PL198629B1 - Łopatka sprężarki, zwłaszcza do silnika turbogazowego - Google Patents

Abstract

1. Lopatka spr ezarki, zw laszcza do wirnika silnika turboga- zowego, zawieraj acego tarcz e maj ac a osie wzd lu zn a, styczn a i promieniow a, która to lopatka posiada powierzchni e spr ezaj a- c a i powierzchni e zasysaj ac a rozci agaj ace si e promieniowo od stopki do ko ncówki i w kierunku osi wzd lu znej pomi edzy kraw e- dzi a wlotu i kraw edzi a sp lywu, a jej przekroje poprzeczne maj a odpowiednie ci eciwy i linie szkieletowe rozci agaj ace si e pomi e- dzy kraw edzi a wlotu i kraw edzi a sp lywu i srodek ciezko sci usytuowany na linii srodków ci ezko sci przekrojów, przy czym powierzchnia zasysaj aca jest wygi eta wzd lu z kraw edzi sp lywu w pobli zu stopki, a linia srodków ci ezko sci przekrojów ma prostopad le do siebie rzuty tworz ace lini e styczn a i lini e wzd lu zn a linii srodków ci ezko sci przekrojów, z których linia styczna wraz z powierzchni a zasysaj aca jest wygi eta w pobli zu stopki lopatki, znamienna tym, ze linia wzd lu zna (36b) linii srodków ci ezko sci przekrojów (36) jest wygi eta, a kraw ed z wlotu (26) ma wygi et a wewn etrzn a cz es c swojej rozpi eto sci rozci agaj ac a si e od stopki (22) i ma prost a zewn etrzn a cz es c swojej rozpi eto sci si egaj ac a do ko ncówki (24), przy czym wygi eta wewn etrzna cz es c rozpi eto sci kraw edzi wlotu (26) jest nachylona w kierunku osi wzd lu znej (X) do przodu od stopki (22), a wewn etrzna cz esc kraw edzi wlotu (26) przechodzi w ze- wn etrzn a cz es c kraw edzi wlotu (26) w punkcie przej sciowym pomi edzy cz esciami wewn etrzn a i zewn etrzn a kraw edzi wlotu (26), który jest usytuowany w odleg lo sci od stopki (22) w zakresie od 40% do 60% wysoko sci lopatki (12). PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest łopatka sprężarki, zwłaszcza do silnika turbogazowego. Wynalazek odnosi się zwłaszcza do sprężarek lub wentylatorów silników turbogazowych.

W samolotowych silnikach turbogazowych dwuprzepływowych powietrze jest sprężane w wentylatorze i sprężarce podczas działania silnika. Powietrze z wentylatora jest używane do napędzania samolotu podczas lotu. Powietrze przeprowadzane przez sprężarkę jest mieszane z paliwem w zespole komory spalania i zapalane w celu wytworzenia gorących gazów spalinowych, które przepływają przez stopnie turbiny przy odbieraniu z nich energii do zasilania wentylatora i sprężarki.

Typowe silniki turbinowe dwu przepływowe zawierają wielostopniową sprężarkę o osiowym przepływie, która spręża kolejno powietrze dla wytworzenia silnie sprężonego powietrza do spalania. Istotną cechą przy projektowaniu sprężarek jest wydajność sprężania powietrza z wystarczającym progiem gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia w czasie trwania całego lotu od startu, poprzez lot, do lądowania.

Jednak, wydajność sprężarki i próg gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia są zwykle związane ze sobą i zwiększeniu wydajności odpowiada obniżenie progu gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia. Przeciwstawne wymagania progu gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia i wydajności są szczególnie istotne w silnikach do wysoko wymagających celów militarnych, w których pożądany jest wysoki próg gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia w połączeniu z wysoką wydajnością sprężarki.

Maksymalizowanie wydajności łopatek sprężarki jest przede wszystkim skutkiem optymalizacji rozkładu prędkości na powierzchni spływu i napływu łopatki. Jednak wydajność jest zwykle ograniczona w typowych sprężarkach poprzez wymagania odpowiedniego progu gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia. Jakikolwiek dalszy wzrost wydajności powoduje obniżenie progu gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia i odwrotnie, dalszy wzrost progu gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia powoduje zmniejszenie wydajności.

