ЖЕЛОБЧАТЫЙ КАНАЛ ДЛЯ ПОТОКА В КОМПРЕССОРЕ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2004 года по МПК F04D29/32 F04D29/38 

Настоящее изобретение относится в целом к газотурбинным двигателям и более конкретно к их вентиляторам и компрессорам.

В турбовентиляторном газотурбинном двигателе воздух сжимается в компрессоре и смешивается с топливом в камере сгорания для образования горячих газообразных продуктов сгорания. Энергия газов извлекается в турбине высокого давления, которая приводит в действие компрессор, а также в следующей за ней турбине низкого давления, которая приводит в действие вентилятор, расположенный перед компрессором.

Вентилятор является особой формой компрессора, имеющей увеличенные лопатки ротора, которые сжимают воздух для создания движущей тяги для сообщения самолету движения в полете. Вентилятор образует первую из многих ступеней компрессора, в которых воздух по очереди сжимается все больше и больше.

Сжатие обеспечивается преобразованием энергии вращения лопаток в скорость воздуха, который затем рассеивается для извлечения из него давления. Рассеивание происходит в локально расширяющихся каналах для потока и ограничивается нежелательным срывом потока и соответствующим падением скорости турбины.

Лопатки вентилятора имеют специфическую конфигурацию для достаточного нагнетания потока воздуха для генерирования при работе тяги двигателя. Многоступенчатый компрессор имеет специфическую конфигурацию для подачи воздуха под высоким давлением в камеру сгорания для его сгорания с топливом для генерирования энергии для ее извлечения расположенными далее по ходу потока турбинами.

Существенной проблемой при конструировании этих компонентов является максимизация способности нагнетания потока и эффективности сжатия с пригодным запасом по срыву потока и в особенности при условиях сильной тяги, когда двигатель работает в условиях, близких к его пределам вращательной скорости и температуры. При высокой вращательной скорости числа М относительно лопаток ротора высоки и могут быть сверхзвуковыми и аэродинамическая нагрузка или рассеивание также высоки. Аэродинамическая проблема дополнительно усложняется механическими и аэромеханическими ограничениями самих лопаток ротора.

Вентилятор и компрессор включают лопасти ротора и лопатки статора, аэродинамические поверхности которых специально конфигурированы для максимизации характеристик в пределах обычных ограничений. Конструкция лопатки включает много компромиссов в областях аэродинамических, механических и аэромеханических характеристик. Лопатки имеют трехмерные конфигурации с типичным закручиванием по размаху от корневой части до оконечности и с изменением по толщине от передней до задней кромок для регулирования аэродинамической нагрузки на соответствующих сторонах повышенного давления и разрежения.

Канал для потока в каждой ступени компрессора образован по окружности между соседними лопастями или лопатками и в радиальном направлении ограничен соответствующими наружной и внутренней стенками.

Например, относительно длинные лопатки вентилятора расположены внутри кольцевого кожуха вентилятора, который образует радиально наружную границу канала для потока или наружную стенку. Лопатки отступают радиально наружу от опорного диска, и обычно отдельные расположенные между лопатками пластины пригодным образом установлены на диске для образования радиально внутреннего канала для потока или внутренней стенки.

Подобным образом ступени ротора компрессора включают соответствующие ряды лопаток ротора, уменьшающихся по размаху в направлении по ходу потока и расположенных внутри соответствующего кольцевого кожуха, образующего радиально наружную оболочку вокруг каждой ступени. Лопатки компрессора в типичном варианте выполнения включают составляющие единое целое с ними пластины в их корневой части, которые соединяются с соседними пластинами для образования внутреннего канала для потока.

Соответствующие ступени статора компрессора включают лопатки, прикрепленные их радиально наружными концами к кольцевому наружному поясу, в типичном варианте выполненному в виде кольцевых или дуговых сегментов. Радиально внутренние концы лопаток статора могут быть простыми или могут прикрепляться к кольцевому внутреннему поясу, который образует внутренний канал для потока, также в типичном варианте сформированный в виде дуговых сегментов.

Все различные формы описанных выше внутренней и наружной границ канала для потока подобны друг другу и осесимметричны. Наружные стенки вогнуты по окружности и образуют гладкую цилиндрическую или коническую поверхность, обращенную радиально внутрь. Внутренние стенки по окружности выпуклы и образуют гладкую цилиндрическую или коническую поверхность, обращенную радиально наружу.

