arcs.

Поверх слоя керамобетона уложен слой 77 ориентированных керамических волокон. Он выполнен в виде нетканого материала, включающего три ряда 78, 79, 80 параллельных керамических нитей, различающихся ориентацией нитей. В крайних рядах нити 81, 82 ориентированы поперек пера лопатки. В среднем ряду нити 83 ориентированы вдоль пера лопатки. A layer of oriented ceramic fibers 77 is laid on top of the ceramic concrete layer. It is made in the form of a nonwoven material, including three rows of 78, 79, 80 parallel ceramic threads, differing in the orientation of the threads. In the extreme rows, the threads 81, 82 are oriented across the feather of the scapula. In the middle row, strands 83 are oriented along the feather of the scapula.

Листовой волокнистый материал 42 может быть выполнен в виде замкнутого рукава, цельного либо с продольным швом 84. The fibrous sheet material 42 may be made in the form of a closed sleeve, one-piece or with a longitudinal seam 84.

Предпочтительное место расположения шва выходная кромка либо ее окрестность. При необходимости шов может быть разрезан для снятия листового материала и его замены. Основание лопатки включает полку 85 с керамическим покрытием 86, выполненным из керамобетона, и хвостовик (на чертежах не показан). Торец пера лопатки (не показанный на чертежах) может быть теплоизолирован так же, как и боковая сторона пера с помощью металлокерамической решетки типа решетки 9, выполненной на торцевой поверхности. The preferred location of the seam is the exit edge or its vicinity. If necessary, the seam can be cut to remove the sheet material and replace it. The base of the blade includes a shelf 85 with ceramic coating 86 made of ceramic concrete, and a shank (not shown in the drawings). The end face of the pen blade (not shown in the drawings) can be insulated in the same way as the side of the pen using a ceramic-metal grating, such as a grating 9, made on the end surface.

В решетке 9 с упрощенной геометрией шаг a продольных ребер равен шагу b поперечных ребер. Совпадают между собой и равны c диаметр керамической нити, ширина и высота паза продольного и поперечного. Толщина листового материала h 0,5.5c (фиг. 4, 5). Например, a b 2 мм, c a/2 1 мм, h 1 мм для пера лопатки с хордой 140 мм. In the lattice 9 with a simplified geometry, the step a of the longitudinal ribs is equal to the step b of the transverse ribs. The diameter of the ceramic thread, the width and height of the groove longitudinal and transverse coincide with each other and are equal to c. The thickness of the sheet material h 0.5.5c (Fig. 4, 5). For example, a b 2 mm, c a / 2 1 mm, h 1 mm for a feather blade with a chord of 140 mm.

Продольные пазы 19 на поверхности стержня пера могут быть выполнены в литейной форме с продольными ребрами. Каналы 62 на дне пазов могут быть просверлены либо получены закладкой трубок или выгораемых стержней в литейную форму. Для калибровки сечения каналов могут быть применены вставные ниппели. Longitudinal grooves 19 on the surface of the pen shaft can be made in casting form with longitudinal ribs. Channels 62 at the bottom of the grooves can be drilled or obtained by laying tubes or burnable rods in a mold. Plug-in nipples can be used to calibrate the cross-section of the channels.

При изготовлении турбинной лопатки могут быть использованы следующие материалы. Стержень пера и основание литейный сплав на никелевой основе ХН65КМВЮТ (ЖС6К с направленной кристаллизацией, предел прочности 900.970 МПа при 900^oC). Проволока поперечных ребер, закрепляемая на стержне контактной сваркой, деформируемый сплав на никелевой основе ХН65КМВЮБ (предел прочности 600.700 МПа при 900^oC).In the manufacture of a turbine blade, the following materials may be used. Feather core and base cast nickel-base alloy KhN65KMVYuT (ZhS6K with directed crystallization, tensile strength 900.970 MPa at 900 ^o C). The wire of the transverse ribs, fixed to the rod by contact welding, a wrought nickel-based alloy KhN65KMVYUB (tensile strength 600.700 MPa at 900 ^o C).