Wysoka wydajność jest zwykle uzyskiwana poprzez minimalizowanie zwilżonej powierzchni łopatki na danym etapie, co zmniejsza opór łopatki. Jest to zwykle osiągane wskutek zmniejszenia zwartości lub gęstości łopatek wokół obwodu tarczy wirnika lub poprzez zwiększenie stosunku cięciwy łopatki do jej rozpiętości.

Przy danej prędkości wirnika, zwiększenie wydajności obniża próg gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia. W celu osiągnięcia wysokiego poziomu progu gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia, może być zastosowana zwartość łopatki większa niż optymalna, przy jednoczesnym zaprojektowaniu łopatek z niższymi kątami wlotu. To zmniejsza wydajność sprężarki o osiowym przepływie.

Podwyższony próg gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia jest także uzyskiwany poprzez zwiększenie prędkości wirnika ale to z kolei zmniejsza wydajność wskutek zwiększenia liczby Macha dla łopatki, co zwiększa opór łopatki.

Próby nadania łopatkom szczególnych kształtów znane są z opisów patentowych EP 0801230 i EP 0441097.

W opisie patentowym EP 0801230 wirnik sprężarki niskociśnieniowej lub wentylatora do silnika turbiny gazowej ma krawędź wlotową, która jest nachylona względem kierunku wzdłużnego zgodnego z przepływem powietrza przez wirnik. Aerodynamiczny kąt skosu zmienia się na rozpiętości łopatki. Łopatka wzdłuż osi promieniowej jest wygięta do przodu w pobliżu tarczy wirnika, przy czym to wygięcie zmienia się w wygięcie do tyłu wraz ze wzrostem wysokości, zaś w pobliżu końcówki zmienia się znowu na wygięcie do przodu.

W opisie patentowym EP 0441097 łopatka jest prosta w obszarze środkowym jej rozpiętości i jest odchylona w kierunku obrotu wirnika do tyłu w pobliżu stopki i do przodu w pobliżu końcówki.

Jednak, budowa typowej sprężarki zwykle jest kompromisem pomiędzy wydajnością i progiem gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia, z których jedno jest preferowane.

Dlatego pożądane jest dalsze ulepszenie zarówno wydajności sprężarki i poziomu progu gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia przy jednoczesnym poprawieniu osiągnięć sprężarki silnika turbogazowego.

W niniejszym, „linia środków ciężkości przekrojów” określa linię utworzoną przez środki ciężkości wszystkich przekrojów poprzecznych łopatki.

Termin „linia styczna” określa jeden z dwóch prostopadłych rzutów linii środków ciężkości przekrojów, a mianowicie rzut linii środków ciężkości na płaszczyznę wyznaczoną przez oś styczną do kierunku obrotu wirnika i oś promieniową przechodzącą przez środek obrotu wirnika.

PL 198 629 B1

Termin „linia wzdłużna” określa jeden z dwóch prostopadłych rzutów linii środków ciężkości przekrojów, a mianowicie rzut linii środków ciężkości na płaszczyznę wyznaczoną przez oś wzdłużną zgodną z kierunkiem przepływu powietrza i oś promieniową przechodzącą przez środek obrotu wirnika.

Kierunek „do przodu” jest określony jako kierunek zgodny ze zwrotem osi.

Kierunek „do tyłu” jest określony jako kierunek przeciwny do zwrotu osi.

„Na zewnątrz” oznacza w niniejszym opisie kierunek od stopki łopatki do końcówki łopatki.

„Do wewnątrz” oznacza w niniejszym opisie kierunek od końcówki łopatki do stopki łopatki.

„Rozpiętość” łopatki oznacza jej maksymalną długość od stopki do końcówki, określaną wzdłuż linii równoległej do osi promieniowej.

