КОМПРЕССОР ДЛЯ ПОВТОРНОЙ ЗАКАЧКИ ВОЗДУХА, ТУРБОМАШИНА Российский патент 2013 года по МПК F01D17/16 F04D29/56 F01D9/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к компрессору, в частности к компрессору высокого давления для турбомашины, такой как турбореактивный самолет. Более конкретно, настоящее изобретение относится к повторному закачиванию воздуха во входное устройство для повышения работоспособности (или предела закачивания) такого компрессора.

В качестве ближайшего аналога выбран патент US 2006/0104806

В компрессоре высокого давления, содержащем кольцеобразный корпус с установленным в нем множеством ступеней лопастных рабочих колес, известно, что первое рабочее колесо является особенно чувствительным с точки зрения эксплуатации. Известно, как получить воздух под давлением с одной из ступеней самого компрессора и повторно закачать его вверх по потоку от первого рабочего колеса и около него. Обычно воздух закачивается через отверстия или трубки, которые проходят через наружный кожух корпуса. Поток воздуха направляется, насколько это возможно, по касательной к стенке корпуса.

Задачей изобретения является усовершенствование данного типа компрессора для повышения эффективности, с которой воздух повторно закачивается независимо от скорости двигателя. Идея, на которой основано настоящее изобретение, состоит в обеспечении ориентации, при которой повторное закачивание воздуха изменяется в зависимости от скорости двигателя. Это достигается посредством использования того факта, что лопатки входного статора вверх по потоку от первой ступени сжатия, обеспечивают угол наклона, который регулируется в зависимости от скорости двигателя. Таким образом, настоящее изобретение заключается в увязывании повторной закачки воздуха с регулируемым углом наклона лопаток статора для повышения эффективности повторной закачки.

Задача решается созданием компрессора, содержащего корпус, вмещающий множество ступеней сжатия, причем каждая содержит лопастное рабочее колесо, приводимое во вращение, причем перед первой ступенью находится входной статор, содержащий стационарные лопатки с регулируемым углом наклона, содержащие оси поворота, которые проходят через указанный корпус, и контур повторной закачки воздуха, причем компрессор отличается тем, что указанный контур повторной закачки воздуха содержит отверстия для впрыска, проходящие, по меньшей мере, через некоторые лопатки указанного входного статора и открывающиеся внутрь около осей поворота на входе указанного компрессора.

Обычно повторно закачанный воздух может отводиться с одной из ступеней сжатия.

Для каждой рассматриваемой лопатки статора, таким образом, по меньшей мере, одно такое отверстие образовано под углом, например, через круглое основание между осью поворота лопатки и ее несущей поверхности.

Отверстия для впрыска образованы в лопатках входного статора, которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности. Отверстия могут быть образованы во всех лопатках или только на их части, например, поочередно, на каждой третьей лопатке и т.д.

Предпочтительно, чтобы отверстия впрыска были образованы в лопатках входного статора, которые равномерно распределены по окружности.

Предпочтительно также, чтобы отверстия впрыска открывались во входящий поток компрессора на сторонах всасывания лопаток входного статора.

Отверстия могут открываться во входящий поток компрессора на стороне давления или на стороне всасывания лопаток входного статора. Предпочтительно, чтобы, по меньшей мере, некоторые из отверстий открывались на сторону всасывания, а остальные на сторону давления. Тем не менее, часть отверстий могут открываться на сторону всасывания, а часть на сторону давления.

Для повышения эффективности, с которой воздух повторно закачивается, предпочтительно, чтобы отверстия открывались во входящий поток компрессора, по существу, по касательной к корпусу.

Целесообразно, чтобы каждая указанная стационарная лопатка включала основание круглой формы с осями поворота, выступающими наружу от его центра, указанное основание было размещено в гнезде в наружном кожухе корпуса, а указанные отверстия впрыска проходили под углом через основание.

Другие преимущества настоящего изобретения будут более понятны при изучении нижеследующего описания компрессора в соответствии с принципом настоящего изобретения, приведенного исключительно в качестве примера и выполненного со ссылкой на сопроводительные чертежи, на которых:

фиг.1 изображает схематический фрагмент вида компрессора высокого давления, в котором часть сжатого воздуха повторно закачивается во входное устройство;

фиг.2 изображает подробный вид компрессора в соответствии с настоящим изобретением, показывающий как воздух проходит через оси поворота регулируемых стационарных лопаток входного статора;

фиг.3 изображает перспективный вид лопатки статора в соответствии с настоящим изобретением;

фиг.3А изображает вид в направлении стрелки IIIA на фиг.3;

фиг.4 изображает перспективный вид лопатки статора в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения;

фиг.4А изображает вид в направлении стрелки IVA на фиг.4;

фиг.5 изображает перспективный вид лопатки статора в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения; и

фиг.5А изображает вид в направлении стрелки VA на фиг.5.

