RU2088764C1

RU2088764C1 - Turbine blade

Info

Publication number: RU2088764C1
Application number: RU93054039A
Authority: RU
Inventors: Яков Петрович Гохштейн; Александр Яковлевич Гохштейн
Original assignee: Яков Петрович Гохштейн; Александр Яковлевич Гохштейн
Priority date: 1993-12-02
Filing date: 1993-12-02
Publication date: 1997-08-27

Abstract

FIELD: gas-turbine engines for power engineering. SUBSTANCE: coating on feather rod has ceramic rib oriented along blade feather. Rib is reinforced with ceramic fibers arranged crosswise of it in the form of one or more layers continuously embracing feather contour. Rib incorporates ceramic insert; layer of crosswise ceramic fibers is applied to insert surface. Insert is reinforced by longitudinal ceramic fibers. Layer of crosswise ceramic fibers is made as winding whose turns are fitted onto feather rod. Turns are formed by thread, harness, or ribbon made of ceramic fibers. Ceramic rib may form entrance and exit edges of blade and also sections of blade back. Rib may be hollow. Rod surface under rib may be corrugated and oriented across rib. Corrugations are varying lengthwise in depth and its maximum is under central part of ceramic rib contour. EFFECT: improved strength of blade. 14 cl, 19 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, используемым в области энергетики. The invention relates to gas turbine engines used in the field of energy.

Известны турбинные лопатки с износостойким покрытием на входной кромке обтекаемого профиля (Патент США N 3834833, м. кл. F 01 D 5/28, 1974) или на его спинке в области косого среза (Патент США N 4776765, м. кл. F 01 D 5/28, 1988). Known turbine blades with a wear-resistant coating on the inlet edge of the streamlined profile (US Patent N 3834833, class CL F 01 D 5/28, 1974) or on its back in the oblique section (US Patent 4776765, class CL F 01 D 5/28, 1988).

Известна также турбинная лопатка, включающая перо, на стержень которого нанесено теплозащитное наружное керамическое покрытие, замкнутое по периметру обтекаемого профиля, вогнутого между входной и выходной кромками (Патент США N 3788233, м. кл. F 01 D 5/10, 1973). Покрытие выполнено плазменным напылением в виде слоя оксидной керамики, толщина которого по периметру профиля постоянна с точностью до случайных неровностей, обусловленных шероховатостью. A turbine blade including a feather is also known, on the core of which a heat-protective outer ceramic coating is applied, closed around the perimeter of the streamlined profile, concave between the inlet and outlet edges (US Patent No. 3,788,233, class CL F 01 D 5/10, 1973). The coating is made by plasma spraying in the form of a layer of oxide ceramic, the thickness of which along the perimeter of the profile is constant accurate to random irregularities due to roughness.

Такое однородное покрытие увеличивает радиус кривизны передней и задней кромок профиля на толщину слоя керамики по сравнению с размерами кромок металлической подложки. Увеличение ширины кромок ухудшает обтекаемость профиля, расширяет зону отрыва потока за задней кромкой и за счет этого снижает мощность турбины. Such a uniform coating increases the radius of curvature of the leading and trailing edges of the profile by the thickness of the ceramic layer compared with the dimensions of the edges of the metal substrate. An increase in the width of the edges worsens the streamlining of the profile, expands the separation zone of the flow behind the trailing edge, and thereby reduces the power of the turbine.

Новым в предлагаемой турбинной лопатке является то, что покрытие снабжено утолщением в форме керамического ребра, ориентированного вдоль пера лопатки. Ребро армировано поперечными по отношению к нему керамическими волокнами, которые расположены в виде одного или нескольких слоев. Один из таких слоев прилегает к поверхности ребра. New in the proposed turbine blade is that the coating is provided with a thickening in the form of a ceramic rib oriented along the feather of the blade. The rib is reinforced with ceramic fibers transverse to it, which are arranged in the form of one or more layers. One of these layers is adjacent to the surface of the rib.

Армирующий ребро слой волокон непрерывно огибает боковую поверхность стержня, расположенную по обе стороны от ребра. При этом слой волокон выполнен в виде обмотки, витки которой одеты на стержень пера и закреплены на его поверхности с помощью вяжущего. Витки обмотки образованы нитью либо жгутом, либо лентой, составленными из керамических волокон. The layer of fibers reinforcing the rib continuously bends around the side surface of the rod located on both sides of the rib. In this case, the fiber layer is made in the form of a winding, the turns of which are dressed on the pen shaft and fixed to its surface with a binder. The turns of the winding are formed by a thread or a bundle, or a tape made up of ceramic fibers.

Керамическое ребро в составе теплозащитного покрытия может быть расположено на входной кромке пера, его выходной кромке и спинке. На поверхности стержня под ребром выполнены гофры, ориентированные поперек стержня. Гофры имеют переменную вдоль них глубину, которая достигает максимума под центральной частью профиля ребра. The ceramic rib in the heat-shielding coating can be located on the input edge of the pen, its output edge and back. Corrugations are made on the surface of the rod under the rib, oriented across the rod. The corrugations have a variable depth along them, which reaches a maximum under the central part of the rib profile.

По сравнению с равномерным теплозащитным покрытием, ухудшающим обтекаемость лопатки, предлагаемое утолщение покрытия в форме керамического ребра позволяет одновременно улучшить и тепловую защиту и обтекаемость профиля. Керамическое ребро не содержит охлаждающих каналов и сформированная им кромка профиля может быть сделана значительно тоньше, чем у цельнометаллической лопатки. Compared with a uniform heat-shielding coating that worsens the blade streamlining, the proposed thickening of the coating in the form of a ceramic rib allows both thermal protection and profile streamline to be improved. The ceramic fin does not contain cooling channels and the profile edge formed by it can be made much thinner than that of an all-metal blade.

Армирование керамического ребра наружными поперечными волокнами, непрерывно огибающими стержень пара, упрочняет связь ребра со стержнем и позволяет выполнить однородное по всему периметру профиля волокнистое покрытие, ориентированное вдоль потока газа. Различие между температурами стержня и наружных волокон компенсирует разницу в температурных коэффициентах расширения металла и керамики, что предохраняет волокнистые покрытие от разрушения. Reinforcing the ceramic rib with external transverse fibers, continuously enveloping the steam rod, strengthens the connection of the rib with the rod and allows the fiber coating to be uniform throughout the profile perimeter, oriented along the gas flow. The difference between the temperatures of the rod and the outer fibers compensates for the difference in the temperature expansion coefficients of the metal and ceramics, which protects the fibrous coating from destruction.