Według wynalazku, łopatka sprężarki, zwłaszcza do wirnika silnika turbogazowego, zawierającego tarczę mającą osie wzdłużną, styczną i promieniową, która to łopatka posiada powierzchnię sprężającą i powierzchnię zasysającą rozciągające się promieniowo od stopki do końcówki i w kierunku osi wzdłużnej pomiędzy krawędzią wlotu i krawędzią spływu, a jej przekroje poprzeczne mają odpowiednie cięciwy i linie szkieletowe rozciągające się pomiędzy krawędzią wlotu i krawędzią spływu i środek ciężkości usytuowany na linii środków ciężkości przekrojów, przy czym powierzchnia zasysająca jest wygięta wzdłuż krawędzi spływu w pobliżu stopki, a linia środków ciężkości przekrojów ma prostopadłe do siebie rzuty tworzące linię styczną i linię wzdłużną linii środków ciężkości przekrojów, z których linia styczna wraz z powierzchnią zasysającą jest wygięta w pobliżu stopki łopatki, charakteryzuje się tym, że linia wzdłużna linii środków ciężkości przekrojów jest wygięta, a krawędź wlotu ma wygiętą wewnętrzną część swojej rozpiętości rozciągającą się od stopki i ma prostą zewnętrzną część swojej rozpiętości sięgającą do końcówki, przy czym wygięta wewnętrzna część rozpiętości krawędzi wlotu jest nachylona w kierunku osi wzdłużnej do przodu od stopki, a wewnętrzna część krawędzi wlotu przechodzi w zewnętrzną część krawędzi wlotu w punkcie przejściowym pomiędzy częściami wewnętrzną i zewnętrzną krawędzi wlotu, który jest usytuowany w odległości od stopki w zakresie od 40% do 60% wysokości łopatki.

Korzystnie, linia styczna linii środków ciężkości przekrojów w początkowym odcinku, od stopki, jest odchylona w kierunku osi stycznej do przodu w stronę powierzchni sprężającej, a w dalszym odcinku, w pobliżu końcówki, jest odchylona w kierunku osi stycznej do tyłu w stronę powierzchni zasysającej.

Korzystnie też krawędź spływu ma wewnętrzną część rozciągającą się od stopki i zewnętrzną część sięgającą do końcówki, przy czym zewnętrzna część jest odchylona względem wewnętrznej części w kierunku osi wzdłużnej do tyłu, i wewnętrzna część krawędzi spływu przechodzi w zewnętrzną część krawędzi spływu w punkcie przejściowym usytuowanym w odległości 15% wysokości łopatki od stopki.

Zewnętrzna część krawędzi wlotu korzystnie jest równoległa do płaszczyzny osi wzdłużnej i promieniowej, a wewnętrzna część krawędzi wlotu jest odchylona od części zewnętrznej w kierunku osi wzdłużnej do tyłu.

Krawędź spływu może mieć wewnętrzną część rozciągającą się od stopki i ma zewnętrzną część sięgającą do końcówki, przy czym wewnętrzna część krawędzi spływu od stopki jest równoległa do płaszczyzny osi wzdłużnej i osi promieniowej, a zewnętrzna część jest odgięta w kierunku osi wzdłużnej do tyłu.

Korzystnie, punkt przejściowy, w którym wewnętrzna część krawędzi spływu przechodzi w zewnętrzną część krawędzi spływu, jest usytuowany pomiędzy stopką i środkiem wysokości łopatki.

Według wynalazku, łopatka sprężarki, zwłaszcza do silnika turbogazowego, jest w szczególny sposób wygięta w rezultacie analizy trójwymiarowej i odznacza się większą wydajnością i progiem gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia część wirnika sprężarki silnika turbogazowego mającego wygięte łopatki według wynalazku, odchodzące promieniowo na zewnątrz od tarczy wieńca wirnika, w widoku izometrycznym, fig. 2 - jedną łopatkę z fig. 1 w widoku izometrycznym od przodu i wzdłuż linii 2-2 i w płaszczyźnie osi stycznej i promieniowej, fig. 3 - jedną łopatkę z fig. 1 w widoku izometrycznym z boku i wzdłuż linii 3-3 i w płaszczyźnie osi wzdłużnej i promieniowej, fig. 4 - poprzeczny przekrój prostopadle do osi promieniowej przez przykładową część łopatki przedstawionej na fig. 3, wzdłuż linii 4-4.

