Лопатка турбины, содержащая систему охлаждения
Изобретение относится к лопатке авиационной турбины, содержащей расположенные радиально полости корытца и полости спинки и по меньшей мере одну центральную полость, находящуюся в центральной части лопатки и окруженную полостями корытца и полостями спинки, при этом лопатка содержит также системы охлаждения, причем по меньшей мере первая система охлаждения содержит: первую полость (А) и вторую полость (В), при этом первая и вторая полости сообщаются между собой на уровне внутреннего радиального конца (14) и наружного радиального конца (16) лопатки, третью полость (С), сообщающуюся со второй полостью (В) на уровне наружного радиального конца (16), четвертую полость (D), сообщающуюся с третьей полостью (С) на уровне внутреннего радиального конца (14). Первая полость (А) и вторая полость (В) выполнены так, чтобы одновременно получать питание холодным воздухом через общее впускное воздушное отверстие на уровне внутреннего радиального конца (14) и чтобы воздух проходил в них в одном направлении в радиальном направлении, при этом первая полость (А) является полостью корытца, вторая полость (В) является центральной полостью, третья полость (С) и четвертая полость (D) являются полостями спинки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 9 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Изобретение относится к области лопаток авиационных газовых турбин высокого давления, в частности к системе охлаждения этих лопаток и к газовой турбине, содержащей такие лопатки.
Уровень техники
Во время работы двигателя рабочие лопатки газовой турбины авиационного двигателя, в частности, турбины высокого давления, подвергаются воздействию сверхвысоких температур газообразных продуктов горения. Эти температуры достигают значений, намного превышающих значения, которые могут выдерживать без ущерба для себя различные детали, входящие в контакт с этими газами, что приводит к сокращению их срока службы.
Кроме того, повышение температуры газов турбины высокого давления позволяет повысить КПД двигателя, то есть соотношение между тягой двигателя и весом самолета, приводимого в движение этим двигателем. Следовательно, предпринимаются усилия, чтобы производить лопатки турбины, способные выдерживать все более высокие температуры, и чтобы оптимизировать охлаждение этих лопаток.
Как известно, в этих лопатках выполняют системы охлаждения, предназначенные для понижения их температуры. Благодаря таким системам, охлаждающий воздух (или «холодный» воздух), который обычно поступает в лопатку через ее ножку, проходит через нее по пути, образованному полостями, выполненными в толщине лопатки, после чего удаляется через отверстия, выходящие на поверхность лопатки.
Такие системы охлаждения называются «продвинутыми», когда они образованы несколькими независимыми полостями в толщине лопатки или когда некоторые из этих полостей предназначены для локального охлаждения. Эти полости позволяют получить лопатку, совместимую с требованиями производительности двигателей и срока службы деталей.
Однако системы охлаждения получают «холодный» воздух из проточного тракта первого контура двигателя, чтобы температура этого холодного воздуха, действующего как теплоноситель, была ниже температуры воздуха, обдувающего поверхность лопатки и называемого «горячим» воздухом. Таким образом, этот воздух, отбираемый из проточного тракта первого контура, представляет собой потерю и ухудшает КПД и общие характеристики двигателя.
Кроме того, недостатком продвинутых систем является создание большого температурного перепада между наружными стенками лопатки, входящим в контакт с проточным трактом, и стенками в центре лопатки. Эти большие температурные перепады являются причиной возникновения напряжений, которые могут влиять на механическую прочность лопатки во время работы и могут привести к сокращению ее срока службы.
Таким образом, существует потребность в системе охлаждения лопатки авиационной газовой турбины, позволяющей свести к минимуму термические градиенты, чтобы ограничить внутренние механические напряжения и оптимизировать охлаждение лопатки за счет уменьшения расхода воздуха для ее охлаждения, что позволило бы повысить общую производительность турбины.