Керамические волокна оксид алюминия в виде аморфной матрицы с микрокристаллами (микростеклокристаллические волокна с задержанной перекристаллизацией, температура длительного применения 1400.1600^oC); оксид циркония, стабилизированный оксидом иттрия (8% мольных, температура длительного применения 1600.1800^oC).Ceramic fibers alumina in the form of an amorphous matrix with microcrystals (microcrystalline fibers with delayed recrystallization, long-term use temperature 1400.1600 ^o C); yttrium oxide stabilized zirconia (8% mole, long-term use temperature 1600.1800 ^o C).

Керамическое вяжущее как высокотемпературный клей и составляющая керамобетона водная суспензия керамики с содержанием коллоидного компонента 50.100 г/л. При этом может быть использована керамика любого состава, в частности того же, что и волокна, например корундовая керамика со стеклофазой в случае волокон из оксида алюминия. Для волокон и вяжущего может быть использована также керамика других составов: корундомуллитовая, корундоцирконовая (80% корунда, 20% циркона по весу). Применима алюмофосфатная связка коллоидный раствор алюмосфатов, полученный воздействием ортофосфорной кислоты на гидрат окиси алюминия. Аналогична роль ортофосфорной кислоты при временной пропитке ею высушенного керамического вяжущего, что приводит к упрочнению керамики. Ceramic binder as a high-temperature adhesive and a component of ceramic concrete water suspension of ceramics with a colloidal component content of 50.100 g / l. In this case, ceramics of any composition can be used, in particular the same as fibers, for example corundum ceramics with a glass phase in the case of alumina fibers. For fibers and a binder, ceramics of other compositions can also be used: corundum mullite, corundum zircon (80% corundum, 20% zircon by weight). The aluminophosphate binder is a colloidal aluminosphate solution obtained by the action of phosphoric acid on alumina hydrate. The role of phosphoric acid in the temporary impregnation of a dried ceramic binder with it is similar, which leads to hardening of ceramics.

Прочность отвержденного керамического вяжущего после сушки (холодное спекание) составляет 1.10 МПа с дальнейшим упрочнением (на 1.2 порядка) при термообработке выше 1000^oC, что осуществимо путем разогрева турбинной лопатки на неподвижном роторе до 1300^oC. Прочность вяжущего можно уменьшить снижением концентрации коллоидного компонента, что сопровождается увеличением пористости слоя отвержденного вяжущего.The strength of the cured ceramic binder after drying (cold sintering) is 1.10 MPa with further hardening (by 1.2 orders of magnitude) during heat treatment above 1000 ^o C, which is feasible by heating the turbine blade on a stationary rotor to 1300 ^o C. The strength of the binder can be reduced by reducing the concentration of the colloidal component , which is accompanied by an increase in the porosity of the cured binder layer.

При выполнении тепловой изоляции лопатки целесообразно использовать керамическое вяжущее двух сортов сильное и слабое, с пределами прочности σ₀₁≥10 МПА и σ₀₂= 1 МПа, соответственно. Первое для соединения продольных нитей с поперечными в решетке 9, второе для закрепления листового материала 42 на решетке. Это позволяет снять использованный листовой материал путем отрыва его от решетки (фиг. 1) без повреждения керамических нитей решетки, которые допускают многократную смену листового материала.When performing thermal insulation of the blade, it is advisable to use a ceramic binder of two grades, strong and weak, with tensile strengths σ ₀₁ ≥10 MPA and σ ₀₂ = 1 MPa, respectively. The first is for connecting longitudinal and transverse threads in the lattice 9, and the second is for fixing the sheet material 42 to the lattice. This allows you to remove the used sheet material by tearing it off the grate (Fig. 1) without damaging the ceramic threads of the grating, which allow multiple changes of the sheet material.