Для заданных размеров двигателя и требуемой тяги размеры лопастей ротора и лопаток статора являются заданными или ограниченными, и они взаимодействуют с имеющими соответствующие размеры наружной и внутренней стенками канала для потока. При таких конструктивных ограничениях трехмерная конфигурация лопастей и лопаток изменяется с целью максимизации эффективности нагнетания потока и сжатия с пригодным запасом по срыву потока. Современные трехмерные компьютерные исследования вязкости потока используются для получения преимуществ в конструировании аэродинамических поверхностей компрессора, однако их характеристики, как описано выше, тем не менее ограниченны.

Соответственно, желательно дополнительно улучшить характеристики компрессоров и лопаток газотурбинного двигателя в пределах геометрических ограничений.

Канал для потока в компрессоре включает разнесенные по окружности лопатки, имеющие разнесенные в осевом направлении переднюю и заднюю кромки и разнесенные в радиальном направлении наружный и внутренний концы. Наружная стенка перекрывает наружные концы лопаток, и внутренняя стенка перекрывает внутренние концы лопаток. Одна из стенок включает желоб, примыкающий к передним кромкам, для локального увеличения там площади сечения потока.

Изобретение, в соответствии с предпочтительными и типичными вариантами его осуществления, а также его другие задачи и преимущества более конкретно описаны в нижеследующем подробном описании, данном в сочетании с прилагаемыми чертежами, на которых:

Фиг.1 изображает вид осевого сечения части вентилятора газотурбинного двигателя согласно типичному варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг.2 изображает вид в плане соседних лопаток вентилятора, показанных на фиг.1, данный по линии 2-2.

Фиг.3 изображает изометрический вид корневых частей лопаток вентилятора и стенки внутреннего канала для потока в вентиляторе, показанном на фиг.1, данный, в целом, по линии 3-3.

Фиг.4 изображает вид радиального сечения соседних лопаток вентилятора, показанных на фиг.2, сделанного вблизи их передней кромки по линии 4-4.

Фиг.5 изображает вид радиального сечения соседних лопаток вентилятора, показанных на фиг.2, сделанного вблизи их задней кромки по линии 5-5.

Фиг.6 изображает с частичным осевым сечением вид части многоступенчатого осевого компрессора, расположенного после вентилятора, показанного на фиг.1, соответствующего другому варианту осуществления изобретения.

Фиг.7 изображает вид с радиальным сечением соседних частей ступеней ротора и статора компрессора, показанного на фиг.6, данный по линии 7-7.

На фиг.1 показана часть турбовентиляторного газотурбинного двигателя 10, который осесимметричен вокруг центральной оси 12. Двигатель включает компрессор низкого давления в форме вентилятора 14, пригодным образом приводимого в действие турбиной низкого давления (не показана). Вентилятор 14 включает ряд лопастей ротора вентилятора или лопаток 16, отступающих радиально наружу от опорного диска 18 ротора и установленных известным способом, например, при помощи замков типа "ласточкин хвост", удерживаемых в соответствующих пазах в форме ласточкина хвоста по периметру диска.

Лопатки 16, показанные на фиг.1, разнесены по окружности или в боковом направлении друг от друга, как более подробно показано на фиг.2, и образуют между собой соответствующие части канала 20 для потока в вентиляторе, по которому при работе направляется воздух 22. Вращение диска вентилятора и расположенных на нем лопаток сообщает энергию воздуху, который сначала ускоряется и затем замедляется посредством рассеивания для извлечения энергии для сжатия воздуха.

Воздух, сжатый наружной частью размаха лопаток вентилятора, используется для получения тяги, необходимой для сообщения движения самолету в полете. Воздух, сжатый внутренней частью размаха лопаток, направляется в расположенный дальше по ходу потока компрессор, описанный ниже, который дополнительно сжимает воздух, который затем смешивается с топливом в камере сгорания (не показана) и воспламеняется для генерирования горячих газообразных продуктов сгорания. Энергия извлекается из газообразных продуктов сгорания турбиной высокого давления (не показана) для приведения в действие компрессора, и дополнительная энергия извлекается турбиной низкого давления для приведения в действие вентилятора известным способом.

