Ступень осевого компрессора

 

Область использования: в компрессоростроении, в частности в конструкциях ступени осевого компрессора высокого давления. Сущность изобретения: под воздействием перепада давления между участками над входными кромками рабочих лопаток 2 и перед ними часть потока перетекает из области над входной частью рабочих лопаток через щели 6 статорного кольца в кольцевую полость 4, а оттуда обратно в проточную часть ступени компрессора уже перед рабочими лопатками 2. Конфигурация щелей 6, приближенная к траектории движения воздушного потока, увеличивает пропускную способность статорного кольца 5 и снимает сопротивление воздушному потоку через щели 6. 3 ил.

Изобретение относится к авиадвигателестроению, в частности к конструкциям ступени осевого компрессора высокого давления.

Известна ступень осевого компрессора, имеющая замкнутую перфорированную отверстиями полость над рабочими лопатками, образованную рабочим каналом ступени и наружным кольцом входного направляющего аппарата (Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30КУ. Техническое описание. М. Машиностроение, 1975, с. 35 и 36). Наличие перфорированных отверстий над всей хордой рабочей лопатки приводит к снижению КПД ступени компрессора.

Известна также ступень осевого компрессора, содержащая направляющие и рабочие лопатки, размещенные в корпусе с кольцевой замкнутой полостью, ограниченной со стороны проточной части статорным кольцом со щелями, ориентированными в окружном направлении по вращению рабочих лопаток, расположенными наклонно к продольной оси ступени, сообщающими кольцевую полость с проточной частью. Щели расположены на 1/3 ширины рабочих лопаток.

Недостатком известной конструкции является узкий диапазон устойчивой работы и снижение КПД компрессора в результате того, что форма щелей оказывает сопротивление свободному движению воздушного потока в замкнутую полость корпуса компрессора, что приводит к турбулизации воздушного потока. А это, в свою очередь, приводит к повышенному уровню напряжений в рабочих лопатках, т.е. к снижению надежности.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении диапазона устойчивой работы и повышении КПД и надежности ступени осевого компрессора за счет приближения конфигурации щелей статорного кольца к траектории движения воздушного потока, увеличения пропускной способности щелей и снижения сопротивления при прохождении воздушного потока через щели.

Решение этой технической задачи осуществляется за счет того, что в ступени осевого компрессора, содержащем направляющие и рабочие лопатки, последовательно размещенные с осевым зазором в корпусе, имеющем кольцевую замкнутую полость, ограниченную со стороны проточной части ступени статорным кольцом со щелями, расположенными наклонно к радиусу корпуса по направлению вращения рабочих лопаток и сообщающими кольцевую полость с проточной частью, согласно изобретению, каждая щель в нормальном сечении имеет форму дуги с закругленными краями, а в плоскости, перпендикулярной радиусу статорного кольца, углы, образованные продольной осью ступени осевого компрессора и касательной к средней линии щели в точках пересечения линии с диаметральными сечениями кольца на противоположных концах щели, соответственно равны углам установки лопаток предыдущего направляющего аппарата и рабочих лопаток или отличаются от них не более, чем на 10^o.

В предлагаемом техническом решении геометрия щелей приближена к траектории движения воздушного потока на выходе из впереди стоящего направляющего аппарата в абсолютном движении и на входе в рабочее колесо в относительном движении потока.

Поскольку при режимах работы ступени компрессора, близких к срывному, срывные явления на периферии рабочих лопаток устраняются перетеканием воздуха через щели, то при конфигурации щелей, близкой к траектории движения воздушного потока, обеспечивается высокая пропускная способность за счет снижения сопротивления при прохождении потока через щели. Это обеспечивает расширение диапазона устойчивой работы ступени, повышает КПД и надежность ступени осевого компрессора.

Кроме того, использование щелей простейшей конфигурации (геометрической формы) делает возможным их изготовление на универсальном оборудовании.

Разница в величинах углов α₁ и α₃, α₂ и α₄ выбрана не более 10^o, что необходимо для выполнения условий приближения конфигурации щелей к реальному воздушному потоку.

На фиг. 1 изображена ступень осевого компрессора, продольное сечение, на фиг. 2 вид А на фиг. 1, на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 2.

Ступень осевого компрессора содержит направление 1 и рабочие 2 лопатки, последовательно размещенные с осевым зазором δ в корпусе 3, имеющем кольцевую полость 4, ограниченную со стороны проточной части ступени статорным кольцом 5 со щелями 6, образующими решетку. Решетка расположена наклонно к радиусу корпуса по направлению вращения рабочих лопаток 2 под углом a и сообщает кольцевую полость с проточной частью.

Каждая щель 6 в нормальном сечении имеет форму дуги с закругленными краями. В плоскости, перпендикулярной радиусу статорного кольца, продольная ось ступени компрессора образует с касательными к средней линии щели 6 в точках пересечения этой линии с диаметральными сечениями кольца (точки А и В) на противоположных концах щели 6 углы a₁ и α₂. Углы установки лопаток предыдущего направляющего аппарата 7 и рабочих лопаток 8 это углы α₃ и α₄ соответственно.

Заявляемое устройство работает следующим образом.

При режиме работы ступени компрессора, близком к срывному, возрастают углы атаки на ее лопаточных венцах. Это приводит к образованию перепада давления между участками над входными кромками рабочих лопаток 2 и перед ними. Под воздействием этого перепада часть потока устремляется из области над входной частью рабочих лопаток 2 через щели 6 статорного кольца 5 в кольцевую полость 4, а оттуда обратно в проточную часть ступени компрессора уже перед рабочими лопатками 2, чем обеспечивается равномерность распределения давления воздуха на оставшейся части хорды лопаток 2 и устраняются срывные явления на периферии лопаток. Конфигурация щелей 6, приближенная к траектории движения воздушного потока, увеличивает пропускную способность статорного кольца 5 и снижает сопротивление воздушного потока через щели 6.

Формула изобретения

Ступень осевого компрессора, содержащая направляющие и рабочие лопатки, последовательно размещенные с осевым зазором в корпусе, имеющем кольцевую замкнутую полость, ограниченную со стороны проточной части ступени статорным кольцом с щелями, расположенными наклонно к радиусу корпуса по направлению вращения рабочих лопаток и сообщающими кольцевую полость с проточной частью, отличающаяся тем, что каждая щель в нормальном сечении имеет форму дуги с закругленными краями, а в плоскости, перпендикулярной радиусу статорного кольца, углы, образованные продольной осью ступени осевого компрессора и касательными к средней линии щели в точках пересечения линии с диаметральными сечениями кольца на противоположных концах щели, соответственно равны углам установки лопаток предыдущего направляющего аппарата и рабочих лопаток или отличаются от них не более чем на 10°.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3