Лопаточная решетка турбомашины Российский патент 2017 года по МПК F01D5/14 

Описание патента на изобретение RU2626285C1

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при конструировании ступеней паровых и газовых турбин, компрессоров.

Известна лопаточная решетка турбомашины (авторское свидетельство SU №877086, опубл. 30.10.1981, МПК F01D 5/14), содержащая лопатки и ограничивающие концевые поверхности, на которых выполнены канавки. Кроме того, в выходной части лопаток со стороны, по крайней мере, одной из ограничивающих концевых поверхностей выполнены выемки.

Основной недостаток настоящего технического решения заключается в низкой аэродинамической эффективности лопаточной решетки, вызванной незначительным снижением концевых потерь из-за ограниченности глубины канавок вследствие конструктивных ограничений.

Известна лопаточная решетка турбомашины (авторское свидетельство SU №299658, опубл. 01.01.1971, МПК F01D 1/04), содержащая лопатки, установленные между концевыми поверхностями, на которых выполнены профилированные канавки для уменьшения концевых потерь.

Основной недостаток настоящего технического решения заключается в низкой аэродинамической эффективности лопаточной решетки, вызванной незначительным снижением концевых потерь из-за ограниченности глубины канавок вследствие конструктивных ограничений.

Наиболее близкой по технической сущности к заявляемому изобретению является лопаточная решетка турбомашины (статья «Регулирующие клапаны и решетки для первых ступеней турбин с ультрасверхкритическими параметрами пара», Теплоэнергетика, 2016, №6, с. 44-52), содержащая лопатки, установленные между концевыми поверхностями. При этом на внутренней стороне, по меньшей мере, одной из концевых поверхностей в межлопаточных каналах выполнено оребрение, содержащее три криволинейных ребра треугольного поперечного сечения, выполненных параллельными средней линии лопатки. Входные и выходные кромки ребер расположены внутри межлопаточного канала на расстоянии α от его входного и выходного сечений, где α>0. Высота ребер постоянна и равна 0.08b, где b - размер хорды профиля в лопаточной решетке.

Основной недостаток настоящего технического решения заключается в низкой аэродинамической эффективности лопаточной решетки вследствие незначительного подавления парного вихря, обуславливающего концевые потери, и значительных профильных потерях, обусловленных количеством ребер, их расположением на концевых поверхностях и формой.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в уменьшении концевых и профильных потерь.

Технический результат заключается в повышении аэродинамической эффективности лопаточной решетки турбомашины.

Это достигается тем, что лопаточная решетка турбомашины, содержащая лопатки, установленные между концевыми поверхностями, при этом на внутренней стороне, по меньшей мере, одной из концевых поверхностей в межлопаточных каналах выполнено оребрение, причем оребрение выполнено в виде основного ребра и дополнительного ребра криволинейной формы треугольного поперечного сечения, продольная ось основного ребра расположена на линии, соединяющей центры окружностей, вписанных между соседними лопатками, входная кромка основного ребра расположена на входном сечении межлопаточного канала, выходная кромка основного ребра расположена на выходном сечении межлопаточного канала, высота основного ребра выполнена линейно возрастающей от нулевого значения в области его входной кромки до значения, равного 0.08b в области выходной кромки, где b - размер хорды профиля в лопаточной решетке, продольная ось дополнительного ребра расположена на линии, соединяющей центры окружностей, вписанных между основными ребрами и спинками лопаток, входная кромка дополнительного ребра расположена в горловом сечении, выходная кромка дополнительного ребра расположена в направлении его продольной оси на расстоянии δ за выходным сечением межлопаточного канала, причем δ находится в диапазоне от 0.08b до 0.1b, высота дополнительного ребра выполнена равной 0.08b, ширина основного и дополнительного ребер у основания не превышает 1 мм.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена лопаточная решетка турбомашины, на фиг. 2 показана схема размещения ребер в межлопаточных каналах, на фиг. 3 изображено поперечное сечение основного и дополнительного ребра, на фиг. 4 изображен продольный разрез основного ребра, а на фиг. 5 - продольный разрез дополнительного ребра.

Лопаточная решетка турбомашины содержит лопатки 1, установленные между концевыми поверхностями 2. На внутренней стороне, по меньшей мере, одной из концевых поверхностей 2 в межлопаточных каналах 3 выполнено оребрение в виде основного ребра 4 и дополнительного ребра 5 криволинейной формы треугольного поперечного сечения.

Продольная ось О1 основного ребра 4 расположена на линии, соединяющей центры окружностей 6, вписанных между соседними лопатками 1. Входная кромка основного ребра 4 расположена на входном сечении 7 межлопаточного канала 3, выходная кромка основного ребра 4 расположена на выходном сечении 8 межлопаточного канала 3. Высота основного ребра 4 выполнена линейно возрастающей от нулевого значения в области его входной кромки до значения, равного 0.08b в области выходной кромки, где b - размер хорды профиля в лопаточной решетке.

