Диффузорный лопаточный направляющий аппарат центробежной турбомашины Советский патент 1990 года по МПК F04D29/44 

Изобретение относится к энергомашиностроению, а именно к конструкции диф- фузорных лопаточных направляющих аппаратов центробежных турбомашин.

Цель изобретения-уменьшение потерь напора из-за нестационарного обтекания входных кромок направляющих лопаток.

На фиг.1 изображен диффузорный направляющий аппарат, выполненный в виде лопаточного диффузора, и выходная часть рабочего колеса, радиальный разрез; на фиг,2 - разрез А-А на фиг, 1, случай одностороннего колеса с одним меридиональным каналом без покрывного диска; на фиг.З - то же, случай двухстороннего колеса с двумя меридиональными каналами и покрывными дисками; на фиг.4 - то же, случай одностороннего колеса с тремя меридиональными каналами и покрывным диском; на фиг.5 - диффузорный.направляющий аппарат, вы- полненный в виде лопаточного отвода, и выходная часть рабочего колеса, радиальный разрез; на фиг,6 - разрез Б-Б на фиг.5, случай одностороннего колеса с одним меридиональным каналом и покрывным дис- ком; на фиг.7 - зависимости коэффициента потерь напора при обтекании входных кромок лопаток аппарата от их толщин у торцовых стенок.

Диффузорный лопаточный направляю- щий аппарат центробежной турбомашины содержит расположенные между торцовыми стенками 1 и 2 направляющие лопатки 3 со скругленными входными кромками 4, меридиональные проекции которых парал- лельны меридиональным проекци-ям выходных кромок 5 лопаток 6 рабочего колеса 7 турбомашины. Входные кромки 4 н,а- правляющих лопаток 3 по крайней мере на части их высоты h имеют толщину д , увели- чивающуюся в сторону входа рабочего колеса 7. Входные кромки 4 направляющих лопаток 3 имеют толщину д , возрастающую по линейному закону. Наименьшая толщина д входных кромок 4 направляю- щих лопаток 3 не превышает 0,2, а наибольшая равна 1,8 - 2,0 от среднего арифметического значения толщины входной кромки 4 лопатки, причем наименьшее значение второго диапазона соответствует наибольшему значению первого.

Диффузорный лопаточный направляющий аппарат работает следующим образом.

Рабочая среда поступает в аппарат из вращающегося рабочего колеса 7. Вследст- вие шаговой неравномерности параметров относительного потока между выходными кромками 5 лопаток 6 колеса 7 поток на входе в аппарат является нестационарным.

В частности, угол а , характеризующий направление скорости С перед лопатками 3 аппарата, непрерывно изменяется во времени с частотой прохождения мимо неподвижных направляющих лопаток 3 аппарата лопаток 6 колеса 7. Этот нестационарный поток обтекает скругленные входные кромки 4 лопаток 3 и далее движется между лопатками 3 и торцовыми стенками 1 и 2 аппарата к выходу из него. При зтом вследствие диффузорности межлопаточных каналов аппарата происходит преобразование скоростного напора в давление. Обтекание рабочей средой входных кромок 4 лопаток 3 и течение ее по аппарату сопровождаются потерями напора.

Благодаря тому, что толщина д входных участков 8 лопаток 3 аппарата, по крайней мере на части их высоты, увеличивается по высоте лопатки в направлении входа в рабочее колесо 7, потери напора при обтекании вхо/чных кромок 4 лопаток 3, а значит, суммарные потери напора в аппарате, уменьшаются. Это объясняется следующим.

Оптимальное значение толщины входных кромок 4, при котором потери напора минимальны, зависит от амплитуды колебания угла а потока перед аппаратом. Чем больше амплитуда, тем больше оптимальное значение толщины входных кромок 4. Измерения угла а потока в радиальном зазоре между колесом и аппаратом по направлению, параллельному меридиональным проекциям выходных кромок 5 лопаток 6 колеса 7, показывают, что вследствие неоднородности потока в выходной части колеса по ширине его меридионального канала, амплитуда колебания угла а неодинакова по ширине колеса 7,причем она возрастает к входу вколесо7.Следовательно, увеличение ТОЛ.ЦИНЫ д входных кромок 4 лопаток 3 аппарата в направлении к входу в рабочее колесо 7 при сохранении неизменной средней по высоте лопатки толщины дер входных кромок 4 обеспечивает уменьшение потерь напора.

Возрастание толщины 5 входных кромок 4 лопаток 3 аппарата по линейному закону упрощает изготовление лопаток, так как при линейном законе образующие поверхностей лопаток представляют собой прямые линии.

Задание наименьшей толщины (5 входных кромок 4 лопаток 3 аппарата не более 0,2 от средней толщины дер , а наибольшей в диапазоне 1,8 - 2,0 от дер обеспечивает наибольшее уменьшение потерь набора. Это следует из зависимости (фиг.7) коэффи- циент а потерь вхср при обтекании рабочей

средой входных кромок 4 лопаток 3 аппарата от толщин di и (52 входных кромок 4 у торцовых стенок 1 и 2. Зависимость получена расчетным путем для номинального режима работы турбомашины и соответствует случаю линейного .изменения толщины входных кромок 4 лопаток 3 аппарата по высоте лог;а ки.

Формулаизобретения

1. Диффузорный лопаточный наг1раеля- ющий аппарат центробежной турбомашины, содержащий расположенные между его торцовыми стенками направляющие лопатки со скругленными входными кромками меридиональные проекции которых параллельны меридиональным проекциям выходных кромок лопаток рабочего колеса турбомашины, отличающийся тем

5

10

15

0

что, с целью уменьшения потерь напора из- за нестационарного обтекания входных кромок направляющих лопаток, входные кромки направляющих лопаток по крайней мере на части их высоты имеют толщину, увеличивающуюся в сторону входа рабочего колеса,

2.Аппарат по п,1, отличающийся тем, что входные кромки направляющих лопаток имеют толщину, возрастающую поли-- нейному закону.

3.Аппарат по п.2, отличающийся тем, что наименьшая толщина входных кромок 1аправляющих лопаток не превышает 0,2, а наибольшая равна 1,8 - 2,0 от среднего арифметического значения толщины лопатки, причем наиг1еньшее значение второго диапазона соотгетствует наибольшему значению первого

А-А

Изобретение может быть применено при конструировании лопаточных направляющих аппаратов. Цель изобретения - уменьшение потерь напора из-за нестационарного обтекания входных кромок направляющих лопаток. У лопаток (Л) 3 направляющего аппарата входные кромки 4 выполнены с переменной толщиной по высоте Л 3. Толщина γ возрастает в сторону входа рабочего колеса 7. Для упрощения изготовления толщина возрастает по линейному закону. При этом наименьшая толщина входных кромок Л3 не превышает 0,2, а наибольшая равна 1,8-2,0 от среднего арифметического значения толщины Л 3, причем наименьшее значение второго диапазона соответствует наибольшему значению первого. Исследования показали, что такое выполнение Л3 позволяет снизить потери напора на входе в направляющий аппарат.

М .(повернуто)

Фиг,2

(повернуто

ц.г.1

Фиг. . J

Фаг. 6

бх.кр 0,

А

0, 0,0it5 О, ОН

W

0,8

1,0

0, f 0.2

1,В 1,8 5г1б,р