Первоначальную сборку металлокерамической решетки 9 производят в следующей последовательности. Керамические нити пропитывают умеренным количеством вяжущего для сохранения пор между волокнами. Укладывают продольные нити в продольные пазы стержня пера и фиксируют их в пазах минимальным количеством вяжущего. Вводят в пазы керамобетона с волокнистым наполнителем. На стержень пера наматывают проволоку и закрепляют ее контактной сваркой на продольных ребрах с образованием поперечных ребер в виде витков спирали. Непрерывную керамическую нить смачивают вяжущим и укладывают путем намотки в спиральный паз, прижимают к продольным нитям. Стержень пера с решеткой подвергают сушке при 100.140^oC для отверждения вяжущего и дополнительному нагреву для упрочнения узлов керамической сетки.The initial assembly of the cermet grid 9 is carried out in the following sequence. Ceramic threads are impregnated with a moderate amount of binder to maintain pores between the fibers. Lay the longitudinal threads in the longitudinal grooves of the pen shaft and fix them in the grooves with a minimum amount of binder. Insert into the grooves of ceramic concrete with a fibrous filler. A wire is wound on the pen shaft and fixed by contact welding on longitudinal ribs with the formation of transverse ribs in the form of spirals. A continuous ceramic thread is moistened with a binder and laid by winding into a spiral groove, pressed against the longitudinal threads. The core of the pen with the grate is dried at 100.140 ^o C to cure the binder and additional heating to harden the nodes of the ceramic mesh.

Листовой материал в виде рукава пропитывают вяжущим, надевают на стержень пера с решеткой и обжимают. Эта операция может быть осуществлена с помощью сгораемого чехла, в который предварительно введен рукав листового материала. The sheet material in the form of a sleeve is impregnated with a binder, put on a pen shaft with a grate and crimped. This operation can be carried out using a combustible cover into which a sleeve of sheet material is previously introduced.

Безадгезионное соединение керамики с металлом, обеспечиваемое конструкцией предлагаемой турбинной лопатки, снижает требования к жаростойкому покрытию металла стержня, которое может быть получено диффузионным насыщением поверхности алюминием, кремнием и хромом. Покрытие целесообразно наносить отдельно на стержень пера с продольными пазами и на проволоку поперечных ребер до ее соединения со стержнями. Нарастание слоя оксида никеля на поверхности металла и полиморфные превращения оксида алюминия, ведущих к отслаиванию напыленной керамической пленки в известных лопатках, в данной конструкции не ухудшает сцепление керамики с металлом. The non-adhesive connection of ceramics with metal provided by the design of the proposed turbine blade reduces the requirements for a heat-resistant coating of the rod metal, which can be obtained by diffusion saturation of the surface with aluminum, silicon and chromium. It is advisable to apply the coating separately on the feather rod with longitudinal grooves and on the wire of the transverse ribs until it connects to the rods. The growth of the nickel oxide layer on the metal surface and the polymorphic transformations of aluminum oxide, leading to the peeling off of the deposited ceramic film in known blades, in this design does not impair the adhesion of the ceramic to the metal.

Керамическое покрытие перестает быть источником усталостных трещин, проникающих в металлическую подложку. Отпадает необходимость в искусственном увеличении шероховатости металла для лучшего сцепления с напыленным покрытием. За счет мелких трещин и выступов такая шероховатость повышает химическую активность поверхности металла. В описываемой конструкции лопатки решетка с пропорцией a=b=2c (фиг. 4, 5) увеличивает поверхность металла в 4 раза, однако составлена из гладких металлических элементов продольных и поперечных ребер. Это увеличение меньше, чем в случае шероховатости, создаваемой травлением или абразивной обработкой. The ceramic coating ceases to be a source of fatigue cracks penetrating the metal substrate. There is no need to artificially increase the roughness of the metal for better adhesion to the sprayed coating. Due to small cracks and protrusions, such roughness increases the chemical activity of the metal surface. In the described design of the blade, the lattice with the proportion a = b = 2c (Fig. 4, 5) increases the metal surface by 4 times, however, it is composed of smooth metal elements of longitudinal and transverse ribs. This increase is less than the roughness created by pickling or abrasive treatment.

