КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2007 года по МПК F04D29/52 

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения, в том числе для механического привода и для привода электрогенераторов.

Известен компрессор газотурбинного двигателя, в статоре которого над входной частью рабочих лопаток выполнена щелевая перфорация, соединяющая проточную часть компрессора с патрубками системы отбора воздуха из компрессора [Патент РФ №2036333, F04D 29/54, F04D 27/02, 1995 г.].

Недостатком такой конструкции является пониженный КПД компрессора из-за пульсаций давления воздуха в щелевой перфорации над рабочими лопатками.

Наиболее близким к заявляемому является компрессор газотурбинного двигателя с отборами воздуха, во внутреннем корпусе которого между направляющими лопатками и последующими рабочими лопатками выполнена наклонная кольцевая щель, соединяющая проточную часть компрессора с системой охлаждения, например, турбины [Патент РФ №2173796, F04C 18/00, 2001 г.].

Недостатком компрессора известной конструкции, принятой за прототип, являются увеличенные осевые габариты компрессора, так как наклонная кольцевая щель между направляющими лопатками и рабочими лопатками увеличивает осевую длину компрессора. Одновременно снижается надежность компрессора из-за уменьшения радиальной жесткости статора.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и снижении осевых габаритов компрессора при минимальных гидравлических потерях отбираемого воздуха.

Сущность изобретения заключается в том, что в компрессоре газотурбинного двигателя, включающем статор с направляющими лопатками, а также наружный и внутренний корпусы компрессора, образующие между собой кольцевую замкнутую полость отбора воздуха из компрессора, соединенную каналами с проточной частью компрессора, согласно изобретению каналы выполнены наклонными по потоку воздуха в проточной части компрессора и смещены преимущественно в сторону выходной кромки направляющей лопатки, число каналов равно числу направляющих лопаток данной ступени, оси симметрии каналов параллельны осям симметрии замковых соединений направляющих лопаток и расположены на равных расстояниях от них, а передняя по потоку воздуха стенка канала выполнена со стороны проточной части с наклонным по потоку воздуха входным участком, причем β/α=3...8 и Б/В=5...10, где

α - угол наклона стенки входного участка к стенке статора, образующей проточную часть компрессора между направляющими лопатками;

β - угол наклона оси канала к стенке статора, образующей проточную часть компрессора между направляющими лопатками;

Б - хорда направляющей лопатки;

В - расстояние между выходной кромкой направляющей лопатки и задней по потоку стенкой канала со стороны проточной части компрессора.

Кинематическая энергия разогнанного рабочими лопатками компрессора воздуха превращается в направляющем аппарате в потенциальную энергию давления, причем статическое давление воздуха максимально в зоне выходной кромки направляющей лопатки. Повышенное давление отбираемого из проточной части компрессора воздуха обеспечивается в том случае, когда каналы выполнены наклонными по потоку воздуха в проточной части компрессора и смещены преимущественно в сторону выходной кромки направляющей лопатки.

Выполнение числа каналов отбора воздуха равным числу направляющих лопаток данной ступени позволяет обеспечить минимальную окружную неравномерность выходящего из аппарата потока воздуха и обеспечить минимальные вибронапряжения последующих за направляющими рабочих лопаток компрессора.

Выполнение осей симметрии каналов параллельными осям симметрии замкового соединения направляющих лопаток со статором и размещение каналов на равных расстояниях от них позволяет максимально использовать скоростной напор протекающего по межлопаточному каналу воздуха для создания максимального давления отбираемого воздуха.

Выполнение передней по потоку воздуха в проточной части компрессора стенки канала со стороны проточной части с наклонным по потоку входным участком позволяет минимизировать потери полного давления воздуха при повороте в канал отбираемого воздуха и повысить давление воздуха в кольцевой полости отбора.

При β/α<3 возрастают гидравлические потери на поворот отбираемого воздуха, а при β/α>8 возрастают осевые габариты компрессора.

При Б/В<5 существенно снижается давление отбираемого воздуха, а при Б/В>10 увеличиваются осевые габариты компрессора из-за проблем с размещением наклонных каналов отбора воздуха на статоре компрессора.

На фиг.1 показан продольный разрез компрессора газотурбинного двигателя, на фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде. На фиг.3 представлен вид А на фиг.2.

