ЛОПАТКА СТАТОРА ТУРБОМАШИНЫ, СОДЕРЖАЩАЯ ВЫПУКЛЫЙ УЧАСТОК Российский патент 2018 года по МПК F01D5/16 F01D9/04 F04D29/66 

Изобретение относится к лопатке турбомашины, которая выполнена так, чтобы ограничить совпадения частот колебаний лопатки относительно частот напряжения лопатки в процессе эксплуатации турбомашины, что может привести к риску повреждения лопатки или ее поломки.

В процессе эксплуатации турбомашины движение газа вдоль лопаток статора вызывает вибрацию лопаток.

Каждая лопатка обладает одной или множеством частот собственных колебаний, при которых амплитуда колебания может быть очень большой и привести к повреждению или поломке лопатки.

В документе US 3.745.629 приводится описание лопатки турбомашины, которая изогнута в соответствии с профилем, аналогичным профилю лопатки, вибрирующей согласно одной из ее частот собственных колебаний.

Данная изогнутость позволяет ограничить вибрации лопатки в диапазоне частот, соответствующем условиям эксплуатации турбомашины, и ограничить, таким образом, риски поломки лопатки.

Однако такая изогнутость также снижает эффективность и аэродинамическое качество лопатки.

Изобретение имеет целью предложить лопатку турбомашины, которая осуществлена таким образом, чтобы частота или частоты собственных колебаний лопатки отличались от частот напряжения лопатки в процессе эксплуатации турбомашины.

В изобретении предлагается лопатка компрессора турбомашины с радиальным основным направлением относительно главной оси турбомашины, причем лопатка имеет радиально внутреннюю часть хвостовика, радиально внешнюю часть головки и радиально среднюю часть,

отличающаяся тем, что лопатка содержит часть, тангенциально выпуклую в одном направлении, и, по меньшей мере, одну прямолинейную часть на уровне части хвостовика и/или на уровне части головки.

Такой тангенциально выпуклый участок изменяет вибрационную ответную реакцию лопатки на вибрационные напряжения и отводит так называемые рисковые частоты за пределы рабочего диапазона лопатки.

Предпочтительно, радиальная длина Ll выпуклой части составляет от 30% до 60% радиальной длины L лопатки.

Предпочтительно, тангенциальная амплитуда A выпуклой части составляет от 1% до 5% радиальной длины L лопатки.

Предпочтительно, упомянутая прямолинейная часть наклонена под углом, который меньше или равен 30°, относительно радиального основного направления лопатки.

Предпочтительно, выпуклая часть радиально расположена на уровне части хвостовика.

Предпочтительно, выпуклая часть радиально расположена на уровне части головки.

Предпочтительно, выпуклая часть радиально расположена на уровне средней части.

Предпочтительно, выпуклая часть тангенциально выгнута в направлении корытца лопатки.

В изобретении также предлагается статор компрессора турбомашины, содержащий радиально установленные лопатки, размещенные вокруг главной оси турбомашины, отличающийся тем, что каждая лопатка выполнена так, как заявлено.

В изобретении также предлагается турбомашина, содержащая статор, который содержит определенные ранее лопатки.

Краткое описание прилагаемых чертежей

Другие отличительные особенности и преимущества изобретения будут понятны при изучении нижеследующего подробного описания, для понимания которого приведены ссылки на прилагаемые чертежи, на которых:

- фиг.1 представляет собой схематический вид в перспективе лопатки, содержащей выпуклый участок согласно изобретению;

- фиг.2 изображает закон тангенциального наложения друг на друга центра тяжести сечений лопатки согласно изобретению.

В нижеследующем описании идентичные или похожие элементы будут обозначены одинаковыми цифровыми позициями.

Для описания изобретения, не неограничительным образом, принято, что радиальное, тангенциальное и осевое направления указано на фиг.1 по стрелкам R, T, A, среди которых радиальное направление является главным направлением лопатки, а тангенциальное направление представляет собой направление, перпендикулярное главной осевой плоскости лопатки.

