ВЫСОКОНАПОРНЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ Российский патент 2007 года по МПК F04D29/60 

Описание патента на изобретение RU2311565C1

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.

Похожие патенты RU2311565C1

название год авторы номер документа
ВЫСОКОНАПОРНЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2019
  • Иноземцев Александр Александрович
  • Харин Сергей Александрович
  • Селезнев Станислав Олегович
RU2734668C1
ОСЕВОЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2003
  • Гузачев Е.Т.
  • Кузнецов В.А.
  • Тункин А.И.
RU2243418C2
ВЫСОКОНАПОРНЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2003
  • Гузачев Е.Т.
  • Тункин А.И.
  • Кузнецов В.А.
RU2243419C2
ВЫСОКОНАПОРНЫЙ МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2005
  • Тункин Анатолий Иванович
  • Кузнецов Валерий Алексеевич
  • Гузачев Евгений Тимофеевич
RU2317447C2
ГАЗОТУРБИННЫЙ ПРИВОД ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА 2008
  • Петрушенко Юрий Яковлевич
  • Леонтьев Александр Иванович
  • Федорченко Дмитрий Геннадьевич
  • Марченко Герман Николаевич
  • Межибовский Вениамин Моисеевич
  • Дружинин Григорий Иванович
  • Ахметова Ирина Гареевна
  • Учарова Алсу Урхановна
  • Алтынбаева Эмина Романовна
  • Агафонов Юрий Михайлович
  • Брусов Владимир Алексеевич
RU2371588C2
СТУПЕНЬ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА 2007
  • Тункин Анатолий Иванович
  • Кузнецов Валерий Алексеевич
RU2347110C1
КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2000
  • Кузнецов В.А.
  • Тункин А.И.
RU2235915C2
СПОСОБ ЭКСПЛУАТАЦИИ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2006
  • Кузнецов Валерий Алексеевич
  • Гузачев Евгений Тимофеевич
  • Полатиди Софокл Харлампович
RU2324833C2
МНОГОСТУПЕНЧАТЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2002
  • Тункин А.И.
  • Кузнецов В.А.
RU2235913C2
ГАЗОТУРБИННАЯ УСТАНОВКА 2001
  • Иноземцев А.А.
  • Гузачев Е.Т.
  • Торопчин С.В.
  • Кузнецов В.А.
RU2198311C2

Реферат патента 2007 года ВЫСОКОНАПОРНЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ

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.

Формула изобретения RU 2 311 565 C1

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.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2311565C1

ВЫСОКОНАПОРНЫЙ КОМПРЕССОР ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 2003
  • Гузачев Е.Т.
  • Тункин А.И.
  • Кузнецов В.А.
RU2243419C2
РОТОР КОМПРЕССОРА ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ 1995
  • Ошканов Н.М.
  • Тункин А.И.
  • Кузменко М.Л.
  • Пыхтин Ю.А.
RU2106538C1
ТУРБОКОМПРЕССОР 1997
  • Вольфганг Цахариас
RU2140578C1
СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ПРОИЗВОДНЫХ КАРБОНИЛЬНЫХ 0
SU194837A1
Бесколесный шариковый ход для железнодорожных вагонов 1917
  • Латышев И.И.
SU97A1
Прибор для разбивки откосов насыпей и выемок 1925
  • Гросс Э.Ф.
SU3738A1

RU 2 311 565 C1

Авторы

Иноземцев Александр Александрович

Харин Сергей Александрович

Гузачев Евгений Тимофеевич

Михайлов Алексей Борисович

Кузнецов Валерий Алексеевич

Даты

2007-11-27Публикация

2006-04-13Подача