РАБОЧЕЕ КОЛЕСО СТУПЕНИ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА ЛОПАТОЧНОЙ МАШИНЫ Российский патент 2008 года по МПК F04D29/34 

Изобретение относится к конструктивным элементам роторов осевых компрессоров, а именно предотвращение перетекания и образования парного вихря.

Известно, что недостатком современных лопаточных машин, например осевых компрессоров газотурбинных двигателей (ГТД), является появление вихревого течения воздуха на концах рабочих лопаток из-за перетекания воздуха через их концевые сечения из-за наличия зазора δ (фиг.2) и вблизи торцевых стенок, вызванного наличием разности давлений на выпуклых и вогнутых поверхностях лопаток. Разность этих давлений, воздействуя на поток у торцевых стенок канала, вызывает его перетекание от вогнутой поверхности к выпуклой. Это течение, взаимодействуя с основным потоком, образует в каждом канале, в местах сопряжения спинок лопаток с полками, два вихревых шнура, получивших название парного вихря.

Известно конструктивное решение ступени осевого компрессора ГТД (патент № RU 221138, кл. F04D 29/34, опубл. 19.11.2004 г.), имеющего лопаточные венцы рабочего колеса и кольцевой бандаж, выполненный в виде внешнего опорного силового кольца, наружная часть которого изготовлена из композиционного материала, а внутренняя - из металла, причем внутреннее силовое кольцо имеет пазы для крепления в них хвостовиков концевой части лопаток. Наряду с решением поставленной задачи, это изобретение позволило избежать потерь, возникающих из-за перетекания воздуха через концевые сечения рабочих лопаток, которые, в свою очередь, складывались из потерь на трение о торцевые стенки (полки) и вихревых потерь, связанных с перетеканием воздуха у радиальных границ канала, т.е. в местах сопряжения лопаток с торцевыми стенками, фиг.2 вид А.

Газодинамические расчеты прототипа (рабочего колеса осевого компрессора с внешним опорным силовым кольцом) показали, что отсутствие торцевого перетекания увеличивает степень повышения давления (π_к) и КПД, однако не позволяет устранить образование парных вихрей, загромождающих проточную часть, что является недостатком как существующих, так и предложенной конструкции прототипа и сказывается на степень повышения давления (π_к) и КПД ступени компрессора ГТД.

Технической задачей изобретения является уменьшение влияния парных вихрей.

Решение такой задачи позволит устранить загромождение проточной части парными вихрями, увеличить степень повышения давления (π_к) и КПД рабочего колеса ступени лопаточной машины.

Решение технической задачи изобретения заключается в том, что в рабочее колесо ступени осевого компрессора лопаточной машины, имеющее лопаточные венцы и кольцевой бандаж, выполненный в виде внешнего опорного силового кольца, наружная часть которого изготовлена из композиционного материала, а внутренняя - из металла, причем внутреннее силовое кольцо имеет пазы для крепления в них хвостовиков концевой части лопатки, дополнительно установлены профилированные вставки в виде лопаток малого удлинения на внутренней поверхности внешнего опорного силового кольца и диске между лопатками.

Такое усовершенствование прототипа создает сопротивление для поперечного течения парных вихрей и направляет их по потоку.

На фиг.1 показано рабочее колесо ступени осевого компрессора с внешним опорным силовым кольцом; на фиг.2 - существующее рабочее колесо и схема образования парных вихрей в проточной части рабочего колеса и перетекание воздуха через концевые сечения лопаток из-за наличия зазора δ; на фиг.3 - а) схема образования парных вихрей у концевых сечений лопаток; б) схема направления парных вихрей в поток в предлагаемой конструкции.

Описание устройства и его работы.

Рабочее колесо ступени осевого компрессора лопаточной машины (фиг.1, 2) состоит из рабочих лопаток 1, профилированных вставок 2, диска рабочего колеса 3, корпуса 4 и внешнего опорного силового кольца 5. Профилированные вставки 2 представляют собой лопатки малого удлинения, размер и положение их между рабочими лопатками 1 определяются экспериментальным путем.

При возникновении парного вихря, показанного на фиг.3, его течение по торцевым поверхностям встречается с препятствием в виде профилированных вставок 2 и направляется по потоку, что уменьшает сопротивление основному потоку и позволяет повысить степень сжатия π_к и КПД осевого компрессора.

Изобретение относится к конструктивным элементам роторов осевых компрессоров, обеспечивающих уменьшение перетекания и завихрений, возникающих в проточной части рабочего колеса турбины. Рабочее колесо ступени осевого компрессора лопаточной машины содержит рабочие лопатки 1, диск 3 рабочего колеса, корпус 4 и внешнее опорное силовое кольцо 5 и дополнительно имеет профилированные вставки 2, представляющие собой лопатки малого удлинения, установленные на внешнем опорном силовом кольце 5 и диске между рабочими лопатками 1. Технический результат изобретения - уменьшение сопротивления основному потоку и увеличение степени повышения давления (π_к) и КПД осевого компрессора. 3 ил.

Рабочее колесо ступени осевого компрессора лопаточной машины, имеющее лопаточные венцы и кольцевой бандаж, выполненный в виде внешнего опорного силового кольца, наружная часть которого изготовлена из композиционного материала, а внутренняя - из металла, причем внутреннее силовое кольцо имеет пазы для крепления в них хвостовиков концевой части лопатки, отличающееся тем, что в нем на внутренней поверхности внешнего опорного силового кольца и на диске между лопатками дополнительно установлены профилированные вставки в виде лопаток малого удлинения.