Изобретение относится к высоконапорным компрессорам газотурбинных двигателей, в том числе для авиационного применения.
Известен осевой двухкаскадный компрессор, в котором газодинамическая устойчивость обеспечивается за счет вращения роторов низкого и высокого давлений с разными угловыми скоростями [С.А.Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. Москва, «Машиностроение», 1981, стр.64, рис.3.8.б]. Такой компрессор не требует специальных средств механизации, однако недостатком его конструкции является пониженная надежность из-за увеличенного числа опор, подшипников и валов.
Наиболее близким к заявляемому является высоконапорный компрессор газотурбинного двигателя, в котором третья, четвертая, пятая, шестая и седьмая ступени выполнены высоконапорными, т.е. с повышенной степенью сжатия за счет «поджатия» проточной части 3...7 ступеней компрессора [Патент РФ №2243419, F04D 29/60, 2004 г.]. Недостатками известной конструкции являются низкие характеристики надежности и кпд компрессора из-за большого числа ступеней, включая первые две с поворотными направляющими аппаратами.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и кпд компрессора и снижении расходов на изготовление и ремонт за счет повышения запасов газодинамической устойчивости и минимизации количества ступеней поворотных направляющих лопаток.
Сущность изобретения заключается в том, что в высоконапорном компрессоре газотурбинного двигателя, каждая ступень которого включает размещенные в проточной части рабочую лопатку и следующую за ней лопатку направляющего аппарата, согласно изобретению отношение площади Fвх.1 проточной части компрессора на входе в первую рабочую лопатку к площади Fвых.1 проточной части на выходе из первой ступени составляет 1,6-2,2, отношение площади Fвх.2 проточной части компрессора на входе во вторую рабочую лопатку к площади Рвых.2 проточной части компрессора на выходе из компрессора составляет 2,5-3,2, а число Z ступеней компрессора, следующих за первой, равно 4-6.
Выполнение соотношений Fвх.1/Fвых.1=1,6-2,2 и Fвх.2/Fвых.2=2,5-3,2 позволяет изготавливать первую от входа ступень компрессора высоконапорной и сверхзвуковой со степенью сжатия πсж≈2,3...2,4 (степень сжатия πк=14) с минимальным количеством ступеней (4-6). Последующие за первой ступени компрессора выполняют низконапорными и дозвуковыми. Такое выполнение позволяет существенно уменьшить количество поворотных направляющих аппаратов в компрессоре с соответствующим повышением надежности. При этом значительно снижаются время и затраты на доводку компрессора из-за упрощения согласования низконапорных ступеней с расположенной перед ними высоконапорной сверхзвуковой ступенью.
Поскольку на входе в компрессор расположена высоконапорная ступень, то она выполнена с большими размерами по сравнению с последующими ступенями и с утолщенными профилями, т.е. устойчивой к динамическому воздействию потока воздуха и к повреждению посторонними предметами. Это позволяет минимизировать отрицательное воздействие паразитных утечек воздуха через радиальные зазоры между статором и ротором на кпд компрессора.
Обтекание последующих за первой ступеней компрессора низкоскоростным дозвуковым потоком позволяет снизить гидравлические потери при обтекании этих ступеней с соответствующим повышением кпд компрессора в целом, а также выполнить профили лопаток этих ступеней утолщенными, что повышает надежность компрессора. Применение первой высоконапорной ступени в компрессоре позволяет существенно снизить расходы на его изготовление за счет минимального количества ступеней и по этой же причине снизить расходы при ремонте компрессора.
Выполнение соотношения Fвх.1/Fвых.1<1,6 ведет к снижению степени сжатия в первой ступени, что потребует повышения степени сжатия в последующих за первой ступенях компрессора с соответствующим снижением кпд и запасов газодинамической устойчивости компрессора.
При Fвх.1/Fвых.1>2,2 увеличиваются гидравлические потери в первой сверхзвуковой ступени компрессора, что также приводит к снижению кпд компрессора.
При Fвх.2/Fвых.2<2,5 для сохранения общей степени компрессора потребуется существенное увеличение степени сжатия в первой ступени.
Увеличение гидравлических потерь в последующих за первой ступенях компрессора и снижение его кпд наблюдается при Fвх.2/Fвых.2>3,2.
При Z<4 снизится кпд и надежность компрессора, а при Z>6 существенно возрастет количество деталей и осевые габариты компрессора.