На фиг. 1 показана рабочая турбинная лопатка с поперечным разрезом пера; на фиг. 2 показан разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 узел 1 на фиг. 1 с разрезом входной кромки; на фиг. 4 разрез Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 узел II на фиг. 1 с разрезом выходной кромки; на фиг. 6 разрез В-В на фиг. 5; на фиг. 7 показана схема обтекания входной кромки; на фиг. 8 схема обтекания выходной кромки; на фиг. 9 схема сил, действующих на выходную кромку; на фиг. 10 показано распределение кривизны c и приведенной скорости λ вдоль спинок двух турбинных лопаток (индексы a и b) с одинаковыми стержнями (индекс o); на фиг. 11 показаны профили турбинных лопаток, сравниваемых на фиг. 10; на фиг. 12 показано крепление керамического жгута в полке лопатки; на фиг. 13 показан вид Г на фиг. 12; на фиг. 14 вид Д на фиг. 12; на фиг. 15 вариант керамического покрытия лопатки; на фиг. 16 19 показаны варианты профиля лопатки у выходной кромки. In FIG. 1 shows a working turbine blade with a cross section of a pen; in FIG. 2 shows a section AA in FIG. one; in FIG. 3 node 1 in FIG. 1 with a cut of the input edge; in FIG. 4 a section BB in FIG. 3; in FIG. 5 node II in FIG. 1 with a cut of the output edge; in FIG. 6 a section BB in FIG. 5; in FIG. 7 shows a diagram of a flow around an input edge; in FIG. 8 diagram of the flow around the output edge; in FIG. 9 diagram of the forces acting on the output edge; in FIG. 10 shows the distribution of curvature c and reduced velocity λ along the backs of two turbine blades (indices a and b) with identical rods (index o); in FIG. 11 shows the profiles of turbine blades compared in FIG. ten; in FIG. 12 shows the fastening of a ceramic tow in a shelf of a blade; in FIG. 13 shows a view of D in FIG. 12; in FIG. 14 is a view D in FIG. 12; in FIG. 15 version of the ceramic coating of the scapula; in FIG. 16 to 19 show variations of the profile of the blade at the exit edge.

Турбинная лопатка включает основание 1 и перо 2, имеющее входную кромку 3, выходную кромку 4, вогнутое корыто 5 и выпуклую спинку 6. На металлический стержень 7 пера нанесено керамическое покрытие 8, которое снабжено утолщениями в форме керамических ребер 9 и 10, образующих, соответственно, входную и выходную кромки пера. The turbine blade includes a base 1 and a feather 2 having an input edge 3, an output edge 4, a concave trough 5 and a convex back 6. A ceramic coating 8 is applied to the metal core of the pen 7, which is provided with thickenings in the form of ceramic ribs 9 and 10, forming, respectively , input and output edges of the pen.

Каждое из керамических ребер ориентировано вдоль пера лопатки, то есть является протяженным объектом, занимающим по длине преобладающую часть пера. Ребро армировано поперечными волокнами, которые расположены в виде слоя 11, прилегающего у поверхности ребра и огибающего профиль пера лопатки с образованием замкнутого кольца вокруг стержня пера. Вершины ребер расположены на средней поверхности 12 пера лопатки, а края ребер 13, 14, 15, 16 на корыте и спинке пера. Под утолщениями находятся кромки стержня пера передняя кромка 17 и задняя кромка 18, которые по радиусу кривизны превосходят соответствующие им входную и выходную кромки пера 3 и 4 (фиг. 1). Each of the ceramic ribs is oriented along the feather of the blade, that is, it is an extended object, occupying the predominant part of the feather along the length. The rib is reinforced with transverse fibers, which are arranged in the form of a layer 11 adjacent to the surface of the rib and enveloping the profile of the blade feather with the formation of a closed ring around the shaft of the feather. The vertices of the ribs are located on the middle surface 12 of the feather of the scapula, and the edges of the ribs 13, 14, 15, 16 on the trough and back of the feather. Under the bulges are the edges of the pen shaft, the leading edge 17 and the trailing edge 18, which in radius of curvature exceed the corresponding input and output edges of the pen 3 and 4 (Fig. 1).

Поверхность стержня пера выполнена с гофрами 19, ориентированными поперек пера и достигающими максимальной глубины на средней поверхности 12 пера. Выступы 20 и впадины 21 гофр имеют синусоидальную форму (фиг. 2). The surface of the pen shaft is made with corrugations 19, oriented across the pen and reaching a maximum depth on the middle surface of the pen 12. The protrusions 20 and troughs 21 of the corrugations have a sinusoidal shape (Fig. 2).

Ребра составлены из слоев 22, 23, 24, 25, 26 (фиг. 3, 4, входная кромка) и 27, 28, 29, 30, 31 (фиг. 5, 6, выходная кромка). Нить 32 из керамических волокон нанесена на стержень пера в виде обмотки 33, которая включает внешний слой 34 с витками 35, 36 и внутренний слой 37, образующие наружную часть покрытия. Каждый из последующих слоев 38, 39 обмотки разветвляется в области утолщения на два подслоя 40, 41 и 42, 43, которые разделяют слои ребра. Места 44, 45 ветвления обмотки являются краями слоев ребра, которые достигают максимальной толщины в центральных областях 46, 47. Слои 22.31 выполнены из пористого керамобетона с волокнистым наполнителем. Использованы оксидные волокна. The ribs are composed of layers 22, 23, 24, 25, 26 (Fig. 3, 4, the input edge) and 27, 28, 29, 30, 31 (Fig. 5, 6, the output edge). A ceramic fiber thread 32 is applied to the pen shaft in the form of a winding 33, which includes an outer layer 34 with turns 35, 36 and an inner layer 37 forming the outer part of the coating. Each of the subsequent layers 38, 39 of the winding branches in the thickening region into two sublayers 40, 41 and 42, 43, which separate the rib layers. The locations 44, 45 of the branching of the winding are the edges of the rib layers, which reach a maximum thickness in the central regions 46, 47. The layers 22.31 are made of porous ceramic with fibrous filler. Oxide fibers used.

