Компрессор газотурбинного двигателя
Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения. Технический результат, получаемый в результате использования изобретения, заключается в повышении КПД компрессора газотурбинного двигателя путем уменьшения радиального зазора между статором и ротором для первой после полости отбора рабочей лопатки на основных режимах работы. Указанный технический результат достигается в компрессоре газотурбинного двигателя, содержащем ротор с рабочими лопатками и статор с наружным и внутренним корпусами, соединенными между собой конусным фланцем, а также с полостью обдува и с перфорированным дефлектором, причем радиальный стык конусного фланца с внутренним корпусом расположен между входной и выходной кромками первой рабочей лопатки по потоку от кольцевой щели, расположенной между полостью отбора воздуха и проточной частью компрессора, а в сторону этой лопатки направлено выполненное с отбортовками сопло в дефлекторе, при этом угол между образующей внешней стенки проточной части компрессора и наружной поверхностью входного козырька статора у кольцевой щели составляет α=40°…80°. 2 ил.
Изобретение относится к компрессорам газотурбинных двигателей авиационного и наземного применения.
Известен компрессор газотурбинного двигателя, статор которого состоит из наружного и внутреннего корпусов, соединенных между собой конусными упругими фланцами с образованием кольцевой наклонной щели отбора воздуха, соединенной на входе с проточной частью компрессора, а на выходе - с диффузорной полостью отбора (патент RU № 2173796).
Недостатком известной конструкции является низкий КПД компрессора из-за отсутствия системы активного управления радиальными зазорами между статором и ротором.
Наиболее близким к заявляемой конструкции является компрессор газотурбинного двигателя, в котором полость отбора воздуха отделена конусным упругим фланцем от полости обдува, внутри которой расположен перфорированный дефлектор с перфорацией для охлаждения внутреннего корпуса с целью активного управления радиальными зазорами между статором и ротором (патент RU № 2253046).
Недостатком известной конструкции, принятой за прототип, является пониженный КПД компрессора, так как обдуваемый охлаждающим воздухом внутренний корпус компрессора соединен с козырьком конусного фланца, образующим внешнюю стенку проточной части над первой после полости отбора рабочей лопаткой компрессора, ниже по потоку выходной кромки этой лопатки, что приводит к слабому влиянию обдува на радиальные зазоры по этой лопатке с соответствующим снижением КПД компрессора.
Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении КПД компрессора газотурбинного двигателя путем уменьшения на основных режимах работы радиального зазора между статором и ротором для первой после полости отбора рабочей лопатки компрессора.
Сущность технического решения заключается в том, что в компрессоре газотурбинного двигателя, содержащем ротор с рабочими лопатками и статор с наружным и внутренним корпусами, соединенными между собой конусным фланцем, а также с полостью обдува и с перфорированным дефлектором, согласно изобретению, радиальный стык конусного фланца с внутренним корпусом расположен между входной и выходной кромками первой рабочей лопатки по потоку от кольцевой щели, расположенной между полостью отбора и проточной частью компрессора, а в сторону этой лопатки направлено выполненное с отбортовками сопло в дефлекторе, при этом угол между образующей внешней стенки проточной части компрессора и наружной поверхностью входного козырька статора у кольцевой щели составляет α=40…80°.
Размещение стыка конусного фланца с внутренним корпусом между входной и выходной кромками первой рабочей лопатки по потоку от кольцевой щели рабочей лопатки позволяет эффективно регулировать путем изменения температуры внутреннего корпуса радиальный зазор между первой от щели рабочей лопаткой и статором компрессора, что повышает КПД компрессора. Наиболее оптимальное размещение стыка - на равных расстояниях от входной и выходной кромок лопатки.
Сопло, направленное в сторону первой от щели рабочей лопатки и выполненное с отбортовкой, позволяет организовать эффективную и дальнобойную струю охлаждающего воздуха, которая вызывает изменение температуры радиального фланца внутреннего корпуса с соответствующей температурной деформацией, что позволяет эффективно уменьшать радиальный зазор компрессора между статором и ротором, в том числе и для первой от кольцевой щели рабочей лопатки с повышением КПД компрессора.
Для организации отбора воздуха через кольцевую щель с минимальными гидравлическими потерями, входной козырек статора у кольцевой щели отбора воздуха выполняется с оптимальным углом своей наружной поверхности к образующей внешней стенки проточной части компрессора: при α<40° увеличиваются гидравлические потери из-за уменьшения проходной площади, а при α>80° увеличиваются гидравлические потери из-за увеличенного угла поворота потока отбираемого воздуха.
На фиг.1 изображен продольный разрез компрессора.
На фиг.2 - элемент I на фиг.1 в увеличенном виде.
Компрессор 1 газотурбинного двигателя состоит из ротора 2 с рабочими лопатками 3 и статора 4, состоящего из наружного 5 и внутреннего 6 корпусов, соединенных между собой конусным упругим фланцем 7. Фланец 7 разделяет между собой последовательно расположенные в осевом направлении полость отбора воздуха 8 и полость обдува 9 с размещенным в ней перфорированным дефлектором 10. Полость отбора 8 на входе соединена с проточной частью 11 компрессора 1 через кольцевую щель 12, а на выходе - с трубами отбора воздуха 13. Кольцевая щель 12 расположена в осевом зазоре 14 между спрямляющей лопаткой 15 и расположенной первой по потоку воздуха 16 от кольцевой щели 12 рабочей лопаткой 17, перо 18 которой включает в себя входную 19 и выходную 20 кромки, между которыми размещен радиальный стык 21 внутреннего корпуса 6 и корпусного фланца 7. Дефлектор 10 содержит направленное в сторону рабочей лопатки 17 сопло 22, которое для увеличения дальнобойности воздушной струи 23 выполнено с отбортовками 24. Для снижения гидравлических потерь при отборе воздуха через кольцевую щель 12 входной козырек 25 статора 4 у кольцевой щели 12 выполнен с оптимальным углом α=40…80° своей наружной поверхности 26 к образующей внешней стенки 27 проточной части 11 компрессора 1. Относительно стенки 27 рабочая лопатка 17 установлена с радиальным зазором 28, величина которого регулируется за счет температурной деформации внутреннего корпуса 6 и козырька 25.
Работает устройство следующим образом. При работе компрессора 1 воздушные струи 23 через сопла 24 дефлектора 10 охлаждают внутренний корпус 6, при температурной деформации которого упруго деформируется в радиальном направлении козырек 25, выполненный за одно целое с упругим фланцем 7, что приводит к уменьшению радиального зазора 28 с повышением КПД компрессора 1. Выполнение стыка 21 между входной 19 и выходной 20 кромками рабочей лопатки 17 позволяет выбрать оптимальный угол α для наклона наружной поверхности 26 козырька 25 для минимизации гидравлических потерь при отборе воздуха из проточной части 11 компрессора 1 и осуществить активное управление радиальным зазором 28.
Компрессор газотурбинного двигателя, содержащий ротор с рабочими лопатками и статор с наружным и внутренним корпусами, соединенными между собой конусным фланцем, а также с полостью обдува и с перфорированным дефлектором, отличающийся тем, что радиальный стык конусного фланца с внутренним корпусом расположен между входной и выходной кромками первой рабочей лопатки по потоку от кольцевой щели, расположенной между полостью отбора воздуха и проточной частью компрессора, а в сторону этой лопатки направлено выполненное с отбортовками сопло в дефлекторе, при этом угол между образующей внешней стенки проточной части компрессора и наружной поверхностью входного козырька статора у кольцевой щели составляет α=40°…80°.
