Лопаточный венец осевого компрессора
Изобретение позволяет повысить КПД путем уменьшения вторичных потерь при обтекании потока лопатки 1 в зоне ее крепления к внутреннему и наружному кольцам (К) 2 и 3. К 2 и 3 выполнены пустотелыми. На внутренней стенке наружного К3 и на наружной стенке внутреннего К2 выполнены сквозные радиальные отверстия, сообщающие полости К 2 и 3 с межлопаточными каналами. Отверстия каждого из К 2 и 3 расположены по замкнутому контуру, эквидистантному контуру профиля лопатки 1 в месте ее закрепления. К 2 и 3 снабжены кольцевыми перегородками 5 и 6, размещенными в их полостях с образованием изолированных друг от друга полостей. 1 з.п.ф-лы. 3 ил.
Изобретение относится к области компрессоростроения и может быть использовано в авиационной промышленности и энергетике. Известен направляющий аппарат осевого компрессора, у которого лопатки жестко закреплены на наружном кольце [1] (стр. 79, рис.3.40 аналог). Известен также направляющий аппарат осевого компрессора [1] (стр. 81, рис. 3-41 аналог), содержащий наружное кольцо, внутреннее кольцо, внутри которых образованы замкнутые кольцевые полости, и лопатки, закрепленные на кольцах. Недостатком известных направляющих аппаратов является интенсивное образование в них вторичных течений, то есть перетекание газа в пограничном слое, в направлении, перпендикулярном основному потоку, вызываемое разностью давлений на спинке и корытце соседних профилей, которое приводит к образованию так называемого парного вихря, накоплению частиц газа с малой энергией в двугранном угле, образованном спинкой профиля с поверхностями колец и отрыву пограничного слоя. Как известно из теории турбомашин, отрыв пограничного слоя и парный вихрь являются источниками дополнительных потерь в лопаточных венцах компрессора, которые снижают эффективность работы ступеней компрессора. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является решетка рабочего колеса турбомашины [2] содержащая корпус, лопатки, закрепленные на полом диске с образованием межлопаточных каналов, и бандажное кольцо, закрепленное на наружных торцах лопаток и образующее с корпусом кольцевую полость, при этом в бандажном кольце выполнены радиальные отверстия, соединяющие кольцевую полость с межлопаточными каналами. В данном техническом решении, принятом за прототип, также не содержится конструктивных элементов, снижающих интенсивность вторичных течений. Целью изобретения является повышение КПД за счет уменьшения вторичных потерь. Указанная цель достигается тем, что в лопаточном венце осевого компрессора, содержащем внутреннее и наружное пустотелые кольца и закрепленные на них лопатки с образованием межлопаточных каналов, сообщающихся с полостью наружного кольца посредством сквозных радиальных отверстий, выполненных во внутренней стенке кольца, в наружной стенке внутреннего кольца также выполнены сквозные радиальные отверстия, сообщающие полость кольца с межлопаточным каналом, причем отверстия в каждом из колец расположены по замкнутому контуру, эквидистантному контуру профиля лопатки в местах закрепления. При этом кольца снабжены кольцевыми перегородками, размещенными в их полостях с образованием изолированных друг от друга полостей. На фиг. 1 представлена схема лопаточного венца; на фиг. 2 схема расположения радиальных отверстий; на фиг. 3 распределение давления на поверхности лопаток. Лопаточный венец осевого компрессора содержит лопатки 1, закрепленные на внутреннем 2 и наружном 3 кольцах, в стенках которых выполнены радиальные отверстия 4, соединяющие внутренние полости колец с межлопаточными каналами. Для повышения эффективности внутренние полости колец могут быть разделены кольцевыми перегородками 5 и 6 на изолированные друг от друга полости. Работа лопаточного аппарата осуществляется следующим образом. При обтекании потоком газа лопаток 1 на их поверхности создается характерное распределение давления, представленное на фиг. 3. При этом давление на корытце "а" оказывается выше давления на спинке "б". Особенно высокий перепад давления между корытцем и спинкой профиля наблюдается при эксплуатационных режимах работы компрессора на участке лопаток от входной кромки "в" до середины профиля. Такое распределение давления способствует перетоку частиц с малой энергией движения перетоку частиц с малой