RU2296225C2 - Лопатка газовой турбины с контурами охлаждения - Google Patents

Abstract

Лопатка газовой турбины для газотурбинного двигателя содержит перо, перекрытое в районе вершины лопатки поперечной стенкой и выступающее в радиальном направлении за указанную поперечную стенку, образуя ванну. Лопатка также содержит расположенный в центральной части лопатки первый контур охлаждения, содержащий, по меньшей мере, одну внешнюю полость, примыкающую к спинке пера лопатки, по меньшей мере, одну внутреннюю полость, примыкающую к корыту пера лопатки, по меньшей мере, одну центральную полость, расположенную в центральной части лопатки между внешней полостью и внутренней полостью. Лопатка также содержит второй контур охлаждения, независимый от первого контура охлаждения. Второй контур охлаждения содержит, по меньшей мере, одну заднюю полость, расположенную вблизи задней кромки лопатки. Поперечная стенка лопатки содержит, по меньшей мере, одно выпускное отверстие, открывающееся в заднюю полость второго контура охлаждения и на вершину лопатки. Изобретение позволяет уменьшить среднюю температуру лопатки и избежать образования температурных градиентов. 11 з.п. ф-лы, 5 ил.

Description

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретения относится к области турбинных лопаток газотурбинных двигателей. Более конкретно изобретение охватывает контуры охлаждения для таких лопаток.

Уровень техники

Известно, что подвижные (рабочие) лопатки газовых турбин газотурбинного двигателя, в частности турбины высокого давления, в процессе работы двигателя подвергаются воздействию крайне высоких температур, при которых находятся топливные газы. Эти температуры достигают значений, значительно превосходящих предельные температуры, которые могут выдерживать без повреждений различные детали, соприкасающиеся с указанными газами, что приводит к ограничению срока службы этих деталей.

Также известно, что повышение температуры газов в турбине высокого давления повышает кпд газотурбинного двигателя, т.е. отношение тяги двигателя к массе самолета, приводимого в движение этим газотурбинным двигателем. Вследствие этого предпринимаются попытки создания лопаток турбин, способных выдерживать все более высокие температуры.

Известный метод решения данной задачи заключается в оборудовании таких лопаток контурами охлаждения, предназначенными для уменьшения их температуры. При посредстве таких контуров в лопатку, как правило, через ее хвостовик вводится охлаждающий воздух, который проходит сквозь предусмотренные внутри лопатки полости и выводится через отверстия в поверхности лопатки.

Так, в патентном документе FR 2765265 (аналогичном патенту РФ № 2146766, F 01 D 5/18, 20.03.2000) предлагается набор лопаток турбины, охлаждаемых распределителем с винтовой направляющей поверхностью за счет соударений струй воздуха со стенками и системы перемычек. Данная конструкция является ближайшим аналогом настоящего изобретения. Хотя она позволяет получить достаточный уровень охлаждения, ее изготовление сложно, а теплообмен, обеспечиваемый потоком охлаждающего воздуха, оказывается неоднородным и порождает температурные градиенты, негативно влияющие на срок службы лопатки.

Раскрытие изобретения

Задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, заключается в устранении отмеченных недостатков и в создании конструкции лопатки газовой турбины, контуры охлаждения которой позволяют уменьшить среднюю температуру этой лопатки и избежать образования температурных градиентов с целью увеличения срока службы лопатки.

Для решения поставленной задачи предлагается лопатка газовой турбины для газотурбинного двигателя, которая содержит перо, расположенное в радиальном направлении между хвостовиком и вершиной лопатки. Перо имеет переднюю кромку и заднюю кромку, соединенные спинкой и корытом пера, причем в районе вершины лопатки оно перекрыто поперечной стенкой, за которую перо выступает в радиальном направлении, образуя ванну. Лопатка по изобретению характеризуется, прежде всего, тем, что дополнительно снабжена расположенным в ее центральной части первым контуром охлаждения, который содержит, по меньшей мере, одну внешнюю полость, вытянутую в радиальном направлении и примыкающую к спинке пера лопатки; по меньшей мере, одну внутреннюю полость, вытянутую в радиальном направлении и примыкающую к корыту пера лопатки; и, по меньшей мере, одну центральную полость, вытянутую в радиальном направлении и расположенную в центральной части лопатки между внешней полостью и внутренней полостью. Первый контур охлаждения содержит также первое входное отверстие, расположенное на радиально нижнем краю внешней полости для ввода охлаждающего воздуха во внешнюю полость; второе входное отверстие, расположенное на радиально нижнем краю внутренней полости для ввода охлаждающего воздуха во внутреннюю полость; по меньшей мере, один первый канал, соединяющий радиально верхний край внешней полости с радиально верхним краем центральной полости; по меньшей мере, один второй канал, соединяющий радиально верхний край внутренней полости с радиально верхним краем центральной полости; и выходные отверстия, открывающиеся в центральную полость и на корыто пера лопатки.