Раскрытие сущности изобретения
Объектом настоящего изобретения является лопатка авиационной турбины, расположенная в радиальном направлении и имеющая корытце и спинку, содержащая множество полостей корытца, расположенных радиально вблизи корытца лопатки, множество полостей спинки, расположенных радиально вблизи спинки лопатки, и по меньшей мере одну центральную полость, находящуюся в центральной части лопатки и окруженную полостями корытца и полостями спинки, при этом лопатка содержит также множество систем охлаждения, при этом по меньшей мере первая система охлаждения содержит:
первую полость и вторую полость, при этом первая и вторая полости сообщаются между собой на уровне внутреннего радиального конца и наружного радиального конца лопатки,
третью полость, сообщающуюся с второй полостью на уровне наружного радиального конца,
четвертую полость, сообщающуюся с третьей полостью на уровне внутреннего радиального конца,
при этом первая полость и вторая полость выполнены таким образом, чтобы одновременно получать питание холодным воздухом через общее впускное воздушное отверстие на уровне внутреннего радиального конца и чтобы воздух проходил в них в одну сторону в радиальном направлении,
при этом первая полость является полостью корытца, вторая полость является центральной полостью, третья полость и четвертая полость являются полостями спинки.
В настоящей заявке под радиальным направлением следует понимать направление, проходящее от ножки лопатки, то есть от основания лопатки, к вершине лопатки, то есть к концу, радиально противоположному относительно ножки лопатки. Таким образом, в настоящей заявке внутренний радиальный конец обозначает ножку лопатки, а наружный радиальный конец обозначает вершину лопатки.
Кроме того, в настоящей заявке под «восходящим направлением» следует понимать направление воздушного потока в полости от ножки лопатки к вершине лопатки и под «нисходящим направлением» следует понимать направление воздушного потока в полости от вершины лопатки к ножке лопатки.
Каждая полость ограничена стенкой. Полости корытца расположены радиально, то есть проходят от ножки лопатки к вершине лопатки вблизи корытца лопатки. Иначе говоря, одна сторона по меньшей мере части стенки, ограничивающей каждую полость корытца, входит в контакт с воздухом снаружи лопатки вблизи корытца. Ни одна сторона стенки, ограничивающей каждую полость корытца, не входит в контакт с воздухом снаружи лопатки вблизи спинки.
Точно так же, полости спинки расположены радиально, то есть проходят от ножки лопатки к вершине лопатки вблизи спинки лопатки. Иначе говоря, одна сторона по меньшей мере части стенки, ограничивающей каждую полость спинки, входит в контакт с воздухом снаружи лопатки вблизи спинки. Ни одна сторона стенки, ограничивающей каждую полость спинки, не входит в контакт с воздухом снаружи лопатки вблизи корытца.
Центральная полость расположена тоже радиально, то есть проходит от ножки лопатки к вершине лопатки в центральной части лопатки. Под центральной частью лопатки следует понимать, что ни одна сторона стенки, ограничивающей центральную полость, не входит в контакт с воздухом снаружи лопатки. Иначе говоря, стенка, ограничивающая центральную полость, входит в контакт либо с полостью или полостями корытца, либо с полостью или полостями спинки, исключая стенки, ограничивающие указанные полости корытца и спинки.
Система охлаждения обозначает множество сообщающихся между собой полостей. В настоящей заявке по меньшей мере одна система охлаждения содержит первую, вторую, третью и четвертую полости.
Первая и вторая полости сообщаются между собой на уровне ножки лопатки, образуя первую общую камеру, и получают одновременное питание холодным воздухом на уровне этой первой общей камеры. Затем первая и вторая полости оказываются изолированными друг от друга стенкой, проходящей в радиальном направлении, и опять сообщаются между собой на уровне вершины лопатки, образуя вторую общую камеру.
Таким образом, когда холодный воздух поступает в первую общую камеру, он делится между первой полостью и второй полостью, проходя в каждой из этих двух полостей в восходящем направлении.
Первая полость является полостью корытца. Следовательно, когда холодный воздух проходит в первой полости, он обменивается теплом за счет принудительной конвекции со стенкой, отделяющей первую полость от горячего воздуха вблизи корытца. Таким образом, воздух, проходящий в восходящем направлении в первой полости, поглощает тепло стенки, нагреваясь по мере своего приближения к вершине лопатки.
