Подвижная лопатка турбины
Изобретение относится к подвижным лопаткам в турбине низкого давления турбомашины, в частности к определенному размещению замка движущейся лопатки в турбине низкого давления. Подвижная лопатка турбины низкого давления, которая имеет замок и перо. При этом перо имеет верхнюю поверхность и нижнюю поверхность, причем указанный замок имеет хвостовик (11), связывающий перо с замком. Хвостовик (11) выполнен так, что поперечное сечение указанного хвостовика имеет: первую прямую часть (14), вторую криволинейную часть (15) и третью прямую часть (16). Криволинейная часть (15) имеет наружную поверхность (18), соответствующую профилю наружной поверхности указанного пера, и внутреннюю поверхность (17), соответствующую профилю внутренней поверхности указанного пера. Также представлена турбина низкого давления для турбомашины. Изобретение позволяет уменьшить массу турбины при сохранении качественной механической прочности. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.
Область техники
Изобретение относится к подвижным лопаткам в турбине низкого давления турбомашины.
Изобретение, в частности, относится к определенному размещению замка движущейся лопатки в турбине низкого давления.
Уровень техники
Обычно, как показано на фиг. 1, подвижная лопатка 1 в турбине низкого давления состоит из трех узлов: нижней части, которая называется замком 10, верхней части, которая называется полкой 20, и центральной части, образуемой пером 30.
Замок 10 подвижной лопатки состоит из трех функциональных элементов:
- хвостовика 11, образующего соединение между пером и замком 10;
- утолщения 12, образующего механическое соединение между лопаткой и ходовым колесом турбины;
- спойлеров 13, уменьшающих протечки для максимизации эффективности турбины низкого давления.
Хвостовик 11 является важной частью замка 10, поскольку он обеспечивает механическое соединение между пером 30 и замком 10, прикрепленным к ходовому колесу, и поэтому является местом, подвергающимся высоким механическим напряжениям.
Обычно движущиеся лопатки турбины низкого давления имеют хвостовики, которые приблизительно прямо соответствуют форме верхней части утолщения (т.е. верхней части ласточкина хвоста).
Однако такие хвостовики не могут удовлетворять существующим механическим требованиям при некоторых геометрических конфигурациях, в особенности в присутствии лопаток сложной формы.
При таких ситуациях разработаны криволинейные хвостовики, которые имеют одинаковую форму или, точнее, одинаковый профиль с пером, так чтобы обеспечить максимальное перекрытие между хвостовиком 11 и пером 30 или, точнее, между профилем поперечного сечения хвостовика 11 и профилем поперечного сечения пера 30.
Разработка такого типа конфигурации хвостовика делает напряжения в части лопатки однородными, а также способствует увеличению массы лопаток и, соответственно, турбины низкого давления. Очевидно, что увеличение массы движущейся лопатки на несколько грамм должно привести к увеличению массы всей турбины, которая содержит несколько ступеней, причем каждая ступень образована несколькими сотнями движущихся лопаток, на несколько килограммов.
Краткое описание изобретения
В этом контексте изобретение описывает движущуюся лопатку турбины низкого давления, которая легче движущихся лопаток согласно существующим техническим решениям и которая может противостоять приложенным механическим напряжениям.
Для достижения этого изобретение описывает движущуюся лопатку турбины низкого давления с замком и пером с наружной поверхностью и с внутренней поверхностью, причем замок имеет хвостовик, соединяющий перо с замком; при этом хвостовик формируется так, что поперечное сечение указанного хвостовика имеет первую прямую часть, вторую криволинейную часть и третью прямую часть, причем указанная криволинейная часть имеет наружную поверхность, соответствующую профилю наружной поверхности указанного пера, и внутреннюю поверхность, соответствующую профилю внутренней поверхности указанного пера.
За счет изобретения масса турбины уменьшается при сохранении качественной механической прочности.
Предпочтительно прямые части располагаются на каждой стороне криволинейной части.
Предпочтительно длину различных частей регулируют в зависимости от требующихся механических свойств. Таким образом можно модифицировать криволинейную часть относительно прямых частей так, чтобы дополнительно улучшить механические свойства замка.
Предпочтительно криволинейная часть образована так, что поперечное сечение криволинейной части наложено на поперечное сечение нижней части пера с перекрытием более чем на 95%.
Предпочтительно каждая из указанных частей хвостовика имеет постоянную толщину.
Другой задачей изобретения является создание турбины низкого давления со множеством движущихся лопаток согласно изобретению.
Изобретение можно будет лучше понять после прочтения следующего описания со ссылкой на чертежи, перечень которых приведен ниже.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1, описанной выше, показана подвижная лопатка турбины низкого давления.