Такой центрально расположенный первый контур охлаждения лопатки обеспечивает снижение средней температуры лопатки, уменьшая при этом температурные градиенты и способствуя тем самым увеличению срока службы лопатки.

Поперечная стенка лопатки предпочтительно содержит выпускные отверстия, открывающиеся во внутреннюю, внешнюю и центральную полости, а также в ванну лопатки.

Такие выпускные отверстия способствуют образованию на дне ванны лопатки воздушного слоя для ее защиты от горячих газов.

В оптимальном варианте внутренняя и внешняя полости первого контура охлаждения содержат перемычки, расположенные между их боковыми стенками для усиления их внутреннего теплообмена.

Такие перемычки также служат для отвода тепла от стенок полости, находящихся в соприкосновении с горячими газами, к более холодной стенке, смежной с центральной полостью, что ограничивает температурные градиенты в лопатке.

В оптимальном варианте выполнения лопатки внутренняя полость и внешняя полость первого контура охлаждения для усиления внутреннего теплообмена имеют высокое характеристическое отношение геометрических размеров.

Лопатка турбины предпочтительно содержит второй и третий контуры охлаждения, независимые один от другого и от первого контура охлаждения. Они служат для охлаждения соответственно задней кромки и передней кромки лопатки.

Краткое описание чертежей

Другие характеристики и достоинства настоящего изобретения станут ясны из нижеследующего описания, приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых представлен неограничивающий пример осуществления изобретения.

На чертежах:

- фиг.1 изображает в перспективе лопатку по изобретению;

- фиг.2 изображает в разрезе лопатку по фиг.1;

- фиг.3 представляет сечение фиг.2 по линии III-III;

- фиг.4 представляет сечение фиг.3 по линии IV-IV;

- фиг.5 изображает схему циркуляции охлаждающего воздуха в различных контурах охлаждения лопатки по фиг.1.

Осуществление изобретения

На фиг.1 изображена изготовленная, например, из металла рабочая лопатка 10 турбины высокого давления газотурбинного двигателя. Разумеется, настоящее изобретение также может применяться к другим лопаткам газотурбинного двигателя, как подвижным, так и к неподвижным.

Лопатка 10 содержит аэродинамическую поверхность (перо) 12, расположенную в радиальном направлении между хвостовиком 14 и вершиной 16 лопатки. Хвостовик 14 лопатки предназначен для крепления к диску ротора турбины высокого давления.

Перо 12 содержит четыре четко разделяющихся зоны: переднюю кромку 18, расположенную со стороны поступления горячих газов, выходящих из камеры сгорания газотурбинного двигателя, заднюю кромку 20, противоположную передней кромке 18, внутреннюю боковую поверхность 22 (корыто) и внешнюю боковую поверхность (спинку) 24, причем корыто 22 и спинка 24 соединяют переднюю кромку 18 с задней кромкой 20.

Вблизи вершины 16 лопатки перо 12 перекрыто поперечной стенкой 26. При этом перо 12 несколько выступает в радиальном направлении за эту поперечную стенку 26, образуя углубление 28, далее называемое «ванной». Эта ванна 28 таким образом имеет дно, образованное поперечной стенкой 26, и боковые стенки, образованные пером 12. Ванна 28 открыта в направлении вершины 16 лопатки.

В соответствии с изобретением лопатка 10, образованная описанным образом, содержит первый центральный контур А охлаждения лопатки 12.

Как показано на фиг.2, первый контур А охлаждения содержит, по меньшей мере, одну внешнюю полость 30, вытянутую в радиальном направлении и примыкающую к спинке 24 пера лопатки, по меньшей мере, одну внутреннюю полость 32, вытянутую в радиальном направлении и примыкающую к корыту 22 пера лопатки, и, по меньшей мере, одну центральную полость 34, вытянутую в радиальном направлении и расположенную в центральной части лопатки между внешней полостью и 30 внутренней полостью 32.