Как показано на фиг.1 и 2, каждая лопатка 16 включает, в целом, выпуклую сторону 24 разрежения и по окружности противоположную, в целом, вогнутую сторону 26 повышенного давления. Две стороны проходят между разнесенными в осевом направлении передней и задней кромками 28, 30 и по радиальному размаху между радиально наружным концом 32, образующим оконечность лопатки, и радиально противоположным, внутренним концом 34, образующим корневую часть лопатки.

Канал 20 для потока в вентиляторе, показанный на фиг.2, ограничен по окружности соответствующими сторонами соседних лопаток вентилятора и ограничен в радиальном направлении, как показано более конкретно на фиг.1. Кольцевой корпус вентилятора или кожух 36 образует радиально наружную границу или стенку, которая по окружности перекрывает все лопатки вентилятора у их наружных оконечностей 32. Множество расположенных между лопатками пластин 38 отнесены радиально наружу от диска 18 и соединены с ним известным способом. Отдельные пластины 38 по окружности соединяют соседние лопатки у их внутренних корневых концов 34. Соответственно, воздушный поток 22 в вентиляторе ограничен при работе соответствующими каналами 20 для потока, образованными по окружности соседними лопатками 16 и в радиальном направлении кожухом 36 вентилятора и пластинами 38.

Лопатки 16 вентилятора, показанные на фиг.1 и 2, могут иметь любую известную трехмерную конфигурацию для нагнетания воздуха 22 для создания тяги при соответствующей эффективности сжатия и запасе по срыву потока. Отдельные каналы 20 для потока в вентиляторе расходятся в осевом направлении по ходу потока до их выходных концов у задних кромок для рассеивания воздуха 22 и получения его статического давления. Лопатки вентилятора обычно предназначены для работы с околозвуковыми или сверхзвуковыми числами М потока при соответственно высокой скорости вращения ротора при работе. Лопатки, таким образом, при работе подвергаются воздействию скачка уплотнения, при этом между соседними лопатками создаются ударные волны. Вредные эффекты от скачка уплотнения уменьшаются, когда это возможно, выполнением особой конфигурации лопатки вдоль ее размаха.

Например, каналы 20 для потока в вентиляторе обычно расходятся от входной минимальной площади критического сечения у передних кромок лопаток для нижних частей размаха большинства лопаток. Каналы для потока в области наружной части размаха, заканчивающейся у оконечностей лопаток, обычно сначала сужаются по ходу в осевом направлении до минимальной площади критического сечения, расположенного пригодным образом, и затем увеличиваются по площади до задних кромок лопаток.

Как показано на фиг.1, кожух 36 вентилятора отнесен от оконечностей 32 лопаток для образования между ними соответствующих небольших радиальных зазоров или просветов, допускающих вращательное движение лопаток внутри неподвижного кожуха 36 без нежелательного трения о него оконечностей. Наружная граница канала для потока, таким образом, неподвижна относительно вращающихся лопаток. Соответственно, пластины 38 лопаток, образующие радиально внутренние границы каналов, прикреплены к диску ротора и вращаются вместе с лопатками без относительного вращательного движения между ними.

Размер лопаток, включая их размах от корневой части до оконечности, первоначально задается для получения необходимого значения объема нагнетаемого лопаткой потока, которое обычно выражается в массе на единицу времени. Соответственно, внутренний диаметр кожуха 36 вентилятора и наружный диаметр расположения пластин 38 лопаток относительно центральной оси 12 двигателя также задаются и, таким образом, ограничивают полезную площадь сечения потока соответствующих каналов 20 для потока.

Трехмерные аэродинамические конфигурации лопаток вентилятора могут оптимизироваться с использованием трехмерного компьютерного исследования для достижения максимальной эффективности нагнетания потока и сжатия с пригодным запасом по срыву потока, которые изменяются как функция скорости вращения двигателя от низкой до высокой скорости, требуемой для типичной работы двигателя для энергоснабжения самолета от холостой мощности до крейсерской мощности и до работы с максимальной мощностью.

Согласно типовому варианту осуществления настоящего изобретения, как показано на фиг.1 и 2, каждая из пластин 38, которые образуют внутреннюю границу канала для потока или стенку, включает ложбину или желоб 40, расположенный вблизи передних кромок 28 лопаток, для локального увеличения там площади сечения потока. Как показано на фиг.2 и 3, каждый желоб 40 проходит в боковом направлении по ширине по окружности между соседними передними кромками 28 и проходит по длине в осевом направлении назад от передних кромок.