Вторая полость является центральной полостью. Следовательно, холодный воздух, проходящий в этой полости, не обменивается теплом с горячим воздухом снаружи лопатки. Таким образом, воздух, проходящий в восходящем направлении во второй полости параллельно воздуху, проходящему в первой полости, лишь незначительно нагревается по мере своего приближения к вершине лопатки. Холодный воздух может таким образом достигать второй общей камеры, смешиваясь с воздухом, поступающим из первой полости.
Третья полость сообщается с второй полостью на уровне вершины лопатки и с четвертой полостью на уровне вершины лопатки. Воздух, поступающий из первой и второй полостей, проходит при этом в третей полости в нисходящем направлении, затем в четвертой полости в восходящем направлении.
Следовательно, третья и четвертая полости, являющиеся полостями спинки, могут получать питание холодным воздухом, поступающим из второй полости, что позволяет улучшить охлаждение вблизи спинки.
Преимуществом этой конфигурации является возможность целевым образом направлять охлаждение в необходимые зоны. Действительно, воздух, перемещающийся внутри полостей, подвергается действию силы Кориолиса, связанной с быстрым вращением лопатки. Это позволяет максимально прижимать воздух к наружным стенкам, то есть к стенкам, образующим корытце и спинку лопатки, которые представляют собой самые горячие зоны. Таким образом, теплообмены на уровне наружных стенок оказываются оптимизированными, что позволяет также улучшить однородность температуры в центре лопатки, минимизировать термические градиенты в центре лопатки и, следовательно, ограничить внутренние напряжения в образующих полости стенках, что повышает их механическую прочность. Кроме того, вторая полость, действующая как механически гибкий сердечник, позволяет поглощать механические напряжения, порождаемые тепловым расширением наружных стенок, входящих в контакт с горячим воздухом.
В некоторых вариантах осуществления лопатка содержит множество отверстий корытца, каждое из которых сообщается с первой полостью и выходит на корытце лопатки.
Это отверстия корытца могут быть отверстиями, просверленными в стенке, разделяющей первую полость и корытце лопатки, и распределенными в радиальном направлении по меньшей мере на части первой полости, что позволяет удалять определенный объем холодного воздуха, проходящего в восходящем направлении в первой полости, на корытце лопатки.
Этот удаляемый воздух позволяет еще больше охладить наружную сторону стенки корытца, создавая охлаждающую пленку на корытце лопатки. Кроме того, воздух, проходящий в первой полости, постепенно нагревается в восходящем направлении, как было описано выше. Это отверстия корытца позволяют удалять наружу первой полости большую часть нагретого воздуха. Следовательно, воздух, питающий третью полость и поступающий из первой и второй полостей, в основном состоит из холодного воздуха, поступающего из второй полости. Это позволяет улучшить охлаждение полостей спинки, то есть третьей и четвертой полостей.
В некоторых вариантах осуществления лопатка содержит множество отверстий спинки, каждое из которых сообщается с четвертой полостью и выходит на спинку лопатки.
Эти отверстия спинки могут быть отверстиями, просверленными в стенке, разделяющей четвертую полость и спинку лопатки, и распределенными в радиальном направлении по меньшей мере на части четвертой полости, что позволяет удалять определенный объем холодного воздуха, проходящего в восходящем направлении в четвертой полости, на спинку лопатки.
Этот удаляемый воздух позволяет еще больше охладить наружную сторону стенки спинки, создавая охлаждающую пленку на спинке лопатки. Кроме того, эти отверстия спинки позволяют направить воздух вдоль системы охлаждения. Действительно, поскольку давление вблизи спинки намного ниже давления питания систем охлаждения, присутствие этих отверстий позволяет создавать естественным образом воздушный поток в системе охлаждения.