Как показано на фиг.4, внешняя и внутренняя полости 30, 32 расположены в радиальном направлении между поперечной стенкой 26, образующей дно ванны 28, и хвостовиком 14 лопатки. Центральная полость 34 также начинается от поперечной стенки 26, но занимает лишь часть высоты лопатки. Кроме того, центральная полость 34 обладает наибольшим размером в направлении от передней к задней кромке лопатки.

На радиально нижнем (т.е. ближайшем к хвостовику 14 лопатки) краю каждой внешней полости 30 предусмотрено первое впускное отверстие 36 для ввода охлаждающего воздуха во внешнюю полость 30. Аналогичным образом на радиально нижнем краю каждой внутренней полости 32 предусмотрено второе впускное отверстие 38 для ввода охлаждающего воздуха во внутреннюю полость 32.

По меньшей мере, один первый канал 40 обеспечивает сообщение радиально верхнего (т.е. ближайшего к вершине 16 лопатки) конца внешней полости 30 с радиально верхним концом центральной полости 34. Аналогичным образом, по меньшей мере, один второй канал 42 обеспечивает сообщение радиально верхнего конца внутренней полости 32 с радиально верхним концом центральной полости 34.

Эти первый и второй каналы 40, 42 таким образом образуют полость, расположенную между корытом 22 и спинкой 24 пера 12 и находящуюся под ванной 28 лопатки.

Наконец, контур А охлаждения содержит выходные отверстия 44, открывающиеся в центральную полость 34 и на корыто 22. На представленном на фиг.2 виде в разрезе изображены два таких отверстия 44.

Полезное отличие настоящего изобретения заключается в том, что внешняя и внутренняя полости 30 и 32 первого контура А охлаждения имеют высокое характеристическое отношение (коэффициент формы), что увеличивает внутренний теплообмен. Характеристическое отношение охлаждающей полости считается высоким, если один из геометрических размеров (длина) ее поперечного сечения превышает другой ее геометрический размер (ширину), по меньшей мере, в три раза.

Другое полезное отличие настоящего изобретения заключается в том, что внешняя и внутренняя полости 30 и 32 первого контура А охлаждения содержат перемычки 46, соединяющие их боковые стенки. Как показано на фиг.2 и 4, перемычки 46 пересекают внешние и внутренние полости, соединяя их боковые стенки, приходящие в соприкосновение с горячими газами, с их боковыми стенками, смежными с центральной полостью 34.

Перемычки позволяют повысить турбулентность потока охлаждающего воздуха в полостях, повышая таким образом эффективность охлаждения. Они также позволяют увеличить область теплообмена между охлаждающим воздухом и пером лопатки.

Кроме того, перемычки образуют теплоотводы, передающие тепло от горячих стенок полостей, соприкасающихся с горячими газами, к более холодным стенкам этих полостей, смежных с центральной полостью 34, что повышает равномерность нагревания лопатки, уменьшает температурный градиент внутри лопатки и, следовательно, увеличивает срок службы лопатки.

Геометрия перемычек 46 (их диаметр, шаг, сечение, расположение и т. д.) может варьироваться с целью адаптации термических условий лопатки к ее пространственным ограничениям. Так, форма сечения перемычек может быть произвольной, например круглой, квадратной или продолговатой. Перемычки также могут располагаться по всей высоте полости в шахматном порядке или в линию.

Следующее полезное отличие настоящего изобретения заключается в том, что поперечная стенка 26, образующая дно ванны 28, содержит несколько выпускных отверстий 48, открывающихся во внешние, внутренние и центральную полости 30, 32 и 34 первого контура А охлаждения, а также в ванну 28.

Выпускные отверстия 48 таким образом обеспечивают поступление охлаждающего воздуха, протекающего во внешних и внутренних полостях, для охлаждения ванны 28 лопатки. Ванна находится в горячей зоне, подверженной воздействию турбулентных потоков горячих газов, и нуждается в охлаждении.

Следует отметить, что в варианте осуществления изобретения, проиллюстрированном на чертежах, первый контур А охлаждения содержит три внешние полости 30 и две внутренних полости 32. Подача воздуха во внешние и внутренние полости осуществляется независимым образом, так что число таких полостей может варьироваться в зависимости от размеров и геометрии лопатки. Число и размеры полостей также могут быть подобраны таким образом, чтобы выходные отверстия 44 были расположены между центральной полостью 34 и каналом течения горячих газов.