На чертеже показан продольный разрез высоконапорного компрессора газотурбинного двигателя заявляемой конструкции.
Высоконапорный компрессор 1 газотурбинного двигателя состоит из статора 2 и ротора 3. В проточной части 4 между статором 2 и ротором 3 размещены, начиная с входа 5 в компрессор 1, лопатки 6 поворотного входного направляющего аппарата 7, рабочие лопатки первой ступени 8 и поворотные направляющие лопатки 9 первой ступени. Рабочие лопатки 8 и направляющие лопатки 9 образуют первую высоконапорную ступень 10 компрессора 1. За первой ступенью 10 размещены рабочие 11 и направляющие 12 лопатки последующих низконапорных ступеней 13 компрессора 1.
Поток воздуха 14 поступает на вход 5 компрессора 1 и выходит на выходе 15.
Работает заявляемое устройство следующим образом.
При работе высоконапорного компрессора 1 поток воздуха 14 с входа 5 поступает в поворотный входной направляющий аппарат 7, откуда поступает на рабочие лопатки 8 высоконапорной сверхзвуковой первой ступени 10. Кинетическая энергия ускоренного лопатками 8 потока воздуха 14 превращается в потенциальную энергию сжатия в направляющих лопатках 9 первой ступени 10.
Воздух 14 из высоконапорной первой ступени 10 поступает в последующие низконапорные ступени 13, где происходит его дальнейшее сжатие с высоким кпд цикла сжатия.
название | год | авторы | номер документа |
---|---|---|---|
ВЫСОКОНАПОРНЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 2019 |
|
RU2734668C1 |
ОСЕВОЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 2003 |
|
RU2243418C2 |
ВЫСОКОНАПОРНЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 2003 |
|
RU2243419C2 |
ВЫСОКОНАПОРНЫЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 2005 |
|
RU2317447C2 |
ГАЗОТУРБИННЫЙ ПРИВОД ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА | 2008 |
|
RU2371588C2 |
СТУПЕНЬ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА | 2007 |
|
RU2347110C1 |
КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 2000 |
|
RU2235915C2 |
СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 2006 |
|
RU2324833C2 |
МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 2002 |
|
RU2235913C2 |
ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА | 2001 |
|
RU2198311C2 |
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении надежности и кпд компрессора и снижении расходов на изготовление и ремонт за счет повышения запасов газодинамической устойчивости и минимизации количества ступеней поворотных направляющих лопаток. Сущность изобретения заключается в том, что в высоконапорном компрессоре газотурбинного двигателя, каждая ступень которого включает размещенные в проточной части рабочую лопатку и следующую за ней лопатку направляющего аппарата, согласно изобретению отношение площади Fвх.1 проточной части компрессора на входе в первую рабочую лопатку к площади Fвых.1 проточной части на выходе из первой ступени составляет 1,6-2,2, отношение площади Fвх.2 проточной части компрессора на входе во вторую рабочую лопатку к площади Fвых.2 проточной части компрессора на выходе из компрессора составляет 2,5-3,2, а число Z ступеней компрессора, следующих за первой, равно 4-6. 1 ил.
Высоконапорный компрессор газотурбинного двигателя, каждая ступень которого включает размещенные в проточной части рабочую лопатку и следующую за ней лопатку направляющего аппарата, отличающийся тем, что отношение площади Fвх.1 проточной части компрессора на входе в первую рабочую лопатку к площади Fвых.1 проточной части на выходе из первой ступени составляет 1,6-2,2, отношение площади Fвх.2 проточной части компрессора на входе во вторую рабочую лопатку к площади Fвых.2 проточной части компрессора на выходе из компрессора составляет 2,5-3,2, а число Z ступеней компрессора, следующих за первой, равно 4-6.
ВЫСОКОНАПОРНЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 2003 |
|
RU2243419C2 |
РОТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ | 1995 |
|
RU2106538C1 |
ТУРБОКОМПРЕССОР | 1997 |
|
RU2140578C1 |
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОИЗВОДНЫХ КАРБОНИЛЬНЫХ | 0 |
|
SU194837A1 |
Бесколесный шариковый ход для железнодорожных вагонов | 1917 |
|
SU97A1 |
Прибор для разбивки откосов насыпей и выемок | 1925 |
|
SU3738A1 |
Авторы
Даты
2007-11-27—Публикация
2006-04-13—Подача