В некоторых вариантах осуществления лопатка содержит по меньшей мере одну вторую систему охлаждения, содержащую две полости корытца, сообщающиеся между собой через множество каналов, распределенных в радиальном направлении вдоль лопатки между этими двумя полостями, при этом одна из этих двух полостей получает питание холодным воздухом через впускное воздушное отверстие на уровне внутреннего радиального конца лопатки.
Полость, получающая питание холодным воздухом, может также сообщаться с корытцем лопатки через отверстия, распределенные в радиальном направлении по меньшей мере на части указанной полости. Таким образом, когда холодный воздух проходит в этой полости, он обменивается теплом за счет принудительной конвекции со стенкой, отделяющей эту полость от горячего воздуха вблизи корытца, и тоже выходит через отверстия, создавая охлаждающую пленку на корытце лопатки и проникая также в другую полость через множество каналов.
В некоторых вариантах осуществления лопатка содержит по меньшей мере одну третью систему охлаждения, содержащую полость спинки и полость задней кромки, проходящую радиально одновременно вблизи спинки и вблизи корытца лопатки на уровне ее задней кромки, при этом обе полости получают питание холодным воздухом через впускное воздушное отверстие на уровне внутреннего радиального конца лопатки, при этом полость спинки образует угол на уровне наружного радиального конца лопатки таким образом, что проходит до задней кромки лопатки.
В некоторых вариантах осуществления полости третьей системы охлаждения сообщаются с множеством отверстий задней кромки, выходящих на сторону корытца лопатки.
В некоторых вариантах осуществления множество систем охлаждения являются независимыми друг от друга.
Под выражением «независимые друг от друга» следует понимать, что ни одна из полостей, образующих данную систему охлаждения, не сообщается с полостью другой системы охлаждения. Это позволяет для каждой системы охлаждения производить целевое охлаждение, направленное на конкретные зоны лопатки, при этом системы между собой не взаимодействуют.
В некоторых вариантах осуществления лопатка содержит по меньшей мере две узкие полости, при этом узкие полости имеют первую длину, превышающую или равную по меньшей мере семикратной второй длине в сечении, перпендикулярном к радиальному направлению.
В некоторых вариантах осуществления толщина каждой узкой полости меньше или равна 1,2 мм, при этом толщина является расстоянием между двумя сторонами узкой полости вдоль первой длины в сечении, перпендикулярном к радиальному направлению.
В некоторых вариантах осуществления каждая узкая полость проходит по меньшей мере на половине лопатки в радиальном направлении.
В некоторых вариантах осуществления лопатка содержит не более одной узкой полости.
Присутствие ограниченного количества узких полостей облегчает процесс изготовления лопаток. Действительно, керамические стержни, необходимые для формирования систем охлаждения, являются очень хрупкими по причине их геометрии, связанной с небольшой толщиной узких полостей. Сведение к минимуму количества этих узких полостей позволяет устранить эти недостатки.
Объектом настоящего изобретения является также газовая турбина, содержащая заявленные лопатки.
Краткое описание чертежей
Изобретение и его преимущества будут более понятны из нижеследующего подробного описания различных вариантов осуществления, представленных в качестве неограничительных примеров. Это описание представлено со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых:
на фиг. 1 показана лопатка турбины в соответствии с настоящим изобретением, вид в перспективе;
на фиг. 2 условно показаны полости различных систем охлаждения лопатки, вид в перспективе;
на фиг. 3 условно показаны полости первой системы охлаждения лопатки, вид в перспективе;
на фиг. 4А-4Е показаны полости, изображенные на фиг. 3, для разных положений в радиальном направлении от ножки лопатки до вершины лопатки, виды в поперечных сечениях;
на фиг. 5 представлена лопатка с показом зон, где происходят наибольшие теплообмены, вид в поперечном сечении.
Осуществление изобретения
Далее со ссылками на фиг. 1-5 следует описание изобретения. Следует отметить, что на фиг. 2 и 3 показаны не части лопатки как таковые, а полости лопатки. Иначе говоря, линии, показанные на фиг. 2 и 3, символизируют внутренние стенки лопатки, ограничивающие эти полости.