Продольная ось О2 дополнительного ребра 5 расположена на линии, соединяющей центры окружностей 9, вписанных между основными ребрами 4 и спинками лопаток 1. Входная кромка дополнительного ребра 5 расположена в горловом сечении 10, являющемся самым узким сечением межлопаточного канала 3. Выходная кромка дополнительного ребра 5 расположена в направлении его продольной оси O2 на расстоянии δ за выходным сечением 8 межлопаточного канала 3, причем δ находится в диапазоне от 0.08b до 0.1b. Высота дополнительного ребра 5 выполнена равной 0.08b. Ширина S основного 4 и дополнительного 5 ребер у основания не превышает 1 мм.

Лопаточная решетка турбомашины работает следующим образом.

В рабочем процессе газообразная среда обтекает лопатки 1. Основные ребра 4 добавляют гидравлическое сопротивление на пути потока, перетекающего в пристеночной области в нормальном к скорости основного течения направлении. В результате большие канальные вихри, зарождающиеся в области пограничного слоя, толщина которого в лопаточной решетке определяется по формуле Δ=0.08b (Дейч М.Е. Техническая газодинамика. Издательский дом МЭИ, 1961 год), разделяются на малые.

Расположение продольной оси O1 основных ребер 4 препятствует образованию дополнительных вихревых токов и отрывов потока от поверхности основных ребер 4. Линейное возрастание высоты основных ребер 4 от нулевого значения до значения, равного толщине пограничного слоя, позволяет эффективно подавлять канальный вихрь, интенсивность которого возрастает по мере прохождения потока в межлопаточном канале 3, сохраняя при этом профильные потери на низком уровне. Нулевая высота основного ребра 4 в области входной кромки обуславливает его низкое гидравлическое сопротивление. Снижение числа основных ребер 4 снижает профильные потери.

В области косого среза решетки дополнительные ребра 5 подавляют парные вихри за счет дополнительного гидравлического сопротивления на пути вторичных токов. Расположение продольной оси O2 дополнительных ребер 5 препятствует образованию дополнительных вихревых токов и отрывов потока от их поверхности. Расположение входной и выходной кромок дополнительных ребер 5 обеспечивает эффективное подавление парных вихрей, распространяющихся в области косого среза. Треугольная форма поперечного сечения, а также высота дополнительных ребер 5, равная толщине пограничного слоя в лопаточной решетке, обуславливает низкие профильные потери.

Опытным путем было установлено, что увеличение высоты основных ребер 4 и дополнительных ребер 5 свыше 0.08b приводит к тому, что часть ребер выходит за пределы пограничного слоя, что способствует резкому возрастанию профильных потерь. Увеличение расстояния δ более 0.1b способствует увеличению профильных потерь, а уменьшение δ менее 0.08b приводит к увеличению потерь со вторичными токами.

При установке основного 4 и дополнительного 5 ребер на внутренней стороне обеих концевых поверхностей 2 лопаточной решетки достигается наилучшая аэродинамическая эффективность лопаточной решетки турбомашины.

Использование изобретения позволяет повысить аэродинамическую эффективность лопаточной решетки турбомашины за счет снижения концевых и профильных потерь.

Похожие патенты RU2626285C1

название год авторы номер документа
ЛОПАТОЧНАЯ РЕШЕТКА ТУРБОМАШИНЫ 1991
  • Варганов И.С.
  • Халатов А.А.
  • Халатов С.А.
RU2013570C1
Лопаточная решетка турбомашин 1991
  • Бойко Анатолий Владимирович
  • Кожевников Сергей Николаевич
  • Мельтюхов Виктор Алексеевич
  • Аркадьев Борис Абрамович
  • Гранов Виктор Евгеньевич
  • Альперт Александр Семенович
  • Марченко Юрий Алексеевич
  • Шкляр Владимир Александрович
SU1802172A1
СТУПЕНЬ ТУРБОМАШИНЫ 1998
  • Гасилин С.С.
  • Гриценко Е.А.
  • Климнюк Ю.И.
  • Лазоренко Т.М.
  • Федорченко Д.Г.
RU2148732C1
Двухрядная лопаточная решетка турбомашины 1985
  • Евтеев Игорь Владимирович
  • Некрасов Игорь Маркович
  • Богорадовский Геннадий Иосифович
  • Титенский Владимир Ильич
SU1321838A1
ТУРБОКОМПРЕССОР 1999
  • Гельмедов Ф.Ш.(Ru)
  • Локштанов Е.А.(Ru)
  • Ольштейн Лев Ехиелевич-Меерович
  • Сидоркин М.А.(Ru)
RU2162165C1
НАДРОТОРНОЕ УСТРОЙСТВО ТУРБОМАШИНЫ 2001
  • Иноземцев А.А.
  • Гузачев Е.Т.
  • Климов В.Н.
  • Кириевский Ю.Е.
RU2199680C2
Ротор турбины высокого давления газотурбинного двигателя (варианты) 2018
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
  • Куприк Виктор Викторович
  • Андреев Виктор Андреевич
  • Комаров Михаил Юрьевич
  • Кононов Николай Александрович
  • Крылов Николай Владимирович
  • Селиванов Николай Павлович
RU2691868C1
ЛОПАТОЧНАЯ РЕШЕТКА ТУРБОМАШИНЫ 2001
  • Василенко С.Е.
RU2187658C1
Сопловый аппарат турбины низкого давления (ТНД) газотурбинного двигателя (ГТД) (варианты) и лопатка соплового аппарата ТНД (варианты) 2018
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
  • Куприк Виктор Викторович
  • Андреев Виктор Андреевич
  • Комаров Михаил Юрьевич
  • Кононов Николай Александрович
  • Крылов Николай Владимирович
  • Рябов Евгений Константинович
  • Золотухин Андрей Александрович
RU2691203C1
СТУПЕНЬ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА 2006
  • Думов Виктор Израилевич
RU2331800C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 626 285 C1