Система охлаждения лопатки включает закрытый и открытый контуры охлаждения. Закрытый контур имеет форму спирального канала 48, который выполнен из титановой трубки 49 и заполнен жидким натрием 50. Спиральный канал составлен из витков, образованных радиальными каналами 51, 52 и перемычками 53, 54, одна из которых расположена в области основания лопатки, другая в области пера. Концы спирального канала замкнуты через стоки 55, 56 и резервуар 57, используемый для заправки контура жидким натрием. The blade cooling system includes indoor and outdoor cooling circuits. The closed circuit has the shape of a spiral channel 48, which is made of a titanium tube 49 and is filled with liquid sodium 50. The spiral channel is composed of turns formed by radial channels 51, 52 and jumpers 53, 54, one of which is located in the base of the blade, the other in pen. The ends of the spiral channel are closed through drains 55, 56 and the reservoir 57, used for filling the circuit with liquid sodium.

Открытый контур выполнен в виде ряда 58 радиальных каналов, расположенных вдоль спинки 6 и используемых для пропускания охлаждающего пара. Каналы сгруппированы по два. В частности, каналы 59, 60 сообщаются в верхней части пера и образуют петлю, по которой пар из основания лопатки поступает в перо и затем возвращается в основание для дальнейшего использования в паровой турбине. Проходя по каналам открытого контура, пар охлаждает преимущественно ту часть спирального канала, которая обращена к спинке. Из-за этого сторона 61 спирального канала холоднее стороны 62, что приводит к циркуляции жидкого натрия, которая усиливается при вращении ротора турбины. По стороне 61 каждого витка жидкий натрий движется от оси к периферии лопатки, по стороне 62 от периферии к оси. При этом перепады давления, создаваемые в отдельных витках, складываются и перемещают натрий вдоль канала в целом. The open circuit is made in the form of a series of 58 radial channels located along the backrest 6 and used to pass cooling steam. Channels are grouped in two. In particular, the channels 59, 60 communicate in the upper part of the pen and form a loop along which steam from the base of the blade enters the pen and then returns to the base for further use in a steam turbine. Passing through the channels of the open circuit, the steam cools mainly the part of the spiral channel that faces the back. Because of this, the side 61 of the spiral channel is colder than the side 62, which leads to the circulation of liquid sodium, which increases when the rotor of the turbine rotates. On the side 61 of each turn, liquid sodium moves from the axis to the periphery of the scapula, on side 62 from the periphery to the axis. In this case, the pressure drops created in the individual turns are added and move the sodium along the channel as a whole.

Выходная кромка 4 пера, сформированная ребром 10, имеет меньшую толщину, чем входная, и требует дополнительной фиксации. Для этого крайний слой 27 ребра армирован жгутом 63 из нитей 64, а предшествующий слой 28 жгутом 65. The output edge 4 of the pen, formed by the edge 10, has a smaller thickness than the input, and requires additional fixation. For this, the outermost layer 27 of the rib is reinforced with a bundle 63 of threads 64, and the previous layer 28 with a bundle 65.

На выходной кромке слои ребра разделены ветвями 66, 67, 68 витков обмотки. Конец 69 жгута 63 загнут на торец 70 пера и закреплен так слоем 71 керамобетона. At the output edge, the rib layers are separated by branches 66, 67, 68 of the winding turns. The end 69 of the tow 63 is bent to the end 70 of the pen and secured with a layer of ceramic concrete 71.

Напряженные состояния ребер на входной и выходной кромках зависят от особенностей обтекания лопатки газом в дозвуковом и трансзвуковом режимах. На входную кромку 3 воздействует статическое давление, близкое к перепаду давления на ступени, 0,3.0,5 МРа. При угле атаки, близком к нулю, это давление вызывает в ребре 9 напряжение сжатия и прижимает ребро к передней кромке 17 стержня 7 пера, усиливая таким путем соединение этих двух деталей лопатки. The stress state of the ribs at the input and output edges depends on the features of the gas flow around the blade in the subsonic and transonic modes. The input edge 3 is affected by static pressure close to the pressure drop across the steps, 0.3.0.5 MPa. When the angle of attack is close to zero, this pressure causes a compression stress in rib 9 and presses the rib against the leading edge 17 of the pen shaft 7, thereby strengthening the connection of these two parts of the blade.

Выходная кромка 4 находится в более сложных условиях. Хотя давление, воспринимаемое ею меньше, чем на входной кромке, оно существенно различно со стороны спинки и со стороны корыта. Выпуклость спинки содействует ускорению потока и спаду статического давления по сравнению со статическим давлением на вогнутом корыте. Пограничный слой 72 со стороны спинки толще пограничного слоя 73 со стороны корыта (в среднем толщины относятся как кубы скоростей). Толщина пограничного слоя увеличивается с расстоянием вдоль профиля: медленно (в степени 1/2) на входных ламинарных участках 74, 75 и почти линейно (в степени 4/5) на турбулентных участках 76, 77, занимающих преобладающую часть профиля, включающую выходную кромку. The output edge 4 is in more difficult conditions. Although the pressure perceived by it is less than on the inlet edge, it is significantly different from the back and the side of the trough. The convexity of the backrest contributes to the acceleration of the flow and the decrease in static pressure compared with the static pressure on the concave trough. The boundary layer 72 from the back is thicker than the boundary layer 73 from the side of the trough (on average, the thicknesses are referred to as velocity cubes). The thickness of the boundary layer increases with distance along the profile: slowly (to the degree 1/2) in the inlet laminar sections 74, 75 and almost linearly (to the degree 4/5) in the turbulent sections 76, 77, which occupy the predominant part of the profile, including the exit edge.

К концу спинки ускорение потока приводит к его перерасширению с последующим замедлением. В дозвуковом режиме и при благоприятной геометрии спинки замедление потока происходит плавно, а отрыв потока наступает лишь за выходной кромкой, где образуется зона 78 отрыва со следом 79 от пограничных слоев и вихревой дорожкой 80
В трансзвуковом режиме поток в межлопаточном канале приобретает сверхзвуковую скорость, а замедление потока после его перерасширения происходит через скачки уплотнения. При огибании потоком выходной кромки, в месте выпуклости обтекаемой поверхности возникают волны 81 разрежения, а в месте вогнутости волны 82 сжатия, которые объединяются в кромочный скачок уплотнения.Towards the end of the back, acceleration of the flow leads to its over-expansion with subsequent deceleration. In the subsonic mode and with a favorable back geometry, the flow slows down smoothly, and the flow breaks off only behind the exit edge, where a separation zone 78 is formed with a trace of 79 from the boundary layers and a vortex track 80
In the transonic mode, the flow in the interscapular canal acquires supersonic speed, and the deceleration of the flow after its overexpansion occurs through shock waves. When the stream bends around the outlet edge, rarefaction waves 81 arise at the site of the convexity of the streamlined surface, and compression waves 82 at the site of concavity, which merge into the edge shock wave.