Na fig. 1 przedstawiono część pierścieniowego wieńca 10 wirnika stanowiącego jeden stopień wielostopniowej sprężarki silnika turbogazowego. Wieniec 10 zawiera wiele rozmieszczonych z odstępami na obwodzie łopatek 12 wystających promieniowo na zewnątrz od obrzeża tarczy 14 wirnika

PL 198 629 B1 i tworzących z tarczą wirnika jednolity jednoczęściowy zespół. Wieniec 10 może być wytworzony przy użyciu typowego walcowania i obróbki elektrochemicznej.

Alternatywnie, w innym przykładzie, łopatki 12 mogą być ukształtowane z wczepami płetwiastymi do rozłącznego mocowania w odpowiednich płetwiastych szczelinach w obwodzie nieciągłej tarczy wirnika.

Podczas działania silnika, wieniec obraca się, przykładowo w kierunku ruchu wskazówek zegara przedstawionym na fig. 1, w celu sprężania powietrza 16 przepływającego pomiędzy sąsiednimi łopatkami 12. Łopatki 12 mają aerodynamiczny profil w celu maksymalizowania wydajności sprężania powietrza, przy jednoczesnym zapewnieniu odpowiednio wysokiego progu gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia przy zwiększaniu osiągnięć sprężarki. Wieniec 10 przedstawiony na fig. 1 jest tylko jednym z wielu stopni łopatek wirnika, które mogą być ukształtowane zgodnie z obecnym wynalazkiem dla zwiększania osiągnięć sprężarki poprzez wzrost zarówno wydajności jak i progu gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia.

Pomimo typowego kompromisu pomiędzy wydajnością aerodynamiczną i progiem gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia, nowoczesne oprogramowanie komputerowe jest w stanie rozwiązać trójwymiarowe (3D) równania przepływu płynu lepkiego w celu określenia osiągnięć łopatki. Uzyskane łopatki zwykle mają ukształtowanie trójwymiarowe, które różni je od łopatek znanych, mających bardzo nieznacznie zmieniający się przekrój promieniowy na ich rozpiętości.

Przedstawiona na fig. 1 łopatka ma tarczę 14 wirnika posiadającą trzy prostopadłe osie: oś wzdłużną X, oś styczną Y i oś promieniową Z. Oś wzdłużna X rozciąga się do przodu w kierunku przepływu powietrza 16 przez sprężarkę. Oś styczna Y jest usytuowana w kierunku obrotu tarczy 14 i łopatek 12. Oś promieniowa Z rozciąga się promieniowo na zewnątrz od obrzeża tarczy 14 dla każdej z łopatek 12.

Każda łopatka 12 ma ogólnie wklęsłą powierzchnię sprężającą 18 i ogólnie wypukłą powierzchnię zasysającą 20 rozciągające się promieniowo lub wzdłużnie od stopki 22, integralnie połączonej z obrzeżem tarczy 14, do promieniowo zewnętrznej końcówki 24. Te dwie powierzchnie sprężająca 18 i zasysająca 20 rozciągają się po cięciwie lub osiowo pomiędzy krawędzią wlotu 26 i krawędzią spływu 28 od stopki 22 do końcówki 24.

Według wynalazku, powierzchnia zasysająca 20 łopatki 12 jest wygięta w bok lub w kierunku osi stycznej Y wzdłuż krawędzi spływu 28 w pobliżu stopki 22, na przecięciu z obrzeżem tarczy 14. Dzięki temu rozdzielenie przepływu powietrza w tym miejscu jest znacznie zmniejszone lub wyeliminowane, co zwiększa wydajność łopatki 12 i polepsza próg gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia.