Каждый желоб 40 предпочтительно имеет по существу однообразную ширину по окружности от его начала до конца. Каждый желоб 40 предпочтительно заканчивается в пластине 38 в осевом направлении в точке, расположенной раньше по ходу потока или спереди от задних кромок 30 лопаток. В месте его окончания желоб переходит в выпуклую по окружности площадку 38а, составляющую остальную поверхность пластины.

Эта предпочтительная форма желобов 40 дает много преимуществ компрессору, такому как вентилятор низкого давления или компрессор высокого давления, которые ограничены с точки зрения общих размеров геометрическими границами, такими как наружный и внутренний диаметры границ канала для потока. Например, вогнутый радиально внутрь желоб 40 в пластинах 38, показанный на фиг.3, обеспечивает получение локального увеличения площади сечения потока вблизи корневых частей 34 лопаток между передней и задней кромками.

Это увеличенное сечение взаимодействует с расширяющимися каналами 20 для потока для локального понижения среднего числа М воздушного потока вблизи передних кромок лопаток, что обеспечивает меньшее рассеивание для достижения требуемого повышения давления между передней и задней кромками лопатки. Поток с локально пониженным числом М соответственно уменьшает сопротивление от поверхностного трения в этом районе для соответственного повышения эффективности сжатия. Для работы с дозвуковой скоростью увеличенное сечение канала для потока у передних кромок лопаток обладает повышенной эффективностью сжатия и дополнительно позволяет модифицировать распределение нагрузки рассеивания по аэродинамическим поверхностям лопатки для дополнительного улучшения характеристик в дополнение к пониженному рассеиванию.

Для работы со сверхзвуковой скоростью, вызывающей ударные волны, локальное увеличение площади, обеспечиваемое желобами у передних кромок лопаток, дополнительно расширяет или увеличивает входной район канала для потока. Входной район это специальный термин, и он означает район, образованный между передней кромкой одной лопатки и точкой сразу после передней кромки следующей соседней лопатки на ее стороне разрежения, где была выявлена первая захваченная волна Маха. Благодаря локальному расширению входного района в пластинах вблизи передних кромок получен увеличенный расход потока или улучшенное нагнетание вентиляторной ступенью с увеличением эффективности сжатия.

Локальное расширение входного района и критического сечения канала для потока в этом районе уменьшает эффективную кривизну профиля при работе вентилятора с высокой скоростью. Это, в свою очередь, повышает высокоскоростной расход потока и эффективность на значительные величины, что подтверждено сравнительными анализами одинаковых конструкций лопаток, в разных случаях отличающихся только внесением в конструкцию пластин желобов в противоположность соответствующим не имеющим желобов пластинам.

Уже одно применение желобчатых пластин лопаток обеспечивает повышение характеристик, но кроме того, оно также позволяет выполнять дополнительную модификацию распределения нагрузки по лопаткам вблизи их корневых частей, в противном случае невозможную из-за обычных ограничений производительности сжатия, включающих запас по срыву потока. Аэродинамические контуры лопаток, таким образом, могут быть дополнительно оптимизированы в дополнение к применению желобчатых пластин для дальнейшего увеличения производительности по нагнетанию потока вентилятором и эффективности сжатия с одновременным сохранением пригодного запаса по срыву потока. Например, желобчатые пластины эффективны в уменьшении интенсивности скачка уплотнения при работе со сверхзвуковой скоростью, а также уменьшают вторичные поля скоростей потока вблизи корневых частей лопаток.

Посредством уменьшения уровней локального рассеивания и интенсивности скачка уплотнения благодаря применению желобчатых пластин потери давления при приближении к пределу потока, накладываемому возможностью запирания кольцевого канала, уменьшаются. В случае с околозвуковым ротором высокоскоростной поток может ограничиваться определенными характеристиками угла атаки на стороне разрежения лопаток вентилятора, двигаясь от передней кромки назад, к первой захваченной волне Маха на стороне разрежения во входном районе или сечении. Желоба увеличивают входной район и в результате больший воздушный поток проходит при тех же определенных характеристиках угла атаки. Кроме того, соответствующее распределение сечения потока, характерное для желобов пластин, увеличивает сходимость кольцевого канала, проходящего через ряд лопаток. В особенности при высоких значениях расхода потока это ведет к уменьшению срыва потока и, следовательно, к улучшению эффективности ротора.

