Воздухозаборник для компрессора газотурбинного двигателя
Воздухозаборник (1) для компрессора (2) содержит: впускную часть (11) для всасывания наружного воздуха, при этом впускная часть (11) проходит вдоль первой оси (В); выпускную часть (13) для подачи втянутого воздуха в компрессор (2), при этом выпускная часть (13) проходит вдоль второй оси (С), не расположенной на одной прямой с первой осью (В); соединительную часть (12), соединяющую впускную часть (11) с выпускной частью (13). Первая направляющая перегородка расположена внутри воздухозаборника (1), для отклонения воздушного потока от впускной части (11) к выпускной части (13). Выпускная часть (13) содержит выпускную секцию (14) и направляющее поток устройство, имеющее форму, обеспечивающую направление воздушного потока от нижней стенки (9) выпускной части (13) к выпускной секции (14). Направляющее поток устройство содержит два металлических листовых элемента, расположенных в выпускной части (13). Каждый металлический листовой элемент имеет форму кривой с постоянным радиусом кривизны. Металлические листовые элементы расположены рядом, при этом каждый из них содержит второй конец, прикрепленный к разделительной перегородке, проходящей от середины нижней стенки (9), и в направлении, перпендикулярном нижней стенке (9). 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к воздухозаборнику для компрессора, в частности компрессора силовой газотурбинной установки.
Уровень техники
В известных силовых установках воздухозаборник расположен между блоком воздушного фильтра и компрессором и подводит к компрессору воздух, отфильтрованный блоком воздушного фильтра (US 5709529, F01D 25/30, 20.01.1998).
Известные воздухозаборники содержат по существу горизонтальную впускную часть, соединенную с блоком воздушного фильтра, и по существу вертикальную выпускную часть, соединенную с входом компрессора по существу в конце выпускной части (DE 202005018803, F02C 7/045, 02.03.2006).
Следовательно, воздух, отфильтрованный блоком воздушного фильтра, проходит вдоль всей впускной части и вдоль большой доли выпускной части в компрессор.
Воздухозаборники этого типа имеют несколько основных недостатков.
В частности, при переходе от преимущественно горизонтальной формы потока (вдоль впускной части) к преимущественно вертикальной форме потока (вдоль выпускной части) воздушный поток испытывает большие потери в нагрузке, по существу вызываемые образованием завихрения и зон рециркуляции воздуха.
Турбулентность, образовавшаяся в воздушном потоке при прохождении от впускной части к выпускной части, также вызывает потери в компрессоре. Воздух, протекающий в компрессор, фактически имеет большие вихревые составляющие, что приводит к большим потерям в нагрузке в компрессоре, в особенности во входном направляющем аппарате (ВНА) компрессора.
Кроме того, известные воздухозаборники не могут удалить конденсат, который образуется на внутренних поверхностях стенок воздухозаборника и может засасываться в компрессор, таким образом приводя к эрозионному разрушению, вызываемому каплями воды, систематически ударяющимися в лопатки компрессора.
Раскрытие изобретения
Задачей настоящего изобретения является создание воздухозаборника компрессора газотурбинного двигателя, предназначенного для устранения вышеупомянутых недостатков предшествующего уровня техники. Более конкретно, задачей изобретения является создание воздухозаборника компрессора газотурбинного двигателя, предназначенного для уменьшения до минимума потерь в нагрузке в воздушном потоке и который одновременно является недорогостоящим и легким в осуществлении.
Согласно одному варианту настоящего изобретения предложен воздухозаборник для компрессора, содержащий: впускную часть для всасывания наружного воздуха, при этом впускная часть проходит вдоль первой оси; выпускную часть для подачи втянутого воздуха в компрессор, при этом выпускная часть проходит вдоль второй оси, не расположенной на одной прямой с первой осью; соединительную часть, соединяющую впускную часть с выпускной частью; и по меньшей мере, первую направляющую перегородку, расположенную внутри воздухозаборника, для отклонения воздушного потока от впускной части к выпускной части, при этом выпускная часть содержит выпускную секцию и направляющее поток устройство, имеющее форму, обеспечивающую направление воздушного потока от нижней стенки выпускной части к выпускной секции.
Вторая ось, предпочтительно, по существу перпендикулярна первой оси.
Первая ось, предпочтительно, является по существу горизонтальной, а вторая ось является по существу вертикальной.
