Напорный диффузор осевого компрессора

 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в осевых компрессорах газотурбинных установок, имеющих встроенные камеры сгорания, расположенные вертикально по отношению к оси машины. С целью увеличения кпд компрессора, подсчитываемого по параметрам торможения по патрубкам, осевая часть диффузора выполняется с использованием прямолинейных конических поверхностей с углами раскрытия как обечайки, так и обтекателя, равными γ=10° при отношении выходной и входной площадей этой части n₁=1,38-1,40, поворотный участок выполняется с отношением площадей по нему n₂=1,0 при отношении радиусов обтекателя и обечайки R₁/R₂=1,45, а относительная ширина диффузора в целом при этом составляет величину h/в=0,94-0,97, здесь h и в - высота канала и ширина диффузора на входе и выходе. 1 ил.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в осевых компрессорах газотурбинных установок, имеющих встроенные камеры сгорания, расположенные вертикально по отношению к оси машины.

Известен характер течения в осерадиальном диффузоре, следующем за лопаточным аппаратом осевого компрессора и состоящим из трех участков: осевого диффузора, поворотного участка и радиального диффузора.

В осевом диффузоре, учитывая максимальную скорость входа в канал, имеет место основное восстановление статического давления. В поворотном участке происходит максимальное падение полного давления. В радиальном диффузоре происходят дальнейшее повышение статического и падение полного давлений.

Восстановление статического и падение полного давлений характеризуются коэффициентами с отношением прироста статического и падением полного давлений в осерадиальном диффузоре в целом к скоростному напору на входе в канал, то есть коэффициентами ζ и ζ*.

Известны напорные осерадиальные диффузоры осевых компрессоров установок ГТ-6-750, ГТН-6, ГТК-16, ГТН-16 Турбомоторного завода, имеющие, например, следующие (установка ГТН-6) геометрические параметры (В.К. Мигай, Э.И. Гудков. Проектирование и расчет выходных диффузоров турбомашин. Л.: Машиностроение. 1981. - 272 с.): относительную ширину напорного диффузора h/b=0,755, где h - высота канала диффузора на входе, b - ширина диффузора на выходе; втулочное отношение на входе D₁/D₂=0,855, где D₁ - начальный диаметр втулочного сечения (в данном случае D₁=const по длине осевого диффузора), D₂ - начальный периферийный диаметр диффузора; относительную длину осевого диффузора l₁/l₂=0,39, где l₁ - осевая длина осевого диффузора, l₂ - общая длина напорного диффузора.

Осевой диффузор образован конической (начало обечайки) и цилиндрической (начало обтекателя) поверхностями, причем угол наклона (по образующим) конической поверхности по отношению к цилиндрической составляет γ=10°.

Отношение площадей выходной и входной частей осевого диффузора –n₁=1,30.

Поворотный участок диффузора очерчен радиусами R₁ обтекателя и R₂ обечайки с их отношением R₁/R₂=l,69. Отношение площадей выходной и входной частей поворотного участка n₂=1,35.

Радиальный диффузор имеет параллельные стенки. Относительный входной диаметр радиального диффузора D₃/D₄=0,66, где D₃ - начальный диаметр радиального диффузора, D₄ - наружный диаметр осерадиального диффузора. Отношение площадей выходной и входной частей радиального диффузора n₃=1,50. Относительное удлинение всего диффузора l₂/D₂=0,25. Относительная радиальность D₄/D₂=1,85. Относительные габаритные размеры напорного диффузора ₄/D₁=2,16.

При числах Маха на входе в диффузор М=0,33 коэффициенты восстановления статического и потерь полного давления всего диффузора соответственно равны ζ=0,505, ζ^*=0,455.

Известен напорный диффузор осевого компрессора, содержащий осевую, поворотную и радиальную части с геометрическими параметрами: D₁/D₂=0,85-0,855, где D₁ - начальный диаметр втулочного сечения, D₂ - начальный периферийный диаметр; D₃/D₄=0,65-0,66, где D₃ - начальный диаметр радиальной части диффузора с параллельными стенками, D₄ - наружный диаметр; относительные габаритные размеры D₄/D₁=2,1-2,15; относительная длина осевой части l₁/l₂=0,39-0,40, где l₁ - осевая длина осевой части, l₂ - общая длина диффузора; относительное удлинение всего диффузора l₂/D₂=0,25-0,26.

