Осевой компрессор Российский патент 2017 года по МПК F04D29/00 

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в осевых компрессорах для совершенствования их аэродинамики за счет управления течением на втулках рабочих колес.

Наиболее близким по технической сущности изобретению является осевой компрессор, состоящий из N ступеней, каждая из которых содержит корпус, направляющий аппарат, рабочее колесо, установленное на валу и состоящее из диска и лопаточного венца, при этом диски соседних ступеней попарно соединены и образуют кольцевую полость, а их лопатки вместе с ограничивающими поверхностями образуют проточную часть ступени (Ржавин Ю.А., Емин О.Н., Карасев В.Н. Лопаточные машины двигателей летательных аппаратов. Теория и расчет: Учебное пособие. - М.: МАИ - ПРИНТ, 2008. 700 с. С. 10).

Недостатком известной конструкции являются потери на вихреобразование в пограничном слое у корпуса компрессора и у втулки рабочей лопатки, вызванные отрывом пограничного слоя на спинках лопаток и образованием пристеночных вихрей, из-за перетекания потока с корыта рабочей лопатки на спинку рабочей лопатки в район их задних кромок, которые, в свою очередь, ведут к срыву потока и росту коэффициента потерь, что приводит к уменьшению КПД ступени (Даниленко Н.В., Кривель П.М. Теория авиационных двигателей. Рабочий процесс и характеристики элементов силовой установки и ее газотурбинного двигателя: Учебное пособие: В 2 ч. Ч. 1. Книга 1. - Иркутск: ИВВАИУ (ВИ), 2006. - с. 296. С. 154-155).

Техническим результатом изобретения является совершенствование аэродинамики проточной части осевого компрессора путем активного управления течением у втулки рабочего колеса для создания условий предотвращения отрыва пограничного слоя, вихреобразования, выравнивания направления и обеспечения равномерного поля скоростей потока на выходе из рабочего колеса.

Проведенные экспериментальные и расчетные исследования показали, что одним из эффективных способов управления течением у втулок рабочих колес является применение вдува рабочего тела из подводящих каналов, выполненных на внешнем диаметре обода диска и направленных в сторону спинок рабочих лопаток.

Указанный технический результат достигается тем, что в осевом компрессоре, состоящем из N ступеней, каждая из которых содержит корпус, направляющий аппарат, рабочее колесо, установленное на валу и состоящее из диска и лопаточного венца, при этом диски соседних ступеней попарно соединены и образуют кольцевую полость, согласно изобретению кольцевые полости М ступеней, начиная от последней ступени, где М<N, соединены каналами с проточной частью последней ступени, а в диске М-й ступени выполнены каналы, выходы которых расположены перед спинками лопаток, в виде проточек под углом 1-5° относительно плоскости, проходящей вертикально оси компрессора.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 показан продольный разрез нескольких ступеней осевого компрессора с конструктивным исполнением вдува в рабочем колесе, выполненном по технологии «блиск» (моноколесо), где обозначено: 1 - отверстия в дисках, служащие для подвода рабочего тела в междисковую кольцевую полость от последней ступени, 2 - диск N-й ступени, 3 - междисковая кольцевая полость, 4 - диск рабочего колеса М-й ступени с применением управляющего воздействия, 5 - подводящий канал, предназначенный для вдува рабочего тела (воздуха) на втулку рабочего колеса, 6 - рабочая лопатка, 7 - проточная часть, 8 - канал забора воздуха в междисковые кольцевые полости.

На фиг. 2 показан элемент А на фиг. 1 в масштабе 4:1.

Сущность изобретения заключается в том, что кольцевые полости М ступеней, начиная от последней ступени, где М<N, соединены каналами с проточной частью последней ступени, а в диске М-й ступени выполнены каналы, выходы которых расположены перед спинками лопаток, в виде проточек под углом 1-5° относительно плоскости, проходящей вертикально оси компрессора.

Компрессор работает следующим образом. Рабочее тело поступает из компрессора низкого давления, попадает в проточную часть компрессора высокого давления, через проточную часть воздух проходит от первой ступени до последней ступени и дальше в камеру сгорания, в проточной части компрессора существуют потери на вихреобразование в пограничном слое у корпуса компрессора и у втулки рабочей лопатки, вызванные отрывом пограничного слоя на спинках лопаток и образованием пристеночных вихрей из-за перетекания потока с корыта рабочей лопатки на спинку рабочей лопатки в район их задних кромок, которые, в свою очередь, ведут к срыву потока и росту коэффициента потерь, что приводит к уменьшению КПД ступени. На последней ступени компрессора высокого давления происходит забор воздуха в кольцевые полости, образованные попарно соединенными соседними дисками, которые между собой соединены отверстиями в дисках. Из полостей воздух попадает в подводящие каналы, выходы которых расположены перед спинками лопаток и выполнены в виде проточек под углом 1-5° градусов относительно плоскости, проходящей вертикально оси компрессора. Такое выполнение подводящих каналов обеспечивает вдув рабочего тела в проточную часть на втулке рабочего колеса в направлении спинки лопатки рабочего колеса для создания условий предотвращения отрыва потока и вихреобразования, выравнивания направления и обеспечения равномерного поля скоростей потока на выходе из рабочего колеса.

Благодаря этому достигается указанный в изобретении технический результат - увеличение коэффициента полезного действия, степени повышения давления, запаса газодинамической устойчивости компрессора.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в осевых компрессорах. Изобретение от известных отличается тем, что в осевом компрессоре, состоящем из N ступеней, каждая из которых содержит корпус, направляющий аппарат, рабочее колесо, установленное на валу и состоящее из диска и лопаточного венца, при этом диски соседних ступеней попарно соединены и образуют кольцевую полость, согласно изобретению кольцевые полости М ступеней, начиная от последней ступени, где М<N, соединены каналами с проточной частью последней ступени, а в диске М-й ступени выполнены каналы, выходы которых расположены перед спинками лопаток, по всему ободу диска, в виде проточек под углом ϕ 1-5° относительно плоскости, проходящей вертикально оси компрессора. Изобретение позволяет увеличить коэффициент полезного действия, степень повышения давления, запас газодинамической устойчивости компрессора. 2 ил.

Осевой компрессор, состоящий из N ступеней, каждая из которых содержит корпус, направляющий аппарат, рабочее колесо, установленное на валу и состоящее из диска и лопаточного венца, при этом диски соседних ступеней попарно соединены и образуют кольцевую полость, отличающийся тем, что кольцевые полости М ступеней, начиная от последней ступени, где M<N, соединены каналами с проточной частью последней ступени, а в диске М-й ступени выполнены каналы, выходы которых расположены перед спинками лопаток, в виде проточек под углом 1-5° относительно плоскости, проходящей вертикально оси компрессора.