Krawędź spływu 28 powierzchni sprężającej 18 ma wewnętrzną część rozciągającą się od stopki 22 i ma zewnętrzną część sięgającą do końcówki 24 i jest wygięta początkowo tylko w kierunku osi stycznej Y do przodu, jak przedstawiono na fig. 2. W widoku z boku w płaszczyźnie osi wzdłużnej X i osi promieniowej Z przedstawionym na fig. 3 powierzchnia sprężająca 18 jest niewidoczna. Jednak, łopatka 12 może także być wygięta jak przedstawiono na fig. 3 dla dalszego polepszenia osiągnięć, co zostanie dalej omówione.

Łopatka 12 przedstawiona na fig. 1-3 jest określona poprzez wiele promieniowo lub wzdłużnie przylegających do siebie poprzecznych przekrojów, z których jeden jest przedstawiony na fig. 4. Każdy przekrój ma aerodynamiczny profil określony przez odpowiednie części powierzchni sprężającej 18 i zasysającej 20, rozciągające się pomiędzy krawędziami wlotu 26 i spływu 28. Każdy profil jest zdefiniowany za pomocą prostej cięciwy 30, rozciągającej się osiowo pomiędzy krawędziami wlotu 26 i spływu 28, i za pomocą łukowej linii szkieletowej 32, która jest linią środkową równooddaloną od zarysów powierzchni sprężającej 18 i zasysającej 20 pomiędzy krawędzią wlotu 26 i krawędzią spływu 28. Linia szkieletowa 32 jest nachylona względem wzdłużnej osi X pod kątem wygięcia profilu A, który zmienia się pomiędzy krawędziami wlotu 26 i spływu 28 i jest ogólnie zgodny z kątem dopływu powietrza do krawędzi wlotu 26 łopatki 12.

W każdym przekroju łopatki 12 można wskazać środek ciężkości 34, który jest usytuowany na promieniowej wzdłużnej rozpiętości łopatki 12 i na linii środków ciężkości przekrojów 36 przedstawionej na fig. 1. Linia środków ciężkości przekrojów 36, w połączeniu z kształtami odpowiadających przekrojów łopatki 12, obejmujących ich cięciwy 30 i linie szkieletowe 32, umożliwia trójwymiarowe określenie łopatki 12 w celu zwiększenia osiągnięć według obecnego wynalazku.

Bardziej szczegółowo, linia środków ciężkości przekrojów 36 przedstawiona na fig. 1 ma dwa prostopadłe rzuty tworzące linię styczną 36a określoną jako rzut linii środków ciężkości 36 na płaszczyznę osi stycznej Y i osi promieniowej Z, pokazaną na fig. 2 i linię wzdłużną 36b, określoną jako rzut

PL 198 629 B1 linii środków ciężkości 36 na płaszczyznę osi wzdłużnej X i osi promieniowej Z, pokazaną na fig. 3. Jak pokazano na fig. 2, linia styczna 36a jest wygięta w pobliżu stopki 22 wskutek wygięcia powierzchni zasysającej 20 łopatki 12 w pobliżu stopki 22 i przy krawędzi spływu 28.

Linia styczna 36a początkowo, od stopki 22, jest odchylona do przodu w kierunku obrotu łopatki 12 i tarczy 14, to jest do przodu w kierunku osi stycznej Y i w kierunku powierzchni sprężającej 18 łopatki 12. Następnie linia styczna 36a jest nachylona w pobliżu końcówki 24 w kierunku osi stycznej Y do tyłu, w kierunku przeciwnym do obrotu łopatki 12 i tarczy 14, w kierunku powierzchni zasysającej 20. Odpowiednio, wygięcie przekrojów poprzecznych łopatki 12 w pobliżu stopki 22 zmienia się kolejno, co powoduje wygięcie powierzchni zasysającej 20.

Wygięcie linii stycznej 36a i odpowiednie kształty przekrojów poprzecznych są dobrane dla zmniejszenia lub wyeliminowania rozdziału przepływu powietrza wzdłuż powierzchni zasysającej 20 w pobliżu stopki 22 łopatki 12 na krawędzi spływu 28.