Увеличение площади, полученное благодаря снабжению пластин лопаток желобами, достигается без увеличения, как было бы в другом случае, размаха лопаток, которые могут сохранять заданный размер для заданного варианта применения. Увеличенное сечение потока получено без изменения механических и аэромеханических характеристик, связанных с увеличением размаха лопаток, и без увеличения веса, которое требовалось бы для этого в противном случае.

Для получения максимального преимущества отдельные желоба 40, показанные на фиг.1-3, должны начинаться в осевом направлении спереди от передних кромок 28 лопаток или раньше по ходу потока внутри располагаемого пространства в двигателе. Например, вентилятор, показанный на фиг.1, включает конический обтекатель 42, который в осевом направлении примыкает к ряду лопаток вентилятора и пластин 38, с соответствующей щелью или осевым зазором между ними. Каждый желоб 40 предпочтительно включает входную часть 40а, расположенную на наружной поверхности обтекателя 42 и начинающуюся на обтекателе в пригодной точке, расположенной спереди от передних кромок лопаток, и затем продолжается назад, в соответствующие пластины 38 лопаток. Входные части 40а желобов плавно переходят в основные желоба 40 в месте стыка обтекателя и пластин.

В предпочтительном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.2 и 3, каждый желоб 40 предпочтительно имеет по существу единообразную ширину по окружности от его начала на обтекателе 42 до передних кромок 28 лопаток на пластинах и затем сохраняет единообразную ширину между сторонами лопаток по направлению к его окончанию или завершению, предпочтительно расположенному спереди от задних кромок 30 на пластинах. Профиль желобов 40 в осевом направлении предпочтительно соответствует доминирующему направлению линий обтекания потока, движущегося между соседними лопатками, имеющими, в целом, конфигурацию полумесяца.

Конфигурация желобов может изменяться, как необходимо для максимизации улучшения их характеристик. Например, между соседними лопатками вентилятора может использоваться один или множество желобов, и круглый контур желобов может изменяться, как необходимо для максимизации характеристик и обеспечения пригодного перехода в стороны лопаток. Контуры площадок пластин могут дополнительно изменяться для дополнения аэродинамических характеристик взаимодействующих желобов в других конфигурациях, как необходимо.

Описанные выше желоба 40 для использования на пластинах лопаток вентилятора могут также использоваться для получения преимуществ соответствующих каналов для потока, также обозначенных номером 20, между лопатками или лопастями ротора компрессора, обозначенными номером 16b на фиг.6 и 7. Подобно лопаткам вентилятора лопатки 16b компрессора отступают радиально наружу от опорного диска ротора в форме кольцевого барабана 18b. Соответствующие каналы 20 для потока в компрессоре образованы по окружности между соседними лопатками компрессора и в радиальном направлении между соответствующим кожухом компрессора или наружной стенкой 36b и радиально внутренними пластинами 38b лопаток. Тогда как пластины 38 лопаток вентилятора, показанные на фиг.1, являются отдельными компонентами, установленными между соседними лопатками вентилятора, пластины 38b лопаток компрессора, показанные на фиг.6 и 7, соединены как единое целое с корневыми частями соответствующих лопаток компрессора и стыкуются друг с другом вблизи середины каждого потока канала для потока.

Желоба 40 могут выполняться на пластинах 38b лопаток компрессора по существу таким же образом, как и на пластинах лопаток вентилятора, описанных выше. Однако поскольку в ступенях осевого компрессора, показанных на фиг.6, нет обтекателя, желоба в типичном варианте выполнения начинаются сразу за передними кромками самих отдельных пластин 38b по причине ограниченного пространства в осевом направлении, оставляемого расположенными раньше по ходу потока лопатками статора.

Поскольку лопатки 16b компрессора имеют аэродинамическую конфигурацию, подобную конфигурации больших по размеру лопаток вентилятора, имеющие соответствующие размеры желоба 40 могут подобным образом выполняться на пластинах 38b компрессора. Каждый желоб 40 вновь проходит по окружности по ширине между передними кромками соседних лопаток компрессора и заканчиваются по длине в осевом направлении спереди от задних кромок 30.