В простейшем случае, когда поддува охлаждающего воздуха нет, достаточно плотная керамика, размещенная между металлическими ребрами, гасит конвективный теплообмен. При этом средняя теплопроводность металлокерамической решетки ниже, чем теплопроводность сплошного металлического слоя той же толщины. In the simplest case, when there is no cooling air blowing, a sufficiently dense ceramic placed between the metal fins dampens convective heat transfer. In this case, the average thermal conductivity of the cermet lattice is lower than the thermal conductivity of a continuous metal layer of the same thickness.

В этих условиях основная часть перепада температуры между ядром потока продуктов сгорания и металлом лопатки сосредоточена в листовом волокнистом материале. Under these conditions, the bulk of the temperature difference between the core of the flow of combustion products and the metal of the blade is concentrated in the fibrous sheet material.

Поддув воздуха под листовой материал и выход его через поры в проточную часть турбины увеличивает перепад температуры и его часть, приходящуюся на листовой материал. В заградительной пелене воздух смешивается с продуктами сгорания, концентрация которых на наружной стороне листового материала меньше, чем в ядре потока. Это имеет значение в тех случаях, когда керамика включает компоненты, подверженные коррозии, например, оксид иттрия, взаимодействующий с серой. Оксид алюминия к продукта сгорания инертен. Blowing air under the sheet material and its exit through the pores into the flow part of the turbine increases the temperature drop and its part per sheet material. In the barrier sheet air is mixed with combustion products, the concentration of which on the outer side of the sheet material is less than in the core of the stream. This is important in cases where ceramics include components susceptible to corrosion, for example, yttrium oxide interacting with sulfur. Alumina is inert to the combustion product.

При истечении охлаждающего воздуха он преодолевает сопротивления каналов 62, решетки 9 и листового материала 42. На фиксированном участке поверхности пера лопатки расход воздуха определяется суммой этих сопротивлений и перепадом давления вдоль них на единице площади. Для защиты лопатки от коррозии целесообразно, чтобы наибольшим в этой сумме было сопротивление листового материала. Это достигается ограничением его пористости, что увеличивает соответствующий перепад давления. At the expiration of the cooling air, it overcomes the resistance of the channels 62, grating 9 and sheet material 42. On a fixed area of the surface of the blade of the blade, the air flow is determined by the sum of these resistances and the pressure drop along them per unit area. To protect the blades from corrosion, it is advisable that the greatest in this amount was the resistance of the sheet material. This is achieved by limiting its porosity, which increases the corresponding pressure drop.

Возможен случай, не имеющий аналога в проникающем охлаждении цельнометаллической лопатки: плотный листовой материал со сколь угодно малой пористостью, находящейся под избыточным давлением воздуха изнутри по сравнению с давлением в потоке продуктов сгорания. В таких условиях расход воздуха и связанные с ним потери располагаемой работы пренебрежимо малы, а подтекание продуктов сгорания под листовой материал практически исключено, что создает надежную защиту металла лопатки от коррозии. A case is possible that does not have an analogue in the penetrating cooling of an all-metal blade: a dense sheet material with arbitrarily low porosity, which is under excess air pressure from the inside compared to the pressure in the stream of combustion products. Under such conditions, the air flow rate and the associated loss of available work are negligible, and leakage of combustion products under the sheet material is practically excluded, which creates reliable protection of the blade metal from corrosion.

Оптимальным является случай умеренной пористости (1.10% открытых и достаточно мелких пор), когда защита от коррозии сочетается с истечением воздуха, достаточным для охлаждения, причем в зависимости от режима работы турбины скорость истечения может регулироваться давлением в полостях пера лопатки. The optimal case is moderate porosity (1.10% open and fairly small pores), when the corrosion protection is combined with an air outflow sufficient for cooling, and depending on the turbine operating mode, the outflow rate can be controlled by the pressure in the cavity of the blade blade.

Перепад полного давления на ступени составляет 0,3.0,5 МПа. Вдоль спинки и корыта от входной кромки и выходной убывает также и статическое давление рабочего газа на листовой материал извне. Если давление воздуха изнутри постоянно и равно максимальному статическому давлению извне, достигаемому на входной кромке, то у выходной кромки на листовой материал изнутри действует избыточное давление 0,3.0,5 МПа. The differential pressure at the stage is 0.3.0.5 MPa. Along the back and trough from the inlet edge and outlet, the static pressure of the working gas on the sheet material from the outside also decreases. If the internal air pressure is constant and equal to the maximum external static pressure reached at the inlet edge, then at the outlet edge, an excess pressure of 0.3.0.5 MPa acts on the sheet material from the inside.

