УСТРОЙСТВО ОТБОРОВ ВОЗДУХА ИЗ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА Российский патент 1999 года по МПК F04D19/00 F04D29/32 

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в газотурбинных установках (ГТУ), у которых для охлаждения деталей турбины и др. целей выполнены отборы воздуха из ступеней осевого компрессора.

Известны ГТУ, у которых для охлаждения турбины из осевого компрессора отбирается сжатый воздух (см. авторское свидетельство СССР 164742, Кл. 46 f, 4_o2 F 01 D 5/08, F 02 C 7/12 "Газовая турбина с охлаждаемым ротором" опубл. в БИ N 16 за 1964 г.).

Аналог содержит осевой компрессор со статором и ротором, в полость которого через радиальные отверстия отбирается охлаждающий воздух.

Известно устройство для вторичного отбора воздуха из осевого компрессора, снижающее потери давления отбираемого воздуха в тракте от места отбора до потребителя. (Патент Германии N 4326799, МПК: F 04 D 29/00, F 04 D 19/00, F 02 C 6/08, опубликовано в "Изобретениях стран мира", выпуск 067, N 9 за 1996 г.)
Устройство для вторичного отбора воздуха, принятое за прототип, представляет из себя осевой компрессор с ротором и рабочими лопатками, статором и направляющими лопатками, при этом через статор осуществлен отбор воздуха в /спиральную/ кольцевую камеру с выводом последней в трубу (канал) отвода.

Существующие технические решения не компенсируют большие затраты мощности на сжатие отбираемого воздуха, доля которого в высокотемпературных ГТУ составляет более 10% общего расхода рабочего тела, что значительно снижает КПД установок (двигателей).

Целью изобретения является компенсация названных потерь путем применения устройства отбора, повышающего адиабатический КПД осевого компрессора.

Поставленная цель достигается тем, что у осевого компрессора, содержащего ротор с рабочими лопатками, статор с направляющими лопатками, сборные кольцевые камеры с отводящими каналами, хвостовики лопаток или промежуточные вставки между ними выполнены с пазами, образующими щели, соединяющие донные поверхности межлопаточных каналов с кольцевыми сборными камерами отборов воздуха.

Такое устройство позволяет использовать эффект отсоса пограничного слоя с донных поверхностей межлопаточных каналов при отборах воздуха из ступеней осевого компрессора для снижения вторичных потерь и повышения его КПД.

На фиг. 1 изображена ступень осевого компрессора; на фиг. 2 - устройство отбора воздуха, образованное хвостовиками лопаток и вставок; на фиг. 3 - конструкция вставки (или хвостовика) с пазом.

Устройство содержит ротор осевого компрессора 1 с рабочими лопатками 2, статор 3 с направляющими лопатками 4, сборные кольцевые камеры 5 с отводящими каналами 6, при этом хвостовики лопаток 7 или промежуточные вставки между ними 8 выполнены с пазами 9, образующими щели 10, соединяющие донные поверхности 11 межлопаточных каналов с кольцевыми сборными камерами 5 отборов воздуха.

В типовой ступени осевого компрессора под действием перепада давлений между вогнутой и выпуклой сторонами профилей лопаток в пограничном слое на донной поверхности 11 возникает вторичное течение. Достигнув выпуклой стороны лопатки, оно сворачивается в вихрь, преобразующий кинетическую энергию в тепло. Одновременно, перед следующим венцом у поверхностей ротора и статора деформируются поля скоростей, углов натекания и температур, как это показано на фиг. 4а и 4б. Вторичные течения снижают КПД рассматриваемой ступени и отрицательно сказываются на работе последующих.

При использовании предлагаемого устройства вторичное течение, не достигнув выпуклой стороны лопатки, стекает в щель 10, откуда через сборную кольцевую камеру 5 и отводящие каналы 6 направляется к местам потребления отбираемого воздуха. Профиль скоростей и температур за венцом ступени, оснащенной устройством, выравнивается, как показано на фиг. 5а - 5б. Повышается ее КПД и КПД следующих за нею ступеней компрессора.

Эффект от повышения КПД осевого компрессора может компенсировать до половины затрат на сжатие отбираемого воздуха.

Осевой компрессор содержит ротор с рабочими лопатками, в хвостовиках или в промежуточных вставках которых выполнены пазы, образующие щели для отбора воздуха с донных поверхностей межлопаточных каналов в сборные кольцевые камеры. Использование изобретения позволит повысить адиабатический КПД компрессора. 5 ил.

Устройство отборов воздуха из ступеней осевого компрессора, содержащее ротор с рабочими лопатками, статор с направляющими лопатками, сборные кольцевые камеры с отводящими каналами, отличающееся тем, что хвостовики лопаток или промежуточные вставки между ними выполнены с пазами, образующими щели, соединяющие донные поверхности межлопаточных каналов с кольцевыми камерами отборов воздуха.