Реферат патента 2017 года Лопаточная решетка турбомашины

Изобретение относится к области машиностроения, может быть использовано при конструировании ступеней паровых и газовых турбин, компрессоров и направлено на повышение аэродинамической эффективности лопаточной решетки турбомашины. Лопаточная решетка турбомашины содержит лопатки, установленные между концевыми поверхностями, при этом на внутренней стороне, по меньшей мере, одной из концевых поверхностей в межлопаточных каналах выполнено оребрение. Оребрение выполнено в виде основного ребра и дополнительного ребра криволинейной формы треугольного поперечного сечения. Продольная ось основного ребра расположена на линии, соединяющей центры окружностей, вписанных между соседними лопатками. Входная кромка основного ребра расположена на входном сечении межлопаточного канала, а выходная кромка основного ребра расположена на выходном сечении межлопаточного канала. Высота основного ребра выполнена линейно возрастающей от нулевого значения в области его входной кромки до значения, равного 0.08 размера хорды профиля в лопаточной решетке в области выходной кромки. Продольная ось дополнительного ребра расположена на линии, соединяющей центры окружностей, вписанных между основными ребрами и спинками лопаток. Входная кромка дополнительного ребра расположена в горловом сечении, а выходная кромка дополнительного ребра расположена в направлении его продольной оси за выходным сечением межлопаточного канала на расстоянии от 0.08 до 0.1 размера хорды профиля в лопаточной решетке. Высота дополнительного ребра выполнена равной 0.08 размера хорды профиля в лопаточной решетке, а ширина основного и дополнительного ребер у основания не превышает 1 мм. Изобретение позволяет повысить аэродинамическую эффективность лопаточной решетки турбомашины за счет снижения концевых и профильных потерь. 5 ил.

Формула изобретения RU 2 626 285 C1

Лопаточная решетка турбомашины, содержащая лопатки, установленные между концевыми поверхностями, при этом на внутренней стороне, по меньшей мере, одной из концевых поверхностей в межлопаточных каналах выполнено оребрение, отличающаяся тем, что оребрение выполнено в виде основного ребра и дополнительного ребра криволинейной формы треугольного поперечного сечения, продольная ось основного ребра расположена на линии, соединяющей центры окружностей, вписанных между соседними лопатками, входная кромка основного ребра расположена на входном сечении межлопаточного канала, выходная кромка основного ребра расположена на выходном сечении межлопаточного канала, высота основного ребра выполнена линейно возрастающей от нулевого значения в области его входной кромки до значения, равного 0.08b в области выходной кромки, где b - размер хорды профиля в лопаточной решетке, продольная ось дополнительного ребра расположена на линии, соединяющей центры окружностей, вписанных между основными ребрами и спинками лопаток, входная кромка дополнительного ребра расположена в горловом сечении, выходная кромка дополнительного ребра расположена в направлении его продольной оси на расстоянии δ за выходным сечением межлопаточного канала, причем δ находится в диапазоне от 0.08b до 0.1b, высота дополнительного ребра выполнена равной 0.08b, ширина основного и дополнительного ребер у основания не превышает 1 мм.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2017 года RU2626285C1

DE 102010033708 A1, 09.02.2012
Устройство для устранения мешающего действия зажигательной электрической системы двигателей внутреннего сгорания на радиоприем 1922
  • Кулебакин В.С.
SU52A1
ПИПЕТАТОР 1998
  • Порядков Л.Ф.
RU2135286C1
Лопаточная решетка турбомашины 1979
  • Анютин Анатолий Никитович
  • Брехов Алексей Филиппович
  • Буслик Леонид Николаевич
  • Гирич Григорий Андреевич
  • Ершов Владимир Николаевич
  • Резник Борис Григорьевич
SU877086A2
ЛОПАТОЧНАЯ РЕШЕТКА ТУРБОМАШИНЫ 0
SU299658A1
Способ защиты переносных электрических установок от опасностей, связанных с заземлением одной из фаз 1924
  • Подольский Л.П.
SU2014A1

RU 2 626 285 C1

Авторы

Зарянкин Аркадий Ефимович

Гаранин Иван Владимирович

Киндра Владимир Олегович

Худякова Валентина Павловна

Львов Илья Владимирович

Даты

2017-07-25Публикация

2016-09-21Подача