На фиг. 1 показана рабочая лопатка 10, например, металлическая лопатка турбины высокого давления газотурбинного двигателя. Разумеется, настоящее изобретение можно также применять для других рабочих лопаток или лопаток статора газотурбинного двигателя.
Лопатка 10 содержит аэродинамическую поверхность 12 (или перо), которая расположена радиально между ножкой 14 лопатки и вершиной 16 лопатки.
Ножка 14 лопатки выполнена с возможностью установки на диске ротора турбины высокого давления, при этом вершина 16 лопатки расположена радиально противоположно к ножке 14 лопатки.
Аэродинамическая поверхность 12 имеет четыре разные зоны: переднюю кромку 18, на которую набегает поток горячих газов, выходящих из камеры сгорания газотурбинного двигателя, заднюю кромку 20, противоположную к передней кромке 18, боковую сторону 22 корытца и боковую сторону 24 спинки, причем эти боковые стороны 22, 24 соединяют переднюю кромку 18 с задней кромкой 20.
На уровне вершины 16 лопатки аэродинамическая поверхность 12 лопатки закрыта поперечной стенкой 26. Кроме того, аэродинамическая поверхность 12 слегка выступает в радиальном направлении над этой поперечной стенкой 26, образуя выемку 28, называемую в дальнейшем ванночкой лопатки. Эта ванночка 28 имеет дно, образованное поперечной стенкой 26, бортик, образованный аэродинамической поверхностью 12, и является открытой в сторону вершины 16 лопатки.
Согласно описанному примеру, лопатка 10 содержит три независимые друг от друга системы охлаждения, предназначенные для охлаждения лопатки: первую систему 1 охлаждения, вторую систему 2 охлаждения и третью систему 3 охлаждения.
Первая система 1 охлаждения содержит первую полость А, вторую полость В, третью полость С и четвертую полость D. Первая полость А является полостью корытца, вторая полость В является центральной полостью, третья и четвертая полости С и D являются полостями спинки.
Первая система охлаждения получает питание холодным воздухом через полости А и В на уровне ножки 14 лопатки. Холодный воздух является воздухом, отбираемым в других контурах двигателя и более холодным, чем воздух, проходящий по боковым сторонам 22 корытца и 24 спинки и действующий как теплоноситель. Первая и вторая полости А и В сообщаются между собой на уровне ножки 14 лопатки в нижних 40% лопатки, предпочтительно 25%, еще предпочтительнее 10% в радиальном сечении, образуя первую общую камеру 31 (фиг. 3 и 4Е), проходящую радиально от ножки 14 лопатки по длине L1. Длина L1 может составлять не более 40% общей длины лопатки. Первая и вторая полости А и В сообщаются между собой также на уровне вершины 16 лопатки в верхних 20% лопатки, предпочтительно 15%, еще предпочтительнее 10% в радиальном направлении, образуя вторую общую камеру 32 (фиг. 3 и 4А), проходящую радиально по длине L2. Длина L2 может составлять не более 20% общей длины лопатки. Между общими камерами 31 и 32 полости А и В изолированы друг от друга стенкой Р, проходящей радиально вдоль лопатки 10. Следовательно, воздух, поступающий из первой общей камеры 31, проходит затем раздельно и параллельно в восходящем направлении в полостях А и В (стрелки на фиг. 3) до второй общей камеры 32.
Кроме того, первая полость А сообщается со стороной 22 корытца лопатки 10 через множество отверстий 40 корытца, распределенных радиально вдоль лопатки 10. Таким образом, часть воздуха, проходящая в первой полости А, удаляется через отверстия 40, создавая охлаждающую пленку на стороне 22 корытца, а также через отверстие 42, выполненное в вершине лопатки, создавая охлаждающую пленку на стенке 26 ванночки 28. Воздух, проходящий в первой полости А, который не удаляется через отверстия 40 или 42, смешивается во второй общей камере 32 с воздухом, поступающим из второй полости B.