Кромочный скачок, образовавшийся со стороны корыта, может падать на спинку соседней лопатки в виде косого скачка с отражением. Самостоятельно перед выходной кромкой на спинке могут образовываться прямой скачок или его разновидность изогнутый скачок 83 со сходящимися к нему волнами сжатия 84, висячим скачком 85 и вихревым слоем 86. Из-за уменьшения скорости газа в пограничном слое скачок уплотнения не может дойти до поверхности лопатки. Через пограничный слой происходит утечка газа из области повышенного давления за скачком в область пониженного давления перед скачком, что приводит к набуханию 87 пограничного слоя с образованием вогнутости 88, поддерживающей волны сжатия. The edge jump formed from the side of the trough can fall on the back of the adjacent scapula in the form of an oblique jump with reflection. Independently, in front of the exit edge on the back, a direct shock or a kind of curved shock 83 with compression waves 84 converging to it, a shock shock 85 and a vortex layer 86 converging to it can form. Due to a decrease in the gas velocity in the boundary layer, the shock wave cannot reach the surface of the blade. A gas leak through the boundary layer from the high-pressure region behind the shock to the low-pressure region before the shock leads to swelling of the boundary layer 87 with the formation of concavity 88 supporting compression waves.

При достаточно интенсивном скачке возникает область 89 местного отрыва пограничного слоя с последующим его присоединением и утолщением 90. Взаимодействие скачка уплотнения с пограничным слоем размывает скачок давления и создает на поверхности лопатки переходную зону, протяженность которой многократно превосходит толщину пограничного слоя. Это защищает ребро выходной кромки от резких перепадов давления во времени и вдоль профиля. With a sufficiently intense jump, a region 89 of local separation of the boundary layer arises with its subsequent attachment and thickening 90. The interaction of the compression shock with the boundary layer blurs the pressure jump and creates a transition zone on the blade surface, the length of which is many times greater than the thickness of the boundary layer. This protects the edge of the outlet edge from sudden pressure drops over time and along the profile.

Каждое из ребер воспринимает поперечную нагрузку от потока газа и продольную нагрузку от центробежной силы. Соответственно этому ребро 9, 10 в общем случае содержит вкладыш 91, 92 с продольными керамическими волокнами и наружный слой 93 с поперечными керамическими волокнами, являющимися частью обмотки 11. Each of the ribs perceives a transverse load from the gas flow and a longitudinal load from centrifugal force. Accordingly, the rib 9, 10 generally comprises a liner 91, 92 with longitudinal ceramic fibers and an outer layer 93 with transverse ceramic fibers that are part of the winding 11.

По мере приближения к выходной кромке 4 статические давления на корыте и спинке приближаются к среднему статическому давлению за решеткой. На стенке 34 ребра (корыто) расположена область избыточного давления, а на стенке 95 ребра (спинка) и вершине ребра (выходная кромка) области разрежения относительно среднего статического давления за решеткой. Кроме нормального давления, на стенки 94, 95 ребра действуют касательные напряжения, обусловленные вязким трением потока газа о стенку. As we approach the outlet edge 4, the static pressures at the trough and backrest approach the average static pressure behind the grate. A region of overpressure is located on the wall 34 of the rib (trough), and on the wall 95 of the rib (back) and the top of the rib (output edge) of the rarefaction region with respect to the average static pressure behind the grate. In addition to normal pressure, tangential stresses act on the walls 94, 95 of the rib due to the viscous friction of the gas flow against the wall.

В поперечном сечении ребра равнодействующая Q сил давления, приложенная к некоторой точке

внутри ребра, направлена в сторону спинки (фиг. 8, 9). Она уравновешена силой P реакции стержня в точке

на границе стержня с ребром и силой F натяжения керамической обмотки в точке

на краю ребра. Обмотка работает на растяжение и разгружает от растягивающих напряжений контакт ребра 10 с задней кромкой 18 стержня. Гофры 19 усиливают сцепление ребра со стержнем, препятствуя продольному смещению ребра.In the cross section of the rib, the resultant Q of the pressure forces applied to some point

inside the rib, directed towards the back (Fig. 8, 9). It is balanced by the force P of the reaction of the rod at the point

at the border of the rod with the rib and the force F of the tension of the ceramic winding at the point

on the edge of the rib. The winding works in tension and unloads from tensile stresses the contact of the ribs 10 with the trailing edge 18 of the rod. The corrugations 19 enhance the adhesion of the ribs with the rod, preventing the longitudinal displacement of the ribs.

Если ребро не приклеено к стержню, его, при наличии гофр, удерживает от продольного смещения натяжение обмотки с напряжением в волокнах
σ₁= ПΩρ₁/2δθtgα, (1)
где П перегрузка (отношение ускорений, центробежного и силы тяжести),
Ω площадь поперечного сечения ребра,
r₁ средняя плотность ребра,
δ толщина слоя обмотки (в точке

),
θ заполнение обмотки волокнами,
a максимальный угол отклонения гофра от усредняющей его поверхности.If the rib is not glued to the rod, it, in the presence of corrugations, is kept from longitudinal displacement by the tension of the winding with the voltage in the fibers
σ ₁ = ПΩρ ₁ / 2δθtgα, (1)
where P is the overload (the ratio of accelerations, centrifugal and gravity),
Ω the cross-sectional area of the ribs,
r _{1 the} average density of the ribs,
δ winding layer thickness (at a point

),
θ filling the winding with fibers,
a maximum angle of deviation of the corrugation from its averaging surface.

Если ребро составлено из продольных волокон и удерживается от продольного смещения только ими, то максимальное напряжение в волокнах (у основания лопатки) составляет
s₂= Пρ₂L, (2)
где ρ₂ плотность волокна,
L длина ребра, близкая к длине пера лопатки.If the rib is composed of longitudinal fibers and is kept from longitudinal displacement only by them, then the maximum stress in the fibers (at the base of the blade) is
s ₂ = Пρ ₂ L, (2)
where ρ _{2 is} the fiber density,
L the length of the ribs close to the length of the feather of the scapula.