Также следует отметить, что первый контур А охлаждения не содержит выходных отверстий, выходящих на спинку 24 пера лопатки. Действительно, введение охлаждающего воздуха в горловину, ограниченную лопаткой, со стороны, в которую течет газовый поток, снизило бы кпд турбины.

Кроме того, лопатка 10 содержит также второй контур В охлаждения, независимый от первого контура А охлаждения.

Как показано на фиг.2 и 3, второй контур В охлаждения содержит, по меньшей мере, одну заднюю полость 50, вытянутую в радиальном направлении и расположенную вблизи задней кромки 20 лопатки 10. Эта задняя полость 50 расположена в радиальном направлении между хвостовиком 14 и поперечной стенкой 26, образующей дно ванны 28 лопатки.

Второй контур В охлаждения также содержит расположенное в радиально нижнем краю задней полости 50 входное отверстие 52 для ввода в заднюю полость 50 охлаждающего воздуха.

Наконец, выходные прорези 54 открываются в заднюю полость 50 и на корыто 22 пера лопатки 10 для выпуска охлаждающего воздуха.

Кроме выходных прорезей 54 второй контур В охлаждения может содержать дополнительные выходные отверстия 56, также открывающиеся в заднюю полость 50 и на корыто 22 пера лопатки.

Эти изображенные на фиг.1 и 2 дополнительные выходные отверстия 56 улучшают охлаждение задней кромки 20 лопатки, создавая возле корыта 22 лопатки слой холодного воздуха.

В районе вершины 16 лопатки второй контур В охлаждения в оптимальном варианте содержит, по меньшей мере, одно выпускное отверстие 58, предусмотренное в поперечной стенке 26 и открывающееся в заднюю полость 50 и на поверхность вершины 16 лопатки.

Это или эти выпускные отверстия 58 таким образом обеспечивают охлаждение охлаждающим воздухом, протекающим через заднюю полость 50, стенки ванны 28 лопатки. Выпускное отверстие или выпускные отверстия 58 также служат для удаления пыли и грязи, содержащихся в охлаждающем воздухе и могущих в противном случае засорить выходные прорези 54 и дополнительные выходные отверстия 56.

Следующее полезное отличие настоящего изобретения заключается в том, что, по меньшей мере, одна выходная прорезь 54а, расположенная ближе всего к вершине 16 лопатки, наклонена к вершине 16 лопатки под углом β, тогда как остальные выходные прорези 54 расположены, по существу, параллельно оси газотурбинного двигателя (фиг.3).

Угол наклона β определен относительно оси газотурбинного двигателя (не изображена). Например, этот угол наклона может составлять от 5° до 50°, а в предпочтительном варианте составлять от 10° до 30° относительно оси газотурбинного двигателя.

В предпочтительном варианте две крайние выходные прорези 54а, 54b, ближайшие к вершине 16 лопатки, наклонены под этим углом β к вершине 16 лопатки (см. фиг.3), причем остальные выходные прорези 54 расположены, по существу параллельно оси газотурбинного двигателя.

Расположение этой или этих крайних выходных прорезей 54а (54b) под наклоном способствует улучшению охлаждения задней кромки 20 лопатки 10 в районе вершины 16 лопатки. Поскольку ближайшие к вершине 16 лопатки выходные прорези 54а, 54b открываются в направлении вершины 16 лопатки (т.е. зоны, в которой статическое давление ниже, чем в зоне за задним краем лопатки), это позволяет получить лучшее значение коэффициента расширения по сравнению с традиционными выходными прорезями, направленными только в направлении течения газового потока от задней кромки лопатки.

Лопатка 10 турбины также содержит третий контур С охлаждения, независимый от первого и второго контуров А и В охлаждения. Этот третий контур С охлаждения используется для охлаждения передней кромки 18 лопатки.

Как показано на фиг.2 и 3, третий контур С охлаждения содержит, по меньшей мере, одну переднюю полость 60, расположенную вблизи передней кромки 18 лопатки 10 и вытянутую в радиальном направлении. Эта передняя полость 60 расположена в радиальном направлении между хвостовиком 14 лопатки и поперечной стенкой 26, образующей дно ванны 28 лопатки (см. фиг.3).