Кроме того, полость А может быть ограничена в своей верхней части изогнутой стенкой А’, проходящей на 20%, предпочтительно на 15%, еще предпочтительнее на 10% длины лопатки в радиальном направлении, при этом кривизна стенки A’ направлена к передней кромке 18. Эта изогнутая форма стенки позволяет направлять воздух, проходящий в полости А, в следующие полости и обеспечивает равномерное распределение воздуха в полостях, ограничивая при этом потери напора. Кроме того, стенка Р, разделяющая полости А и В, может содержать в своей верхней части изогнутую часть Р’, образующую угол с остальной частью стенки Р таким образом, что эта изогнутая часть P’ направлена к передней кромке 18. Эта изогнутая часть Р’ позволяет направлять воздух, проходящий в полости В, в полость С. Таким образом, изогнутая стенка А’ и изогнутая часть P’ облегчают поворот воздуха, поступающего из полостей А и В, в полость С, то есть облегчают изменение направления потока воздуха, который проходит в восходящем направлении в полостях А и В и в нисходящем направлении в полости С. Кроме того, это позволяет ограничить потери напора в момент этого поворота.
Вторая и третья полости В и С сообщаются между собой на уровне вершины 16 лопатки в верхних 20% лопатки, предпочтительно 15%, еще предпочтительнее 10% в радиальном направлении, образуя третью общую камеру 33 (фиг. 3 и 4В), проходящую радиально по длине L3. Вторая и третья камеры 32 и 33 сообщаются между собой на уровне вершины 16 лопатки (фиг. 3 и 4А), поэтому первая полость А может также сообщаться с третьей полостью С. Таким образом, воздух, циркулирующий в третьей полости С, поступает из полостей А и В и проходит в нисходящем направлении.
Предпочтительно длина L3 может быть больше длины L2. Таким образом, воздух, проходящий в третьей полости С, в основном поступает из второй полости В. Кроме того, воздух, поступающий из первой полости А, в основном удаляется через отверстия 40 корытца и отверстие 42 вершины лопатки. В частности, не менее 75%, предпочтительно не менее 80% и еще предпочтительнее не менее 85% воздуха, проходящего в третьей полости С, поступает из второй полости В. Это позволяет сохранять холодный воздух внутри третьей полости С, чтобы более эффективно охлаждать сторону 24 спинки лопатки. Действительно, поскольку вторая полость В является центральной полостью, поступающий из нее воздух является более холодным, чем воздух, поступающий из первой полости А, так как он нагревается при теплообменах, в частности, за счет принудительной конвекции, со стороной 22 корытца.
Третья и четвертая полости С и D сообщаются между собой на уровне ножки 14 лопатки в нижних 10% лопатки, предпочтительно 8% и еще предпочтительнее 6% в радиальном направлении, образуя четвертую общую камеру 34 (фиг. 3 и 4Е). Таким образом, воздух, циркулирующий в четвертой полости D, поступает из третьей полости С и проходит в восходящем направлении, то есть от ножки 14 лопатки к вершине 16 лопатки. Четвертая полость D сообщается со спинкой через множество отверстий 44 спинки, распределенных радиально вдоль лопатки 10. Таким образом, часть воздуха, циркулирующая в четвертой полости D, удаляется через отверстия 44, создавая охлаждающую пленку на стороне 24 спинки, а также через отверстие 46 вершины лопатки, находящееся на вершине 16 лопатки, создавая охлаждающую пленку на стенке 26 ванночки 28.
Таким образом, первая система 1 охлаждения проходит от стороны 22 корытца вблизи задней кромки 20 до стороны 24 спинки вблизи передней кромки 18. Эта конфигурация позволяет использовать различные эффекты, связанные с быстрым вращением лопатки 10, в частности, силу Кориолиса, чтобы прижимать воздух в местах, требующих оптимизации теплопередач, в частности, на стенках, ограничивающих стороны корытца и спинки внутри лопатки. Заштрихованные зоны на фиг. 5 представляют собой зоны, где работа воздуха сведена к минимуму, то есть где теплообмены являются наименьшими. Стрелки на фиг. 5, наоборот, показывают ориентацию силы Кориолиса, то есть зоны, где воздух прижимается и где теплообмен является оптимизированным. Эта конфигурация позволяет уменьшить расход воздуха, необходимого для охлаждения лопатки 10, за счет целевого направления теплопередач в сторону соответствующих зон.