Секционирование лопатки перегородками 60 позволяет ступенчато понизить давление воздуха от полости 58 у входной кромки до полости 59 у выходной кромки, что уменьшает изменение избыточного давления вдоль профиля и улучшает равномерность проникающего охлаждения. The partitioning of the blade by the partitions 60 allows to stepwise reduce the air pressure from the cavity 58 at the inlet edge to the cavity 59 at the outlet edge, which reduces the change in overpressure along the profile and improves the uniformity of penetrating cooling.

Поперечные пазы 28 решетки 9 под листовым материалом 42 дополнительно выравнивают перепад давления. Возможен, например, вариант, когда поперечный паз разделен на отрезки перегородками из керамобетона, а выход канала 62 находится в начале отрезка по потоку рабочего газа так, что воздух движется внутри паза через пористую среду, образованную волокнами нити и керамобетона, с утечкой через пористую среду, образованную листовым материалом. The transverse grooves 28 of the grill 9 below the sheet material 42 further equalize the pressure drop. It is possible, for example, that the transverse groove is divided into segments by partitions from ceramic concrete, and the outlet of the channel 62 is located at the beginning of the segment along the flow of working gas so that air moves inside the groove through the porous medium formed by the fibers of the thread and ceramic concrete, with leakage through the porous medium formed by sheet material.

Тогда избыточное давление под листовым материалом, стремящееся оторвать его от решетки, составляет

где Z безразмерное расстояние вдоль паза в единицах глубины C паза,
Z_о безразмерная длина отрезка паза,
q постоянная составляющая избыточного давления,
ψ постоянный на отрезке градиент статического давления вдоль наружной стороны листового материала, взятый по безразмерной длине,
q₀ пористость листового материала,
θ₁ пористость волокнистого материала внутри паза (при одинаковом у обоих материалов распределении пор по радиусам).Then the excess pressure under the sheet material, tending to tear it from the grate, is

where Z is the dimensionless distance along the groove in units of the depth C of the groove,
Z _{about the} dimensionless length of the groove
q constant component of overpressure,
ψ constant on the segment gradient of static pressure along the outer side of the sheet material, taken along the dimensionless length,
q _{0 the} porosity of the sheet material,
θ _{1 is the} porosity of the fibrous material inside the groove (with the same pore radius distribution for both materials).

Если листовой материал непроницаем, θ₀= 0, то P_e=q-ψz и увеличивается вдоль отрезка от q до

. Чтобы уменьшить максимальное значение перепада давления до величины

где ξ < 1, необходимо установить значения пористостей и толщин в определенном соотношении. При q 0
θ₁h/θ₀c = κ², (4)
где κ корень уравнения

Пример: c h 1 мм, Z_о 10, ξ = 0,2 тогда θ₁/θ₀= c(ξz_o)²/h = 4.
Движение воздуха при пористом охлаждении волокнистого керамического покрытия показано пунктирными стрелками на примере турбинной лопатки (фиг. 13), в которой полость пера 87 составлена из секций 88, 89, 90, соединенных каналами 91, 92, 93 с началом отрезков 94, 95, 96 поперечного паза 97, заполненного пористым керамическим материалом 98. Сверху паз закрыт листовым керамическим материалом 99 с порами 100, 101. Отрезки поперечного паза могут быть разделены перегородками 102 с пониженной пористостью.If the sheet material is impermeable, θ ₀ = 0, then P _e = q-ψz and increases along the segment from q to

. To reduce the maximum differential pressure to

where ξ <1, it is necessary to establish the values of porosities and thicknesses in a certain ratio. At q 0
θ ₁ h / θ ₀ c = κ ² , (4)
where κ is the root of the equation

Example: ch 1 mm, Z _o 10, ξ = 0.2 then θ ₁ / θ ₀ = c (ξz _o ) ² / h = 4.
The air movement during the porous cooling of the fibrous ceramic coating is shown by dashed arrows on the example of a turbine blade (Fig. 13), in which the cavity of the pen 87 is composed of

sections

88, 89, 90 connected by

channels

91, 92, 93 with the beginning of

segments

94, 95, 96 a transverse groove 97 filled with porous ceramic material 98. The top of the groove is closed by a sheet of ceramic material 99 with

pores

100, 101. The segments of the transverse groove can be separated by partitions 102 with reduced porosity.