На чертежах можно видеть схематически и в разрезе компрессор 11 высокого давления кольцеобразной конфигурации вокруг оси Х, содержащий шесть ступеней C₁-C₆ сжатия, причем каждая ступень содержит лопастное колесо, приводимое во вращение, называемое рабочим колесом RM₁-RM₆, и статор RD₁-RD₆, содержащий стационарные лопатки с возможностью регулирования угла наклона. Кольцеобразный корпус компрессора содержит внутренний кожух 15, который приводится во вращение и к которому прикреплены рабочие колеса, и наружный кожух 17, который является стационарным. Различные статоры проходят между внутренним кожухом 15 и наружным кожухом 17. Кроме того, внутренний статор RDE содержит стационарные лопатки с регулируемым углом наклона. Как показано на фиг.2, каждая лопатка 18 статора RDE имеет аэродинамическую поверхность 19, ось 20 поворота, проходящую через наружный кожух 17, и круглое основание 21, расположенное между осью поворота и аэродинамической поверхностью.

Известно расположение контура 23 повторной закачки воздуха между одной из ступеней сжатия и на входе компрессора. Например, как показано на фиг.1. воздух отводится с выхода третьей ступени сжатия и повторно закачивается вверх по потоку от рабочего колеса RM₁ первой ступени сжатия.

В соответствии с настоящим изобретением контур повторной закачки воздуха содержит одно или более отверстий 22 для впрыска, проходящих, по меньшей мере, через некоторые из лопаток 18 входного статора, которые расположены непосредственно вверх по потоку от рабочего колеса RM₁ первой ступени C₁ сжатия.

Как показано на фиг.2, воздух, выходящий вниз по потоку, подается в воздухосборный коллектор 25, расположенный снаружи наружного кожуха корпуса компрессора. Отверстия 27 образованы во фланце 28 промежуточного корпуса, который используется для прикрепления компрессора к остальной части конструкции. Отверстия 27 соединяются с отверстиями 29 в кожухе 17, проходящими к окрестности осей поворота 20, по меньшей мере, нескольких лопаток с регулируемым углом наклона входного статора RDE, расположенных непосредственно вверх по потоку от первого рабочего колеса RM₁ компрессора. Для каждой лопатки 18 ось поворота выступает от круглого основания 21, которое установлено в соответствующем гнезде 30 кожуха 17. Плоская кольцеобразная прокладка 32 расположена между основанием 21 и нижней частью гнезда 30. Таким образом, небольшая кольцеобразная полость 35 образуется вокруг основания оси 20 поворота. Она образована при помощи радиальной наружной поверхности статора RDE, кожуха 17 корпуса, прокладки 32 и втулки 33, образующей подшипник оси 20 поворота. Соответствующее отверстие 29 открывается в эту кольцеобразную полость.

В данном примере отверстие (отверстия) 22 проходит между кольцеобразной полостью 35 и внутренней частью корпуса непосредственно вверх по потоку от первого рабочего колеса RM₁ первой ступени C₁ сжатия.

Как показано на чертежах, каждое основание 21 содержит, по меньшей мере, одно отверстие 22, которое открывается во входящий поток компрессора, по существу, по касательной к корпусу. Как показано на фиг.3-5, в каждом основании 21 может быть образовано одно или более наклонных отверстий 22 для образования этого соединения. В качестве примера одно такое отверстие может открываться во входящий поток компрессора на стороне всасывания соответствующей лопатки (фиг.3, 3А) или на стороне давления указанной лопатки (фиг.4, 4А). Предпочтительно, по меньшей мере, имеется одно отверстие, которое открывается на сторону всасывания, однако можно выполнить множество отверстий, причем некоторые открываются на сторону давления, остальные на сторону всасывания (фиг.5, 5А).

Такое расположение может быть выполнено для каждой регулируемой лопатки статора или только для некоторых из них, которые расположены на равном расстоянии друг от друга по окружности.