Уменьшению напряжения σ₁ содействует уменьшение средней плотности ρ₁ за счет увеличения пористости ребра. Существенно, что расплавленные соли металлов, например сульфаты, конденсирующиеся в порах ребра из продуктов сгорания, сразу же удаляются из пор центробежной силой и поэтому практически не увеличивают средней плотности ребра.A decrease in stress σ _{1 is} facilitated by a decrease in the average density ρ ₁ due to an increase in the porosity of the rib. It is significant that molten metal salts, such as sulfates, condensing in the pores of the fins from the products of combustion, are immediately removed from the pores by centrifugal force and therefore practically do not increase the average density of the fins.

Пример. Первая ступень газовой турбины имеет средний диаметр 2 м; ротор вращается со скоростью 50 с^-1 (П 10⁴); хорда пера лопатки - 150 мм, длина пера 200 мм (L 200 мм), ребро задней кромки имеет профиль в виде трапеции высотой 25 мм с основаниями 10 и 3 мм ( Ω 1,625 см²); угол отклонения гофра a 30^o, средняя плотность ребра r₁ 3 г/см³, плотность волокон (оксид алюминия) ρ₂ 4 г/см³; параметры обмотки δ 1 мм, q 0,7.Example. The first stage of the gas turbine has an average diameter of 2 m; the rotor rotates at a speed of 50 s ^-1 (P 10 ⁴ ); the chord of the blade pen is 150 mm, the length of the pen is 200 mm (L 200 mm), the edge of the trailing edge has a trapezoid profile with a height of 25 mm with bases 10 and 3 mm (Ω 1.625 cm ² ); the angle of deviation of the corrugation a 30 ^o , the average density of the ribs r ₁ 3 g / cm ^{3 the} density of the fibers (alumina) ρ ₂ 4 g / cm ³ ; winding parameters δ 1 mm, q 0.7.

При перепаде давления на ступени 0,4 МПа, температуре газа перед рабочей решеткой 1400^oC, относительной скорости газа за рабочей решеткой 600 м/с статическое давление и касательное напряжение на стенке ребра не превосходит, соответственно, 0,1 МПа и 0,01 МПа. При этом, создаваемое потоком газа максимальное напряжение в волокнах обмотки в точке

не превосходит σ₀ 1,4 МПа. Напряжения от центробежной силы в двух вариантах нагружения составляют: σ₁ 60 МПа в поперечных волокнах обмотки и σ₂ 79 МПа в продольных волокнах ребра, что в несколько раз меньше предела прочности при 1400^oC для поликристаллических волокон из α Al₂O₃ и для микростеклокристаллических волокон с задержанной перекристаллизацией g - Al₂O₃ (0,3 0,5 ГПа).When the pressure drop at the steps of 0.4 MPa, the gas temperature in front of the working grid 1400 ^o C, the relative gas velocity behind the working grid 600 m / s, the static pressure and shear stress on the rib wall does not exceed, respectively, 0.1 MPa and 0.01 MPa In this case, the maximum voltage created by the gas flow in the winding fibers at the point

does not exceed σ ₀ 1.4 MPa. The stresses from the centrifugal force in two types of loading are: σ ₁ 60 MPa in the transverse winding fibers and σ ₂ 79 MPa in the longitudinal rib fibers, which is several times lower than the tensile strength at 1400 ^o C for polycrystalline fibers of α Al ₂ O ₃ and for microglass crystalline fibers with delayed recrystallization of g - Al ₂ O ₃ (0.3 0.5 GPa).

Выполнение керамического ребра на спинке пера лопатки позволяет корректировать профиль лопатки при нанесении теплозащитного покрытия (фиг. 10, 11). Решетка 96 составлена из лопаток 97, 98 со спинками 99, 100, корытами 101, 102, входными кромками 103, 104, выходными кромками 105, 106, Обе лопатки имеют одинаковые стержни 107, 108 пера. На стержни нанесены керамические покрытия, включающие утолщения в виде керамических ребер 109, 110 и керамические обмотки 111, 112. The implementation of the ceramic ribs on the back of the feather blades allows you to adjust the profile of the blades when applying a heat-protective coating (Fig. 10, 11). The grating 96 is composed of blades 97, 98 with backs 99, 100, troughs 101, 102, inlet edges 103, 104, outlet edges 105, 106, Both blades have identical feather rods 107, 108. Ceramic coatings are applied to the rods, including thickenings in the form of ceramic ribs 109, 110 and ceramic windings 111, 112.

Лопатки различаются положением ребер на спинке, что создает различные распределения кривизны C вдоль спинки (фиг. 10, кривизна спинки в относительных единицах: C_о общего стержня 107, 108, C_a - лопатки 97, C_b лопатки 98; l_a и λ_b- соответствующие приведенные скорости потока вдоль спинок лопаток за пределами пограничного слоя, S расстояние вдоль профиля от задней кромки, S_o значение S на передней кромке, - отнесенные к периметру профиля; качественное сопоставление для приведенной скорости за решеткой λ₂ 1).The blades differ in the position of the ribs on the back, which creates different distributions of the curvature C along the back (Fig. 10, the curvature of the back in relative units: C _{about the} common shaft 107, 108, C _a - blades 97, C _{b of the} blade 98; l _a and λ _b - the corresponding reduced flow rates along the backs of the blades outside the boundary layer, S is the distance along the profile from the trailing edge, S _{o is the} value of S at the leading edge, - referred to the profile perimeter; qualitative comparison for the reduced speed behind the grating is λ ₂ 1).

Нанесение керамики на металлический стержень пера и ее удаление дают возможность обратимо менять форму лопатки в зависимости от режима работы. В трансзвуковом и сверхзвуковом режимах от формы профиля зависит интенсивность внешнего и внутреннего скачков 113, 114 уплотнения и связанные со скачками волновые потери. Внутренний скачок 114 уплотнения возникает в трансзвуковом режиме на спинке лопатки 97. Он обусловлен расположением керамического ребра во входной части межлопаточного канала, что создает там концентрацию кривизны и перерасширение потока, сопровождающееся спадом скорости. Более равномерное распределение кривизны вдоль спинки лопатки 98 обеспечивает рост скорости потока на всем протяжении межлопаточного канала до участка косого среза, что исключает скачок на спинке внутри канала и связанные со скачком потери. The application of ceramics to the metal core of the pen and its removal make it possible to reversibly change the shape of the blade depending on the operating mode. In transonic and supersonic modes, the intensity of the external and internal shock waves 113, 114 and the wave-related losses associated with the shock shape depend on the shape of the profile. An internal shock 114 occurs in transonic mode on the back of the blade 97. It is due to the location of the ceramic rib in the inlet of the interscapular canal, which creates a concentration of curvature and overexpansion of the flow, accompanied by a decrease in speed. A more uniform distribution of curvature along the back of the blade 98 provides an increase in the flow velocity throughout the interscapular canal to the oblique section, which eliminates a jump on the back inside the channel and losses associated with the jump.