Статические давления заданы как функции расстояния вдоль периметра профиля (фиг. 14): давление P₀ на наружной стороне листового материала, давление P₁ в секциях полости пера. Избыточное давление P_e под листовым материалом различно в случаях: 1) θ₀= 0(p_e1), 2) θ₀> 0 с перегородками 102 (P_e2), 3) θ₀> 0 без перегородок 102 (P_e3).Static pressures are defined as functions of the distance along the profile perimeter (Fig. 14): pressure P ₀ on the outside of the sheet material, pressure P ₁ in sections of the pen cavity. The excess pressure P _e under the sheet material is different in the cases: 1) θ ₀ = 0 (p _e1 ), 2) θ ₀ > 0 with partitions 102 (P _e2 ), 3) θ ₀ > 0 without partitions 102 (P _e3 ).

В условиях работы газовой турбины избыточное давление под листовым материалом 42 составляет 0,01.0,1 МПа, что приводит к напряжению разрыва 0,02. 0,2 МПа, между материалом 42 и нитью,
σ_e= (b/c)p_e. (7)
Отрыву листового материала способствует также центробежная сила, создающая в том же соединении касательное напряжение
τ_e= Пρh(b/c), (8)
где П перегрузка,
ρ удельный вес.Under gas turbine operating conditions, the overpressure under the sheet material 42 is 0.01.0.1 MPa, which leads to a tensile stress of 0.02. 0.2 MPa, between the material 42 and the thread,
σ _e = (b / c) p _e . (7)
The separation of the sheet material is also facilitated by centrifugal force, which creates tangential stress in the same joint
τ _e = Пρh (b / c), (8)
where P is overload,
ρ specific gravity.

При П 10⁴ (средний диаметр ступени 2 м, число оборотов 50 с^-1), ρ = 3 гс/см³, c h b/2 2 мм; τ_e= 0,4 МПа. Листовой материал может быть выполнен из нержавеющих слоев ткани. С ростом его толщины h возрастает и касательное напряжение τ_e. Близкое к τ_e напряжение испытывают узлы керамической сетки 34 из-за центробежной силы, действующей на продольные нити в продольных пазах. Существующие в лопатке напряжения σ_e и τ_e значительно ниже предела прочности керамического вяжущего (см. выше).At P 10 ⁴ (the average diameter of the step is 2 m, the number of revolutions is 50 s ^-1 ), ρ = 3 gf / cm ³ , chb / 2 2 mm; τ _e = 0.4 MPa. The sheet material may be made of stainless fabric layers. With an increase in its thickness h, the tangential stress τ _e also increases. Close to τ _{e the} stress is experienced by the nodes of the ceramic mesh 34 due to the centrifugal force acting on the longitudinal threads in the longitudinal grooves. The stresses σ _e and τ _e existing in the blade are significantly lower than the tensile strength of the ceramic binder (see above).

Испытываемая стержнем пера центробежная нагрузка совпадает по направлению с продольными ребрами, которые поэтому не создают существенной концентрации напряжений в металле. Концентрация напряжений, вызываемая поперечными ребрами, может быть уменьшена. Для этого посадочные места 103 на продольных ребрах 104 выполнены в виде выступов 105 с галтелями 106, 107, что позволяет снизить коэффициент концентрации напряжений до 1,5.2 (фиг. 15, 16). The centrifugal load tested by the stylus of the pen coincides with the longitudinal ribs, which therefore do not create a significant concentration of stresses in the metal. The stress concentration caused by the transverse ribs can be reduced. For this, the seats 103 on the longitudinal ribs 104 are made in the form of protrusions 105 with fillets 106, 107, which allows to reduce the stress concentration coefficient to 1.5.2 (Fig. 15, 16).