Первая направляющая перегородка, предпочтительно, проходит внутри воздухозаборника по существу в направлении, перпендикулярном первой оси (В).
Первая направляющая перегородка, предпочтительно, проходит внутри воздухозаборника по существу в направлении, перпендикулярном второй оси.
Воздухозаборник, предпочтительно, содержит переднюю стенку, обращенную к компрессору при использовании, заднюю стенку, расположенную напротив передней стенки, и две боковые стенки, при этом первая направляющая перегородка проходит между двумя боковыми стенками воздухозаборника.
Первая направляющая перегородка, предпочтительно, расположена внутри соединительной части.
Первая направляющая перегородка, предпочтительно, имеет вогнутую поверхность, обращенную к впускной части.
Воздухозаборник, предпочтительно, содержит вторую направляющую перегородку, расположенную внутри воздухозаборника по существу в соединительной части, для отклонения воздушного потока от впускной части к выпускной части.
Вторая направляющая перегородка, предпочтительно, проходит параллельно первой направляющей перегородке.
Вторая направляющая перегородка, предпочтительно, имеет вогнутую поверхность, обращенную к первой направляющей перегородке.
Первая и вторая направляющая перегородка, предпочтительно, имеют толщину около 3 мм.
Направляющее поток устройство, предпочтительно, выполнено в виде одного элемента.
Направляющее поток устройство, предпочтительно, выполнено за одно целое с нижней стенкой.
Направляющее поток устройство, предпочтительно, содержит два металлических листовых элемента, расположенных по существу в выпускной части.
Каждый металлический листовой элемент, предпочтительно, имеет форму кривой с постоянным радиусом кривизны, при этом металлические листовые элементы расположены рядом.
Каждый металлический листовой элемент, предпочтительно, имеет первый конец, прикрепленный к нижней стенке воздухозаборника, при этом первый конец имеет канавку, по существу расположенную в поперечном направлении металлического листового элемента и имеющую выпускные отверстия для конденсата.
Каждый металлический листовой элемент, предпочтительно, содержит второй конец, прикрепленный к разделительной перегородке, при этом разделительная перегородка проходит от нижней стенки по существу от середины нижней стенки, и в направлении, по существу перпендикулярном нижней стенке.
Направляющее поток устройство, предпочтительно, содержит две по существу криволинейные пластины, расположенные у двух краев, каждый из которых образован нижней стенкой и соответствующей боковой стенкой.
Выпускная часть, предпочтительно, содержит выпускную секцию, при этом воздухозаборник содержит первый канал по существу С-образного сечения, проходящий вокруг выпускной секции.
Воздухозаборник, предпочтительно, содержит второй канал по существу С-образного сечения, проходящий вокруг усеченного конуса, расположенного на входе компрессора и соединенного с воздухозаборником.
Согласно другому варианту настоящего изобретения предложен осевой компрессор, содержащий вышеописанный воздухозаборник.
Согласно еще одному варианту настоящего изобретения предложена газотурбинная силовая установка, содержащая блок воздушного фильтра, компрессор и вышеописанный воздухозаборник, соединенный с блоком воздушного фильтра и компрессором, для подачи отфильтрованного воздуха от блока воздушного фильтра в компрессор.
Краткое описание чертежей
Неограничивающий вариант осуществления настоящего изобретения будет описан в качестве примера со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой схематичный вид в перспективе воздухозаборника в соответствии с настоящим изобретением;
Фиг.2 представляет собой схематичный вид в перспективе, с элементами в разрезе и элементами, не показанными для ясности, первой части воздухозаборника на фиг.1;
Фиг.3 представляет собой сечение, с элементами, не показанными для ясности, воздухозаборника, показанного на фиг.1;
Фиг.4 представляет собой вид в перспективе, с элементами, не показанными для ясности, второй части воздухозаборника, показанного на фиг.1;
Фиг.5 представляет собой вид в перспективе, с элементами в разрезе и элементами, не показанными для ясности, третьей части воздухозаборника, показанного на фиг.1;
Фиг.6 представляет собой вид в перспективе, с элементами в разрезе и элементами, не показанными для ясности, четвертой части воздухозаборника, показанного на фиг.1.