Компрессор 1 газотурбинного двигателя состоит из статора 2 и установленного на подшипнике 3 опоры 4 ротора 5. Статор 2 состоит из наружного и внутреннего корпусов 6 и 7, соответственно, образующих совместно кольцевую замкнутую полость 8 отбора воздуха, соединенную на выходе трубами 9 с полостями обдува корпусов 10 и полостями наддува 11 лабиринтных уплотнений опоры 4, а на входе - каналами 12 с проточной частью 13 компрессора 1. Каналы 12 расположены между статорными направляющими лопатками 14, выполнены наклонными по потоку воздуха 15 в проточной части 13 компрессора 1. Оси симметрии 16 каналов 12 расположены на равных расстояниях от оси симметрии 17 замковых соединений 18 направляющих лопаток 14 со статором 2; оси 16 каналов 12 параллельны осям 17 замковых соединений 18. Направляющие лопатки 14 выполнены с входными 19 и выходными 20 кромками. Задняя по потоку воздуха 15 стенка 21 канала 12, как и сам канал 12, смещена в сторону выходной кромки 20, а передняя стенка 22 выполнена со стороны проточной части 13 с наклонным под углом α по потоку входным участком 23.

Выше и ниже по потоку от направляющих лопаток 14 расположены рабочие лопатки 24 и 25, установленные на роторе 5.

Проточная часть 13 компрессора 1 ограничена со стороны статора 2 стенкой 27.

Работает данное устройство следующим образом.

При работе компрессора 1 газотурбинного двигателя воздух 26, поступающий по каналам 12 в кольцевую полость 8 для наддува полостей 10 и 11, будет иметь максимальное давление, что обеспечивается сдвижкой каналов 12 в сторону выходных кромок 20 направляющих лопаток 14, параллельностью осей симметрии 16 каналов 12 осям симметрии 17 замковых соединений 18 лопаток 14 со статором 2, а также минимальными гидравлическими потерями при повороте отбираемого воздуха 26 вдоль входного участка 23 по передней стенке 22 канала 12.

Минимизации вибронапряжений рабочих лопаток 25 способствует равенство числа каналов 12 числу направляющих лопаток 14, что повышает надежность компрессора 1 из-за снижения вибронапряжений рабочих лопаток.

Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения, в том числе для механического привода и для привода электрогенераторов. Технический результат заключается в повышении надежности и снижении осевых габаритов компрессора при минимальных гидравлических потерях отбираемого воздуха. В компрессоре газотурбинного двигателя, включающем статор с направляющими лопатками, а также наружный и внутренний корпусы компрессора, образующие между собой кольцевую замкнутую полость отбора воздуха из компрессора, соединенную каналами с проточной частью компрессора, согласно изобретению каналы выполнены наклонными по потоку воздуха в проточной части компрессора и смещены преимущественно в сторону выходной кромки направляющей лопатки, число каналов равно числу направляющих лопаток данной ступени, оси симметрии каналов параллельны осям симметрии замковых соединений направляющих лопаток и расположены на равных расстояниях от них, а передняя по потоку воздуха стенка канала выполнена со стороны проточной части с наклонным по потоку воздуха входным участком, причем β/α=3...8 и Б/В=5...10, где α - угол наклона стенки входного участка к стенке статора, образующей проточную часть компрессора между направляющими лопатками; β - угол наклона оси канала к стенке статора, образующей проточную часть компрессора между направляющими лопатками; Б - хорда направляющей лопатки; В - расстояние между выходной кромкой направляющей лопатки и задней по потоку стенкой канала со стороны проточной части компрессора. 3 ил.

Компрессор газотурбинного двигателя с отборами воздуха, включающий статор с направляющими лопатками, а также наружный и внутренний корпусы компрессора, образующие между собой кольцевую замкнутую полость отбора воздуха из компрессора, соединенную каналами с проточной частью компрессора, отличающийся тем, что каналы выполнены наклонными по потоку воздуха в проточной части компрессора и смещены преимущественно в сторону выходной кромки направляющей лопатки, число каналов равно числу направляющих лопаток данной ступени, оси симметрии каналов параллельны осям симметрии замковых соединений направляющих лопаток и расположены на равных расстояниях от них, а передняя по потоку воздуха стенка канала выполнена со стороны проточной части с наклонным по потоку воздуха входным участком, причем β/α=3-8 и Б/В=5-10, где

α - угол наклона стенки входного участка к стенке статора, образующей проточную часть компрессора между направляющими лопатками;

β - угол наклона оси канала к стенке статора, образующей проточную часть компрессора между направляющими лопатками;

Б - хорда направляющей лопатки;

В - расстояние между выходной кромкой направляющей лопатки и задней по потоку стенкой канала со стороны проточной части компрессора.