ОСЕВОЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2006 года по МПК F04D29/32 

Изобретение относится к осевым компрессорам авиационных газотурбинных двигателей с высоконагруженными широкохордными лопатками.

Известен осевой компрессор, содержащий двухступенчатый направляющий аппарат, между ступенями которого размещены рабочие лопатки ротора компрессора (Патент РФ №2212568, МКИ F 04 D 29/32, опубл. 2003 г.). Недостатком такого компрессора, как и многих других, является появление регулярных колебаний давления, возникающих в нем при взаимодействии лопаток направляющих аппаратов с рабочими лопатками ротора при его вращении. Это, в свою очередь, приводит к повышенным вибронапряжениям конструкции компрессора. Особенно эти вибронапряжения возрастают, если частота колебаний давления оказывается в близкой к собственной частоте какого-либо элемента конструкции.

В качестве примера на фиг.4 представлены амплитуды регулярных пульсаций давления за первой ступенью компрессора низкого давления одного из двухконтурных турбореактивных двигателей, при этом на верхнем графике представлены амплитуды колебаний давления с высоконагруженной широкохордной рабочей лопаткой, а на нижнем с обычной рабочей лопаткой. На графиках по оси ординат отложены амплитуды колебаний, а по оси абсцисс отношение

f_эксп/z_рк×z_на,

где f_эксп - экспериментальная частота регулярных колебаний давления,

z_рк - число рабочих лопаток первой ступени,

z_на - число направляющих лопаток за рабочими лопатками первой ступени.

Эти два компрессора отличаются только количеством и напорностью рабочих лопаток 1-й ступени. В одном компрессоре было 19 широкохордных рабочих лопаток, а в другом 37 обычных лопаток. Сравнение двух графиков показывает, что применение широкохордных рабочих лопаток увеличивает амплитуду колебаний давления в 2,6 раза и колебания наблюдаются, когда f_эксп/z_рк×z_на близко к целым числам 3,0 и 6,0. Это говорит о том, что при вращении ротора колебания наблюдаются, когда рабочие лопатки и лопатки направляющих аппаратов взаимодействуют целое число раз и это регулярное взаимодействие каждой лопатки друг с другом необходимо рассредоточить по времени.

Задачей изобретения является снижение амплитуды колебаний давления за рабочим колесом и, как следствие, уменьшение вибронапряженности конструкции.

Указанная задача достигается тем, что в осевом компрессоре, содержащем двухступенчатый направляющий аппарат, между ступенями которого размещены рабочие лопатки ротора компрессора, в нем в окружном направлении рабочие лопатки размещены на роторе с шагом, изменяющимся от лопатки к лопатке на величину 0,5÷5%, а направляющие лопатки одной ступени направляющего аппарата размещены между направляющими лопатками следующей ступени.

Направляющие лопатки в радиальном направлении могут быть выполнены изогнутыми.

Новым в изобретении является то, что в окружном направлении рабочие лопатки размещены на роторе с шагом, изменяющимся от лопатки к лопатке на величину 0,5÷5%, а направляющие лопатки одной ступени направляющего аппарата размещены между направляющими лопатками следующей ступени. Кроме того, направляющие лопатки в радиальном направлении могут быть выполнены изогнутыми.

Разместив рабочие лопатки на роторе в окружном направлении с шагом, изменяющимся от лопатки к лопатке на величину 0,5÷5% мы добиваемся того, что каждая из них взаимодействует с направляющим аппаратом в разной фазе и эффект генерации акустических колебаний снижается.

Разместив направляющие лопатки одной ступени направляющего аппарата между направляющими лопатками следующей ступени мы заставляем каждую рабочую лопатку взаимодействовать поочередно сначала со входным, а затем с выходным сопловым аппаратами, что также уменьшает эффект генерации акустических колебаний.

Выполнив направляющие лопатки в радиальном направлении изогнутыми мы растягиваем по времени взаимодействие направляющих и рабочих лопаток, что еще больше уменьшает эффект генерации акустических колебаний.

На фиг.1 показан продольный разрез двухступенчатого компрессора низкого давления двухконтурного турбореактивного двигателя;

на фиг.2 показаны различные шаги t₁, t₂, t₃, на которые относительно друг друга установлены рабочие лопатки компрессора;

на фиг.3 схематично показано расположение в окружном направлении направляющих лопаток 1-й и 2-й ступени компрессора;

на фиг.4 представлены амплитуды регулярных пульсаций давления за первой ступенью компрессора низкого давления одного из двухконтурных турбореактивных двигателей.

Осевой компрессор содержит направляющие аппараты первой 1 и второй 2 ступеней с направляющими лопатками 3 и 4 соответственно. Между направляющими аппаратами 1 и 2 размещены рабочие лопатки 5 ротора 6 компрессора. В окружном направлении рабочие лопатки 5 размещены на роторе 6 компрессора с шагом t, изменяющимся от лопатки к лопатке на величину 0,5÷5%. Направляющие лопатки 4 размещены в окружном направлении между направляющими лопатками 3. Направляющие лопатки 3 и 4 в радиальном направлении могут быть выполнены изогнутыми (фиг.3).

При работе компрессора благодаря тому, что рабочие лопатки 5 в окружном направлении установлены с различным шагом, каждая из них взаимодействует с направляющими аппаратами 1 и 2 в разной фазе и эффект генерации колебаний из-за рассогласования фаз взаимодействия лопаток снижается. Так как из-за предлагаемого расположения направляющих аппаратов 1 и 2 каждая рабочая лопатка 5 взаимодействует поочередно с направляющими аппаратами, эффект уменьшения амплитуды акустических колебаний усиливается. А изогнутость направляющих лопаток 3 и 4 в радиальном направлении дает возможность «постепенного взаимодействия» с ними каждой рабочей лопатки 5, когда она «проходит» направляющий аппарат при ее вращении, что также снижает амплитуду акустических колебаний. Все это существенно уменьшает динамическое воздействие на конструкцию компрессора.

Изобретение относится к компрессорам авиационных газотурбинных двигателей с высоконагруженными широкохордными лопатками и позволяет снизить амплитуды колебаний давления за рабочим колесом и, как следствие, уменьшить вибронапряженность конструкции. При работе компрессора благодаря тому, что рабочие лопатки 5 в окружном направлении установлены с различным шагом, каждая из них взаимодействует с направляющими аппаратами 1 и 2 в разной фазе и эффект генерации колебаний из-за рассогласования фаз взаимодействия лопаток снижается. Так как из-за расположения направляющих аппаратов 1 и 2 сдвинутыми относительно друг друга в окружном направлении каждая рабочая лопатка 5 взаимодействует поочередно с направляющими аппаратами, эффект уменьшения амплитуды акустических колебаний усиливается. А изогнутость направляющих лопаток 3 и 4 в радиальном направлении дает возможность "постепенного взаимодействия" с ними каждой рабочей лопатки 5, когда она "проходит" направляющий аппарат при ее вращении, что также снижает амплитуду акустических колебаний. Все это существенно уменьшает динамическое воздействие на конструкцию компрессора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Осевой компрессор, содержащий двухступенчатый направляющий аппарат, между ступенями которого размещены рабочие лопатки ротора компрессора, отличающийся тем, что в окружном направлении рабочие лопатки размещены на роторе с шагом, изменяющимся от лопатки к лопатке на величину 0,5÷5%, а направляющие лопатки одной ступени направляющего аппарата размещены между направляющими лопатками следующей ступени.2. Осевой компрессор по п.1, отличающийся тем, что направляющие лопатки в радиальном направлении выполнены изогнутыми.