В этом варианте осуществления изобретения желоба просто сужаются по ширине между передними и задними кромками в осевом направлении назад. Каждый желоб, таким образом, сужается или уменьшается по ширине вдоль окружности от передних кромок 28 лопаток в осевом направлении в сторону задних кромок 30.

Поскольку аэродинамические нагрузки на сторону разрежения и сторону повышенного давления лопатки разные, желоба 40 имеют такую конфигурацию профиля, которая дополняет разность аэродинамических нагрузок. Предпочтительно каждый желоб 40 прилегает к стороне 24 разрежения одной лопатки 16b и отходит от стороны 26 повышенного давления соседней лопатки 16b, образуя канал 20 для потока между ними.

Как показано на фиг.7, каждый желоб 40 сначала вогнут по окружности радиально внутрь между передними кромками соседних лопаток 16. Поскольку каждый желоб 40 сужается по ширине от передних до задних кромок 28, 30, он следует выпуклому контуру стороны 24 разрежения лопатки, к которой он примыкает, но отходит от стороны 26 повышенного давления соседней лопатки.

Как показано на фиг.7, желоб 40 остается вогнутым по мере его сужения по ширине вдоль окружности и переходит в выпуклую по окружности площадку 38 а пластины, в которой сформирован желоб. За исключением вогнутого желоба 40 все наружные поверхности отдельных пластин 38 лопаток выпуклы по окружности радиально наружу известным образом. Вогнутые желоба 40 изменяют кривизну наружной поверхности пластины на обратную, образуя локально увеличенную площадь сечения потока, тогда как не снабженные желобом части пластин, такие как площадки 38а, остаются выпуклыми по наружному профилю.

Полученный серповидный в осевом направлении профиль отдельных желобов 40 соответствует доминирующим линиям обтекания воздушного потока между соседними лопатками и локально увеличивает площадь сечения потока в соответствующих частях каналов 20 для потока, начинающихся вблизи передних кромок лопаток и заканчивающихся вблизи задних кромок лопаток. Желоба 40, таким образом, следуют в осевом направлении вдоль по существу всего профиля сторон 24 разрежения лопаток, одновременно отходя от сторон 26 повышенного давления лопаток по ходу потока позади их передних кромок. Простой вогнутый желоб дает многие преимущества, описанные выше, для работы с дозвуковой и сверхзвуковой скоростями.

На фиг.6 и 7 также показан другой вариант осуществления изобретения, в котором каналы 20 для потока в компрессоре образованы между соседними лопатками статора, обозначенными номером 16с, которые проходят в радиальном направлении между кольцевым наружным поясом или стенкой 36с и радиально внутренним поясом или стенкой 38с. Отдельные лопатки 16с пригодным образом прикреплены их соответствующими наружными и внутренними концами к соответствующим поясам. Пояса в типичном варианте выполнения сформированы в виде дуговых сегментов, совместно формирующих кольца. Внутренний пояс 38с может быть необязательным, и в некоторых вариантах конструкции внутренние концы лопаток просто плоские, без прикрепленных элементов пояса.

Как и в предшествующих двух вариантах осуществления изобретения, желоба 40 могут иметь соответствующие размеры для использования по меньшей мере в наружном поясе 36с и, если необходимо, во внутреннем поясе 38с для дополнительного улучшения характеристик лопаток статора. Как и в предшествующих вариантах, желоба могут выполняться в поясах статора для локального увеличения в нем площади сечения потока для улучшения аэродинамических характеристик и эффективности аналогичным образом.

Во всех трех описанных выше вариантах осуществления изобретения соответствующие каналы 20 для потока в компрессоре образованы по кольцу между соседними лопатками 16 вентилятора лопатками 16b компрессора или лопатками 16с статора. Каналы для потока также образованы в радиальном направлении между соответствующими наружной и внутренней стенками в форме кожухов, поясов или пластин. Во всех вариантах осуществления изобретения соответствующие желоба 40 выполнены в стенках, которые неподвижно зафиксированы относительно примыкающих лопаток, которые предназначены для осуществления рассеивания воздушного потока.

