Турбокомпрессор

Изобретение относится к компрессоростроению, в частности к осевым, диагональным и осецентробежным компрессорам газотурбинных установок, и обеспечивает расширение диапазона газодинамической устойчивости компрессора и аэроупругой устойчивости его лопаток, повышение эффективности работы турбокомпрессора. Этот технический результат достигается тем, что в турбокомпрессоре, содержащем корпус с размещенным в нем рабочим колесом с лопатками и кольцевую полость, перекрывающую переднюю часть торцов лопаток ротора, причем в полости расположены ребра, между ребрами выполнены щели, сообщающие полость с проточной частью, а хорды ребер образуют с радиусом корпуса угол, величина которого изменяется по длине ребра, при этом на заднем торце ребер угол выполнен в направлении вращения ротора и лежит в интервале от 15° до 70°, согласно изобретению угол между хордой ребер и радиусом корпуса на переднем торце равен 0 или выполнен в направлении, противоположном вращению рабочего колеса, и лежит в интервале от 0 до 80°. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к компрессоростроению, в частности к осевым, диагональным и осецентробежным компрессорам газотурбинных установок.

Известен турбокомпрессор, содержащий корпус с размещенными в нем рабочими лопатками и кольцевую полость, расположенную на участке, перекрывающем переднюю часть торцов рабочих лопаток и периферию проточной части перед ними, и сообщающуюся с проточной частью турбокомпрессора через щели между образующими решетку ребрами, расположенными под углом к радиусу корпуса (патент РФ №2034175, опубл. 30.04.1995 г.).

Недостаток известного турбокомпрессора состоит в том, что узкий диапазон геометрических характеристик кольцевой полости и ребер решетки не позволяет иметь их оптимальную геометрию с точки зрения эффективности работы турбокомпрессора, то есть недостаточно полно охватывает возможные диапазоны работы компрессоров.

Также известен турбокомпрессор, содержащий корпус с размещенными в нем рабочим колесом с лопатками, кольцевую полость, перекрывающую переднюю часть торцов лопаток рабочего колеса. В полости расположены криволинейные ребра, между которыми выполнены щели, сообщающие полость с проточной частью. Хорды ребер образуют с радиусом корпуса угол, величина которого изменяется по длине ребер, при этом на переднем и заднем торцах ребер угол выполнен в направлении вращения ротора и равен 15°...70° (патент РФ №2162165, опубл. 20.01.2001 г.).

Недостаток такого турбокомпрессора состоит в том, что при выполнении угла между хордой ребер на их переднем торце в направлении вращения ротора поток воздуха, выходя из щелей кольцевой полости, уменьшает окружную составляющую скорости, что приводит к увеличению углов атаки и, следовательно, снижает эффективность работы турбокомпрессора, а также сужает диапазон газодинамической устойчивости компрессора и аэроупругой устойчивости его лопаток.

Задачей настоящего изобретения является расширение диапазона газодинамической устойчивости компрессора и аэроупругой устойчивости его лопаток, повышение эффективности работы турбокомпрессора.

Поставленная техническая задача решается тем, что турбокомпрессор содержит корпус с размещенным в нем рабочим колесом с лопатками и кольцевую полость, перекрывающую переднюю часть торцов лопаток ротора. В полости расположены ребра, между ребрами выполнены щели, сообщающие полость с проточной частью. Хорды ребер образуют с радиусом корпуса угол, величина которого изменяется по длине ребра, при этом на заднем торце ребер угол выполнен в направлении вращения ротора и лежит в интервале от 15° до 70°.

Новым в предлагаемом изобретении является то, что угол между хордой ребер и радиусом корпуса на переднем торце равен 0 или выполнен в направлении, противоположном вращению рабочего колеса, и лежит в интервале от 0 до 80°.

Для улучшения технологичности угол между хордой ребра и радиусом корпуса, по крайней мере, на части участка ребра от их переднего торца до входной кромки рабочих лопаток выполнен постоянным, и угол, по крайней мере, на части участка ребер от входной кромки рабочих лопаток до заднего торца ребра также выполнен постоянным.

На прилагаемых чертежах изображен предлагаемый турбокомпрессор, где

фиг.1 - разрез ступени турбокомпрессора;

фиг.2 и 3 - сечения по А-А и Б-Б фиг.1.

