Лопатка турбомашины

Изобретение относится к области турбомашиностроения, а именно к конструкции лопатки турбомашины, в частности осевого компрессора газотурбинного двигателя. Лопатка турбомашины выполнена в виде пера с прикрепленными к нему входной и выходной кромками, выполненными из материала с пористой структурой. Соединение осуществляется при помощи пайки, сварки или лазерной наплавки. Толщина входной кромки в месте ее соединения с пером составляет 0,1-0,65, а выходной кромки - 0,1-0,35 от максимальной толщины пера. Входная или/и выходная кромки в продольном направлении могут быть выполнены из отдельных сегментов. Достигается увеличение надежности турбомашины и уменьшение её массы за счет локализации трещины в пористой структуре кромки и толщины места соединения кромки с пером, выбранной из условия сочетания максимальной прочности пера лопатки, места соединения пера и кромки, а также минимальной массы кромки. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области турбомашиностроения и, в частности, может быть использовано в осевых компрессорах газотурбинных двигателей.

Во время работы компрессора его лопатки подвержены повреждениям посторонними предметами, попадающими в рабочий тракт. Повреждения существенно снижают ресурс компрессора, что может привести к его поломке или потребовать внеплановый ремонт. Для защиты лопаток компрессора от повреждения посторонними предметами применяются защитные устройства (фильтры, сетки), устанавливаемые на входе в компрессор и существенно ухудшающие его аэродинамические характеристики.

Наиболее близкой по технической сущности к предложенной является лопатка вентилятора газотурбинного двигателя с присоединенной усиленной входной кромкой (RU №2445465, МПК F01D 5/14, опубл. 25.09.2007).

В известной лопатке усиленная кромка со сплошной структурой обладает большей прочностью, чем перо, и в случае разрушения может повредить лопатки, расположенные следом по потоку. Так же усиленная кромка (со сплошной структурой) может оторваться при соударении с посторонним предметом, т.к. клеевое соединение кромки с пером подвергается повышенным нагрузкам (вследствие отсутствия демпфирования удара). А усиленные кромки с внутренними полостями невозможно применить на малогабаритных лопатках, к тому же клеевое соединение не работоспособно в области высоких температур, на последних ступенях компрессоров.

Задача изобретения - обеспечить работоспособность лопатки турбомашины с поврежденными кромками.

Ожидаемый технический результат - снижение массы и повышение надежности турбомашины.

Ожидаемый технический результат достигается тем, что в известной лопатке турбомашины, выполненной в виде пера с прикрепленной к нему входной кромкой, согласно изобретению толщина входной кромки в месте ее соединения с пером составляет 0,1…0,65 от максимальной толщины пера, при этом входная кромка выполнена из материала с пористой структурой. Выходная кромка лопатки также может быть выполнена из материала с пористой структурой, а ее толщина в месте соединения с пером составляет 0,1…0,35 от максимальной толщины пера. Входная или/и выходная кромки в продольном направлении могут быть выполнены из отдельных сегментов.

Работоспособность лопаток турбомашины с поврежденными кромками достигается за счет локализации трещины в пористой структуре кромки, а толщина места соединения кромки с пером выбирается из условия сочетания максимальной прочности пера лопатки, места соединения пера и кромки, а также минимальной массы кромки.

Сплошная пористая структура кромки позволяет применять данное изобретение во всех ступенях компрессора, независимо от габаритов лопаток. Точечное крепление кромок к перу лопатки исключает распространение трещины в перо, что исключает необходимость ремонта места повреждения в эксплуатации. Так же пористая структура полки имеет повышенную податливость и при соударении с посторонней частицей легко деформируется, и не передает энергию удара в перо лопатки. Данное изобретение наиболее оправдано при применении в рабочих моноколесах компрессора, устраняя их главный недостаток - отсутствие ремонтопригодности в эксплуатации.

На приведенных чертежах показано:

на фиг. 1 - общий вид лопатки турбомашины;

на фиг. 2 - поперечное сечение лопатки турбомашины.

Лопатка турбомашины выполнена в виде пера 1 с прикрепленными к нему входной и выходной кромками 2 и 3. Перо 1 выполнено из материала со сплошной структурой, а кромки 2, 3 - из материала с пористой структурой.

Последние соединяются с пером 1 при помощи пайки, сварки или лазерной наплавки. Толщина h₁ входной кромки 2 в месте ее соединения с пером 1 составляет 0,1-0,65 от максимальной толщины Н пера 1. Толщина h₂ выходной кромки 3 в месте ее соединения с пером 1 составляет 0,1-0,35 от максимальной толщины Н пера 1. Кромки 2 или/и 3 в продольном направлении могут быть выполнены из отдельных сегментов 4.

Во время работы турбомашины (в частности, осевого компрессора) в ее проточную часть могут попадать посторонние частицы. Кромка лопатки, имеющей сплошную структуру материала, легко деформируется или надрывается, вследствие ее малой толщины и прочности. В месте повреждения может возникнуть трещина, которая, распространяясь в перо, приводит к обрыву лопатки и повреждению других деталей турбомашины.

Кромка лопатки, предложенной в изобретении, обладая повышенной податливостью и трещиностойкостью за счет пористой структуры, при соударении с посторонней частицей легко деформируется, не передавая энергию удара в перо, тем самым не повреждая его, а трещина от места повреждения локализуется в кромке. При этом турбомашина сохраняет свою работоспособность без необходимости выполнения ремонта.

Перо лопатки, а также место соединения кромки с пером не подвержено повреждениям посторонними частицами вследствие их увеличенной по отношению к кромкам толщины.

Осуществление изобретения позволит увеличить надежность турбомашины и уменьшить ее массу.

1. Лопатка турбомашины, выполненная в виде пера с прикрепленной к нему входной кромкой, отличающаяся тем, что толщина входной кромки в месте ее соединения с пером составляет 0,1-0,65 от максимальной толщины пера, при этом входная кромка выполнена из материала с пористой структурой.

2. Лопатка турбомашины по п. 1, отличающаяся тем, что ее выходная кромка выполнена в виде отдельного элемента с пористой структурой, прикрепленного к перу, причем ее толщина в месте соединения с пером составляет 0,1-0,35 от максимальной толщины пера.

3. Лопатка турбомашины по п. 2, отличающаяся тем, что входная или/и выходная кромки в продольном направлении выполнены из отдельных сегментов.