16.4. Конструктивные особенности и технические условия на изготовление лопаток турбины
Лопатки турбины, как и лопатки компрессора, являются массовыми деталями. Некоторые ГТД имеют до семи ступеней, а количество лопаток достигает 500 шт. на один двигатель.
Длина лопаток турбины для разных двигателей заключена в пределах 40 ... 350 мм, закрутка пера достигает 60°. Перо, рабочей лопатки турбины имеет сложную пространственную аэродинамическую форму с переменными профилями поперечных сечений. Сечения пера повернуты относительно друг друга, образуя его закрутку.
Перо сопловых лопаток выполняется без закрутки с постоянными или подобными сечениями.
Как правило, максимальная толщина поперечных сечений лопаток турбины больше, чем у лопаток компрессора, что, в частности, связано с наличием в пере внутренних полостей для охлаждения лопаток. Углы поворота потока в межлопаточных каналах турбин также больше, что обусловливает более значительный, чем в лопатках компрессоров, прогиб профиля и как следствие большие момент инерции сечения и жесткость.
Различают охлаждаемые и неохлаждаемые (монолитные) лопатки турбины.
Охлаждаемые лопатки турбины бывают:
- многоканальными,
- дефлекторными,
-перфорированными
-
с пористой оболочкой (рис. 8.4).
Рис 16.4. Охлаждаемые рабочие лопатки турбины:I - многоканальные (а - в); II - дефлекторные (г, д); бездефлекторные с перфорацией (е, ж) и пористой оболочкой (з)
Охлаждаемыми делаются лопатки первых ступеней турбины. В настоящее время наиболее часто используются бездефлекторные лопатки с перфорацией или без нее. Большинство лопаток имеет перфорационные отверстия. Они чаще всего располагаются ближе к входной кромке в два или три ряда, иногда на поверхностях спинки и корыта. Число таких отверстий диаметром 0,3 ... 0,6 мм достигает 100 и более. Сопловые лопатки обычно охлаждаемые, с дефлекторами и перфорацией пера.
Наиболее распространенным видом соединения лопатки и диска турбины является «елочный» замок, обеспечивающий равномерное распределение передаваемой нагрузки. Стандарт устанавливает соединения с 2, 3,4 и 5 парами зубьев.
При обработке елочного хвостовика необходимо выдерживать размеры с точностью ±0,008 мм по шагу зубьев и -0,08 по роликам.
Лопатки статора турбины обычно выполняются с двумя хвостовиками типа «призма» или «проушина».
Материалы лопаток турбины
Лопатки газовой турбины являются наиболее нагруженными деталями ГТД. Они эксплуатируются в условиях высоких температур в агрессивной среде продуктов сгорания, поэтому требования к материалам, особенно к материалам рабочих лопаток, чрезвычайно высоки.
Для рабочих и сопловых лопаток применяют следующие жаропрочные сплавы:
- при температуре нагрева 950 ... 1000 °С литейные ЖС6К, ВЖЛ-12У
- при 1050 ... 1100 °С литейные ЖС6УВИ, ЖС6Ф, ЖС26ВИ, ЖСЗО, ЖС32 и др.
- при температуре нагрева до 950 °С деформируемые сплавы ЭП929, ЭП109, ЭП220, ЖС6КП
В перспективе для изготовления лопаток турбины представляют особый интерес сплавы тугоплавких металлов, интерметаллидные сплавы (для лопаток турбины низкого давления), керамокомпозиты.