На фиг.1 изображена лопатка 10, являющаяся составной частью статора (не показан) компрессора турбомашины.

Компрессор содержит множество лопаток 10, которые равномерно рассредоточены вокруг главной оси турбомашины для образования совокупности кольцевой формы, называемой решеткой спрямляющего аппарата, через который проходит поток газов, в данном случае воздуха.

Лопатка 10 в целом радиально вытянута в направлении R относительно главной оси турбомашины.

Лопатка 10 содержит радиально внутреннюю часть 12, называемую хвостовиком лопатки, на уровне которой лопатка 10 прикреплена к внутреннему кожуху компрессора (не показан).

Лопатка 10 содержит радиально внешнюю часть 14, называемую головкой лопатки, на уровне которой лопатка 10 прикреплена к внешнему кожуху компрессора (не показан).

Лопатка 10 содержит среднюю часть, соединяющую хвостовик 12 с головкой 14 лопатки 10.

Внутренний кожух и внешний кожух компрессора ограничивают кольцевой канал, называемый трубкой тока, в котором воздушный поток циркулирует и взаимодействует с лопаткой 10.

Лопатка 10 также содержит входную кромку 18, которая в осевом направлении расположена спереди, если следовать в направлении движения газов относительно лопатки 10, и выходную кромку 20, которая в осевом направлении расположена сзади, если следовать в направлении движения газов относительно лопатки 10.

Лопатка 10, кроме того, изогнута и содержит сторону 22, называемую корытцем, которая расположена со стороны, противоположной выгибу, и сторону 24, называемую спинкой 15, которая расположена со стороны выгиба.

На фиг.2 представлена кривая 26, изображающая закон тангенциального наложения друг на друга центра тяжести сечений лопатки 10.

Данный закон тангенциального наложения друг на друга соответствует положению центра тяжести каждого сечения лопатки в плоскости, перпендикулярной радиальному основному направлению лопатки относительно радиальной главной оси лопатки 10.

Данная кривая 26 содержит участок хвостовика 28, соответствующий хвостовику 12 лопатки 10, участок головки 30, соответствующий головке 14 лопатки 10, и средний участок 32, соответствующий средней части 16 лопатки 10.

Согласно изобретению, лопатка 10 осуществлена таким образом, что она содержит часть 34, которая является тангенциально выпуклой, и, по меньшей мере, одну прямолинейную часть.

Таким образом, как это можно более детально увидеть на фиг.2, кривая 26 содержит тангенциально выгнутый участок 36, соответствующий выпуклой части 34. Кривая 26 также содержит, по меньшей мере, один прямолинейный участок, соответствующий прямолинейной части лопатки 10.

Согласно изобретению, прямолинейная часть лопатки 10 находится на уровне хвостовика 12 и/или на уровне головки 14 лопатки 10 в зависимости от положения выпуклой части 34.

Таким образом, прямолинейный участок кривой 26 находится на уровне участка хвостовика 28 и/или на уровне участка головки 30 в зависимости от радиального положения выпуклого участка 36.

Согласно первому объекту изобретения, выпуклая часть 34 расположена в радиальном направлении на уровне хвостовика 12 лопатки 10. Прямолинейная часть, таким образом, находится на уровне головки 14 лопатки 10. Как следствие, выгнутый участок 36 расположен в радиальном направлении на уровне участка хвостовика 28, а участок головки 30 кривой 26 является прямолинейным.

Согласно второму объекту изобретения, выпуклая часть 34 расположена в радиальном направлении на уровне головки 14 лопатки 10. Прямолинейная часть, таким образом, находится на уровне хвостовика 12 лопатки 10. Выгнутый участок 36 кривой 26, как следствие, расположен в радиальном направлении на уровне участка головки 30, а участок хвостовика 28 кривой 26 является прямолинейным.

Согласно третьему объекту изобретения, выпуклая часть 34 расположена в радиальном направлении на уровне средней части 16 лопатки 10. И хвостовик 12, и головка 14 лопатки 10 образуют прямолинейную часть лопатки 10.