Предпочтительный вариант осуществления изобретения
Позицией 1 на фиг.1 обозначен воздухозаборник для компрессора 2 силовой установки (не показана), в частности, газотурбинной установки. Воздухозаборник 1 по существу расположен между компрессором 2 и блоком 3 воздушного фильтра. Компрессор 2 предпочтительно представляет собой многоступенчатый осевой компрессор, проходящий вдоль оси А. И на фиг.1 просто показана внутренняя впускная часть компрессора 2, содержащая направляющие элементы 4 и входной направляющий аппарат (ВНА) 5.
Воздухозаборник 1 содержит переднюю стенку 6, обращенную к компрессору 2 при использовании, заднюю стенку 7, расположенную напротив передней стенки 6, две боковые стенки 8 и нижнюю стенку 9, которые образуют канал 10 (фиг.3), внутри которого проходит отфильтрованный воздух от блока 3 воздушного фильтра для подачи в компрессор 2.
Более конкретно, воздухозаборник 1 содержит впускную часть 11, соединенную с блоком 3 воздушного фильтра и проходящую по существу вдоль горизонтальной оси В, параллельной оси А компрессора 2, соединительную часть 12 с криволинейными элементами и выпускную часть 13, проходящую по существу вертикально вдоль оси С, перпендикулярной оси В. Соединительная часть 12, у которой задняя стенка 7 является криволинейной, соединяет впускную часть 11 и выпускную часть 13, при этом задняя стенка 7 является плоской. Более конкретно, соединительная часть 12 ограничена первым сечением S, обращенным к впускной части 11, и вторым сечением S′, обращенным к выпускной части 13.
Выпускная секция 14 соединена по существу с одним концом выпускной части 13.
Со ссылкой на фиг.2, воздухозаборник 1 содержит первую и вторую направляющую перегородку 17, 18 внутри соединительной части 12.
Более конкретно, первая и вторая направляющие перегородки 17, 18 проходят параллельно друг к другу между двумя боковыми стенками 8 воздухозаборника 1 и в направлении, по существу перпендикулярном оси В впускной части 11 и оси С выпускной части 13, и предназначены для отклонения воздушного потока от блока 3 воздушного фильтра и для уменьшения до минимума образования вихревых составляющих при прохождении от впускной части 11 к выпускной части 13.
Со ссылкой на фиг.3, в соединительной части 12 задняя стенка 7 имеет постоянный радиус кривизны R, предпочтительно около 200 мм. Точка Р, расположенная на задней стенке 7 на первом сечении S, отнесена от передней стенки 6 на расстояние D, измеряемое параллельно оси В (горизонтальной) впускной части 11. Другими словами, расстояние D равняется радиусу кривизны R плюс ширина D′ второго сечения S′ (также измеряемая параллельно оси В).
Первая направляющая перегородка 17 содержит плоскую замыкающую часть 17а, проходящую до второго сечения S′ и имеющую высоту, равную радиусу кривизны R, и по существу цилиндрическую основную часть 17b с радиусом, равным двум радиусам кривизны R. Расстояние, вдоль второго сечения S′, между замыкающей частью 17а и задней стенкой 7 приблизительно равно одной девятой расстояния D.
Вторая направляющая перегородка 18 содержит плоскую замыкающую часть 18а, проходящую до второго сечения S′ и имеющую высоту, равную радиусу кривизны R, и по существу цилиндрическую основную часть 18b с радиусом, равным пяти радиусам кривизны R. Расстояние между замыкающей частью 17а первой направляющей перегородки 17 и замыкающей частью 18а второй направляющей перегородки 18 приблизительно равно 2/5 расстояния D.
Первая и вторая направляющие перегородки 17, 18 предпочтительно имеют толщину около 3 мм, тогда как передняя стенка 6, задняя стенка 7 и нижняя стенка 9 предпочтительно имеют толщину около 5 мм.
Со ссылкой на фиг.4, выпускная часть 13 воздухозаборника 1 содержит направляющее поток устройство 19, в свою очередь, содержащее два металлических листовых элемента 20, имеющих форму, обеспечивающую направление воздушного потока, не втянутого компрессором 2, от нижней стенки 9 назад к выпускной секции 14 (как показано стрелками на фиг.4). Каждый металлический листовой элемент 20 имеет форму кривой с постоянным радиусом кривизны, предпочтительно около 150 см, и имеет первый конец 21, прикрепленный к нижней стенке 9, и второй конец 22, прикрепленный к разделительной перегородке 24 таким образом, что вогнутая поверхность кривой направлена вверх. Разделительная перегородка 24 проходит по существу от середины нижней стенки 9 к выпускной секции 14 воздухозаборника 1 в направлении, по существу перпендикулярном нижней стенке 9 и по существу параллельном оси С.
