ОСЕВОЙ КОМПРЕССОР Российский патент 1999 года по МПК F04D29/68 

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в осевых компрессорах для совершенствования внутренней аэродинамики за счет эффекта взаимодействия торцевого и лопаточного пограничного слоев.

Известна конструкция осевого компрессора, содержащего корпус и установленные попарно венцы вращающихся и неподвижных лопаток. Каждый венец вращающихся лопаток образует рабочее колесо, а каждый венец неподвижных лопаток - направляющий аппарат. Рабочее колесо и направляющий аппарат (НА) [2, с 53... 54] образуют ступень компрессора.

Недостатком известной конструкции является то, что наличие торцевых стенок, ограничивающих межлопаточный канал по высоте, разность давлений на выпуклых и вогнутых поверхностях лопаток образуют в каждой кольцевой решетке парный вихрь как результат взаимодействия торцевого и лопаточного пограничного слоев [2, с 78...79].

Экспериментальным моделированием доказано, что торцевой пограничный слой под действием градиента давления сносится к спинке лопатки с общей направленностью к точке отрыва лопаточного пограничного слоя, подтекает под него, и, оттесняя вихревую пелену оторвавшегося лопаточного пограничного слоя, самостоятельным вихревым движением направляется к срединной части лопатки, попадает в аэродинамический след за лопаткой, увеличивая расходное воздействие в нем, чем влияет на изменение градиента давления на лопатке, провоцируя более ранний срыв лопаточного пограничного слоя.

Ранее проведенные авторами экспериментальные исследования [1, с.83...85] показали, что даже на углах атаки, соответствующих минимальным потерям, на спинках лопаток направляющего аппарата присутствует срывная зона, которая распространяется у корневого сечения лопатки по ее спинке приблизительно в области 85-100% длины ее хорды. По спинке лопатки от корневого сечения срывная зона распространяется в области до 23% высоты лопатки внешней выпуклой границей к набегающему основному потоку по некоторому закону, напоминающему ветвь параболы.

Задачей изобретения является уменьшение распространения срывной зоны в пространстве и интенсивности ее воздействия на основной поток в межлопаточном канале. Это возможно при размещении вихревого течения срывной зоны в "теле" лопаток направляющего аппарата, то есть применением спрофилированного особым образом углубления (фиг. 1, фиг. 2) на спинках лопаток направляющего аппарата - каверны 1, которая распространяется у корневых сечений лопаток от 85 до 100% хорды, от корневого сечения к срединной части лопаток - с уменьшением глубины и протяженности по линейным законам, сходясь к точке на хвостике лопатки, соответствующей 23% высоты лопатки. Максимальная глубина углубления у корневых сечений лопаток находится в точках, соответствующих 85% длины хорды лопаток, и авторами определена как 40% относительной толщины лопаток в данной точке. В продольных сечениях лопаток каверна представляет собой прямоугольные углубления.

Появление нового конструктивного признака по сравнению с прототипом, то есть применение каверны 1 на спинках лопаток направляющего аппарата ступени осевого компрессора, соответствует одному из критериев изобретения и предполагает новое техническое свойство, как уменьшение воздействия срывной зоны на основной поток в межлопаточном канале направляющего аппарата ступени осевого компрессора. Все это отвечает изобретательскому уровню.

Элементом новизны служит применение каверны, которая распространяется у корневых сечений лопаток от 85 до 100% хорды, от корневого сечения к срединной части лопаток - с уменьшением глубины и протяженности по линейным законам, сходясь к точке на хвостиках лопаток, соответствующей 23% высоты лопатки. Максимальная глубина углубления у корневых сечений лопаток находится в точках, соответствующих 85% длины хорды лопаток, и авторами определена как 40% относительной толщины лопаток в данной точке. В продольных сечениях лопаток каверна представляет собой прямоугольные углубления. Каверна служит для уменьшения влияния вихревого течения срывной зоны на основной поток в межлопаточном канале. Как следствие, происходит уменьшение расходного воздействия в аэродинамический след за лопаткой, изменение градиента давления по лопатке и предотвращение раннего срыва со спинки лопатки.

Экспериментальные исследования показывают, что происходит увеличение напорности низконапорной ступени до 2 процентов (фиг. 3).

На фиг. 2 изображен фрагмент общего вида описываемого устройства.

Осевой компрессор содержит корпус 2, лопаточный венец рабочего колеса 3, лопаточный венец направляющего аппарата 4 с выполненной каверной 1 на спинках лопаток.

Описываемое устройство работает следующим образом. Под воздействием лопаточного венца вращающегося рабочего колеса 3 поток продвигается по межлопаточному каналу лопаточного венца направляющего аппарата 4. При совокупности образования положительного градиента давления на спинках лопаток направляющего аппарата и характера течения торцевого пограничного слоя имеет место предрасположенность к образованию срывной зоны на спинках лопаток направляющего аппарата. В данном случае вихревое течение срывной зоны течения на спинках лопаток размещается в каверне 1, тем самым уменьшая свое воздействие на основной поток, что ведет к улучшению структуры его течения, уменьшению расходного воздействия в аэродинамический след за лопаткой, изменению градиента давления, предотвращению раннего срыва со спинок лопаток.

Проведенные авторами экспериментальные исследования позволяют предположить, что на высоконапорных ступенях осевых компрессоров применение каверны на спинках лопаток направляющих аппаратов будет еще более эффективным.

Литература:
1. Исаев А.И. Исследование взаимодействия пограничных слоев в лопаточном венце осевого компрессора. Материалы VI научно-технической конференции училища. - Иркутск.: ИВВАИУ, 1990.

2. Нечаев Ю.Н. Теория авиационных двигателей - М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1990.

Изобретение относится к области компрессоростроения, в частности к осевым компрессорам, и позволяет повысить КПД компрессора путем уменьшения воздействия вихревого течения на основной поток рабочего тела. На спинках лопаток направляющего аппарата ступени осевого компрессора выполнены каверны (углубления), которые распространяются у корневых сечений лопаток от 85 до 100% хорды от корневого сечения к срединной части лопаток - с уменьшением глубины и протяженности по линейным законам, сходясь к точке на хвостике лопатки, соответствующей 23% высоты лопатки. Максимальная глубина углубления у корневых сечений лопаток находится в точках, соответствующих 85% длины хорды лопаток и составляет 40% относительной толщины лопаток в данной точке. В продольных сечениях лопаток каверна представляет собой прямоугольные углубления. 3 ил.

Осевой компрессор, содержащий корпус, лопаточный венец рабочего колеса, направляющий аппарат, отличающийся тем, что спинки лопаток направляющего аппарата выполнены с каверной - спрофилированного особым образом углубления с максимальной глубиной у корневых сечений лопаток 40% от толщины лопаток в точках, соответствующих 85% от длины хорды лопаток, которое распространяется у корневого сечения лопаток от 85 до 100% хорды, от корневого сечения к срединной части лопаток - с уменьшением глубины и протяженности по линейным законам, сходясь к точке на хвостике лопатки, соответствующей 23% высоты лопатки, в продольных сечениях лопаток каверна представляет собой прямоугольные углубления.