КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2002 года по МПК F04D29/00 

Изобретение относится к конструкциям газотурбинных двигателей наземного и авиационного назначений.

Известен компрессор газотурбинного двигателя, недостатком которого является низкий кпд компрессора вследствие увеличенных радиальных зазоров между периферийными торцами рабочих лопаток и рабочими кольцами компрессора, т.к. на рабочих кольцах отсутствует истираемое покрытие [1].

Наиболее близкой к заявляемой является конструкция компрессора газотурбинного двигателя, в которой для уменьшения радиальных зазоров между рабочими лопатками и внутренними поверхностями рабочих колец на последние наносят мягкое истираемое покрытие, например алюмографитовое [2].

Недостатком такой конструкции является снижение кпд компрессора с увеличением ресурса, т.к. мягкое покрытие с увеличением наработки двигателя подвергается износу из-за абразивного воздействия частиц либо в результате выветривания.

Для повышения экономичности компрессоры современных газотурбинных двигателей выполняются с большой степенью сжатия: например, суммарная степень сжатия компрессоров двигателя ПС-90А достигает 35, а температура воздуха на выходе из компрессора более 600^oС. С увеличением давления воздуха возрастает концентрация посторонних частиц на единицу объема этого воздуха, и поэтому в компрессорах с высокой степенью сжатия возрастает абразивный износ поверхностей, особенно мягких истираемых покрытий. Кроме того, абразивному износу и выветриванию способствует высокая температура воздуха и высокие скорости в проточной части компрессора.

Техническая задача, которую решает изобретение, заключается в повышении кпд двигателя за счет уменьшения эрозионного износа истираемого покрытия рабочего кольца компрессора.

Сущность изобретения заключается в том, что в компрессоре газотурбинного двигателя с истираемым покрытием внутренней поверхности статорного рабочего кольца согласно изобретению за одно целое с рабочим кольцом со стороны входа в компрессор вне зоны возможного контакта с рабочей лопаткой выполнен защитный козырек, при этом
Δ1 = 0,1...0,3δ, Δ2 = 0,6...2δ,
где δ - радиальный зазор между периферийным торцем пера рабочей лопатки компрессора и внутренней поверхностью истирающегося покрытия рабочего кольца;
Δ1 - высота выступа истираемого покрытия рабочего кольца в проточную часть компрессора;
Δ2 - глубина утопания истираемого покрытия в рабочее кольцо.

Выступ Δ1 истираемого покрытия рабочего кольца в проточную часть компрессора выполнен для первоначальной приработки рабочей лопатки и истираемого покрытия и служит для компенсации искажения геометрии деталей при работе двигателя, например для парирования овализации рабочих колец статора на работающем двигателе.

При Δ1<0,1δ размер Δ1 будет недостаточен для парирования овализации рабочих колец статора на работающем двигателе, а при Δ1>0,3δ велика вероятность резкого ухудшения кпд компрессора, поскольку произойдет быстрый износ незащищенного гребешком покрытия, что приведет к увеличению радиального зазора и снижению кпд.

Величина глубины утопания покрытия в рабочее кольцо Δ2 была выбрана из расчета максимального врезания рабочей лопатки в истираемое покрытие в случае, например, экстренной остановки двигателя и сопровождающего ее интенсивного охлаждения наружных корпусов компрессора.

При Δ2<0,6δ глубина утопания покрытия может оказаться недостаточной при экстренной остановке двигателя, что приведет к заклиниванию ротора компрессора о его статор и их повреждению.

В случае Δ2>2δ толщина покрытия будет излишней, что послужит причиной его скалывания.

Выполнение защитного козырька за одно целое с рабочим кольцом со стороны входа в компрессор вне зоны возможного контакта с рабочей лопаткой позволяет исключать лобовое столкновение и динамическое воздействие посторонних частиц и струй воздуха с покрытием, существенно снижая износ покрытия.

На фиг. 1 показан продольный разрез компрессора заявляемой конструкции. На фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.

Компрессор 1 газотурбинного двигателя состоит из статора 2 с рабочими кольцами 3 и направляющими аппаратами 4, а также из ротора 5 с рабочими лопатками 6. На внутренней поверхности 7 рабочих колец 3, на кольцевые или винтовые канавки 8 нанесено истираемое покрытие 9, например, на основе алюмографита.

Для уменьшения абразивного износа посторонними частицами 10 и выветривания покрытие 9 со стороны входа в компрессор, т.е. со стороны набегающего на рабочую лопатку воздушного потока 11, защищено козырьком 12, относительно внутренней поверхности 13 которого истираемое покрытие 9 выступает в сторону проточной части 14 компрессора 1 на величину Δ1 и утопает в рабочее кольцо 3 на глубину Δ2.
Защитный козырек 12 выполнен за одно целое с рабочим кольцом 3. Перо 15 рабочих лопаток 6 имеет периферийный торец 16, которым лопатка 6 может контактировать с покрытием 9 на рабочей длине зоны L. Защитный козырек 12 расположен вне зоны возможного контакта с рабочей лопаткой 6. Козырек 12 выполнен вне зоны L.

Устройство работает следующим образом.

При работе двигателя посторонние частицы 10, которые перемещаются вместе с воздушным потоком 11 по проточной части 14 компрессора 1, воздействуют на внутреннюю поверхность 17 истираемого покрытия 9 только по касательной. Козырек 12 защищает покрытие 9 от лобового столкновения частиц 10 и исключает скалывание этого покрытия 9. Кроме того, козырек 12 защищает покрытие 9 от дополнительного воздействия воздушного потока 11, учитывая, что скорость воздуха в проточной части 14 компрессора 1 может достигать 200 м/сек (720 км/час).

Кроме того, данная конструкция повышает надежность двигателя, т.к. исключает необходимость компенсации снижения кпд и тяги двигателя путем повышения температуры газа перед турбиной.

Источники информации
1. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1989, стр. 66, рис. 3.10.

2. С. А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. М.: Машиностроение, 1989, стр. 122.

Изобретение относится к конструкциям газотурбинных двигателей наземного и авиационного назначений и позволяет повысить кпд двигателя за счет уменьшения эрозионного износа истираемого покрытия рабочего кольца компрессора. Сущность изобретения: в компрессоре газотурбинного двигателя с истираемым покрытием внутренней поверхности статорного рабочего кольца за одно целое с рабочим кольцом со стороны входа в компрессор вне зоны возможного контакта с рабочей лопаткой выполнен защитный козырек, при этом Δ1 = 0,1...0,3δ, Δ2 = 0,6...2δ, где δ - радиальный зазор между периферийным торцем пера рабочей лопатки компрессора и внутренней поверхностью истирающегося покрытия рабочего кольца; Δ1 - высота выступа истираемого покрытия рабочего кольца в проточную часть компрессора; Δ2 - глубина утопания истираемого покрытия в рабочее кольцо. 2 ил.

Компрессор газотурбинного двигателя с истираемым покрытием внутренней поверхности статорного рабочего кольца, отличающийся тем, что за одно целое с рабочим кольцом со стороны входа в компрессор вне зоны возможного контакта с рабочей лопаткой выполнен защитный козырек, при этом
Δ1 = 0,1...0,3δ, Δ2 = 0,6...2δ,
где δ - радиальный зазор между периферийным торцем пера рабочей лопатки компрессора и внутренней поверхностью истираемого покрытия рабочего кольца;
Δ1 - высота выступа истираемого покрытия рабочего кольца в проточную часть компрессора;
Δ2 - глубина утопания истираемого покрытия в рабочее кольцо.