Двухступенчатый центробежный компрессор газотурбинного двигателя малой тяги Российский патент 2023 года по МПК F04D17/12 F02C1/00 

Описание патента на изобретение RU2787439C1

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть применено в качестве компрессора газотурбинных двигателей малой тяги на беспилотных и малых пилотируемых летательных аппаратах, наземных, надводных транспортных средствах и энергоустановках.

Известны газотурбинные двигатели, имеющие одноступенчатый центробежный компрессор, приводимый во вращение одноступенчатой осевой [Schreckling K. Gas Turbines for Model Aircraft. Traplet Publications, 2003, с. 18] или центростремительной [Kamps T. Model Jet Engines. Traplet Publications, 2005, с. 23] турбиной.

Известны также двигатели, в которых центробежные компрессоры с целью повышения производительности имеют колеса с двухсторонним входом, причем обе стороны такого колеса симметричны [Источник Виноградов Б. С.Авиационные центробежные компрессоры: учебное пособие. Казань: Изд-во КНИТУ-КАИ, 2020, с. 21; Whittle F. Gas turbine aero-thermodynamics: with special reference to aircraft propulsion. Elsevier, 2013, с. 169].

Недостатком упомянутых аналогов при их применении на двигателях малой тяги являются пониженные кпд порядка 65…70% при значениях степени повышения давления 4…5.

Известны схемы газотурбинных двигателей с двумя [Иноземцев А. А., Сандрацкий В. Л. Газотурбинные двигатели. Пермь: ОАО «Авиадвигатель». 2006, с. 42; Saravanamuttoo H. I. H., Rogers G. F. C., Cohen H. Gas turbine theory. Pearson education, 2017, с. 14], тремя и более ступенями центробежных компрессоров [Иноземцев А. А., Сандрацкий В. Л. Газотурбинные двигатели. Пермь: ОАО «Авиадвигатель». 2006, с. 41], с последовательно расположенными на одном валу колесами.

Основным недостатком указанных аналогов являются неудовлетворительные массогабаритные характеристики применительно к двигателям малой тяги.

Частично устранить указанный недостаток позволяет применение двухступенчатых центробежных компрессоров с последовательно соединенными ступенями, в которых рабочие лопатки первой и второй ступени расположены по обеим сторонам общего несущего диска [Авторское свидетельство СССР №544772, кл. F 04 D 17/12, 1973] или на двух дисках, ориентированных друг к другу «спинка к спинке» с расположенной между ними диафрагмой, снабженной лабиринтным уплотнением [Патент РФ №2110700 C1, кл. F04D 17/12, F02C 1/08, 1989].

Несмотря на уменьшение габаритов и массы существенным недостатком рассмотренных аналогов, при их применении в двигателях малой тяги, являются диаметральные размеры компрессора, затрудняющие расположение таких двигателей в корпусе летательного аппарата и мотогондоле. Таким образом порядка 1/3 диаметральных размеров указанных компрессоров занимает радиальный лопаточный диффузор и воздушные каналы компрессора.

Целью предлагаемых технических решений является уменьшение массы и габаритов двухступенчатого центробежного компрессора, позволяющих его применение в газотурбинных двигателях малой тяги, и повышение кпд по сравнению с одноступенчатыми вариантами.

Указанная цель достигается тем, что первая и вторая ступени расположены на общем несущем диске, причем первая ступень имеет диагональное исполнение, а вторая расположена с противоположной стороны колеса. Данные технические решения позволяют уменьшить диаметральные размеры рабочего колеса компрессора. При этом лопаточные диффузоры обоих ступеней имеют радиально-осевое исполнение с минимальной радиальной частью. Последнее позволяет значительно уменьшить диаметральные размеры предлагаемого компрессора.

Распределение нагрузки компрессора на две ступени вместо одной, при заданной степени повышения давления, позволяет повысить эффективность компрессора за счет более высокого кпд каждой из ступеней.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого двухступенчатого центробежного компрессора, в котором первая и вторая ступени расположены на общем несущем диске, причем первая ступень диагональная, вторая расположена с противоположной стороны колеса, а лопаточные диффузоры обоих ступеней имеют радиально-осевое исполнение.