Таким образом, принудительное прохождение повторно закачанного воздуха через лопатки с регулируемым углом наклона входного статора RDE позволяет эффективно изменять с возможностью регулирования ориентацию потоков воздуха, которые повторно закачиваются во входное устройство первой ступени сжатия в зависимости от скорости двигателя. Повторно закачанный воздух направляется при помощи лопатки с регулируемой ориентацией статора, таким образом, повышая эффективность повторной закачки.

Преимущественно, отверстия в основании 21 откалиброваны и распределены таким образом, чтобы подавать наружный поток компрессора соответствующим образом с точки зрения расхода, скорости и угла впрыска для повышения его эффективности.

При образовании отверстий в основании впрыск воздуха, следовательно, может соответствовать различным изменяемым положениям статора и, таким образом, обеспечивать полную загрузку рабочего колеса компрессора.

Расход воздуха рассчитывается для каждого типа компрессора.

Компрессор содержит корпус, вмещающий ступени сжатия с лопастным рабочим колесом в каждой. Входной статор, расположенный перед первой ступенью, содержит лопатки с регулируемым углом наклона и осями поворота, проходящими через корпус, и контур повторной закачки воздуха. Контур повторной закачки воздуха включает отверстия впрыска, проходящие через некоторые лопатки входного статора и открывающиеся во внутреннюю часть около их осей поворота на входе компрессора. Отверстия открываются во входящий поток компрессора по касательной к корпусу. Каждая стационарная лопатка включает основание круглой формы с осями поворота, выступающими наружу от его центра. Основание размещено в гнезде в наружном кожухе корпуса, а указанные отверстия впрыска проходят под углом через основание. В наружном кожухе корпуса предусмотрено отверстие, открывающееся в кольцеобразную полость, проходящую вокруг оси поворота и образованную радиально наружной поверхностью входного статора, наружным кожухом корпуса, плоской кольцеобразной прокладкой и втулкой, образующей подшипник оси поворота. Отверстие проходит между кольцеобразной полостью и внутренней частью корпуса. Другое изобретение группы относится к турбомашине, содержащей указанный выше компрессор. Изобретения позволяют повысить эффективность компрессора турбомашины. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 8 ил.

1. Компрессор, содержащий корпус, вмещающий множество ступеней сжатия, причем каждая содержит лопастное рабочее колесо (RM₁-RМ₆), приводимое во вращение, причем первой ступени предшествует входной статор (RDE), содержащий стационарные лопатки с регулируемым углом наклона, содержащие оси (20) поворота, которые проходят через указанный корпус, и контур (23) повторной закачки воздуха, причем указанный контур повторной закачки воздуха включает отверстия (22) впрыска, проходящие, по меньшей мере, через некоторые лопатки указанного входного статора и открывающиеся во внутреннюю часть около их осей поворота, причем отверстия (22) открываются во входящий поток компрессора, по существу, по касательной к корпусу, отличающийся тем, что каждая указанная стационарная лопатка включает основание (21) круглой формы с осями поворота, выступающими наружу от его центра, так, что указанное основание размещено в гнезде (30) в наружном кожухе (17) корпуса, причем указанные отверстия (22) впрыска проходят под углом через основание, при этом в наружном кожухе (17) корпуса предусмотрено отверстие 29, открывающееся в кольцеобразную полость, проходящую вокруг оси 20 поворота и образованную радиально наружной поверхностью входного статора, наружным кожухом корпуса, плоской кольцеобразной прокладкой (32) и втулкой, образующей подшипник оси 20 поворота, причем отверстие 22 проходит между кольцеобразной полостью 35 и внутренней частью корпуса.

2. Компрессор по п.1, отличающийся тем, что отверстия (22) впрыска образованы в лопатках входного статора, которые равномерно распределены по окружности.

3. Компрессор по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанные отверстия (22) открываются во входящий поток компрессора на сторонах всасывания лопаток (19) входного статора.

4. Компрессор по п.1 или 2, отличающийся тем, что указанные отверстия (22) открываются во входящий поток компрессора на стороне давления лопаток (19) входного статора.

5. Компрессор по п.1 или 2, отличающийся тем, что некоторые из указанных отверстий (22) открываются во входящий поток компрессора на стороне всасывания, а другие на стороне давления лопаток входного статора.

6. Турбомашина, содержащая компрессор по п.1.