ЛОПАТКА КОМПРЕССОРА Российский патент 1995 года по МПК F04D29/30 

Изобретение относится к турбокомпрессоростроению и может быть использовано в осевых компрессорах и турбинах воздушно-реактивных двигателей, а также в крыльях самолетов.

Известна лопаточная решетка дозвукового осевого компрессора [1], содержащая рабочие лопатки, образующие межлопаточные каналы, и имеющие каждая периферийную прорезь, открытую со стороны торца, и расположенную в зоне горловины межлопаточного канала.

Однако, в данной лопаточной решетке невозможно осуществить изменение угла потока на выходе путем применения поворотного закрылка.

Известна лопатка компрессора [2], содержащая неподвижный предкрылок и поворотный закрылок. За счет плавного сопряжения в исходном положении закрылка обеспечивается исключение наружных тупых углов. Однако, в крайнем положении закрылка с одной стороны образуется неплавное сопряжение поверхностей аэродинамических профилей предкрылка и закрылка. Это увеличивает гидравлические потери и шаговую неравномерность потока на выходе из лопатки.

Целью изобретения является уменьшение гидравлических потерь.

Указанная цель достигается тем, что в лопатке компрессора, содержащей неподвижный предкрылок и поворотный закрылок, на спинке закрылка в зоне его входного участка, выполнена продольная щель, открытая для набегающего потока при повороте закрылка.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемая лопатка компрессора отличается тем, что на спинке закрылка в зоне его входного участка, выполнена продольная щель, открытая для набегающего потока при повороте закрылка.

Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "Hовизна".

Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области, т. е. турбо- и компрессоростроения, позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в предлагаемой лопатке компрессора и признать предлагаемое решение соответствующим критерию "Существенные отличия".

На фиг.1 изображена лопатка компрессора в исходном положении; на фиг.2 - лопатка компрессора с отклоненным закрылком.

Лопатка компрессора содержит неподвижный предкрылок 1 и поворотный закрылок 2, вращающийся вокруг оси 3. На спинке закрылка 2 в зоне его входного участка выполнена продольная щель 4, открытая для набегающего потока при повороте закрылка 2.

Лопатка компрессора работает следующим образом.

При работе компрессора лопатка компрессора обтекается набегающим потоком. При этом, в зависимости от режима работы производится поворот закрылка. При отклонении закрылка 2 вокруг оси 3 на угол α (фиг.2), возникают наружные тупые углы между предкрылком 1 и закрылком 2, давление в погранслое на спинке закрылка становится больше, чем в межлопаточном канале (ядре потока).

Поэтому пограничный слой не в состоянии преодолеть высокий положительный градиент давления при больших углах поворота и происходит отрыв потока со спинки закрылка, возникают развитые срывные зоны потока, что приводит к увеличению гидравлических потерь, увеличению шаговой неравномерности полей давлений и скоростей за решеткой, увеличению угла отставания потока и уменьшению предельного эффективного угла поворота закрылка т.е. к уменьшению эффективного диапазона регулирования.

Срыв потока может быть предотвращен или локализован, а интенсивность аэродинамического следа за выходными кромками, а, следовательно, и шаговая неравномерность - уменьшена применением энергетического метода воздействия на течение в пристеночных слоях, т.е. с использованием энергии внешних слоев для улучшения течения в пограничном слое.

Для этого на спинке закрылка 2, в зоне его входного участка, выполнена продольная щель 4, открытая для набегающего потока при повороте закрылка.

Для обеспечения жесткости и прочности лопаток щели выполнены в виде отдельных секций.

При обтекании перекачиваемым потоком часть его попадает в щель 4, в которой энергия давления преобразуется в энергию высокоcкоростной струи, подпитывающей заторможенный пристеночный слой у спинки закрылка.

На больших углах поворота закрылка наличие перетекания через щель затягивает возникновение срывных зон, уменьшает шаговую неравномерность потока и увеличивает предельный эффективный угол поворота закрылка, т.е. увеличивает диапазон регулирования.

В результате этого уменьшаются гидравлические потери.

По принципу действия на течение в пограничном слое предложенное можно отнести к пассивному управлению обтеканием, при котором воздействие на пограничный слой осуществляется перераспределением энергии в потоке без внесения дополнительной энергии из других систем.

Ширина щели должна быть не менее толщины пограничного слоя в месте входа потока в нее и определяется из соотношения
d = K·x где d - ширина щели,
К - коэффициент, характеризующий геометрию решетки, для слабоизогнутых профилей с густотой b/t ≅ 1,5 К = 0,37,
х - расстояние от носика предкрылка до входа в щель, расположенную на закрылке;
Re_x - число Рейнольдса Re_х= где W - скорость потока на входе в решетку,
ν - кинематическая вязкость рабочего тела.

В исходном положении α = 0^о (фиг.1) щели 4 закрылка 2 уходят из зоны проточной части за торец неподвижного предкрылка 1. При этом обтекание лопатки происходит без подпитки заторможенного пристеночного слоя.

Изобретение позволяет снизить гидравлические потери за счет того, что лопатка компрессора содержит неподвижный предкрылок 1 и поворотный закрылок 2 и на спинке закрылка 2 в зоне его входного участка выполнена продольная щель 4, открытая для набегающего потока при повороте закрылка 2. 2 ил.

ЛОПАТКА КОМПРЕССОРА, содержащая неподвижный подкрылок и поворотный закрылок, отличающаяся тем, что, с целью уменьшения гидравлических потерь, на спинке закрылка в зоне его входного участка выполнена продольная щель, открытая для набегающего потока при повороте закрылка.