Przy usytuowaniu linii środków ciężkości przekrojów 36, jak przedstawiono na fig. 1-2, w płaszczyźnie osi stycznej Y i osi promieniowej Z wewnętrzna część krawędzi spływu 28 przy stopce 22 jest usytuowana zasadniczo normalnie do podstawy powierzchni zasysającej 20, a jej zewnętrzna część jest wygięta w kierunku osi stycznej Y do tyłu. Krawędź spływu 28 przecina obrzeże lub powierzchnię tarczy 14 wirnika pod kątem przecięcia B, który byłby ostry, gdyby krawędź spływu 28 nie była wygięta. Analiza komputerowa wskazuje, że ostre kąty przecięcia krawędzi spływu 28 sprzyjają rozdzielaniu przepływu na stopce 22, co zmniejsza wydajność łopatki 12. Wygięcie powierzchni zasysającej 20 zmniejsza ostrość kąta przecięcia B i odpowiednio obniża rozdzielanie przepływu przy zwiększeniu wydajności. Przebieg linii środków ciężkości przekrojów 36 świadczy o możliwości powstawania podczas działania silnika odśrodkowych obciążeń nieco prostujących łopatkę 12 i wprowadzających lokalne naprężenia ściskające, które miejscowo zmieniają odśrodkowe naprężenia rozciągające.

Odpowiednio, korzystnie wygięta łopatka 12 zmniejsza rozdzielanie przepływu przy stopce 22, co jest określone tylko stopniem wygięcia linii promieniowej, który podczas działania może być nadany przy akceptowanych naprężeniach zginających. Poprawiony przepływ powietrza przy stopce 22 zwiększa wydajność łopatki bez pogarszania progu gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia.

Typowym parametrem do oceny osiągnięć łopatki sprężarki jest aerodynamiczny kąt skosu. Zgodnie z wynalazkiem, tylny aerodynamiczny kąt skosu łopatki 12 jest ograniczony pomiędzy krawędzią wlotu 26 i krawędzią spływu 28. Tylny kąt skosu może negatywnie wpływać na próg gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia i wybiórcze ograniczanie tylnego kąta skosu może zwiększyć próg gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia.

Na przykład, tylny kąt skosu może być ograniczony poprzez ukształtowanie krawędzi wlotu 26 łopatki 12 takie, że zewnętrzna część krawędzi wlotu 26 jest równoległa do płaszczyzny osi wzdłużnej X i promieniowej Z, a wewnętrzna część 30 krawędzi wlotu 26 jest odchylona od części zewnętrznej w kierunku osi wzdłużnej X do tyłu. Ponadto, część jej rozpiętości promieniowo zewnętrzna, zawierająca końcówkę 24, w płaszczyźnie osi wzdłużnej X i osi promieniowej Z jest prosta i normalna do osi wzdłużnej X. Pozostała, promieniowo wewnętrzna część krawędzi wlotu 26 jest wygięta i nachylona w kierunku osi wzdłużnej X do tyłu od części zewnętrznej do stopki 22.

Figura 3 przedstawia widok łopatki 12 od powierzchni zasysającej 20 i ukazuje prostą część zewnętrzną krawędzi wlotu 26. Część wewnętrzna krawędzi wlotu 26 jest nachylona w kierunku osi wzdłużnej X do przodu od stopki 22 łopatki 12 do promieniowej linii przedstawionej linią przerywaną. Aerodynamiczny tylny kąt skosu łopatki 12 jest więc ograniczony na krawędzi wlotu 26 od stopki 22 do końcówki 24 łopatki 12.

Jak pokazano na fig. 3, części zewnętrzna i wewnętrzna krawędzi wlotu 26 łączą się ze sobą w przybliżeniu w środku rozpiętości łopatki 12. W korzystnym przykładzie, punkt połączenia tych części znajduje się w odległości od stopki 22 w zakresie od 40% wysokości do 60% wysokości łopatki. Zarówno wydajność, jak i próg gaśnięcia silnika, wskutek przeciążenia dodatkowo są zwiększone poprzez takie korzystne ukształtowanie krawędzi wlotu 26.

