Осевой компрессор

Изобретение относится к компрессорам авиационных газотурбинных двигателей с высоконагруженными широкохордными лопатками и позволяет снизить амплитуды колебаний давления за рабочим колесом и, как следствие, уменьшить вибронапряженность конструкции. При работе компрессора благодаря тому, что рабочие лопатки 5 в окружном направлении установлены с различным шагом, каждая из них взаимодействует с направляющими аппаратами 1 и 2 в разной фазе и эффект генерации колебаний из-за рассогласования фаз взаимодействия лопаток снижается. Так как из-за расположения направляющих аппаратов 1 и 2 сдвинутыми относительно друг друга в окружном направлении каждая рабочая лопатка 5 взаимодействует поочередно с направляющими аппаратами, эффект уменьшения амплитуды акустических колебаний усиливается. А изогнутость направляющих лопаток 3 и 4 в радиальном направлении дает возможность "постепенного взаимодействия" с ними каждой рабочей лопатки 5, когда она "проходит" направляющий аппарат при ее вращении, что также снижает амплитуду акустических колебаний. Все это существенно уменьшает динамическое воздействие на конструкцию компрессора. 1 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к осевым компрессорам авиационных газотурбинных двигателей с высоконагруженными широкохордными лопатками.

Известен осевой компрессор, содержащий двухступенчатый направляющий аппарат, между ступенями которого размещены рабочие лопатки ротора компрессора (Патент РФ №2212568, МКИ F 04 D 29/32, опубл. 2003 г.). Недостатком такого компрессора, как и многих других, является появление регулярных колебаний давления, возникающих в нем при взаимодействии лопаток направляющих аппаратов с рабочими лопатками ротора при его вращении. Это, в свою очередь, приводит к повышенным вибронапряжениям конструкции компрессора. Особенно эти вибронапряжения возрастают, если частота колебаний давления оказывается в близкой к собственной частоте какого-либо элемента конструкции.

В качестве примера на фиг.4 представлены амплитуды регулярных пульсаций давления за первой ступенью компрессора низкого давления одного из двухконтурных турбореактивных двигателей, при этом на верхнем графике представлены амплитуды колебаний давления с высоконагруженной широкохордной рабочей лопаткой, а на нижнем с обычной рабочей лопаткой. На графиках по оси ординат отложены амплитуды колебаний, а по оси абсцисс отношение

f_эксп/z_рк×z_на,

где f_эксп - экспериментальная частота регулярных колебаний давления,

z_рк - число рабочих лопаток первой ступени,

z_на - число направляющих лопаток за рабочими лопатками первой ступени.

Эти два компрессора отличаются только количеством и напорностью рабочих лопаток 1-й ступени. В одном компрессоре было 19 широкохордных рабочих лопаток, а в другом 37 обычных лопаток. Сравнение двух графиков показывает, что применение широкохордных рабочих лопаток увеличивает амплитуду колебаний давления в 2,6 раза и колебания наблюдаются, когда f_эксп/z_рк×z_на близко к целым числам 3,0 и 6,0. Это говорит о том, что при вращении ротора колебания наблюдаются, когда рабочие лопатки и лопатки направляющих аппаратов взаимодействуют целое число раз и это регулярное взаимодействие каждой лопатки друг с другом необходимо рассредоточить по времени.

Задачей изобретения является снижение амплитуды колебаний давления за рабочим колесом и, как следствие, уменьшение вибронапряженности конструкции.

Указанная задача достигается тем, что в осевом компрессоре, содержащем двухступенчатый направляющий аппарат, между ступенями которого размещены рабочие лопатки ротора компрессора, в нем в окружном направлении рабочие лопатки размещены на роторе с шагом, изменяющимся от лопатки к лопатке на величину 0,5÷5%, а направляющие лопатки одной ступени направляющего аппарата размещены между направляющими лопатками следующей ступени.

Направляющие лопатки в радиальном направлении могут быть выполнены изогнутыми.

Новым в изобретении является то, что в окружном направлении рабочие лопатки размещены на роторе с шагом, изменяющимся от лопатки к лопатке на величину 0,5÷5%, а направляющие лопатки одной ступени направляющего аппарата размещены между направляющими лопатками следующей ступени. Кроме того, направляющие лопатки в радиальном направлении могут быть выполнены изогнутыми.

Разместив рабочие лопатки на роторе в окружном направлении с шагом, изменяющимся от лопатки к лопатке на величину 0,5÷5% мы добиваемся того, что каждая из них взаимодействует с направляющим аппаратом в разной фазе и эффект генерации акустических колебаний снижается.

Разместив направляющие лопатки одной ступени направляющего аппарата между направляющими лопатками следующей ступени мы заставляем каждую рабочую лопатку взаимодействовать поочередно сначала со входным, а затем с выходным сопловым аппаратами, что также уменьшает эффект генерации акустических колебаний.

Выполнив направляющие лопатки в радиальном направлении изогнутыми мы растягиваем по времени взаимодействие направляющих и рабочих лопаток, что еще больше уменьшает эффект генерации акустических колебаний.

На фиг.1 показан продольный разрез двухступенчатого компрессора низкого давления двухконтурного турбореактивного двигателя;

на фиг.2 показаны различные шаги t₁, t₂, t₃, на которые относительно друг друга установлены рабочие лопатки компрессора;

на фиг.3 схематично показано расположение в окружном направлении направляющих лопаток 1-й и 2-й ступени компрессора;

на фиг.4 представлены амплитуды регулярных пульсаций давления за первой ступенью компрессора низкого давления одного из двухконтурных турбореактивных двигателей.

Осевой компрессор содержит направляющие аппараты первой 1 и второй 2 ступеней с направляющими лопатками 3 и 4 соответственно. Между направляющими аппаратами 1 и 2 размещены рабочие лопатки 5 ротора 6 компрессора. В окружном направлении рабочие лопатки 5 размещены на роторе 6 компрессора с шагом t, изменяющимся от лопатки к лопатке на величину 0,5÷5%. Направляющие лопатки 4 размещены в окружном направлении между направляющими лопатками 3. Направляющие лопатки 3 и 4 в радиальном направлении могут быть выполнены изогнутыми (фиг.3).

При работе компрессора благодаря тому, что рабочие лопатки 5 в окружном направлении установлены с различным шагом, каждая из них взаимодействует с направляющими аппаратами 1 и 2 в разной фазе и эффект генерации колебаний из-за рассогласования фаз взаимодействия лопаток снижается. Так как из-за предлагаемого расположения направляющих аппаратов 1 и 2 каждая рабочая лопатка 5 взаимодействует поочередно с направляющими аппаратами, эффект уменьшения амплитуды акустических колебаний усиливается. А изогнутость направляющих лопаток 3 и 4 в радиальном направлении дает возможность «постепенного взаимодействия» с ними каждой рабочей лопатки 5, когда она «проходит» направляющий аппарат при ее вращении, что также снижает амплитуду акустических колебаний. Все это существенно уменьшает динамическое воздействие на конструкцию компрессора.

1. Осевой компрессор, содержащий двухступенчатый направляющий аппарат, между ступенями которого размещены рабочие лопатки ротора компрессора, отличающийся тем, что в окружном направлении рабочие лопатки размещены на роторе с шагом, изменяющимся от лопатки к лопатке на величину 0,5÷5%, а направляющие лопатки одной ступени направляющего аппарата размещены между направляющими лопатками следующей ступени.

2. Осевой компрессор по п.1, отличающийся тем, что направляющие лопатки в радиальном направлении выполнены изогнутыми.