РЕШЕТКА ПРОФИЛЕЙ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА Российский патент 1997 года по МПК F04D29/32 

Изобретение относится к области авиационного и энергетического машиностроения и посвящено совершенствованию лопаточного аппарата осевых компрессоров. Известны решетки-профили осевых компрессоров, характеризуемые хордой профиля b, максимальной толщиной Δ, углом b_у, шагом t и прогибом средней линии (рис. 1а). Углы между касательными и средней линией профиля на входе и выходе и фронтом решетки β_1л и β_2л определяют оптимальное направление движения потока. Действительное направление характеризуется углами β₁ и β₂. Разница между указательными углами i = β_1л-β₁ и δ = β_2л-β₂ определяют угол атаки и угол отставания потока.

Основной особенностью течения газа в компрессорной решетке является диффузорный характер течения, при котором возможен отрыв потока от стенок, вызывающий кризисное повышение потерь энергии.

Для конкретной решетки существует вполне определенный диапазон безразмерных входных скоростей M₁ и углов атаки i, где возможно ее безотрывное обтекание. Превышение этих величин ведет к возникновению отрыва потока и нарушению стационарности течения. Выберем в качестве прототипа компрессорную решетку С-4. Зависимость коэффициента потерь энергии ζ от числа M₁ приведена на фиг. 2 (кривая 1) для нулевого угла атаки [1] Видно, что допустимый диапазон входных скоростей для рассматриваемой решетки не превышает M₁ 0,63. Для расширения этого диапазона обычно уменьшают кривизну профиля, толщину входных стенок, максимальную толщину профиля и смещают сечение с максимальной толщиной в глубь канала.

Таким образом удается заметно расширить диапазон допустимых входных скоростей (кривая 2) и углов атаки i [1]
Эта же цель достигается в прототипе [2] за счет выполнения на спинке профиля по- перечных канавок (фиг. 3), которые интенсивно турбулизируют пристеночную часть пограничного слоя и расширяют таким образом диапазон бескризисных скоростей и углов атаки.

Главным недостатком прототипа является резкое увеличение потерь энергии при 10 12% по сравнению с обычными компрессорными решетками.

Устранить этот недостаток и получить еще больший эффект можно, если на спинке профиля в области максимальной толщины выполнить продольные канавки прямоугольного профиля, равномерно расположенные по всей высоте профиля (см. фиг. 1 3).

Максимальная глубина канавок a в области максимальной толщины профиля D не должна превышать 30% от толщины D. Ширина канавок b a и шаг t₁ 2b (рис. 1б и в).

Предлагаемая система работает следующим образом. Наличие канавок приводит к периодическим разрывам скоростей по высоте лопатки, и эти области являются областями генерации турбулентности, что резко повышает устойчивость пограничного слоя к отрыву от стенок. Далее канавки снижают ускорение потока на входной части спинки профиля и способствуют снижению локального положительного градиента давления на выходной части профиля, что также увеличивает устойчивость решетки к отрыву потока.

В результате заметно расширяется диапазон допустимых скоростей по числу M₁ при нулевом угле атаки (кривая 3 на фиг. 2), а также можно ожидать и увеличения допустимого угла атаки при фиксированном значении числа M₁.

Использование: авиационное и энергетическое машиностроение, в частности в лопаточных аппаратах осевых компрессоров. Сущность изобретения: решетка профилей осевого компрессора содержит турбулизаторы потока, выполненные в виде продольных канавок на спинке в области максимальной толщины по всей высоте профиля, имеющих оптимальные геометрические соотношения. 3 ил.

Решетка профилей осевого компрессора, обеспечивающая повышение давления в направлении движения потока, содержащая турбулизаторы потока, выполненные на профилях со стороны спинки в области максимальной толщины по всей высоте профиля, отличающаяся тем, что турбулизаторы выполнены в виде продольных канавок с шириной, равной глубине канавки, и шагом, равным двум глубинам канавки.