Tylny aerodynamiczny kąt skosu może być dodatkowo ograniczony poprzez korzystne ukształtowanie krawędzi spływu 28 łopatki 12, jak przedstawiono na fig. 3. Linia wzdłużna 36b linii środków ciężkości przekrojów 36, w połączeniu z odpowiednią rozpiętością cięciwy, może być zastosowana do regulacji kształtowania krawędzi spływu 28. W korzystnym przykładzie wykonania przedstawionym na fig. 3, krawędź spływu 28 ma część wewnętrzną rozciągającą się od stopki 22 i równoległą do płaszczyzny osi wzdłużnej Y i osi promieniowej Z, i ma część zewnętrzną sięgającą do końcówki 24 i nachyloną od części wewnętrznej w kierunku osi wzdłużnej X do tyłu.

PL 198 629 B1

Części wewnętrzna i zewnętrzna krawędzi spływu 28 łączą się ze sobą wzdłuż osi promieniowej Z w punkcie usytuowanym pomiędzy stopką 22 i środkiem wysokości łopatki 12. W korzystnym przykładzie wykonania ten punkt połączenia części wewnętrznej i zewnętrznej krawędzi spływu 28 jest usytuowany w odległości od stopki 22 wynoszącej od 15% do 25% wysokości łopatki 12. Ukształtowanie krawędzi spływu 28 jest więc określone poprzez stałe położenie osiowe krótszej, rozciągającej się od stopki 22 wewnętrznej części wysokości krawędzi spływu 28, współosiowe względem osi promieniowej Z, przy jednoczesnym odchyleniu jej większej, sięgającej do końcówki 24, zewnętrznej części krawędzi spływu 28 w kierunku osi stycznej Y do przodu, względem promieniowej linii przedstawionej jako przerywana. W związku z tym, tylny aerodynamiczny kąt skosu jest ograniczony dla zwiększenia wydajności łopatki i progu gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia.

Linia styczna 36a linii środków ciężkości przekrojów 36 może być stosowana do określenia wygiętej powierzchni zasysającej 20 w pobliżu krawędzi spływu 28 i stopki 22, jak przedstawiono na fig. 1 i 2 dla korzyści wskazanych powyżej. Odpowiednio, linia wzdłużna 36b może być dobrana dla ograniczenia tylnego kąta skosu obu krawędzi wlotu 26 i spływu 28, jak przedstawiono na fig. 3.

W dużym stopniu, jednoczesny wpływ wzdłużnego zarysu łopatki 12 i stycznego zarysu łopatki sprzyja zmniejszeniu lub wyeliminowaniu rozdzielania przepływu. Wygięta linia środków ciężkości 36 jest określona w odniesieniu do rozkładu kształtów poszczególnych przekrojów poprzecznych łopatki 12 z uwzględnieniem rozkładu rozpiętości cięciw 30 i wygięcia linii szkieletowej 32. Specyficzne ukształtowanie tej linii środków ciężkości 36 może być także regulowane w celu ograniczenia generowanych odśrodkowo naprężeń zginających w łopatce w akceptowanym zakresie.

Odpowiednio, dwie linie styczna 36a i wzdłużna 36b wygiętej linii środków ciężkości przekrojów 36 i kształt przekrojów poprzecznych łopatki 12 mogą być dodatkowo skorygowane w oparciu o analizę trójwymiarową przepływu płynu lepkiego w celu zwiększenia wydajności łopatki 12 i progu gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia wynikających z trójwymiarowego ukształtowania przedstawionego na figurach.

Stopień wygięcia powierzchni zasysającej 20 i ograniczenie tylnego kąta skosu wzdłuż krawędzi wlotu 26 i spływu 28 korzystnie może być regulowane w różnych kombinacjach dla różnych kształtów łopatki 12 w celu zwiększenia wydajności łopatki i odpowiednio progu gaśnięcia silnika wskutek przeciążenia. Łopatka 12 jest więc projektowana poprzez analizę komputerową, umożliwiającą określenie prawdziwych trójwymiarowych jej wymiarów dających pożądane osiągnięcia łopatki.