Соответствующие желоба могут подобным образом конфигурироваться так, чтобы они имели вогнутый профиль и пригодные ширину и контур вдоль окружности между лопатками и пригодные контуры в осевом направлении между передней и задней кромками. Для оптимизации отдельных контуров соответствующих желобов может использоваться исследование для получения наилучших характеристик каждого из конкретных вариантов, описанных выше. Отдельные желоба, выполненные в соответствующих стенках канала для потока, локально увеличивают площадь сечения потока, при этом стенки в остальном имеют обычные конфигурацию и размеры.

Соответственно, для данной геометрии вентиляторной ступени, роторной ступени компрессора или статорной ступени компрессора желоба могут вводиться в их конструкцию для обеспечения дополнительных преимуществ их характеристик без других изменений геометрии соответствующих ступеней.

Хотя здесь было описано то, что рассматривается как предпочтительные и типовые варианты осуществления настоящего изобретения, для специалиста в данной области техники по данному описанию будут очевидны другие модификации изобретения, и, таким образом, необходимо, чтобы все такие модификации были зафиксированы в прилагаемой формуле изобретения, как соответствующие сущности и объему изобретения.

Соответственно, то, что необходимо защитить патентной грамотой США, является изобретением, описанным в нижеследующей формуле изобретения с приведением его отличительных признаков.

Изобретение относится к газотурбинным двигателям и более конкретно к их вентиляторам и компрессорам. Канал (20) для потока включает разнесенные друг от друга по окружности лопатки (16), имеющие разнесенные друг от друга в осевом направлении переднюю и заднюю кромки (28, 30) и разнесенные друг от друга в радиальном направлении наружный и внутренний концы (32, 34). Наружная стенка (36) перекрывает наружные концы лопаток, и внутренняя стенка (38) перекрывает внутренние концы. Одна из стенок включает желоб (40), примыкающий к передним кромкам, для локального увеличения там площади сечения потока. 4 с. и 20 з.п. ф-лы, 7 ил.