В радиально нижнем краю передней полости 60 предусмотрено входное отверстие 62 для ввода в переднюю полость 60 охлаждающего воздуха. Наконец, третий контур С охлаждения содержит выходные отверстия 64, открывающиеся в переднюю полость 60 и на переднюю кромку 18 корыта 22 и спинки 24 пера лопатки.

В предпочтительном варианте третий контур С охлаждения содержит, по меньшей мере, одно расположенное на поперечной стенке 26 выпускное отверстие 66, открывающееся в переднюю полость 60 и в ванну 28 лопатки. Это выпускное отверстие 66 участвует в охлаждении ванны 28 и служит для направления охлаждающего воздуха от вершины 16 лопатки к ванне 28.

В оптимальном варианте поперечное сечение выпускного отверстия 66 превышает поперечное сечение выходных отверстий 64 третьего контура С охлаждения, так что оно способно обеспечивать удаление пыли и грязи, содержащихся в охлаждающем воздухе и могущих в противном случае засорить выходные отверстия 64.

Ниже кратко описаны некоторые общие особенности второго и третьего контуров В и С охлаждения лопатки турбины по изобретению.

В соответствии с одной из этих общих особенностей задняя полость 50 и/или передняя полость 60 содержат дефлекторы, расположенные на их внешних и внутренних боковых стенках и способствующие теплообмену с этими стенками.

Так, изображенная на фиг.2 и 3 задняя полость 50 содержит дефлекторы 68а, расположенные на ее внутренней боковой стенке, и дефлекторы 68b, расположенные на ее внешней боковой стенке. Аналогичным образом передняя полость 60 содержит дефлекторы 70а, расположенные на ее внутренней боковой стенке, и дефлекторы 70b, расположенные на ее внешней боковой стенке.

Как показано на фиг.2 и 3, дефлекторы 68а, 68b, 70а и 70b задней и передней полостей 50 и 60 соответственно могут представлять собой ребра, в оптимальном варианте наклоненные под углом 45° относительно направления течения потока охлаждающего воздуха.

Дефлекторы 68а, 70а, расположенные на внутренней стенке, могут быть дополнительно наклонены в направлении, противоположном направлению наклона дефлекторов 68b, 70b, расположенных на внешней стенке. В этом случае дефлекторы 68а, 70а, расположенные на внутренней стенке задней полости 50 и передней полости 60, предпочтительно сдвинуты в радиальном направлении (т.е. расположены в шахматном порядке) относительно дефлекторов 68b, 70b, расположенных на внешней стенке.

В альтернативном варианте дефлекторы 68а, 68b, 70а и 70b могут представлять собой штыри, расположенные, например, в шахматном порядке или в линию.

Вне зависимости от формы и расположения дефлекторов 68а, 68b, 70а и 70b они служат для увеличения турбулентности потока воздуха в полостях с целью усиления теплообмена.

Следует отметить также, что дефлекторы 70b, 70b, расположенные в передней полости 60 третьего контура С охлаждения, могут перекрываться или не перекрываться. Перекрытие дефлекторов заключается в таком их расположении, при котором дефлекторы 70а, расположенные на внутренней стенке передней полости 60, перекрещиваются с дефлекторами 70b, расположенными на внешней стенке передней полости.

В области передней кромки 18 лопатки 10 охлаждение обеспечивается, по существу, отводом тепла через выходные отверстия 64. При этом наличие в передней полости 60 дефлекторов 70а, 70b может затруднять изготовление выходных отверстий 64 методом механической обработки и поступлению в них охлаждающего воздуха (в случае, если выходное отверстие расположено непосредственно за дефлектором или пересекает его).

В соответствии с другим общим отличием второго и третьего контуров В и С охлаждения дополнительные выходные отверстия 56 второго контура В охлаждения и 64 третьего контура С охлаждения могут иметь сечение произвольной формы, например круглой, вытянутой или расширяющейся. Диаметр и шаг расположения (т.е. расстояние в радиальном направлении между двумя соседними отверстиями) этих выходных отверстий 56, 64 также подобраны для оптимизации охлаждения боковых поверхностей (корыта и спинки) пера 12 лопатки 10.

В общем случае дополнительные выходные отверстия 56 второго контура В охлаждения и 64 третьего контура С охлаждения обеспечивают отвод охлаждающего воздуха из полости (задней полости 50 или передней полости 60) в канал течения горячих газов. Выведенный таким образом воздух образует слой холодного воздуха, защищающий перо 12 лопатки 10 от горячих газов, поступающих из камеры сгорания.