Claims (6)

1. Łopatka sprężarki, zwłaszcza do wirnika silnika turbogazowego, zawierającego tarczę mającą osie wzdłużną, styczną i promieniową, która to łopatka posiada powierzchnię sprężającą i powierzchnię zasysającą rozciągające się promieniowo od stopki do końcówki i w kierunku osi wzdłużnej pomiędzy krawędzią wlotu i krawędzią spływu, a jej przekroje poprzeczne mają odpowiednie cięciwy i linie szkieletowe rozciągające się pomiędzy krawędzią wlotu i krawędzią spływu i środek ciężkości usytuowany na linii środków ciężkości przekrojów, przy czym powierzchnia zasysająca jest wygięta wzdłuż krawędzi spływu w pobliżu stopki, a linia środków ciężkości przekrojów ma prostopadłe do siebie rzuty tworzące linię styczną i linię wzdłużną linii środków ciężkości przekrojów, z których linia styczna wraz z powierzchnią zasysająca jest wygięta w pobliżu stopki łopatki, znamienna tym, że linia wzdłużna (36b) linii środków ciężkości przekrojów (36) jest wygięta, a krawędź wlotu (26) ma wygiętą wewnętrzną część swojej rozpiętości rozciągającą się od stopki (22) i ma prostą zewnętrzną część swojej rozpiętości sięgającą do końcówki (24), przy czym wygięta wewnętrzna część rozpiętości krawędzi wlotu (26) jest nachylona w kierunku osi wzdłużnej (X) do przodu od stopki (22), a wewnętrzna część krawędzi wlotu (26) przechodzi w zewnętrzną część krawędzi wlotu (26) w punkcie przejściowym pomiędzy częściami wewnętrzną i zewnętrzną krawędzi wlotu (26), który jest usytuowany w odległości od stopki (22) w zakresie od 40% do 60% wysokości łopatki (12).

2. Łopatka sprężarki według zastrz. 1, znamienna tym, że linia styczna (36a) linii środków ciężkości przekrojów (36) w początkowym odcinku, od stopki (22), jest odchylona w kierunku osi stycznej (Y) do przodu w stronę powierzchni sprężającej (18), a w dalszym odcinku, w pobliżu końcówki (24), jest odchylona w kierunku osi stycznej (Y) do tyłu w stronę powierzchni zasysającej (20).

3. Łopatka sprężarki według zastrz. 1, znamienna tym, że krawędź spływu (28) ma wewnętrzną część rozciągającą się od stopki (22) i zewnętrzną część sięgającą do końcówki (24), przy

PL 198 629 B1 czym zewnętrzna część jest odchylona względem wewnętrznej części w kierunku osi wzdłużnej (X) do tyłu, i wewnętrzna część krawędzi spływu (28) przechodzi w zewnętrzną część krawędzi spływu (28) w punkcie przejściowym usytuowanym w odległości od stopki (22) wynoszącej 15% wysokości łopatki (12).

4. Łopatka sprężarki według zastrz. 1, znamienna tym, że zewnętrzna część krawędzi wlotu (26) jest równoległa do płaszczyzny osi wzdłużnej (X) i promieniowej (Z), a wewnętrzna część krawędzi wlotu (26) jest odchylona od części zewnętrznej w kierunku osi wzdłużnej (X) do tyłu.

5. Łopatka sprężarki według zastrz. 1, znamienna tym, że krawędź spływu (28) ma wewnętrzną część rozciągającą się od stopki (22) i ma zewnętrzną część sięgającą do końcówki (24), przy czym wewnętrzna część krawędzi spływu (28) od stopki (22) jest równoległa do płaszczyzny osi wzdłużnej (X) i osi promieniowej (Z), a zewnętrzna część jest odgięta w kierunku osi wzdłużnej (X) do tyłu.

6. Łopatka sprężarki według zastrz. 5, znamienna tym, że punkt przejściowy, w którym wewnętrzna część krawędzi spływu (28) przechodzi w zewnętrzną część krawędzi spływu (28), jest usytuowany pomiędzy stopką (22) i środkiem wysokości łopatki (12).