Перо оболочковой турбинной лопатки "флокс 2"
В пространстве между металлическим стержнем и керамической профилированной оболочкой, охватывающей стержень, расположен охлаждаемый воздухом металлический экран. В зазоре между оболочкой и охлаждаемым экраном размещен по меньшей мере один неохлаждаемый экран, выполненный в виде "катков", плотно заполняющих зазор по меньшей мере одним слоем. "Катки" могут быть выполнены в виде цилиндрических роликов, или конических роликов, или шариков, или полыми, или сосудов Дьюара. "Катки" могут быть выполнены из термопрочных конструкционной керамики и композитов, огнеупоров, фарфора, кварцевого стекла, тугоплавких металлов, жаропрочных сплавов, углеграфитов и углекомпозитов. По меньшей мере один из "катков" может быть выполнен с большим наружным диаметром, чем остальные, и по меньшей мере один из катков может быть выполнен из другого материала, чем остальные, и по меньшей мере одна поверхность катка может быть покрыта "зеркальным" слоем. Использование изобретения позволит повысить надежность турбинной лопатки. 9 з.п.ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области теплотехники, в частности к газотурбостроению.
Известно перо оболочковой турбинной лопатки [1], состоящее из несущего металлического стержня, керамической профилированной оболочки, охватывающей указанный стержень с образованием пространства между стержнем и оболочкой, и по крайней мере одного металлического теплового экрана, расположенного в этом пространстве и охватывающего весь периметр канала охлаждающего воздуха, окружающего снаружи несущий стержень. Тепловой экран содержит на своих обеих поверхностях "кнопочные" выступы, которые находятся в контакте со стержнем и оболочкой и служат скользящими опорами. Недостатком такой конструкции является ненадежность дополнительных неохлаждаемых металлических тепловых экранов, установленных, согласно формуле изобретения [1] , между керамической оболочкой и охлаждаемым металлическим тепловым экраном, охватывающим весь периметр канала охлаждающего воздуха. Ненадежность дополнительных неохлаждаемых металлических тепловых экранов обусловлена их перегревом, который неизбежно возникает при высокой температуре газа [2, с. 366]. Конструкция [1] принята в качестве ближайшего аналога настоящего изобретения. Двуединая цель изобретения - обеспечить надежность пера оболочковой турбинной лопатки "Флокс 2" и снизить расход охладителя. Эта цель достигается тем, что во-первых, в пере оболочковой турбинной лопатки, состоящей из несущего металлического стержня, керамической профилированной оболочки, охватывающей указанный стержень с образованием пространства между стержнем и оболочкой, металлический тепловой экран, расположен в этом пространстве и охватывает весь периметр канала охлаждающего воздуха, окружающего снаружи несущий стержень, по меньшей мере один дополнительный металлический неохлаждаемый тепловой экран расположен в пространстве между оболочкой и охлаждаемым тепловым экраном, и по меньшей мере один дополнительный неохлаждаемый тепловой экран расположен в пространстве между оболочкой и охлаждаемым тепловым экраном, и по меньшей мере один дополнительный неохлаждаемый тепловой экран выполнен в виде упорядоченной совокупности соприкасающихся опорных высокотемпературных теплоизолирующих силовых элементов - "катков", плотно заполняющих по меньшей мере одним слоем пространство между керамической оболочкой и металлическим охлаждаемым тепловым экраном вдоль всей длины лопатки; во-вторых, "катки" выполнены в виде цилиндрических или конических роликов, образующие которых ориентированы вдоль образующей оболочки, или шариков, предназначенных для использования соответственно в цилиндрических или конических, или закрученных (винтовых) турбинных лопатках; в-третьих, "катки "выполнены полыми - с двойными стенками; в-четвертых, " катки" выполнены в виде автономных сосудов Дьюара; в-пятых, "катки" изготовлены по меньшей мере из одного из следующих материалов: термопрочных конструкционной керамики и композитов (ККМ), огнеупоров, фарфора, кварцевого стекла, тугоплавких металлов, жаропрочных сплавов, углеграфитов, углекомпозитов, а также других жаропрочных, жаростойких материалов; в-шестых, по меньшей мере один "каток" изготовлен из материала, отличного от материала остальных "катков"; в-седьмых, по меньшей мере один "каток" выполнен с большим наружным диаметром (или другими размерами: длина, толщина и т.