Таким образом, центральная полость В действует как механически гибкий сердечник лопатки. Действительно, она позволяет компенсировать механические деформации в стенках, образующих лопатку 10 и смежных со сторонами 22 корытца и 24 спинки, по причине тепловых расширений, связанных с высокими температурами на этих сторонах. Это позволяет ограничить сверхвысокие внешние напряжения на лопатке 10.
Вторая система 2 охлаждения, независимая от первой системы 1 охлаждения, содержит две полости Е и F корытца. Полость Е, смежная с полостями А, В, С и D первой системы охлаждения, получает питание холодным воздухом на уровне ножки 14 лопатки (фиг. 4Е). Полость F находится вблизи передней кромки 18 лопатки 10. Полости Е и F сообщаются между собой через множество каналов 52, распределенных в радиальном направлении вдоль лопатки 10 между этими двумя полостями (фиг. 4В и 4 D).
Полость Е сообщается со стороной 22 корытца лопатки 10 через отверстия 50, распределенные в радиальном направлении по меньшей мере на части этой полости Е. Таким образом, когда холодный воздух проходит в этой полости, он обменивается теплом за счет принудительной конвекции со стенкой, отделяющей эту полость от горячего воздуха вблизи корытца, и удаляется через отверстия 50, создавая охлаждающую пленку на корытце лопатки, проникая также в другую полость через множество каналов 52. Воздух, проходящий в полости F, удаляется через отверстия 54, распределенные в радиальном направлении по меньшей мере на части этой полости F.
Третья система 3 охлаждения, независимая от первой и второй систем 1 и 2 охлаждения, содержит полость G спинки, смежную с полостями А, В и С, и полость Н задней кромки, проходящую радиально одновременно вблизи спинки 24 и вблизи корытца 22 лопатки со стороны задней кромки 20. Полости G и Н получают одновременное питание холодным воздухом через впускное воздушное отверстие на уровне ножки 14 лопатки.
Полость G проходит, с одной стороны, радиально в первой части G’ полости от ножки 14 лопатки до вершины 16 лопатки и вдоль стороны 24 корытца и, с другой стороны, проходит в направлении, по существу перпендикулярном к радиальному направлению, во второй части G” полости вдоль ванночки 28, образуя угол в направлении задней кромки 20 (фиг. 2), при этом вторая часть G” полости позволяет охлаждать поперечную стенку 26 на уровне задней кромки 2. Иначе говоря, полость G проходит от ножки 14 лопатки до задней кромки 20.
Кроме того, первая часть G’ полости имеет большое соотношение формы, при котором в поперечном сечении (см., например, фиг. 4С и 4D) размер (длина) по меньшей мере в три раза превышает другой размер (ширину), что придает ей «вытянутую» или удлиненную форму. Это позволяет максимально увеличить площадь теплообмена между воздухом, циркулирующим в полости G, и стороной 24 спинки. Если не считать полости Н задней кромки, форма которой определена формой лопатки 10 на уровне задней кромки 20, полость G спинки третьей системы 3 охлаждения является единственной из всех содержащихся в лопатке 10 полостей, которая имеет такое соотношение формы. Ограничение числа полостей, имеющих такие соотношения формы, облегчает процесс изготовления лопатки.
Полость Н задней кромки проходит радиально не по всей длине лопатки 10 и ограничена по длине второй частью G” полости. Кроме того, полости третьей системы 3 охлаждения сообщаются с отверстиями 56 задней кромки, выходящими на сторону 22 корытца на уровне задней кромки 20, при этом отверстия 56 задней кромки распределены в радиальном направлении вдоль лопатки 10. Эти отверстия 56 позволяют удалять холодный воздух, циркулирующий в этих двух полостях.