С переходом к сверхзвуковому режиму интенсивность внешнего скачка 113 у лопатки 98 увеличивается, тогда как у лопатки 97 она уменьшается вместе с интенсивностью внутреннего скачка 114, который смещается к выходной камере. Таким образом, при фиксированном профиле стержня пера сдвиг керамического ребра вдоль спинки обеспечивает возможность рационального перехода от трансзвукового режима к сверхзвуковому. With the transition to supersonic mode, the intensity of the external jump 113 of the blade 98 increases, while the blade 97 it decreases along with the intensity of the internal jump 114, which is shifted to the output chamber. Thus, with a fixed profile of the pen shaft, the shift of the ceramic rib along the back provides the possibility of a rational transition from the transonic regime to the supersonic one.

Каждому режиму работы турбины соответствует оптимальная форма профиля, которую можно получить, по крайней мере в первом приближении, с помощью корпусного керамического покрытия. Изменение керамической облицовки металлического стержня с сохранением его антикоррозионного покрытия проще, чем изготовление серии цельнометаллических лопаток с разной геометрией. Each mode of operation of the turbine corresponds to the optimal profile shape, which can be obtained, at least as a first approximation, with the help of a ceramic body coating. Changing the ceramic cladding of a metal rod while maintaining its anti-corrosion coating is easier than making a series of all-metal blades with different geometries.

Лопатка с корпусным керамическим покрытием может быть, в частности, использована для экспериментального поиска оптимальной формы профиля путем экстраполяции малых изменений геометрии. При этом испытания могут быть произведены в условиях значительных перегрузок и повышенных температур. A blade with a ceramic case can be used, in particular, to experimentally search for the optimal profile shape by extrapolating small geometry changes. In this case, tests can be performed under conditions of significant overload and elevated temperatures.

Армирование корпусного керамического покрытия непрерывными волокнами в сочетании с повышенной пористостью керамического материала между волокнами обеспечивает связь такого покрытия с металлической подложкой при значительном различии в тепловом расширении металла и керамики. Волокна скреплены с металлом и между собой в отдельных местах, между которыми возможна их свободная тепловая деформация в поперечном направлении. The reinforcement of the body ceramic coating with continuous fibers in combination with the increased porosity of the ceramic material between the fibers provides the bond of such a coating with a metal substrate with a significant difference in the thermal expansion of the metal and ceramic. The fibers are bonded to the metal and to each other in separate places, between which their free thermal deformation in the transverse direction is possible.

Наружный слой 11 покрытия выполнен с плотной упаковкой ориентированных волокон в виде нитей или жгутов, что наряду со связями между волокнами обеспечивает прочность этого слоя в потоке газа. The outer layer 11 of the coating is made with dense packing of oriented fibers in the form of threads or bundles, which, along with the bonds between the fibers, ensures the strength of this layer in the gas stream.

Для закрепления керамических волокон могут быть использованы алюмофосфатная связка либо коллоидная суспензия керамики, в частности той, из которой выполнены волокна: (оксиды алюминия, циркония и иттрия, кремния, карбид и нитрид кремния), причем наиболее стойким против коррозии в продуктах сгорания является оксид алюминия. Коллоидная суспензия керамики является также вяжущим для керамобетона, наносимого на металл в виде подкладки под слой ориентированных волокон, в частности в виде вкладышей 91, 92. Для обеспечения пористости керамобетона (до 60%) в него вводят выгорающие добавки. Подкладка может быть выполнена также в виде ткани из керамических волокон, пропитанной вяжущим. При этом ними основы и утка такой ткани могут быть ориентированы под углом, например, 45^o, к волокнам наружного слоя 11.To fix ceramic fibers, an aluminophosphate binder or a colloidal suspension of ceramics can be used, in particular the one from which the fibers are made: (aluminum, zirconium and yttrium, silicon, carbide and silicon nitride oxides), and aluminum oxide is the most resistant to corrosion in combustion products . The colloidal suspension of ceramics is also a binder for ceramic concrete, applied to the metal in the form of a lining under a layer of oriented fibers, in particular in the form of liners 91, 92. Burning additives are introduced into the porosity of ceramic concrete (up to 60%). The lining can also be made in the form of a fabric of ceramic fibers impregnated with a binder. Moreover, they warp and weft of such fabric can be oriented at an angle, for example, 45 ^o , to the fibers of the outer layer 11.

Наряду с применением вяжущих возможно также механическое закрепление волокон на деталях лопатки. Продольные волокна, армирующие керамическое ребро, могут быть зацеплены за основание лопатки. Для этого из волокон путем намотки выполняют кольцевой жгут 115 (фиг. 12 14). Жгут складывают в П-образную фигуру, концы которой образованы одинарными петлями 116, 117, а середина двойной петлей 118, состоящей из ветвей 119, 120. Каждая ветвь имеет перекладку 121 и штанги 122, 123. Одинарные петли одеты на концы штифта 124, в котором для петель выполнены выточки 125. Штифт с петлями вставлен в клиновидное гнездо 126, которое имеет цилиндрическую часть 128, соединяющую щели 129 и 130. Щель 129 соединяет ветви 119, 120 двойной петли. Along with the use of binders, it is also possible to mechanically fix the fibers on the blade parts. The longitudinal fibers reinforcing the ceramic rib can be hooked to the base of the blade. To do this, from the fibers by winding perform an annular tourniquet 115 (Fig. 12 14). The tourniquet is folded into a U-shaped figure, the ends of which are formed by single loops 116, 117, and the middle by a double loop 118 consisting of branches 119, 120. Each branch has a shift 121 and rods 122, 123. Single loops are dressed on the ends of the pin 124, in which undercut 125 is made for the loops. A pin with loops is inserted into the wedge-shaped socket 126, which has a cylindrical portion 128 connecting the slots 129 and 130. The slot 129 connects the branches 119, 120 of the double loop.