энергией движения в направлении от поверхности корытца к спинке (образование вторичных течений) и способствует выхреобразованию в потоке и повышению потерь полного давления. Выполнение радиальных отверстий 4 в кольцах 2 и 3 позволяет уменьшить указанное перетекание, так как позволяет организовать перетекание от корытца к спинке через внутреннюю поверхность бандажных колец, что позволяет значительно уменьшить перепад давления между спинкой и корытцем на небольшой высоте лопатки от места закрепления и препятствует перетоку газа в пограничном слое и вихреобразованию. Частицы газа, отбираемые вблизи поверхности корытца, выбрасываются в поток вблизи поверхности спинки. При этом движение их по лопатке способствует турбулизации пограничного слоя на спинке и препятствует скоплению частиц газа с малой энергией в двухгранном угле, образованном спинкой лопатки и поверхностью колец, что в свою очередь уменьшает вероятность отрыва потока в этой области и способствует росту КПД. Кольцевые перегородки (5 и 6), разделяющие внутренние полости колец, как показано на фиг. 1, штриховой линией, способствуют интенсификации процесса турбулизации и сдува пограничного слоя со спинки лопаток вблизи их входной кромки, так как позволяют выделить область вблизи входной кромки, где перепад давлений между корытцем и спинкой выше среднего перепада давлений по корытцу и спинке. При выборе размеров радиальных отверстий и выборе места их расположения следует руководствоваться следующими соображениями. С уменьшением размеров отверстий (диаметр менее 1 мм) их гидравлическое сопротивление может увеличиваться настолько, что не позволяет при имеющихся перепадах давлений на спинке и корытце обеспечить перетекание достаточного для получения положительного эффекта количества газа. Однако нельзя выполнять отверстия и слишком большими, так как с увеличением диаметра отверстий уменьшится скорость истечения газа, а значит будет снижаться эффективность взаимодействия струек газа, истекающего из отверстий с пограничным слоем на спинке лопаток. При хорде профиля до 150.200 мм диаметр отверстий может быть выбран равным от 1 до 2 мм. Расстояние между отверстиями должно быть таким, чтобы была обеспечена достаточная прочность образующихся перемычек между отверстиями, то есть надежное соединение лопаток с кольцами. Расстояние между осями отверстия может быть выбрано близким или равным двум диаметрам отверстий. Расстояние от поверхности лопатки до ближайших к ней кромок отверстий можно выбрать из диапазона 0.3 мм. Расположение отверстий на расстоянии более 3 мм приводит к снижению эффективности использования имеющихся перепадов давления на корытце и спинке, так как по мере удаления от поверхности лопатки отверстий перепады давления будут значительно снижаться. При выполнении радиальных отверстий в лопаточном венце с лопатками, имеющими хорду 40 мм, можно выбрать расстояние от профиля до ближайших к нему кромок отверстий равным 1 мм, диаметр отверстий равным также 1 мм, а расстояние между осями отверстий 2 мм. Выбор размеров радиальных отверстий, расстояния между ними и расстояния от лопатки до отверстий зависит от конкретных размеров элементов лопаточного венца, при этом с увеличением размеров лопаточного венца размеры отверстий следует также увеличивать.
Формула изобретения
1. Лопаточный венец осевого компрессора, содержащий внутреннее и наружное пустотелые кольца и закрепленные на них лопатки с образованием межлопаточных каналов, при этом на внутренней стенке наружного кольца выполнены сквозные радиальные отверстия, сообщающие полость кольца с межлопаточными каналами, отличающийся тем, что, с целью повышения КПД путем уменьшения вторичных потерь, на наружной поверхности внутреннего кольца также выполнены сквозные радиальные отверстия, сообщающие полость кольца с межлопаточным каналом, а отверстия каждого кольца расположены по замкнутому контуру, эквидистантному контуру профиля лопатки в месте ее закрепления. 2. Венец по п.1, отличающийся тем, что кольца снабжены кольцевыми перегородками, размещенными в их полостях с образованием изолированных одна от другой полостей.РИСУНКИ
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе
Дата прекращения действия патента: 14.03.1996
Номер и год публикации бюллетеня: 18-2001
Извещение опубликовано: 27.06.2001