Вышеупомянутое расположение металлических листовых элементов 20 предотвращает смешивание воздушного потока рядом с нижней стенкой 9, что может вызвать завихрение и, как указано, потери в нагрузке в компрессоре 2.
Со ссылкой на фиг.5, рядом с первым концом 21 каждый металлический листовой элемент 20 содержит канавку 25, расположенную в поперечном направлении металлического листового элемента 20 и имеющую множество выпускных отверстий 26.
Выпускные отверстия 26 способствуют удалению конденсата, образующегося на внутренних поверхностях воздухозаборника 1, и предотвращают его накопление на нижней стенке 9 с помощью выпускной системы (не показана) на нижней стенке 9.
Направляющее поток устройство 19 также содержит две пластины 29, расположенные у двух краев 30, образованных нижней стенкой 9 и соответствующими боковыми стенками 8. Пластины 29 по существу являются криволинейными для уменьшения образования завихрения и для направления воздушного потока на металлические листовые элементы 20.
В альтернативном варианте осуществления настоящего изобретения направляющее поток устройство 19 выполнено в виде одного элемента, сформированного надлежащим образом.
В дополнительном альтернативном варианте осуществления нижняя стенка 9 имеет форму для образования направляющего поток устройства 19.
Со ссылкой на фиг.6, воздухозаборник 1 также содержит первый и второй по существу кольцевые каналы 31, 32 для сбора конденсата, образующегося внутри воздухозаборника 1, в частности, на передней стенке 6 и задней стенке 7.
Более конкретно, первый канал 31 проходит в виде кольца вокруг выпускной секции 14 и содержит лист С-образного сечения, закрепленный на внутренней окружности передней стенки 6 таким образом, что конденсат собирается, отклоняется вокруг выпускной секции 14 и стекает на нижнюю стенку 9, где он вытекает через выпускные отверстия 26.
Второй канал 32 проходит вокруг усеченного конуса 33, расположенного на входе компрессора 2, вставленного в воздухозаборник 1 через выпускную секцию 14 и контактирующего с задней стенкой 7.
Воздухозаборник в соответствии с настоящим изобретением обладает следующими преимуществами.
Во-первых, направляющие перегородки 17 и 18 уменьшают до минимума потери в нагрузке, вызываемые образованием завихрения при переходе от преимущественно горизонтального потока к преимущественно вертикальному потоку.
Во-вторых, направляющее поток устройство 19 способствует уменьшению турбулентности воздушного потока, следовательно, уменьшая аномальные составляющие потока относительно проектного направления ВНА компрессора и, таким образом, уменьшая потери в нагрузке в компрессоре и увеличивая выходную мощность.
В заключение, каналы 31 и 32 для конденсата предусмотрены для направления конденсата, образующегося на поверхностях передней, задней и боковых стенок 6, 7, 8, обращенных к каналу 10 по существу на нижнюю стенку 9, где он удаляется через выпускные отверстия 26.
Очевидно, что в воздухозаборник компрессора, описанный и показанный здесь, могут быть внесены изменения, не выходящие за рамки объема приложенной формулы изобретения.
1. Воздухозаборник (1) для компрессора (2), содержащий:
впускную часть (11) для всасывания наружного воздуха, при этом впускная часть (11) проходит вдоль первой оси (В);
выпускную часть (13) для подачи втянутого воздуха в компрессор (2), при этом выпускная часть (13) проходит вдоль второй оси (С), не расположенной на одной прямой с первой осью (В);
соединительную часть (12), соединяющую впускную часть (11) с выпускной частью (13); и
по меньшей мере первую направляющую перегородку (17; 18), расположенную внутри воздухозаборника (1), для отклонения воздушного потока от впускной части (11) к выпускной части (13), отличающийся тем, что
выпускная часть (13) содержит выпускную секцию (14) и направляющее поток устройство (19), имеющее форму, обеспечивающую направление воздушного потока от нижней стенки (9) выпускной части (13) к выпускной секции (14), причем направляющее поток устройство (19) содержит два металлических листовых элемента (20), расположенных по существу в выпускной части (13), при этом каждый металлический листовой элемент (20) имеет форму кривой с постоянным радиусом кривизны, причем металлические листовые элементы (20) расположены рядом, при этом каждый металлический листовой элемент (20) содержит второй конец (22), прикрепленный к разделительной перегородке (24), проходящей от нижней стенки (9), по существу от середины нижней стенки (9), и в направлении по существу перпендикулярном нижней стенке (9).