Принципы охлаждения лопатки, явно следующие из предыдущего описания, кратко описаны ниже со ссылками на фиг.5.

На фиг.5 схематично представлена диаграмма движения потоков охлаждающего воздуха в различных контурах А-С охлаждения лопатки 10. Эти контуры охлаждения независимы друг от друга, т.к. каждый из них имеет собственный источник подачи охлаждающего воздух непосредственно в контур.

В первый, центральный контур А охлаждения охлаждающий воздух поступает через внутренние полости 30 и внешние полости 32. Воздух проходит через эти полости 30, 32 от хвостовика 14 к вершине 16 лопатки и обеспечивает охлаждение при помощи конвекционного теплообмена с дном ванны 28 через выпускные отверстия 48 перед поступлением в центральную полость 34 в районе поперечной стенки 26. После этого охлаждающий воздух движется через центральную полость 34 в радиальном направлении, противоположном направлению его движения через внутренние и внешние полости 30 и 32. Наконец, воздух выводится с внутренней поверхности лопатки через выходные отверстия 44, предусмотренные в этой центральной полости.

Следует отметить, что внутренние и внешние полости 30 и 32 независимы одна от другой, и скорость течения воздуха через разные полости может быть различной.

Во второй контур В охлаждения охлаждающий воздух поступает через заднюю полость 50. Этот воздух проходит через заднюю полость 50 от хвостовика 14 к вершине 16 лопатки и выводится в окрестности задней кромки 20 с внутренней поверхности лопатки через выходные прорези 54 и, возможно, через дополнительные выходные отверстия 56.

Аналогичным образом в третий контур С охлаждения охлаждающий воздух поступает через переднюю полость 60. Этот воздух проходит через переднюю полость 60 от хвостовика 14 к вершине 16 лопатки и выводится в окрестности передней кромки 18 на ее внутреннюю поверхность и внешнюю поверхность через выходные отверстия 64.

По сравнению с известными контурами охлаждения лопаток турбин настоящее изобретение таким образом обеспечивает возможность эксплуатации лопаток при высоких температурах на входе турбины.

При постоянных условиях эксплуатации турбины настоящее изобретение позволяет увеличить срок службы лопаток благодаря снижению их средней температуры. Аналогичным образом при постоянном сроке службы лопаток изобретение позволяет уменьшить интенсивность потока охлаждения лопатки и повысить кпд турбины.

Наличие перемычек во внутренних и внешних полостях центрального контура охлаждения позволяет обеспечить более высокую механическую прочность лопатки благодаря наличию соединений между стенками, соприкасающимися с горячими газами, и стенками, смежными с центральной полостью.

Центральный контур охлаждения дополнительно позволяет расположить полость в центральной части лопатки, под ее ванной. Это отличие позволяет разместить в зонах, наиболее нуждающихся в охлаждении, выпускные отверстия без каких-либо ограничений, что упрощает охлаждение ванны. Оно также выгодно тем, что упрощает изготовление выпускных отверстий методом механической обработки, т.к. допускает большие отклонения при расположении отверстий.

Наличие выпускных отверстий в центральной части лопатки обеспечивает охлаждение методом термической накачки через поперечную стенку, образующую дно ванны. Эти выпускные отверстия также формируют слой воздуха, защищающий боковые поверхности лопатки от горячих газов.

Наличие на задней кромке лопатки одной или двух прорезей, наклоненных к вершине лопатки, позволяет охлаждать заднюю кромку в районе вершины лопатки. Оно также способствует лучшему охлаждению верхней части задней полости.

Claims (12)