Турбокомпрессор содержит корпус 1 с размещенным в нем рабочим колесом с лопатками 2, кольцевую полость 3, перекрывающую передние торцы 4 лопаток 2 рабочего колеса. В полости 3 расположены криволинейные ребра 5. Между ребрами 5 выполнены щели 6, сообщающие полость 3 с проточной частью 7 рабочего колеса (фиг.1, 2). Хорды 8 ребер 5 образуют с радиусом 9 корпуса 1 угол 10, величина и направление которого плавно изменяются по длине ребра. Угол 10 на передних торцах 4 ребер 5 может быть равен 0 или может быть выполнен в направлении, противоположном вращению ротора, и лежать в интервале от 0° до 80°. На задних торцах 11 ребер 5 угол 10 выполнен в направлении вращения ротора и лежит в интервале от 15° до 70° (фиг.3).

Угол 10 между хордой 8 ребер 5 и радиусом 9 корпуса 1 на части участка ребер 5 или на всем участке от их передних торцов 4 до входных кромок 12 рабочих лопаток 2 может быть выполнен постоянным, и угол на части участка ребер 5 или на всем участке от входных кромок 12 рабочих лопаток 2 до задних торцов 11 ребер 5 также выполнен постоянным.

На оптимальных режимах работы в рабочем колесе давление в передней части межлопаточного канала не превышает давления периферии проточной части перед рабочим колесом и истечение воздуха из рабочего колеса в щели 6 кольцевой полости 3 не происходит. При расходе воздуха, превышающем оптимальный, может происходить подсасывание воздуха через щели 6 между ребрами 5 и кольцевую полость 3 в проточную часть 7 рабочего колеса. При уменьшении расхода воздуха через компрессор или при локальном уменьшении скорости на периферии перед рабочим колесом 2 происходит увеличение угла атаки на лопатках 2 и давления в передней части межлопаточного канала, давление становится выше давления на периферии проточной части компрессора перед колесом. Под действием перепада давлений происходит истечение воздуха через щели 6 над лопатками 2 рабочего колеса в кольцевую полость 3, а из нее в проточную часть 7 перед колесом. В результате формируется циркуляционное течение, интенсивность которого возрастает по мере увеличения противодавления за рабочим колесом, в результате чего углы атаки на периферии рабочего колеса мало меняются. Интенсификации циркуляционного течения способствует использование решетки с наклоном ребер 5 в поперечном сечении в направлении вращения над рабочим колесом и в направлении против вращения на периферии проточной части перед ним. При истечении воздуха из кольцевой полости 3 через щели 6, расположенные под углом 10 против вращения ротора, в проточную часть перед лопатками 2 рабочего колеса поток приобретает закрутку в направлении вращения колеса. Благодаря этому углы атаки на периферии уменьшаются более эффективно.

Такое выполнение ребер 5 позволяет в большей степени увеличить запасы газодинамической устойчивости турбокомпрессора, расширить диапазон аэроупругой устойчивости его лопаток, повысить эффективность работы турбокомпрессора.

Расчетно-экспериментальные исследования показали, что технический эффект достигается при углах между хордой ребер и радиусом корпуса на переднем торце, равных 0 или выполненных в направлении, противоположном вращению рабочего колеса, и лежащих в интервале от 0 до 80°.

1. Турбокомпрессор, содержащий корпус с размещенным в нем ротором с лопатками, кольцевую полость, перекрывающую переднюю часть торцов лопаток рабочего колеса, в полости расположены ребра, между ребрами выполнены щели, сообщающие полость с проточной частью, при этом хорды ребер образуют с радиусом корпуса угол, величина которого плавно изменяется по длине ребра, при этом на заднем торце ребер угол выполнен в направлении вращения ротора и лежит в диапазоне от 15 до 70°, отличающийся тем, что угол между хордой ребер и радиусом корпуса на переднем торце равен 0 или выполнен в направлении, противоположном вращению ротора, и лежит в интервале от 0 до 80°.

2. Турбокомпрессор по п.1, отличающийся тем, что угол между хордой ребра и радиусом корпуса, по крайней мере, на части участка ребра от его переднего торца до входной кромки рабочих лопаток выполнен постоянным и угол, по крайней мере, на части участка ребра от входной кромки рабочих лопаток до заднего торца ребра также выполнен постоянным.