Указанный диффузор может быть использован в качестве наиболее близкого аналога.

Задачей изобретения является сохранение значений коэффициента восстановления статического давления исходного диффузора и снижение значений коэффициента потерь полного давления по сравнению с данными по близкому аналогу.

Указанный технический результат достигается тем, что в напорном диффузоре осевого компрессора, содержащем осевую, поворотную и радиальную части с геометрическими параметрами: D₁/D₂=0,85-0,855; D₃/D₄=0,65-0,66; относительные габаритные размеры D₄/D₁=2,1-2,15; относительная длина осевой части l₁/l₂=0,39-0,40; относительное удлинение всего диффузора l₂/D₂=0,25-0,26, осевая часть диффузора выполнена с использованием прямолинейных конических поверхностей с углами раскрытия как обечайки, так и обтекателя, равными γ=10° (здесь γ - углы наклона конических поверхностей по отношению к цилиндрическим), при отношении площадей n₁=1,38-1,40 (здесь n₁ - отношение выходной площади осевой части к площади входа) поворотный участок выполнен с отношением площадей n₂=1,0 (здесь n₂ - отношение выходной площади поворотного участка к площади входа в него) при отношении радиусов обтекателя и обечайки ₁/R₂=1,45, а относительная ширина диффузора в целом составляет величину h/в=0,94-0,97, здесь h - высота канала диффузора на входе, в - ширина диффузора на выходе.

На чертеже изображено меридиональное сечение напорного диффузора.

Диффузор содержит осевую часть диффузора 1, поворотный участок 2, радиальную часть диффузора 3.

При работе напорного диффузора воздух из лопаточного аппарата осевого компрессора поступает в осевой диффузор 1, поворотную часть 2, радиальный диффузор 3 и далее в вертикально расположенную камеру сгорания.

Указанная конструкция напорного диффузора позволяет при сохранении коэффициента восстановления статического давления исходного диффузора уменьшить значение коэффициента потерь полного давления на 67% по сравнению с исходным диффузором и на 29% по сравнению с близким аналогом.

Таким образом, коэффициент полезного действия осевого компрессора, подсчитанный по параметрам торможения по патрубкам применительно к ГТУ мощностью 6-16 мВт, может быть повышен на 0,38-0,42%.

Формула изобретения

Напорный диффузор осевого компрессора, содержащий осевую, поворотную и радиальную части с геометрическими параметрами: D₁/D₂=0,85÷0,855, где D₁ - начальный диаметр втулочного сечения, D₂ - начальный периферийный диаметр; D₃/D₄=0,65÷0,66, где D₃ - начальный диаметр радиальной части диффузора с параллельными стенками, D₄ - наружный диаметр; относительные габаритные размеры D₄/D₁=2,1÷2,15; относительную длину осевой части l₁/l₂=0,39÷0,40, где l₁ - осевая длина осевой части, l₂ - общая длина диффузора; относительное удлинение всего диффузора l₂/D₂=0,25÷0,26, отличающийся тем, что осевая часть диффузора выполнена с использованием прямолинейных конических поверхностей с углами раскрытия как обечайки, так и обтекателя, равными γ=10° (здесь γ - углы наклона конических поверхностей по отношению к цилиндрическим) при отношении площадей n₁=1,38÷1,40 (здесь n₁ - отношение выходной площади осевой части к площади входа), поворотный участок выполнен с отношением площадей n₂=1,0 (здесь n₂ - отношение выходной площади поворотного участка к площади входа в него) при отношении радиусов обтекателя и обечайки ₁/R₂=1,45, а относительная ширина диффузора в целом составляет величину h/в=0,94÷0,97, здесь h - высота канала диффузора на входе, в - ширина диффузора на выходе.

РИСУНКИРисунок 1