Диффузор центробежного или диагонального компрессора

 

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано в диффузорах центробежных и диагональных компрессоров газотурбинных двигателей (ГТД). Технической задачей изобретения является снижение гидравлических потерь в диффузоре за счет снижения до минимума радиальных градиентов давления в корневых и периферийных сечениях лопаток. Поставленная задача достигается тем, что диффузор центробежного или диагонального компрессора содержит лопатки, поверхности корыта и спинки которых в области выходных кромок имеют образующие в виде кривых не менее второго порядка, обращенные выпуклостями одна к другой, плавно сопряженные с образующими входных кромок. Новым в изобретении является то, что образующие входных кромок лопаток имеют "саблевидные" формы и изогнуты в окружном направлении. 1 ил.

Изобретение относится к компрессоростроению и может быть использовано в диффузорах центробежных и диагональных компрессоров газотурбинных двигателей (ГТД).

Известен диффузор, содержащий лопатки, поверхности корыта и спинки которых в области выходных кромок имеют образующие в виде кривых не менее второго порядка, обращенные выпуклостями друг к другу, при этом лопатки имеют криволинейные в радиальном направлении образующие входных кромок и в области этих кромок криволинейные образующие спинки и корыта [1].

В этом диффузоре входная кромка с криволинейной в радиальном направлении образующей является инициатором образования вихря, вызывающего вторичные потери, и, кроме того, приводит к повышению потерь на удар. Входная кромка с искривленной по высоте в радиальном направлении образующей имеет повышенную толщину в области периферийного и корневого сечений лопаток, что резко снижает рабочий диапазон лопаточного аппарата по углам атаки. Из-за возникновения больших пиков разрежения на нерасчетных углах атаки происходит отрыв пограничного слоя и рост не только вторичных, но и профильных потерь в лопаточном венце.

Известен диффузор центробежного компрессора, содержащий лопатки, поверхности корыта и спинки которых в области выходных кромок имеют образующие в виде кривых не менее второго порядка, обращенные выпуклостями одна к другой. Лопатки имеют прямолинейные образующие входных кромок, и в области этих кромок поверхности корыта и спинки имеют прямолинейные образующие, плавно сопряженные с криволинейными образующими корыта и спинки [2].

Существенным недостатком такого лопаточного диффузора являются присущие входным кромкам с прямолинейными образующими повышенные гидравлические потери на входе в диффузор в области корневого и периферийного сечений лопаток за счет повышенных радиальных градиентов давления в этих сечениях, которые приводят к увеличению профильных и концевых потерь.

Технической задачей изобретения является снижение гидравлических потерь в диффузоре за счет снижения до минимума радиальных градиентов давления в корневых и периферийных сечениях лопаток.

Поставленная задача достигается тем, что диффузор центробежного или диагонального компрессора содержит лопатки, поверхности корыта и спинки которых в области выходных кромок имеют образующие в виде кривых не менее второго порядка, обращенные выпуклостями одна к другой, плавно сопряженные с образующими входных кромок.

Новым в изобретении является то, что образующие входных кромок лопаток имеют “саблевидные” формы и изогнуты в окружном направлении.

На чертеже изображен предлагаемый диффузор.

Диффузор содержит наружный 1 и внутренний 2 корпусы и лопатки 3. Поверхности корыта 4 и спинки 5 лопаток 3 имеют образующие в виде кривых не менее второго порядка, обращенные выпуклостями одна к другой и плавно сопряженные с образующими входных кромок 6. Образующие входных кромок 6 имеют изогнутые в окружном направлении “саблевидные” формы, причем образующие кромок 6 могут быть изогнуты как в сторону спинки, так и в сторону корыта.

Диффузор работает следующим образом.

Сжатый воздух из-за колеса центробежной или диагональной ступени проходит безлопаточный диффузор, несколько снижает свою скорость и входит в диффузор, имеющий входное сечение, образованное входными кромками 6 лопаток 3. Входное сечение плавно переходит в сечение на выходе из диффузора. Из-за того, что образующие входных кромок 6 изогнуты в окружном направлении и имеют “саблевидные” формы, наклон входной кромки 6 лопатки 3 изменяется по высоте проточной части таким образом, что радиальные градиенты давления, особенно в периферийных и корневых зонах, сведены к минимуму. “Саблевидные” входные кромки 6 позволяют в широких пределах варьировать распределение степени реактивности по высоте проточной части и повысить эффективность лопаточного венца.

В применяемых в ГТД диффузорах со степенью диффузорности n=F₂/F₁≈ 1,9... 2,2 (где F₂ - площадь на выходе из диффузора; F₁ - площадь на входе в диффузор) и эквивалентным углом раскрытия диффузора α ₃=4... 8° величина коэффициента гидравлического сопротивления при прохождении воздуха по каналу, лопатки которого имеют изогнутые в окружном направлении “саблевидные” образующие входных кромок 6, снижается на ~25... 30% по сравнению с прямоугольным межлопаточным каналом.

Источники информации

1. Заявка ФРГ №2428969, кл. F 04 D 29/54, опублик. 1976.

2. Патент России №2029889, кл. F 04 D 29/44, опублик. 1995.

Формула изобретения

Диффузор центробежного или диагонального компрессора, содержащий лопатки, поверхности корыта и спинки которых в области выходных кромок лопаток имеют образующие в виде кривых не менее второго порядка, обращенные выпуклостями одна к другой и плавно сопряженные с образующими входных кромок, отличающийся тем, что образующие входных кромок лопаток имеют "саблевидные" формы, изогнутые в окружном направлении.

РИСУНКИ

Рисунок 1