СТАТОР ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 1995 года по МПК F04D29/54 F04D27/02 

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, а точнее к корпусам осевого компрессора ГТД, с отбором воздуха от компрессора для использования его в системе кондиционирования, системе антиобледенения, охлаждения корпуса турбины и т.п.

Известен статор осевого компрессора ГТД с отбором воздуха от компрессора, содержащий внутренний корпус, в котором установлены направляющие аппараты, и наружный силовой корпус. Между корпусами, жестко соединенными между собой кольцевыми радиальными фланцами, образована кольцевая полость, сообщенная с проточной частью компрессора кольцевой щелью, расположенной в зазоре между лопаточными венцами промежуточной ступени компрессора.

Существенные недостатки этого статора в увеличенной длине компрессора из-за наличия увеличенного осевого зазора в месте расположения щели для отбора воздуха, что существенно увеличивает массу компрессора, кроме того, кольцевая щель разрезает корпус на две части, что уменьшает его прочность.

Известен другой статор осевого компрессора ГТД с отбором воздуха, содержащий передний и задний корпусы, в которых установлены направляющие аппараты. На радиальном фланце переднего корпуса, в зазоре между лопаточными венцами промежуточной ступени жестко закреплено кольцо с отверстиями для прохода воздуха из проточной части компрессора в кольцевую полость отбора воздуха от компрессора, расположенную между корпусами. Кольцо с отверстиями контактирует с кольцевой проточкой на переднем конце заднего корпуса.

Недостатки этого статора такие же, как и у предыдущего статора увеличение длины компрессора из-за увеличения осевого зазора между лопаточными венцами в месте расположения отверстий и разрыв прочностной связи корпуса в месте отбора воздуха.

Известен статор осевого компрессора, принятый за прототип, в корпусе которого установлены направляющие аппараты и в котором кольцевая полость над рабочим колесом одной из ступеней компрессора сообщена с проточной частью компрессора перфорацией, выполненной в статорном кольце, ограничивающем изнутри кольцевую полость от проточной части компрессора. Осевой зазор между лопаточными венцами этой ступени компрессора обычный, не увеличенный.

Перфорация выполнена в виде щелей, ориентированных в окружном направлении по вращению рабочих лопаток и расположенных над входной частью последних и в зоне осевого зазора между статорным и роторным лопаточными венцами. Статорное кольцо снабжено легко истирающимся покрытием, расположенным над остальной частью рабочих лопаток. При работе двигателя неравномерность давления по окружности на входе в рабочее колесо устраняется перетеканием воздуха через щели статорного кольца в замкнутую кольцевую полость, благодаря чему обеспечивается равномерность давления воздуха на оставшейся части хорды рабочих лопаток. Это повышает КПД компрессора и расширяет диапазон его устойчивой работы.

Целью изобретения является создание конструкции статора компрессора с отбором воздуха из компрессора с использованием перфорации и кольцевой полости известного статора.

Указанная цель достигается тем, что в статоре осевого компрессора газотурбинного двигателя, содержащем корпус, установленные в нем направляющие аппараты, выполненную в нем над рабочим колесом одной из ступеней кольцевую полость, ограниченную со стороны проточной части статорным кольцом с перфорацией и сообщенную с проточной частью компрессора, статор снабжен обечайкой с патрубками системы отбора воздуха из компрессора, охватывающей с образованием кольцевой камеры корпус, камера расположена над полостью, сообщена с ней посредством отверстий в корпусе и подключена к патрубкам.

На фиг.1 изображено частичное продольное сечение осевого компрессора ГТД в месте отбора воздуха; на фиг.2 вид по стрелке А на фиг.1; на фиг.3 сечение Б-Б на фиг.1.