Следовательно, выгнутый участок 36 расположен в радиальном направлении на уровне среднего участка 32, а участок хвостовика 28 и участок головки 30 кривой 26 оба являются прямолинейными.

Кроме того, согласно предпочтительному варианту практического осуществления, лопатка 10 выгнута таким образом, что выпуклая часть 34 тангенциально выгнута в направлении корытца 22, как это изображено на фиг.1.

Согласно варианту практического осуществления, который не показан, выпуклая часть 34 выгнута в направлении спинки 24.

Размеры выгнутого участка 36 определены относительно радиальной длины L лопатки 10.

Таким образом, радиальный размер L1 выгнутого участка 36 составляет от 30% до 60% радиального размера L лопатки 10.

Также тангенциальный размер A выгнутого участка 36 составляет от 1% до 5% радиального размера L лопатки 10.

Как отмечалось ранее, в зависимости от радиального положения выпуклого участка прямолинейным является участок хвостовика 28 и/или участок головки 30.

В этом случае каждый участок головки 28 и/или хвостовика 30, который является прямолинейным, наклонен относительно радиального основного направления лопатки на угол, величина которого меньше или равна 30°.

Лопатка (10) статора компрессора турбомашины, имеющая главное радиальное направление R относительно главной оси турбомашины. Лопатка содержит радиально внутреннюю часть (12), называемую ножкой лопатки, радиально внешнюю часть (14), называемую головкой лопатки, и радиально среднюю часть (16). Лопатка (10) содержит часть (34), выгнутую в тангенциальном направлении, и, по меньшей мере, одну прямолинейную часть в области ножки (12) лопатки и/или в области головки (14) лопатки. Амплитуда А выпуклой части (34) в тангенциальном направлении составляет от 1% до 5% радиальной длины L лопатки (10). Упомянутая прямолинейная часть наклонена под углом, который больше нуля и меньше или равен 30°, относительно радиального главного направления R лопатки (10). Такой тангенциально выпуклый участок изменяет вибрационную ответную реакцию лопатки на вибрационные напряжения и отводит так называемые рисковые частоты за пределы рабочего диапазона лопатки. 3 н. и 5 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Лопатка (10) компрессора турбомашины, имеющая главное радиальное направление R относительно главной оси турбомашины, содержащая радиально внутреннюю часть (12), называемую ножкой лопатки, радиально внешнюю часть (14), называемую головкой лопатки, и радиально среднюю часть (16), причем лопатка (10) содержит часть (34), выгнутую в тангенциальном направлении, и, по меньшей мере, одну прямолинейную часть в области ножки (12) лопатки и/или в области головки (14) лопатки, причем амплитуда А выпуклой части (34) в тангенциальном направлении составляет от 1% до 5% радиальной длины L лопатки (10), отличающаяся тем, что упомянутая прямолинейная часть наклонена под углом, который больше нуля и меньше или равен 30°, относительно радиального главного направления R лопатки (10).

2. Лопатка (10) по п. 1, отличающаяся тем, что радиальная длина L1 выпуклой части (34) составляет от 30% до 60% радиальной длины L лопатки (10).

3. Лопатка (10) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что выпуклая часть (34) радиально расположена в области ножки (12) лопатки.

4. Лопатка (10) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что выпуклая часть (34) расположена радиально в области головки (14) лопатки.

5. Лопатка (10) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что выпуклая часть (34) расположена радиально в области средней части (16) лопатки.

6. Лопатка (10) по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что выпуклая часть (34) выгнута в тангенциальном направлении Т, в направлении корыта лопатки (10).

7. Статор компрессора турбомашины, содержащий радиально установленные лопатки (10), размещенные вокруг главной оси турбомашины, отличающийся тем, что каждая лопатка (10) выполнена по любому из п. 1-6.

8. Турбомашина, содержащая статор, который содержит лопатки (10) по любому из п. 1-6.