Пористая матрица из керамобетона содействует снижению температурных напряжений в ребре. Кроме того, жесткость ребра может быть уменьшена путем изгиба формирующих его волокон. В таком ребре между металлическим стержнем 131 пера и внешней керамической обмоткой 132 с витками 133 расположен керамический вкладыш 134, включающий пористую керамическую матрицу 135 и нити 136, 137 из керамических волокон. Нить составлена из чередующихся выпуклых участков 138 и вогнутых участков 139 по отношению к стержню пера. Нити отделены друг от друга, а также от стержня пера и от обмотки слоями 140, 141, 142 пористого керамического материала (фиг. 15). The porous matrix made of ceramic concrete helps to reduce temperature stresses in the rib. In addition, the rigidity of the ribs can be reduced by bending the fibers that form it. In such a rib between the metal rod 131 of the pen and the outer ceramic winding 132 with turns 133, there is a ceramic insert 134 comprising a porous ceramic matrix 135 and threads 136, 137 of ceramic fibers. The thread is composed of alternating convex sections 138 and concave sections 139 with respect to the pen shaft. The threads are separated from each other, as well as from the pen shaft and from the winding, by layers 140, 141, 142 of porous ceramic material (Fig. 15).

Двойная петля 118 охватывает вкладыш 143 ребра 144. Вкладыш прижат внешней керамической обмоткой 145 к внутренней керамической обмотке 146, которая закреплена на стержне 147 пера. Вкладыш имеет полость 148 и паз 149, в котором проходит жгут (фиг. 16). The double loop 118 covers the liner 143 of the ribs 144. The liner is pressed by the outer ceramic coil 145 to the inner ceramic coil 146, which is mounted on the pen shaft 147. The insert has a cavity 148 and a groove 149, in which the tourniquet passes (Fig. 16).

Петля 118 удерживает вкладыш 143 от продольного смещения, а обмотка 145
от поперечного. Благодаря этому допустимо свободное соединение вкладыша 143 со стержнем 147, без их склеивания и с возможностью скольжения вкладыша 143 по внутренней обмотке 146. Подобно люфту при закреплении лопатки в роторе турбины, люфт при закреплении вкладыша на стержне пера лопатки способствует гашению собственных колебаний лопатки.Loop 118 holds liner 143 from longitudinal displacement, and coil 145
from the transverse. Due to this, it is permissible to freely connect the liner 143 with the shaft 147, without gluing them and with the possibility of sliding the liner 143 along the inner winding 146. Like backlash when fixing the blade in the turbine rotor, the play when fixing the liner on the blade shaft of the blade helps to damp the natural vibrations of the blade.

В другом варианте лопатки вкладыш 150 выполнен в виде оболочки 151 с полостью 152. Оболочка имеет цоколь 153 и купол 154, который армирован продольными волокнами 155. Цоколь опирается на внутреннюю обмотку 156, которая закреплена на стержне 157 пера. Снаружи вкладыш прижат к стержню пера внешней обмоткой 158. Вдоль средней поверхности пера температура увеличивается от охлаждаемого металлического стержня к выходной кромке, расположенной на керамическом ребре. Различие температур металлического стержня и керамического купола, армированного продольными волокнами, способствует выравниванию их удлинений. Цоколь, расположенный в промежуточной зоне температуры, выполнен из пористого керамобетона (фиг. 17). In another embodiment of the blade, the liner 150 is made in the form of a shell 151 with a cavity 152. The shell has a base 153 and a dome 154, which is reinforced with longitudinal fibers 155. The base rests on the inner winding 156, which is mounted on the pen shaft 157. Outside, the liner is pressed against the pen shaft by an external winding 158. Along the middle surface of the pen, the temperature increases from the cooled metal rod to the outlet edge located on the ceramic rib. The temperature difference between the metal rod and the ceramic dome reinforced with longitudinal fibers helps to align their elongations. The base located in the intermediate temperature zone is made of porous ceramic concrete (Fig. 17).

В третьем варианте турбинной лопатки стержень 159 пера имеет полость 160 со щелью 161, которая выходит на заднюю кромку 162 стержня. Устье 163 щели закрыто крученным жгутом 164 из ориентированных волокон 165. Стержень пера и жгут опоясаны лентой 166 из керамических волокон, ориентированных вдоль ленты. Концы 167, 168 ленты соединены за задней кромкой стержня с образованием выступа 169. Центральная по длине часть ленты непрерывно огибает входную часть профиля пера (фиг. 18)
Щель 161 служит для охлаждения выходной кромки путем выпуска воздуха в проточную часть турбины. Поры между керамическими волокнами жгута 164 равномерно распределяют охлаждающий воздух по ширине выходной кромки и предотвращают отрыв струи воздуха от острых краев стержня на выходе из щели. Жгут создает также закругление выходной кромки и защищает металлический стержень в окрестности щели от перегрева, что существенно при повышенной температуре газа в проточной части турбины.In a third embodiment of the turbine blade, the pen shaft 159 has a cavity 160 with a slit 161 that extends to the trailing edge 162 of the shaft. The mouth 163 of the slit is covered by a twisted bundle 164 of oriented fibers 165. The pen shaft and the bundle are encircled by a tape 166 of ceramic fibers oriented along the tape. The ends 167, 168 of the tape are connected behind the trailing edge of the rod with the formation of the protrusion 169. The central part of the tape along the length continuously envelops the input part of the pen profile (Fig. 18)
Slit 161 is used to cool the output edge by releasing air into the flow part of the turbine. The pores between the ceramic fibers of the bundle 164 evenly distribute the cooling air along the width of the outlet edge and prevent the air stream from breaking away from the sharp edges of the rod at the exit of the slit. The tourniquet also creates a rounding of the output edge and protects the metal rod in the vicinity of the slit from overheating, which is significant at elevated gas temperatures in the turbine flow path.

Следующий вариант лопатки отличается от предыдущего тем, что металлическая стенка 170 щели 171 со стороны корыта 172 укорочена по сравнению с металлической стенкой 173 со стороны спинки 174. Выемка со стороны корыта заполнена вкладышем 175 из пористого керамобетона. Вкладыш фиксирован в поперечном направлении керамической волокнистой лентой 176 с образованием выступа 177 (фиг. 19). При необходимости лента может быть выполнена многослойной, а волокна ее внутреннего слоя могут быть переплетены с металлическими волокнами. The next version of the blade differs from the previous one in that the metal wall 170 of the slit 171 from the side of the trough 172 is shortened in comparison with the metal wall 173 from the side of the back 174. The recess from the side of the trough is filled with an insert 175 of porous ceramic concrete. The liner is fixed in the transverse direction by ceramic fiber tape 176 to form a protrusion 177 (Fig. 19). If necessary, the tape can be multilayer, and the fibers of its inner layer can be intertwined with metal fibers.