Хотя настоящее изобретение было описано со ссылками на конкретные примеры осуществления, в эти примеры можно, разумеется, вносить изменения, не выходя за рамки общего объема изобретения, определенного в формуле изобретения. В частности, количество систем охлаждения и полостей, образующих каждую из этих систем, не ограничивается количеством, указанным в этом примере. Следовательно, описание и чертежи следует рассматривать как носящие скорее иллюстративный, а не ограничивающий характер.
Очевидно также, что все признаки, описанные в связи со способом, можно перенести отдельно или в комбинации на устройство, и, наоборот, все признаки, описанные в связи с устройством, можно перенести отдельно или в комбинации на способ.
1. Лопатка (10) авиационной турбины, расположенная в радиальном направлении и имеющая корытце (22) и спинку (24), содержащая множество полостей корытца, расположенных радиально вблизи корытца (22) лопатки (10), множество полостей спинки, расположенных радиально вблизи спинки (24) лопатки (10), и по меньшей мере одну центральную полость, находящуюся в центральной части лопатки (10) и окруженную полостями корытца и полостями спинки, при этом лопатка (10) содержит также множество систем охлаждения, при этом по меньшей мере первая система (1) охлаждения содержит:
первую полость (А) и вторую полость (В), при этом первая и вторая полости сообщаются между собой на уровне внутреннего радиального конца (14) и наружного радиального конца (16) лопатки (10),
третью полость (С), сообщающуюся со второй полостью (В) на уровне наружного радиального конца (16),
четвертую полость (D), сообщающуюся с третьей полостью (С) на уровне внутреннего радиального конца (14),
при этом первая полость (А) и вторая полость (В) выполнены так, чтобы одновременно получать питание холодным воздухом через общее впускное воздушное отверстие на уровне внутреннего радиального конца (14) и чтобы воздух проходил в них в одном направлении в радиальном направлении,
при этом первая полость (А) является полостью корытца, вторая полость (В) является центральной полостью, третья полость (С) и четвертая полость (D) являются полостями спинки.
2. Лопатка (10) по п. 1, содержащая множество отверстий (40) корытца, каждое из которых сообщается с первой полостью (А) и выходит на корытце (22) лопатки (10).
3. Лопатка (10) по п. 1 или 2, содержащая множество отверстий (44) спинки, каждое из которых сообщается с четвертой полостью (D) и выходит на спинку (24) лопатки (10).
4. Лопатка (10) по любому из пп. 1-3, содержащая по меньшей мере одну вторую систему (2) охлаждения, содержащую две полости (Е, F) корытца, сообщающиеся между собой через множество каналов (52), распределенных в радиальном направлении вдоль лопатки (10) между этими двумя полостями, при этом одна из этих двух полостей получает питание холодным воздухом через впускное воздушное отверстие на уровне внутреннего радиального конца (14) лопатки (10).
5. Лопатка (10) по любому из пп. 1-4, содержащая по меньшей мере одну третью систему (3) охлаждения, содержащую полость (G) спинки и полость (Н) задней кромки, проходящую радиально одновременно вблизи спинки (24) и вблизи корытца (22) лопатки (10) на уровне ее задней кромки (20), при этом обе полости получают питание холодным воздухом через впускное воздушное отверстие на уровне внутреннего радиального конца (14) лопатки (10), при этом полость (G) спинки образует угол на уровне наружного радиального конца (16) лопатки (10) так, чтобы проходить до задней кромки (20) лопатки (10).
6. Лопатка (10) по любому из пп. 1-5, в которой множество систем охлаждения являются независимыми друг от друга.
7. Лопатка (10) по любому из пп. 1-6, содержащая по меньшей мере две узкие полости, при этом узкие полости имеют первую длину, превышающую или равную по меньшей мере семикратной второй длине в сечении, перпендикулярном к радиальному направлению.
8. Газовая турбина, содержащая лопатки по любому из пп. 1-7.
