PL238409B1 - Winglet kółka kompresora przepływowego - Google Patents

Abstract

Przedmiotem zgłoszenia jest winglet kółka kompresora przepływowego do zastosowania w sprężarkach przepływowych promieniowych oraz osiowo-promieniowych, a w szczególności w turbosprężarkach w przemyśle motoryzacyjnym. Zgłoszenie polega na zagięciu łopatki (2) lub/oraz łopatki pomocniczej (3) na samym jej końcu w strefie (6) i przez to zmniejszeniu kąta natarcia łopatki „β” oraz zwiększeniu kąta „α”. W ten sposób krawędź natarcia (7) łopatki (2) lub/oraz łopatki pomocniczej (3) nie jest linią prostą a zakrzywioną przy zewnętrznej średnicy koła kompresora. Strefa (6) jest określona przez półosie „H” oraz „L”. Zagięcie to zmniejsza różnicę ciśnień pomiędzy powierzchnią ssącą (4), a powierzchnią sprężającą (5) łopatki (2) lub/oraz łopatki pomocniczej (3) w miejscu gdzie występuje największa różnica ciśnień oraz zawirowania czyli w strefie (6). Dzięki zmniejszeniu różnicy ciśnień zmniejszają się zawirowania na końcówce łopatki, a dzięki temu wzrasta sprawność kompresora.

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest Winglet kółka kompresora przepływowego do zastosowania w sprężarkach przepływowych promieniowych oraz osiowo-promieniowych a w szczególności w turbosprężarkach w przemyśle motoryzacyjnym.

Znane są sprężarki przepływowe promieniowe oraz promieniowo-osiowe. Sprężarki te składają się z wirników oraz obudów wirników (statorów). Dzięki nadaniu prędkości obrotowej wirnikowi następuję sprężanie oraz przepływ czynnika. Sprężarki takie są używane między innymi w lotniczych silnikach turbinowych, turbinach gazowych, agregatach prądotwórczych, turbosprężarkach używanych w silnikach spalinowych, kompresorach elektrycznych, wentylatorach przemysłowych oraz wielu innych.

Sprężarki te, szczególnie w turbosprężarkach używanych do zwiększania sprawności silników tłokowych, potrzebują osiągać jak największą sprawność kompresora. Im większa jest sprawność kompresora tym większa jest sprawność silnika, do którego zastosowano taką sprężarkę. Bardzo duży wpływ na sprawność kompresora ma kształt łopatek 2 oraz łopatek pomocniczych 3 kółka kompresora 1 - wirnika. Ważny jest tutaj rozkład ciśnień na łopatkach 2 oraz łopatkach pomocniczych 3 kółka kompresora 1. Zaproponowano rozwiązania mające za zadanie zwiększyć sprawność kompresora w patentach US7261513 B2, EP1972795 A2.

Koło kompresora przepływowego 1 składa się z łopatek 2 oraz może dodatkowo posiadać łopatki pomocnicze - prowadzące 3. Łopatki posiadają powierzchnie ssące 4 oraz powierzchnie sprężające 5. W wyniku obrotu koła kompresora 1 na łopatkach 2 oraz łopatkach pomocniczych 3 powstaje różnica ciśnień. Na powierzchniach ssących 4 powstaje podciśnienie natomiast na powierzchniach sprężających nadciśnienie. Największa różnica ciśnień powstaje na zewnętrznej średnicy łopatek 2 przy krawędzi natarcia. Strefa ta jest oznaczona numerem 6 na fig. 1. Zbyt niskie ciśnienie na powierzchni ssącej prowadzi do oderwania się strugi czynnika roboczego czego skutkiem jest spadek sprawności kompresora lub/oraz jego niestabilna praca. Duża różnica ciśnień pomiędzy stroną ssącą 4 oraz stroną sprężającą 5 powoduje również zawirowania na strefie 6 pokazanej na fig. 1. Zawirowania te powodują spadek sprawności kompresora. Efekt ten jest podobny do efektu występującego na końcówkach skrzydeł samolotów. W skrzydłach samolotów aby zmniejszyć opór indykowany wywołany przez wspomniane zawirowanie stosuje się winglety. Rozwiązanie wingletu zostało opatentowane między innymi w patentach: US8366056 B2, US5348253 A.

Najczęściej łopatki 2 oraz łopatki pomocnicze 3 koła kompresora 1 są wykonywane jako powierzchnie prostokreślne. Łopatki takie są stosunkowo proste w projektowaniu oraz obróbce. Znaczniej mniej spotykanym rozwiązaniem są łopatki składające się z bardziej skomplikowanych powierzchni. W obu przypadkach rozwiązaniem na zwiększenie sprawności koła kompresora jest winglet kółka kompresora przepływowego, który zmniejsza różnicę ciśnień pomiędzy powierzchnią ssącą 4 a powierzchnią sprężającą 5 w miejscu gdzie występuje największa różnica ciśnień oraz zawirowania, czyli w strefie 6 za pomocą zagięcia końcówki łopatki 2 w kierunku zaznaczonym w przykładzie na fig. 3 strzałką 9.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 3 przedstawia schemat zagięcia końcówki łopatki 2 gdzie kąt a jest największą różnicą kątów występującą na krawędzi natarcia 7 łopatki 2.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 4 przedstawia schemat zagięcia końcówki łopatki 2 gdzie kąt β jest kątem natarcia łopatki 2.

Wynalazek polega na zagięciu łopatki 2 lub/i łopatki pomocniczej 3 na samym jej końcu w strefie 6. Powoduje to zmniejszenie kąta natarcia łopatki β oraz zwiększenie kąta a. W ten sposób krawędź natarcia 7 nie jest linią prostą a zakrzywioną przy zewnętrznej średnicy koła kompresora w kierunku powierzchni zaznaczonym na fig. 3 strzałką 9. Strefa 6 jest określona przez półosie H oraz L przedstawione w przykładzie na fig. 5.

Claims (6)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Winglet kółka kompresora przepływowego znamienny tym, że stanowi zagięcie krawędzi łopatki kompresora 2 lub/oraz łopatki pomocniczej 3 w strefie 6 w ten sposób, że zmniejsza kąt natarcia β łopatki kompresora 2 lub/oraz łopatki pomocniczej 3 w strefie 6, powodując zmniejszenie różnicy ciśnień na krawędzi łopatki 2 lub/oraz łopatki pomocniczej 3 i zmniejszenie różnicy cieśnień na powierzchniach w strefie 6.

   PL 238 409 B1
2. 2. Winglet kółka kompresora przepływowego według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt a wynosi od 3° do 25°.
3. 3. Winglet kółka kompresora przepływowego według zastrz. 1, znamienny tym, że kąt β wynosi od 0° do 15°.
4. 4. Winglet kółka kompresora przepływowego według zastrz. 1, znamienny tym, że zmniejsza zawirowania na narożu łopatki 2 lub/oraz łopatki pomocniczej 3 w strefie 6.
5. 5. Winglet kółka kompresora przepływowego według zastrz. 1, znamienny tym, że długość H ze zmniejszonym kątem natarcia łopatki 2 lub/oraz łopatki pomocniczej 3 stanowi do 30% długości krawędzi natarcia 7.
6. 6. Winglet kółka kompresora przepływowego według zastrz. 1, znamienny tym, że długość L ze zmniejszonym kątem natarcia łopatki stanowi do 10% długości bocznej krawędzi 8 łopatki 2 lub/oraz łopatki pomocniczej 3.