д.) по сравнению с наружными диаметрами остальных "катков"; в-восьмых, по крайней мере одна поверхность "катка" покрыта "зеркальным" слоем, материал которого при рабочей температуре имеет малый коэффициент поглощения полного излучения (степень черноты). Изобретение поясняется соответствующими чертежами, где на фиг. 1, 2 и 3 представлены продольные и поперечные разрезы пера оболочковой турбинной лопатки "Флокс 2". Перо оболочковой турбинной лопатки "Флокс 2" состоит из несущего металлического стержня 1, охлаждаемого металлического теплового экрана 2 с "кнопочными" выступами, дополнительного высокотемпературного неохлаждаемого теплового экрана 3, керамической профилированной оболочки 4 и канала 5 охладителя, например, охлаждающего воздуха. Перо оболочковой турбинной лопатки "Флокс 2" работает следующим образом. Высокотемпературный поток рабочего тела турбины (газ) обтекает и нагревает керамическую профилированную оболочку 4. Охладитель, например, охлаждающий воздух, протекает через канал 5 и охлаждает (принудительно) металлический тепловой экран 2 и несущий металлический стержень 1. В результате между газом и охладителем спонтанно устанавливается тепловой поток Q, мощность которого обратно пропорциональна термическому сопротивлению многослойной стенки, состоящей из элементов 2-4, показанных на фиг. 1-3. При этом расход охладителя Qохл. прямо пропорционален мощности теплового потока Q. В оболочковой турбинной лопатке "Флокс 2" тепловая энергия передается через многослойную стенку спонтанно теплопроводностью, излучением и конвекцией. Важнейшим составным элементом многослойной стенки является предлагаемый дополнительный высокотемпературный неохлаждаемый тепловой экран 3, под которым следует понимать не только упорядоченную совокупность "катков", но и газ, заполняющий полости между "катками" и полости внутри полых "катков". Дополнительный высокотемпературный неохлаждаемый тепловой экран 3 при работе пера оболочковой турбинной лопатки "Флокс 2" выполняет по меньшей мере три основные функции: во-первых, благодаря жаростойкости и жаропрочности "катков" -несущих силовых элементов многослойной стенки, обеспечивает надежность пера оболочковой турбинной лопатки;во-вторых, обеспечивает надежную передачу сил от керамической профилированной оболочки 4 охлаждаемому металлическому экрану 2 и далее через "кнопочные" выступы экрана 2 - несущему металлическому стержню 1. При этом "катки" обеспечивают необходимые "шарнирность" опор, эластичность формы совокупности опор и свободу тепловых расширений высокотемпературных элементов многослойной стенки пера оболочковой турбинной лопатки;
в-третьих, обеспечивает высокое термическое сопротивление многослойной стенки, благодаря чему в максимальной степени снижены мощность теплового потока Q и расход охладителя Qохл.
Предлагаемое устройство дополнительного высокотемпературного неохлаждаемого теплового экрана 3 может быть эффективно использовано не только в лопатках высокотемпературных газовых турбин, но и в других высокотемпературных элементах газотурбинного двигателя - в газовых трактах (входной газовый коллектор, выхлопной диффузор и др.), в корпусах турбины и в некоторых элементах камеры сгорания. Источники информации
1. Патент США (US) N 4396349, МКИ F 01 D 11/02, "Лопатка соплового аппарата газотурбинного двигателя". 2. Исаченко В.П., Осипова В.А., Сукомел А.С. Теплопередача. Изд. 2-е. М. : Энергия, 1969, 440 с.
Формула изобретения
РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 11.11.2003
Извещение опубликовано: 27.11.2004 БИ: 33/2004
PC4A - Регистрация договора об уступке патента Российской Федерации на изобретение
Прежний патентообладатель:
Закрытое акционерное общество "Научно-Инженерный Центр Керамические Тепловые Двигатели им. А.М. Бойко"
(73) Патентообладатель:
ОАО "Газпром"
Договор № РД0006720 зарегистрирован 21.02.2006
Извещение опубликовано: 10.04.2006 БИ: 10/2006