1. Канал 20 для потока в компрессоре для рассеивания воздуха 22, содержащий множество лопаток 16, разнесенных вдоль окружности друг от друга, каждая из которых включает разнесенные друг от друга в осевом направлении переднюю и заднюю кромки 28, 30 и разнесенные друг от друга в радиальном направлении наружный и внутренний концы 32, 34; радиально наружную стенку 36, перекрывающую лопатки у их наружных концов, и радиально внутреннюю стенку 38, перекрывающую лопатки у внутренних концов; и по меньшей мере одна из этих стенок 36, 38 включает желоб 40, примыкающий к передним кромкам 28 для локального увеличения там площади сечения потока.2. Канал для потока по п.1, в котором желоб 40 заканчивается в осевом направлении спереди от задних кромок 30.3. Канал для потока по п.2, в котором желоб 40 проходит по ширине вдоль окружности между передними кромками 28 и проходит по длине в осевом направлении назад от них.4. Канал для потока по п.3, в котором желоб 40 уменьшается по ширине от передних кромок 28 в направлении задних кромок 30.5. Канал для потока по п.4, в котором каждая из лопаток 16 дополнительно включает в целом выпуклую сторону 24 разрежения и по окружности противоположную в целом вогнутую сторону 26 повышенного давления и желоб 40 примыкает к стороне 24 разрежения лопатки 16 и отходит от стороны 26 повышенного давления соседней лопатки.6. Канал для потока по п.5, в котором желоб 40 вогнут вдоль окружности вблизи одной лопатки 16 и переходит в выпуклую по окружности площадку 38а, примыкающую к противоположной лопатке.7. Канал для потока по п.3, в котором желоб 40 вогнут по окружности.8. Канал для потока по п.3, в котором желоб 40 начинается в осевом направлении спереди от передних кромок 28.9. Канал для потока по п.8, в котором желоб 40 имеет, по существу, одинаковую ширину от его начала до передних кромок 28 и затем имеет, по существу, одинаковую ширину по ходу к его окончанию.10. Канал для потока по п.3, в котором лопатки являются лопатками 16 ротора вентилятора, отступающими радиально наружу от опорного диска 18; наружная стенка является кольцевым кожухом 36 вентилятора и внутренняя стенка является пластиной 38 лопатки, отнесенной в радиальном направлении наружу от диска.11. Канал для потока по п.10, дополнительно содержащий конический обтекатель 42, примыкающий к пластине 38 у передней кромки 28 лопатки, и желоб 40 начинается на обтекателе и продолжается в направлении задней стороны пластины.12. Канал для потока по п.3, в котором лопатки являются лопатками 16b ротора компрессора, отступающими в радиальном направлении наружу от опорного барабана 18b ротора; наружная стенка является кольцевым кожухом 36b компрессора и внутренняя стенка является пластинами 38b лопаток, соединенными как единое целое с соответствующими лопатками в радиальном направлении снаружи от барабана.13. Канал для потока по п.3, в котором лопатки являются лопатками 16 с статора компрессора; наружная стенка является кольцевым наружным поясом 36с, прикрепленным к наружным концам лопаток, и внутренняя стенка является кольцевым внутренним поясом 38с, прикрепленным к внутренним концам лопаток.14. Канал для потока по п.3, в котором и наружный и внутренний пояса 36с, 38с включают расположенные в них соответствующие желоба 40.15. Канал 20 для потока в вентиляторе для рассеивания воздуха 22, содержащий множество разнесенных друг от друга по окружности лопаток 16 ротора вентилятора, отступающих радиально наружу от опорного диска 18 ротора, каждая из которых включает разнесенные друг от друга в осевом направлении переднюю и заднюю кромки 30, 32 и разнесенные друг от друга в радиальном направлении корневую часть 32 и оконечность 34; кольцевой кожух 36 вентилятора, отнесенный в радиальном направлении от оконечностей лопаток и по окружности перекрывающий лопатки; множество пластин 38, отнесенных радиально наружу от диска и по окружности перекрывающих лопатки у их корневых частей; и каждая из пластин 38 включает вогнутый по окружности желоб 40, примыкающий к передним кромкам 28 для локального увеличения там площади сечения потока.16. Канал для потока по п.15, в котором желоб 40 начинается в осевом направлении спереди от передних кромок 28, заканчивается в осевом направлении спереди от задних кромок 30 и проходит по ширине по окружности между соседними лопатками 16.17. Канал для потока по п.16, в котором желоб 40 имеет, по существу, однообразную ширину от его начала до передних кромок 28 и затем имеет, по существу, однообразную ширину по ходу в направлении его окончания.18. Канал 20 для потока в компрессоре для рассеивания воздуха 22, содержащий множество разнесенных друг от друга по окружности лопаток 16b ротора компрессора, отступающих в радиальном направлении наружу от опорного барабана 18b ротора, каждая из которых включает разнесенные друг от друга в осевом направлении переднюю и заднюю кромки 30, 32 и разнесенные друг от друга в радиальном направлении корневую часть 32 и оконечность 34; кожух 36b компрессора, отнесенный в радиальном направлении от оконечностей лопаток и по окружности перекрывающий лопатки; множество пластин 38b, отнесенных в радиальном направлении от барабана и по окружности перекрывающих лопатки у их корневых частей; и каждая из пластин 38 включает вогнутый по окружности желоб 40, примыкающий к передним кромкам 28 для локального увеличения там площади сечения потока.19. Канал для потока по п.18, в котором желоб 40 проходит по ширине по окружности между передними кромками 28 и заканчивается по длине в осевом направлении спереди от задних кромок 30.20. Канал для потока по п.18, в котором желоб 40 сужается по ширине от передних кромок 28 до задних кромок 30.21. Канал 20 для потока в компрессоре для рассеивания воздуха 22, содержащий множество разнесенных друг от друга по окружности лопаток 16с статора компрессора, каждая из которых включает разнесенные друг от друга в осевом направлении переднюю и заднюю кромки 28, 30 и разнесенные друг от друга в радиальном направлении наружный и внутренний концы; кольцевой наружный пояс 36с, прикрепленный к наружным концам лопаток; и наружный пояс 36с включает вогнутый по окружности желоб 40, примыкающий к передним кромкам 28 для локального увеличения там площади сечения потока.22. Канал для потока по п.21, в котором желоб 40 проходит по ширине по окружности между передними кромками 28 и заканчивается по длине в осевом направлении спереди от задних кромок 30.23. Канал для потока по п.22, в котором желоб 40 сужается по ширине от передних кромок 28 до задних кромок 30.24. Канал для потока по п.23, дополнительно содержащий кольцевой внутренний пояс 38с, прикрепленный к внутренним концам лопаток, причем внутренний пояс включает желоб 40 между передними кромками лопаток для локального увеличения там площади сечения потока.