2. Воздухозаборник по п.1, отличающийся тем, что вторая ось (С) по существу перпендикулярна первой оси (В).
3. Воздухозаборник по п.1 или 2, отличающийся тем, что первая ось (В) является по существу горизонтальной, а вторая ось (С) является по существу вертикальной.
4. Воздухозаборник по п.1, отличающийся тем, что первая направляющая перегородка (17; 18) проходит внутри воздухозаборника (1) по существу в направлении, перпендикулярном первой оси (В).
5. Воздухозаборник по п.1, отличающийся тем, что первая направляющая перегородка (17; 18) проходит внутри воздухозаборника (1) по существу в направлении, перпендикулярном второй оси (С).
6. Воздухозаборник по п.1, отличающийся тем, что содержит переднюю стенку (6), обращенную к компрессору (2) при использовании, заднюю стенку (7), расположенную напротив передней стенки (6), и две боковые стенки (8), при этом первая направляющая перегородка (17; 18) проходит между двумя боковыми стенками (8) воздухозаборника (1).
7. Воздухозаборник по п.1, отличающийся тем, что первая направляющая перегородка (17; 18) расположена внутри соединительной части (12).
8. Воздухозаборник по п.1, отличающийся тем, что первая направляющая перегородка (17; 18) имеет вогнутую поверхность, обращенную к впускной части (11).
9. Воздухозаборник по п.1, отличающийся тем, что содержит вторую направляющую перегородку (18; 17), расположенную внутри воздухозаборника (1) по существу в соединительной части (12), для отклонения воздушного потока от впускной части (11) к выпускной части (13).
10. Воздухозаборник по п.9, отличающийся тем, что вторая направляющая перегородка (18; 17) проходит параллельно первой направляющей перегородке (17; 18).
11. Воздухозаборник по п.9, отличающийся тем, что вторая направляющая перегородка (18; 17) имеет вогнутую поверхность, обращенную к первой направляющей перегородке (17; 18).
12. Воздухозаборник по п.9, отличающийся тем, что первая и вторая направляющая перегородка (17; 18) имеют толщину около 3 мм.
13. Воздухозаборник по п.1, отличающийся тем, что направляющее поток устройство (19) выполнено в виде одного элемента.
14. Воздухозаборник по п.1, отличающийся тем, что направляющее поток устройство (19) выполнено за одно целое с нижней стенкой (9).
15. Воздухозаборник по п.1, отличающийся тем, что каждый металлический листовой элемент (20) имеет первый конец (21), прикрепленный к нижней стенке (9) воздухозаборника (1), при этом первый конец (21) имеет канавку (25) по существу расположенную в поперечном направлении металлического листового элемента (20) и имеющую выпускные отверстия (26) для конденсата.
16. Воздухозаборник по п.1, отличающийся тем, что направляющее поток устройство (19) содержит две по существу криволинейные пластины (29), расположенные у двух краев (30), каждый из которых образован нижней стенкой (9) и соответствующей боковой стенкой (8).
17. Воздухозаборник по п.1, отличающийся тем, что выпускная часть (13) содержит выпускную секцию (14), при этом воздухозаборник (1) содержит первый канал (31) по существу С-образного сечения, проходящий вокруг выпускной секции (14).
18. Воздухозаборник по п.1, отличающийся тем, что содержит второй канал (32) по существу С-образного сечения, проходящий вокруг усеченного конуса (33), расположенного на входе компрессора (2) и соединенного с воздухозаборником (1).
19. Осевой компрессор, содержащий воздухозаборник (1) по любому из пп.1-18.
20. Газотурбинная силовая установка, содержащая блок (3) воздушного фильтра, компрессор (2) и воздухозаборник (1), соединенный с блоком (3) воздушного фильтра и компрессором (2), для подачи отфильтрованного воздуха от блока (3) воздушного фильтра в компрессор (2), отличающаяся тем, что воздухозаборник (1) выполнен по любому из пп.1-18.