1. Лопатка (10) газовой турбины для газотурбинного двигателя, содержащая перо (12), расположенное в радиальном направлении между хвостовиком (14) и вершиной (16) лопатки и имеющее переднюю кромку (18) и заднюю кромку (20), соединенные корытом (22) и спинкой (24), перекрытое в районе вершины лопатки поперечной стенкой (26) и выступающее в радиальном направлении за указанную поперечную стенку (26), образуя ванну (28), расположенный в центральной части лопатки первый контур (А) охлаждения, содержащий, по меньшей мере, одну внешнюю полость (30), вытянутую в радиальном направлении и примыкающую к спинке (24) пера лопатки, по меньшей мере, одну внутреннюю полость (32), вытянутую в радиальном направлении и примыкающую к корыту (22) пера лопатки, по меньшей мере, одну центральную полость (34), вытянутую в радиальном направлении и расположенную в центральной части лопатки между внешней полостью (30) и внутренней полостью (32), и первое входное отверстие (36), расположенное на радиально нижнем краю внешней полости (30) для ввода охлаждающего воздуха в указанную внешнюю полость (30), второе входное отверстие (38), расположенное на радиально нижнем краю внутренней полости (32) для ввода охлаждающего воздуха в указанную внутреннюю полость (32), по меньшей мере, один первый канал (40), соединяющий радиально верхний край внешней полости (30) с радиально верхним краем центральной полости (34), по меньшей мере, один второй канал (42), соединяющий радиально верхний край внутренней полости (32) с радиально верхним краем центральной полости (34), выходные отверстия (44), открывающиеся в центральную полость (34) и на корыто (22) пера лопатки, и второй контур (В) охлаждения, независимый от первого контура (А) охлаждения, причем второй контур (В) охлаждения содержит по меньшей мере одну заднюю полость (50), вытянутую в радиальном направлении и расположенную вблизи задней кромки (20) лопатки, входное отверстие (52), расположенное на радиально нижнем краю задней полости (50) для ввода охлаждающего воздуха в заднюю полость (50), и выходные прорези (54), открывающиеся в заднюю полость (50) и на корыто (22) пера лопатки, при этом поперечная стенка (26) лопатки содержит по меньшей мере одно выпускное отверстие (58), открывающееся в заднюю полость (50) второго контура (В) охлаждения и на вершину (16) лопатки.

2. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что, по меньшей мере, одна из выходных прорезей (54а), ближайшая к вершине (16) лопатки, наклонена под углом (β) к вершине (16) лопатки относительно продольной оси газотурбинного двигателя.

3. Лопатка по п.2, отличающаяся тем, что указанный угол (β) наклона к вершине (16) лопатки относительно продольной оси газотурбинного двигателя составляет 10 - 30°.

4. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что задняя полость (50) второго контура (В) охлаждения содержит дефлекторы (68а, 68b), расположенные на ее внутренней и внешней стенках и усиливающие теплообмен на указанных стенках.

5. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что дополнительно снабжена третьим контуром (С) охлаждения, независимым от первого и второго контуров (А и В) охлаждения, причем третий контур (С) охлаждения содержит, по меньшей мере, одну переднюю полость (60), вытянутую в радиальном направлении и расположенную вблизи передней кромки (18) лопатки, входное отверстие (62), расположенное на радиально нижнем краю передней полости (60) для ввода охлаждающего воздуха в указанную переднюю полость (60), выходные отверстия (64), открывающиеся в переднюю полость (60) и на переднюю кромку (18) со стороны корыта (22) и спинки (24) пера лопатки.

6. Лопатка по п.5, отличающаяся тем, что поперечная стенка (26) лопатки содержит, по меньшей мере, одно выпускное отверстие (66), открывающееся в переднюю полость (60) третьего контура (С) охлаждения и в ванну (28) для обеспечения ее охлаждения.

7. Лопатка по п.6, отличающаяся тем, что поперечное сечение выпускного отверстия (66) превышает поперечное сечение выходных отверстий (64) третьего контура (С), что обеспечивает вывод загрязнений, приносимых охлаждающим воздухом и потенциально способных засорить выходные отверстия (64).

8. Лопатка по п.5, отличающаяся тем, что передняя полость (60) содержит дефлекторы (70а, 70b), расположенные на ее внутренней и внешней стенках и усиливающие теплообмен на указанных стенках.

9. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что поперечная стенка (26) лопатки содержит выпускные отверстия (48), открывающиеся во внутреннюю, внешнюю и центральную полости (32, 30, 34) первого контура (А) охлаждения и в ванну (28) с целью ее охлаждения.

10. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что для усиления внутреннего теплообмена внутренняя полость (32) первого контура (А) охлаждения содержит перемычки (46), расположенные между ее боковыми стенками.

11. Лопатка по п.1, отличающаяся тем, что для усиления внутреннего теплообмена внешняя полость (30) первого контура (А) охлаждения содержит перемычки (46), расположенные между ее боковыми стенками.

12. Лопатка по любому из пп.1-11, отличающаяся тем, что для усиления внутреннего теплообмена один из геометрических размеров поперечного сечения внутренней полости (32) и внешней полости (30) первого контура (А) охлаждения превышает другой геометрический размер поперечного сечения соответствующей полости, по меньшей мере, в три раза.

Images