В описываемой турбинной лопатке наружный слой ориентированных керамических волокон отделен от поверхности металлического стержня пористым слоем отвержденного вяжущего либо вкладышем из пористого керамобетона. Температура ориентированных волокон близка к температуре продуктов сгорания и значительно выше температуры охлаждаемого металла. Такое различие температур металла и керамики компенсирует полностью или частично различие их температурных коэффициентов расширения. В данных условиях тепловые удлинения металла и керамики могут быть сделаны одинаковыми или достаточно близкими, чтобы предотвратить разрыв и отслоение волокон. In the described turbine blade, the outer layer of oriented ceramic fibers is separated from the surface of the metal rod by a porous layer of a cured binder or a liner of porous ceramic concrete. The temperature of oriented fibers is close to the temperature of the combustion products and significantly higher than the temperature of the cooled metal. Such a difference in the temperatures of the metal and ceramics fully or partially compensates for the difference in their temperature expansion coefficients. Under these conditions, the thermal elongations of the metal and ceramics can be made the same or close enough to prevent tearing and delamination of the fibers.

В таблице сопоставлены коэффициенты линейного расширения α, интервалы D температуры T и относительные тепловые удлинения aDT волокон из оксида алюминия и стержня из никелевого сплава ХН80ТБЮ (вес. 0,08 C; 1,0 Mn; 0,8 Si; 15,0.18,0 Cr; 1,0.1,5 Nb; 1,8.2,3 Ti; 0,5.1,0 Al; 3,0 Fe; остальное Ni ) при нагреве от 20^oC.The table compares the linear expansion coefficients α, temperature intervals D, and relative thermal elongations aDT of alumina fibers and XH80TBU nickel alloy rod (weight 0.08 C; 1.0 Mn; 0.8 Si; 15.0.18.0 Cr; 1.0.1.5 Nb; 1.8.2.3 Ti; 0.5.1.0 Al; 3.0 Fe; the rest is Ni) when heated from 20 ^o C.

При отсутствии повреждений поверхности лопатки профильные потери располагаемой работы обусловлены, в основном, обтеканием выходной части профиля, где происходит отрыв потока с образованием вихрей и возникают скачки уплотнения. Потери возрастают с толщиной выходной кромки, отнесенной к ширине горла межлопаточного канала. Размещение охлаждающих каналов внутри цельнометаллической лопатки приводит к необходимости увеличить относительную толщину выходной кромки до 0,2, что увеличивает профильные потери до 0,05.0,1. In the absence of damage to the surface of the blade, the profile loss of the available work is mainly due to the flow around the output part of the profile, where the flow is separated with the formation of vortices and compaction jumps occur. Losses increase with the thickness of the outlet edge, referred to the width of the neck of the interscapular canal. Placing the cooling channels inside the all-metal blade leads to the need to increase the relative thickness of the output edge to 0.2, which increases the profile loss to 0.05.0.1.

Максимального уровня профильные потери достигают в трансзвуковом режиме, который необходим для реализации высокого теплоперепада в турбине. Выполнение турбинной лопатки с керамическим ребром позволяет уменьшить толщину выходной кромки в отношении

где d диаметр закругления (толщина) выходной кромки керамического ребра,
b диаметр закругления (толщина) задней кромки металлического стержня пера лопатки,
h высота ребра (расстояние от стержня до кромки вдоль средней поверхности пера лопатки),
Φ угол между поверхностями спинки и корыта перед выходной кромкой (угол заострения выходной кромки).Profile losses reach a maximum level in transonic mode, which is necessary for realizing high heat transfer in a turbine. The implementation of the turbine blades with a ceramic rib allows to reduce the thickness of the output edge in relation

where d is the rounding diameter (thickness) of the output edge of the ceramic rib,
b rounding diameter (thickness) of the trailing edge of the metal shaft of the blade pen,
h the height of the ribs (the distance from the rod to the edge along the middle surface of the feather blade)
Φ is the angle between the surfaces of the back and trough in front of the output edge (angle of sharpening of the output edge).

При h/b 2 углам v 10^o; 15^o; 120^o соответствуют значения d/b 0,65; 0,47; 0,29, являющиеся также приближенной оценкой снижения профильных потерь.When h / b 2 angles v 10 ^o ; 15 ^o ; 120 ^o correspond to d / b values of 0.65; 0.47; 0.29, which are also an approximate estimate of the reduction of profile losses.

Claims

1. The turbine blade containing a pen, made in the form of a rod with a streamlined profile, formed by the inlet and outlet edges, a back and a trough, deposited on the surface of the profile, a ceramic coating closed around its perimeter, characterized in that the coating is made with a thickening in the form of a longitudinal ceramic ribs.

2. The blade according to claim 1, characterized in that the ceramic rib is made of reinforced ceramic fibers oriented transverse to it.

3. The blade according to claim 2, characterized in that the reinforcing ribs of the transverse ceramic fibers are located along the layers.

4. The blade according to claim 3, characterized in that the layer is made of transverse ceramic layers that continuously envelope the profile of the pen.

5. The blade according to claim 3, characterized in that the rib further comprises a ceramic insert, and a layer of transverse ceramic fibers is located on the surface of the insert.

6. The blade according to claim 5, characterized in that the ceramic liner of the rib is reinforced with longitudinal ceramic fibers.

7. The blade according to claim 3, characterized in that the layer of transverse ceramic fibers is made in the form of a winding with envelopes enveloping the core of the pen.

8. The blade according to claim 7, characterized in that the turns of the winding are made in the form of a thread, bundle or tape formed from ceramic fibers.

9. The blade according to claim 1, characterized in that the ceramic rib is made in the area of the input edge of the pen.

10. The blade according to claim 1, characterized in that the ceramic rib is made in the area of the outlet edge of the pen.

11. The shovel according to claim 1, characterized in that the ceramic rib is made in the area of the back of the pen.

12. The blade according to claim 1, characterized in that the ceramic rib is made hollow.

13. The blade according to claim 1, characterized in that the surface of the pen shaft is made with corrugations located at the location of the ceramic rib and oriented across this rib.

14. The blade according to item 13, wherein the corrugations are made with a variable depth along them with a maximum under the Central part of the ceramic ribs.