На фиг. 2 представлена схема лабиринтного уплотнения между воздушными каналами первой и второй ступени рабочего колеса компрессора.

На фиг. 3 представлена схема расположения элементов воздушного канала компрессора в среднем сечении на выходе из лопаточного диффузора.

На фиг. 4 представлено поперечное сечение в области перекрестного коллектора компрессора с взаимно перпендикулярными радиальными и осевыми каналами первой и второй ступени компрессора.

В предлагаемом компрессоре его первая ступень имеет диагональное исполнение и состоит из рабочих лопаток 1, безлопаточного диффузора 3, радиальной 4 и осевой 5 частей лопаточного диффузора, а также радиальной части перекрестного коллектора 6 (фиг. 1). Вторая ступень компрессора расположена с противоположной стороны колеса и состоит из рабочих лопаток 8, безлопаточного диффузора 9, радиальной 10 и осевой 11 частей лопаточного диффузора, а также осевой части перекрестного коллектора 12. Ступени компрессора расположены на общем несущем диске 13, который вращается на валу 14. Первая и вторая ступени компрессора соединены между собой радиально-осевым воздушным каналом в котором расположен обратный направляющий аппарат 7.

Перетекание воздуха между ступенями компрессора 1 и 8 уменьшается следующим образом (фиг. 2): на периферии рабочего колеса 13 расположен выступ, на ответной статорной части которого имеется лабиринтное уплотнение 2, снижающее перетекание воздуха между безлопаточными диффузорами 3 и 9. Предлагаемая конструкция лабиринтного уплотнения позволяет некоторое перемещение рабочего колеса в осевом направлении.

С целью снижения гидравлических потерь взаимно перпендикулярные радиальные 6 и осевые 12 каналы перекрестного коллектора выполняются с закругленными кромками (фиг. 4).

Компрессор работает следующим образом. Из атмосферы воздух поступает в рабочие лопатки первой ступени 1 (фиг. 1), при прохождении которых происходит его сжатие под действием центробежных сил, а также возрастание скорости потока в абсолютном движении. Торможение потока на выходе из рабочего колеса начинается в безлопаточном диффузоре 3, и далее продолжается сначала в радиальной 4, а потом в осевой части лопаточного диффузора 5. Затем торможение потока прекращается, он поворачивается и поступает в радиальные каналы перекрестного коллектора 6. После чего поток движется далее по радиальной части воздушного канала компрессора, проходит обратный направляющий аппарат 7 и, поворачиваясь в осевом направлении, поступает на рабочие лопатки второй ступени компрессора 8. Здесь осуществляется второй цикл сжатия воздуха и его последующее торможение в безлопаточном диффузоре 9, а после в радиальной 10 и осевой 11 частях лопаточного диффузора. После выхода из диффузора воздух проходит осевую часть перекрестного коллектора 12, после чего направляется далее по тракту двигателя.

Похожие патенты RU2787439C1

название год авторы номер документа
СТУПЕНЬ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА 2007
  • Безымянников Михаил Валерьевич
  • Литвиненко Эдуард Григорьевич
RU2334901C1
КОМПРЕССОР И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 1989
  • Пономарев Б.А.
  • Тихонов А.М.
  • Шалашов Н.Д.
RU2110700C1
ЦЕНТРОБЕЖНЫЙ КОМПРЕССОР 2006
  • Иванов Олег Иванович
  • Милешин Виктор Иванович
  • Огарко Николай Иванович
RU2327060C1
СТУПЕНЬ ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА 2011
  • Колосов Антон Андреевич
  • Литвиненко Эдуард Григорьевич
RU2452876C1
МИКРОРАЗМЕРНЫЙ ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 2007
  • Иванов Олег Иванович
  • Милешин Виктор Иванович
  • Огарко Николай Иванович
RU2354836C1
УСТРОЙСТВО ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ ПЛОЩАДИ ПРОХОДНОГО СЕЧЕНИЯ МЕЖЛОПАТОЧНОГО КАНАЛА РАДИАЛЬНОГО ДИФФУЗОРА ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА 2005
  • Иванов Олег Иванович
  • Милешин Виктор Иванович
  • Огарко Николай Иванович
RU2294462C1
СПОСОБ РЕГУЛИРОВАНИЯ РАСХОДА ВОЗДУХА ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2003
  • Иванов О.И.
  • Милешин В.И.
RU2246045C1
Компрессор низкого давления газотурбинного двигателя авиационного типа (варианты) 2016
  • Марчуков Евгений Ювенальевич
  • Илясов Сергей Анатольевич
  • Куприк Виктор Викторович
  • Коновалова Тамара Петровна
  • Поляков Константин Сергеевич
  • Савченко Александр Гаврилович
  • Скарякина Регина Юрьевна
  • Селиванов Николай Павлович
RU2614708C1
УЗЕЛ ТУРБИНЫ ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА 2015
  • Кельван Дамьен Бернар
  • Десфорж Жан-Баптист Венсан
  • Жюдэ Морис Ги
  • Танг Ба-Пхук
RU2705319C2
ДИФФУЗОР ЦЕНТРОБЕЖНОГО ИЛИ ДИАГОНАЛЬНОГО КОМПРЕССОРА 2002
  • Латышев А.В.
RU2234623C2