Кроме того, поперечные ребра отделены от объема стержня продольными ребрами, выполняющими роль буфера. Более интенсивное тепловое расширение поперечных ребер, обусловленное их относительной близостью к огневой поверхности лопатки, частично компенсирует вносимое ими местное сопротивление растяжению стержня. Возможен вариант лопатки, в котором поперечные ребра выполнены литьем с помощью вкладышей, закрепляемых в литейной форме. In addition, the transverse ribs are separated from the rod volume by longitudinal ribs acting as a buffer. The more intense thermal expansion of the transverse ribs, due to their relative proximity to the firing surface of the scapula, partially compensates for the local resistance to the extension of the rod introduced by them. A variant of the blade is possible, in which the transverse ribs are made by casting using inserts fixed in the mold.

На металлокерамической решетке 9 могут быть закреплены продольные керамические ребра, улучшающие обтекаемость пера. Выполнение этих ребер из пористого керамобетона и совмещение его термообработки с пуском турбины приводит к согласованию их размеров в нагретом состоянии и к снятию температурных напряжений на границе металла с керамикой во время работы турбины. После первой остановки и охлаждении турбины керамические ребра могут быть установлены заново. On the ceramic-metal grating 9 longitudinal ceramic ribs can be fixed, which improve the streamlining of the pen. The execution of these ribs of porous ceramic concrete and the combination of its heat treatment with the start of the turbine leads to a coordination of their sizes in the heated state and to the removal of temperature stresses at the metal-ceramic interface during turbine operation. After the first stop and cooling of the turbine, the ceramic fins can be reinstalled.

Поперечные ребра 108, 109 (фиг. 15) нагружены меньше, чем стержень пера, их температура может быть повышена за счет канавок 110 с бортами 111 на посадочной стороне ребер, что дополнительно снижает концентрацию напряжений в стержне. The transverse ribs 108, 109 (Fig. 15) are less loaded than the pen shaft, their temperature can be increased by grooves 110 with sides 111 on the seating side of the ribs, which further reduces the stress concentration in the shaft.

В продольных ребрах 112, отлитых заодно со стержнем 7 пера, могут быть в процессе литья выполнены пазы 113, разделенные зубьями 114 с расширением 115 у вершины зуба. Паз с ближайшими зубьями образует замок 116 типа "ласточкин хвост", в который может быть запрессован жгут 117 из керамических волокон. При таком выполнении лопатки металлокерамическая решетка состоит из продольных металлических ребер и из запрессованных в их пазы поперечных керамических жгутов. In the longitudinal ribs 112, cast at the same time with the pen shaft 7, grooves 113 can be made during casting, separated by teeth 114 with an extension 115 at the top of the tooth. The groove with the nearest teeth forms a dovetail lock 116, into which a ceramic fiber bundle 117 can be pressed. With this embodiment of the blade, the ceramic-metal lattice consists of longitudinal metal ribs and from transverse ceramic bundles pressed into their grooves.

Турбинная лопатка с металлокерамической решеткой допускает различные типы охлаждения, в частности жидкостное с замкнутым спиральным каналом, последовательное соединение витков которого обеспечивает циркуляцию по всей его длине и дает возможность выполнить канал достаточно тонким внутри лопаток малых габаритов. A turbine blade with a ceramic-metal grid allows various types of cooling, in particular liquid cooling with a closed spiral channel, the serial connection of the turns of which ensures circulation along its entire length and makes it possible to make the channel rather thin inside small-sized blades.