Статор осевого компрессора ГТД содержит направляющие аппараты 1, установленные в корпусе 2. Внутри корпуса 2, над рабочим колесом промежуточной ступени, образована кольцевая полость 3, ограниченная изнутри статорным кольцом 4. В кольце 4 выполнена перфорация, сообщающая полость 3 с проточной частью 5 компрессора. Снаружи корпуса 2 установлен второй силовой корпус 6 обечайка, который связан с силовыми корпусами двигателя и воспринимает силовые нагрузки на статор компрессора. Между корпусами 2 и 6 вокруг внутренней полости 3 при помощи промежуточного кольца 7 образована кольцевая камера 8, сообщенная отверстиями 9 во внутреннем корпусе 2 с внутренней полостью 3. Отверстиями 10 в обечайке 6 кольцевая камера 8 сообщена с патрубками 11 системы отбора воздуха от компрессора. Перфорация в статорном кольце 4 выполнена в виде щелей 12, ориентированных в окружном направлении по вращению рабочих лопаток 13. Щели 12 расположены над входной частью рабочих лопаток 13 и в зоне осевого зазора между направляющими лопатками 14 и рабочими лопатками 13. Для обеспечения минимальных потерь полного давления щели 12 наклонены к продольной оси компрессора под углом α равным, например, 30^о, и начинаются непосредственно за направляющими лопатками 14, а над рабочими лопатками 13 размещены на 1/3 их ширины. Статорное кольцо 4 снабжено легко истирающимся покрытием 15, расположенным над остальной частью рабочих лопаток 13 и обеспечивающим малый радиальный зазор между вершинами рабочих лопаток 13 и статорным кольцом 4.

Так как посторонние частицы, попадающие на вход в компрессор при взаимодействии с рабочими лопатками, приобретают окружную составляющую скорости в направлении вращения ротора компрессора, а из-за действия на эти частицы центробежных сил они приобретают и радиальную составляющую скорости, то для обеспечения безударного выхода этих частиц через щели 12 перфорации из проточной части 5 компрессора в полость 3, щели 12 имеют еще и наклон в окружном направлении под углом β, равным, например, 45^о.

При работе двигателя неравномерности давления воздуха по окружности на входе в рабочее колесо устраняются перетеканием воздуха через щели 12 статорного кольца 4 в кольцевую полость 3, благодаря чему обеспечивается равномерность давления на оставшейся части хорды лопаток 13. При включении отбора воздуха от компрессора воздух из внутренней полости 3 проходит через отверстия 9 в кольцевую камеру 8 и далее через отверстия 10 в патрубки 11 системы отбора воздуха. При этом области высокого давления, прошедшие через щели 12 во внутреннюю полость 3, затем проходят в кольцевую камеру 8 и далее в патрубки 11. Это дополнительно уменьшает неравномерность давления в компрессоре, что повышает КПД компрессора и расширяет диапазон его устойчивой работы.

Так как внутренняя полость 3 в предлагаемом статоре стала проточной, то пограничный слой из проточной части компрессора, как и посторонние механические частицы, попавшие на вход в компрессор, поступают через щели 12 в эту полость и затем в кольцевую камеру 8 и далее уходят в патрубки 11. Это улучшает работу газотурбинного двигателя. Предлагаемый статор осевого компрессора позволяет отбирать воздух от компрессора без увеличения его длины и массы, а также улучшает работу двигателя за счет удаления из проточной части пограничного слоя и посторонних механических частиц, попавших на вход в компрессор.

Использование: авиационное двигателестроение, а именно статоры осевого компрессора. Сущность изобретения: статор осевого компрессора ГТД содержит внутренний корпус, в котором установлены направляющие аппараты и внутри которого образована внутренняя поверхность над рабочим колесом промежуточной ступени, сообщенная перфорацией в статорном кольце с проточной частью компрессора над этим рабочим колесом. Снаружи внутреннего корпуса установлен второй корпус, между корпусами вокруг внутренней кольцевой полости образована наружная кольцевая полость, сообщенная отверстиями во внутреннем корпусе с внутренней полостью, а отверстиями в наружном корпусе с трубопроводами системы отбора воздуха от компрессора. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. СТАТОР ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ, содержащий корпус, установленные в нем направляющие аппараты, выполненную в нем над рабочим колесом одной из ступеней кольцевую полость, ограниченную со стороны проточной части статорным кольцом с перфорацией и сообщенную с проточной частью компрессора, отличающийся тем, что статор снабжен обечайкой с патрубками системы отбора воздуха из компрессора, охватывающей с образованием кольцевой камеры корпус, камера расположена над полостью, сообщена с ней посредством отверстий в корпусе и подключена к патрубкам. 2. Статор по п.1, отличающийся тем, что перфорация в статорном кольце выполнена в виде щелей, ориентированных в окружном направлении по вращению рабочего колеса. 3. Статор по п. 1, отличающийся тем, что щели расположены над входной частью рабочих лопаток и в зоне осевого зазора между направляющими рабочими лопатками и наклонены к продольной оси компрессора. 4. Статор по п.1, отличающийся тем, что щели размещены над рабочими лопатками на 1/3 их ширины. 5. Статор по п.1, отличающийся тем, что статорное кольцо снабжено легкоистирающимся покрытием, расположенным над остальной частью рабочих лопаток.