Иллюстрации к изобретению RU 2 787 439 C1

Реферат патента 2023 года Двухступенчатый центробежный компрессор газотурбинного двигателя малой тяги

Изобретение относится к области компрессоров газотурбинных двигателей малой тяги на беспилотных и малых пилотируемых летательных аппаратах, наземных, надводных транспортных средствах и энергоустановках. Сущность изобретения: компрессор содержит две ступени, причем рабочие лопатки первой и второй ступени расположены по обеим сторонам общего несущего диска, а их лопаточные диффузоры выполнены радиально-осевого типа. После лопаточных диффузоров размещен перекрестный коллектор с взаимно перпендикулярными потоками радиального и осевого направления, причем соединение ступеней между собой происходит через радиально-осевой канал, в котором расположен обратный направляющий аппарат. Технический результат - уменьшение массы, габаритов и повышение эффективности компрессора. 4 ил.

Формула изобретения RU 2 787 439 C1

Двухступенчатый центробежный компрессор, содержащий корпус, в котором размещён общий несущий диск, по обеим сторонам которого размещены рабочие лопатки первой и второй ступени, первая ступень имеет диагональное исполнение, вторая расположена с противоположной стороны колеса, причём лопаточные диффузоры обеих ступеней имеют радиально-осевое исполнение, отличающийся тем, что на периферии рабочего колеса расположен выступ, на ответной статорной части которого имеется лабиринтное уплотнение, уменьшающее перетекание воздуха между ступенями, после лопаточных диффузоров размещён перекрёстный коллектор с взаимно перпендикулярными потоками радиального и осевого направления, причём соединение ступеней между собой происходит через радиально-осевой канал, в котором расположен обратный направляющий аппарат.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2023 года RU2787439C1

КОМПРЕССОР И ГАЗОТУРБИННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ 1989
  • Пономарев Б.А.
  • Тихонов А.М.
  • Шалашов Н.Д.
RU2110700C1
Двухступенчатый центробежный компрессор 1973
  • Атлас Анатолий Маркович
  • Воронцов Александр Васильевич
  • Кац Борис Михайлович
  • Кожемякин Борис Филиппович
  • Ланда Григорий Рувинович
  • Хартов Анатолий Максимович
SU544772A1
КОЛЬЦЕВОЙ ПОТОЧНЫЙ КАНАЛ ДЛЯ ТУРБОМАШИНЫ С ПРОХОДЯЩИМ В ОСЕВОМ НАПРАВЛЕНИИ ОСНОВНЫМ ПОТОКОМ, А ТАКЖЕ КОМПРЕССОР, СОДЕРЖАЩИЙ ТАКОЙ ПОТОЧНЫЙ КАНАЛ 2007
  • Байер Ромен
  • Бломеиэр Мальте
  • Корнелиус Кристиан
  • Маттиас Торстен
  • Зибер Уве
RU2397373C1
US 5474417 A1, 12.12.1995.

RU 2 787 439 C1

Авторы

Лиманский Адольф Степанович

Анкудимов Владимир Вячеславович

Сыченков Виталий Алексеевич

Даты

2023-01-09Публикация

2022-06-27Подача