Стойкость оксидной керамики к нагреву и окислению, как и хрупкость, ограничивающая ее применение, следствие сильной ковалентной связи между атомами окислов, из-за чего модуль упругости керамики на порядок выше, чем у атомов, а одна и та же деформация требует на порядок больших напряжений, ведущих к развитию трещин в допластическом режиме. Поэтому цельнокерамические рабочие лопатки применения не нашли. Безадгезионное нанесение волокнистого керамического покрытия на металл рабочей лопатки позволяет избежать хрупкого разрушения и получить дополнительное средство защиты лопатки от коррозии. The resistance of oxide ceramics to heating and oxidation, as well as the brittleness that limits its use, is a consequence of the strong covalent bond between the atoms of the oxides, due to which the elastic modulus of the ceramic is an order of magnitude higher than that of atoms, and the same deformation requires an order of magnitude higher stresses leading to the development of cracks in the preplastic mode. Therefore, all-ceramic working blades have not been used. The non-adhesive application of a fibrous ceramic coating on the metal of the working blade allows you to avoid brittle fracture and get an additional tool to protect the blade from corrosion.

Claims

1. A thermally insulated turbine blade containing a base and a feather, on the surface of which a ceramic coating is applied, characterized in that the blade is provided with metal ribs fixed to the side surface of the feather in parallel and separated by gaps, and ceramic threads placed on the surface of the pen across the ribs and separated by gaps while the ribs and ceramic threads form a lattice.

2. The blade according to claim 1, characterized in that the ceramic threads are placed on the surface of the pen by means of metal ribs that are attached to the surface of the pen in the gaps between the threads.

3. The blade according to claim 1, characterized in that the metal ribs are oriented across the side surface of the pen, and the ceramic threads along.

4. The blade according to claim 3, characterized in that the lattice is made of two layers with an outer layer containing transversely oriented metal ribs, and an inner layer containing longitudinal ceramic threads.

5. The blade according to claim 4, characterized in that the longitudinal ceramic threads are placed in the longitudinal gaps between the longitudinal metal ribs mounted on the surface of the pen, and the transverse ribs are located on the longitudinal ribs.

6. The blade according to claim 5, characterized in that transverse ceramic threads are placed in the gaps between the transverse ribs, which are attached to the longitudinal ceramic threads to form a ceramic mesh.

7. The blade according to claim 6, characterized in that in the longitudinal and transverse gaps along with the threads, ceramic concrete with a fibrous filler is introduced.

8. The blade according to claim 1, characterized in that it is provided with a layer of oriented ceramic fibers fixed to the lattice of metal ribs and ceramic threads, with the formation of the outer part of the ceramic coating.

9. The blade according to claim 6, characterized in that the layer of oriented ceramic fibers is bonded with transverse ceramic threads.

10. The blade according to claim 6, characterized in that the layer of oriented ceramic fibers is provided with a ceramic fabric.

11. The blade according to claim 8, characterized in that the layer of oriented ceramic fibers is provided with a ceramic non-woven material with ceramic weft and warp threads spaced across each other.

12. The blade according to claim 8, characterized in that the layer of oriented ceramic fibers is impregnated with a binder.

13. The blade according to claim 8, characterized in that the outer surface of the layer of oriented ceramic fibers is formed by ceramic fibers directed across the pen.

14. The blade according to claim 3, characterized in that the transverse ribs are located on the surface of the pen in the form of spiral turns with the formation of a spiral gap between them.

15. The blade according to claim 14, characterized in that the transverse ceramic threads are located on the surface of the pen in the form of spirals.

16. The blade according to claim 14, characterized in that the transverse ribs are formed by turns of metal wire wound around a feather and fixed to longitudinal ribs.

17. The spatula according to claim 1, characterized in that the ceramic threads are composed of ceramic fibers.

18. The blade according to claim 17, characterized in that the ceramic threads are made of twisted ceramic fibers.

19. The shoulder blade according to claim 17. characterized in that the ceramic thread is made in the form of a tow.

20. The blade according to claim 1, characterized in that the transverse grooves with fillets are made on the metal rib.

21. The blade according to claim 1, characterized in that the lattice is made with a locking connection of metal ribs and ceramic threads.

22. The blade according to claim 2, characterized in that the pen is hollow, and under the nodes of the lattice channels are made connecting the surface of the pen with the internal cavity.

23. The blade according to claim 22, characterized in that the outputs of the channels to the surface of the pen are made in the form of diffusers.