ОСЕВОЙ КОМПРЕССОР Российский патент 2019 года по МПК F04D27/02 

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в осевых компрессорах для совершенствования их аэродинамики за счет управления течением у втулок направляющего аппарата ступени осевого компрессора.

Наиболее близким по технической сущности заявленному изобретению, является направляющий аппарат ступени осевого компрессора состоящий из внешнего корпуса, лопатки корпуса втулки.

Недостатком известной конструкции является наличие пограничных слоев у втулки и на периферии каждого лопаточного венца, приводящих к образованию в их межлопаточных каналах вторичных течений. Появление этих течений связано с возникновением (при обтекании лопаток) повышенного давления на вогнутой стороне профиля лопатки по сравнению с давлением на ее спинке. Разность этих давлений воздействует на пограничные слои у втулки и периферии канала и заставляет находящийся в них воздух течь от вогнутой поверхности лопатки к спинке лопатки. Это течение, взаимодействуя с основным потоком, приводит к возникновению во всем межлопаточном канале течения сложной формы. При этом могут возникать дополнительно отрывы потока в местах сопряжении поверхностей лопаток с поверхностями втулки и корпуса, (см. Федоров P.M. Характеристики осевых компрессоров: монография / Р. М. Федоров. - Воронеж: Издательско-полиграфический центр «Научная Книга», 2015. - 220 с.С.37). Отмеченные явления приводят к уменьшению коэффициента полезного действия, степени повышения давления и запаса устойчивости ступени осевого компрессора.

Техническим результатом изобретения является повышение коэффициента полезного действия, степени повышения давления и запаса устойчивости осевого компрессора, за счет предотвращения отрыва потока и вихреобразования в области сопряжения втулки и спинки лопатки направляющего аппарата, выравнивания направления и обеспечения равномерного поля скоростей потока на выходе из направляющего аппарата путем активного управления течением у втулки направляющего аппарата.

Указанный технический результат достигается тем, что осевой компрессор, состоящий из N ступеней, каждая из которых содержит направляющий аппарат, состоящий из внешнего корпуса, лопаток и корпуса втулки, согласно изобретению, в корпусе втулки направляющего аппарата М-ой ступени, где M<N, выполнена кольцевая полость и каналы отвода рабочего тела из нее к спинкам лопаток, а внутри каждой лопатки выполнен канал подвода рабочего тела в кольцевую полость, соединенный с проточной частью последней ступени. Указанный технический результат достигается тем, что каналы отвода рабочего тела выполнены под углом ϕ равным 3-5 градусов относительно касательной плоскости к поверхности втулки в месте выхода каналов отвода. Указанный технический результат достигается тем, что количество выходов и угол ψ их расположения в горизонтальной плоскости относительно касательной к спинке лопатки в точке предполагаемого расположения каналов отвода, определяют из условия минимизации расхода рабочего тела для обеспечения режима течения соответствующего условиям предотвращения отрыва потока, выравнивания направления и обеспечения равно-мерного поля скоростей потока у втулки лопатки направляющего аппарата ступени осевого компрессора.

Сущность изобретения заключается в том, что в корпусе втулки направляющего аппарата М-ой ступени, где M<N, выполнена кольцевая полость и каналы отвода рабочего тела из нее к спинкам лопаток, а внутри каждой лопатки выполнен канал подвода рабочего тела в кольцевую полость, соединенный с проточной частью последней ступени. Выходы каналов отвода рабочего тела из кольцевой полости расположены в каждом межлопаточном канале перед спинками лопаток под углом ϕ равным 3-5 градусов относительно касательной плоскости к поверхности втулки в месте выхода каналов отвода.

На фиг. 1 показан продольный разрез М-ой ступени осевого компрессора с конструктивным исполнением вдува на корпусе втулки направляющего аппарата, где обозначено: 1 - лопатка рабочего колеса М-ой ступени, 2 - лопатка направляющего аппарата М-ой ступени, 3 - корпус направляющего аппарата, 4 - корпус втулки направляющего аппарата, 5 - каналы подвода рабочего тела в кольцевую полость, 6 - трубопровод подвода рабочего тела, 7 - проточная часть М-ой ступени, 8 - кольцевая полость, А - выносной эле-мент

На фиг. 2 показан выносной элемент А на фиг. 1, где обозначено: 8 - кольцевая полость, 9 - канал отвода рабочего тела, ϕ - угол относительно касательной плоскости к поверхности втулки в месте выхода каналов отвода.

Назначения кольцевой полости 8, канала отвода рабочего тела 9 ясны из названия.

Осевой компрессор работает аналогично известному компрессору с некоторым отличием, которое заключается в следующем. Рабочее тело отбирается из проточной части последней ступени компрессора по трубопроводу 6 со стороны корпуса 3, подается в кольцевую полость 8 по каналам 5 подвода рабочего тела, выполненным в лопатках направляющего аппарата М-ой ступени, где M<N, N количество ступеней осевого компрессора. Кольцевая полость выполнена в корпусе втулки 4. Из кольцевой полости 8 рабочее тело через каналы отвода 9 вдувается в проточную часть каждого межлопаточного канала М-ой ступени, выходы каналов расположены перед спинками лопаток, под углом ϕ равным 3-5 градусов в вертикальной плоскости, относительно касательной плоскости к поверхности втулки в месте выхода каналов отвода, количество выходов и угол ψ их расположения в горизонтальной плоскости относительно касательной к спинке лопатки в точке предполагаемого расположения каналов отвода, определяют из условия минимизации расхода рабочего тела для обеспечения режима течения соответствующего условиям предотвращения отрыва потока, выравнивания направления и обеспечения равномерного поля скоростей потока у втулки лопатки направляющего аппарата ступени осевого компрессора.

Благодаря этому достигается указанный в изобретении технический результат, это: повышение коэффициента полезного действия, степени повышения давления, запаса устойчивости осевого компрессора.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в осевых компрессорах. Предлагаемое изобретение от известных отличается тем, что в корпусе втулки на М-й ступени, где M<N, N - количество ступеней осевого компрессора, выполнена кольцевая полость и каналы отвода рабочего тела из нее к спинкам лопаток, а внутри каждой лопатки выполнен канал подвода рабочего тела в кольцевую полость, соединенный с проточной частью последней ступени. Применение предлагаемого изобретения позволит повысить коэффициент полезного действия, степень повышения давления, запас устойчивости компрессора. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Осевой компрессор, состоящий из N ступеней, каждая из которых содержит направляющий аппарат, состоящий из внешнего корпуса, лопаток и корпуса втулки, отличающийся тем, что в корпусе втулки направляющего аппарата М-й ступени, где M<N, выполнена кольцевая полость и каналы отвода рабочего тела из нее к спинкам лопаток, а внутри каждой лопатки выполнен канал подвода рабочего тела в кольцевую полость, соединенный с проточной частью последней ступени.

2. Осевой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что выходы каналов отвода рабочего тела из кольцевой полости расположены перед спинками лопаток под углом ϕ, равным 3-5 градусам относительно касательной плоскости к поверхности втулки в месте выхода каналов отвода.

3. Осевой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что количество выходов и угол ψ расположения каналов отвода рабочего тела в горизонтальной плоскости относительно касательной к спинке лопатки в точке предполагаемого расположения каналов отвода рабочего тела определяют из условия минимизации расхода рабочего тела для обеспечения режима течения, соответствующего условиям предотвращения отрыва потока, выравнивания направления и обеспечения равномерного поля скоростей потока у втулки лопатки направляющего аппарата ступени осевого компрессора.