На фиг. 2 схематически показан вид в разрезе в плоскости поперечного сечения хвостовика движущейся лопатки согласно изобретению.
На фиг. 3 показано наложение разреза, показанного на фиг. 2, с разрезом пера лопатки согласно изобретению в плоскости поперечного сечения параллельно плоскости поперечного сечения хвостовика.
Подробное описание вариантов реализации изобретения
Как показано на фиг. 2, хвостовик 11 имеет поперечное сечение с переломом на трех отдельных частях:
первой прямой части 14;
второй криволинейной части 15;
третьей части 16, которая снова является прямой.
Криволинейная часть 15 помещается между двумя прямыми частями 14 и 16. Каждая часть 14, 15, 16 имеет постоянную толщину.
Как показано на фиг. 3, геометрическая форма хвостовика 11 лопатки согласно изобретению содержит криволинейную часть 15, которая сопрягается с частью профиля 35 нижней части пера 30 лопатки, показанной пунктирной линией на фиг. 3. Нижняя часть лопатки означает часть пера, соединенную с хвостовиком.
Два профиля на криволинейной части 15 являются идентичными, так что наружная поверхность 18 криволинейной части 15 имеет такой же профиль, как наружная поверхность 31 нижней части пера 30 (показана на фиг. 1), и внутренняя поверхность 17 имеет такой же профиль, как внутренняя поверхность нижней части пера 30 (фиг. 1). Предпочтительно эта часть 15 имеет такую же толщину, как нижняя часть соответствующего пера 30, так что два профиля налагаются друг на друга.
Длины различных частей 14, 15 и 16 хвостовика 11 могут меняться и быть приспособленными в качестве функции требующихся механических свойств. Доля криволинейной части 15 может быть увеличена за счет прямых частей 14, 16, если требуется, чтобы замок 10 лопатки обладал более высоким сопротивлением приложенным механическим напряжениям. Так, различные длины могут регулироваться и должны оптимизироваться в зависимости от требующегося соотношения веса и сопротивления. Например, форма хвостовика 11 определяется последовательными повторениями с использованием модели с автоматизированным проектированием и термомеханических расчетов.
Хвостовик 11 разработан таким образом так, что криволинейная часть 16 перекрывает поперечное сечение пера 30 по меньшей мере на 95% и предпочтительно на 100%. Например, полное взаимное перекрытие порядка 65-75% между сечением пера и сечением хвостовика обеспечивает достаточную механическую прочность для применения с турбинами низкого давления, создавая при этом сбережение массы.
Согласно одному примеру варианта реализации в области турбин низкого давления профиль хвостовика содержит:
- первую прямую часть 14 с длиной 2 мм;
- криволинейную часть 15 с длиной хорды 10 мм на профиле наружной поверхности и хордой длиной 8 мм на профиле внутренней поверхности;
- третью прямую часть 16 с длиной 4 мм на наружной поверхности и длиной 6 мм на внутренней поверхности.
Толщина профиля хвостовика является постоянной и равна 2 мм. Таким образом, при таком профиле степень взаимного перекрытия хвостовика и нижней части пера равна 85%.
1. Подвижная лопатка (1) турбины низкого давления с замком (10) и пером (30) с наружной поверхностью (31) и внутренней поверхностью (32), причем замок (10) имеет хвостовик (11), соединяющий перо (30) с замком (10), отличающаяся тем, что хвостовик (11) выполнен так, что его поперечное сечение имеет первую прямую часть (14), вторую криволинейную часть (15) и третью прямую часть (16), при этом криволинейная часть (15) имеет наружную поверхность (18), соответствующую профилю наружной поверхности (31) пера (30), и внутреннюю поверхность (17), соответствующую профилю внутренней поверхности (32) пера (30).
2. Подвижная лопатка (1) турбины низкого давления по п.1, отличающаяся тем, что прямые части (14, 16) расположены с каждой стороны криволинейной части (15).
3. Подвижная лопатка (1) турбины низкого давления по п.1 или 2, отличающаяся тем, что длина криволинейной части (15) отрегулирована как функция требующихся механических свойств.
4. Подвижная лопатка (1) турбины низкого давления по п.1 или 2, отличающаяся тем, что криволинейная часть (15) образована так, что поперечное сечение криволинейной части (15) наложено на поперечное сечение пера (30) с перекрытием более чем на 95%.
5. Подвижная лопатка (1) турбины низкого давления по п.1 или 2, отличающаяся тем, что каждая из указанных частей (14, 15, 16) имеет постоянную толщину.
6. Турбина низкого давления для турбомашины, отличающаяся тем, что она содержит множество лопаток (1) по любому из пп.1-5.
