RU177516U1

RU177516U1 - Paddle for adjustable inlet guide vane

Info

Publication number: RU177516U1
Application number: RU2017126377U
Authority: RU
Inventors: Валерий Кузьмич Бердин; Николай Валерьевич Бердин; Василий Васильевич Лукьянов
Original assignee: Научно-производственная ассоциация "Технопарк Авиационных Технологий"
Priority date: 2017-07-21
Filing date: 2017-07-21
Publication date: 2018-02-28

Abstract

Полезная модель относится к газотурбинным двигателям (ГТД), а именно к конструкции составных лопаток обогреваемого регулируемого входного направляющего аппарата (ВНА) осевых компрессоров газотурбинного двигателя и может быть использована против обледенения лопаток. Лопатка регулируемого входного направляющего аппарата включает в себя неподвижную стойку полой конструкции с отверстиями для входа и выхода горячего воздуха, контактирующую задней кромкой с подвижным закрылком монолитной конструкции. Неподвижная стойка выполнена в виде радиальной оболочки с внутренним оребрением, жестко связывающим спинку и корыто стойки, увеличивающим ее жесткость от действия внутреннего давления, и разворачивающим входящий поток горячего воздуха в направлении входной и выходной кромок стойки, вдоль которых расположены пазы для равномерного распределения выходящего горячего воздуха по всей внешней поверхности спинки, корыта стойки и подвижного закрылка. Благодаря тому, что полая стойка имеет внутреннее оребрение, жестко связывающая спинку и корыто, повышается эффективность передачи тепла через стенку стойки с ее внутренней поверхности к наружней путем уменьшения толщины стенки, не изменяя ее удельную жесткость, но уменьшая ее вес. Геометрия полой стойки с внутренним оребрением менее чувствительна к неизбежной пульсации давления горячего воздуха, которая определяется режимом работы двигателя и атмосферным давлением окружающего двигатель воздуха, что исключает ухудшение газодинамических характеристик ВНА и сохраняет устойчивую работу компрессора на различных режимах работы двигателя.The utility model relates to gas turbine engines (GTE), namely, to the construction of composite blades of a heated adjustable inlet guide vane (VNA) of axial compressors of a gas turbine engine and can be used against icing of the blades. The blade of the adjustable inlet guide vane includes a fixed stand of a hollow structure with holes for the entry and exit of hot air in contact with the trailing edge with a movable flap of a monolithic structure. The fixed rack is made in the form of a radial shell with an internal ribbing, rigidly connecting the back and trough of the rack, increasing its rigidity from the action of internal pressure, and deploying the incoming flow of hot air in the direction of the inlet and outlet edges of the rack, along which there are grooves for even distribution of the outgoing hot air on the entire outer surface of the backrest, trough of the rack and the movable flap. Due to the fact that the hollow pillar has an internal ribbing that rigidly connects the back and the trough, the efficiency of heat transfer through the wall of the pillar from its inner surface to the outer one increases by reducing the wall thickness without changing its specific stiffness, but reducing its weight. The geometry of the hollow strut with internal fins is less sensitive to the inevitable pulsation of the hot air pressure, which is determined by the engine operating mode and atmospheric pressure of the air surrounding the engine, which eliminates the degradation of the gas-dynamic characteristics of the VHA and maintains stable operation of the compressor at various engine operating modes.

Description

Полезная модель относится к газотурбинным двигателям (ГТД), а именно к конструкции составных лопаток обогреваемого регулируемого входного направляющего аппарата (ВНА) осевых компрессоров газотурбинного двигателя и может быть использована против обледенения лопаток.The utility model relates to gas turbine engines (GTE), namely, to the construction of composite blades of a heated adjustable inlet guide vane (VNA) of axial compressors of a gas turbine engine and can be used against icing of the blades.

Существуют различные устройства против обледенения лопаток входного направляющего аппарата, в которых горячий воздух из компрессора высокого давления используют для подогрева лопаток и поддержания у них достаточно высокой температуры для того, чтобы помешать образованию льда.There are various anti-icing devices for the vanes of the inlet guide vanes, in which the hot air from the high-pressure compressor is used to heat the vanes and maintain a sufficiently high temperature to prevent ice formation.

Известна лопатка регулируемого входного направляющего аппарата, включающая неподвижную стойку, контактирующую задней кромкой с поворотным закрылком, и выполненную с возможностью выпуска обогревающего воздуха из неподвижной стойки на спинку и корыто поворотного закрылка (Патент РФ №2347924 от 16.07.2004, опубл. 20.01.2006, бюл. №6, МПК F02C 7/047).Known blade adjustable input guide vane, including a stationary rack, contacting the trailing edge of the rotary flap, and configured to release heating air from the stationary rack to the back and trough of the rotary flap (RF Patent No. 2347924 of July 16, 2004, published on January 20, 2006, Bulletin No. 6, IPC F02C 7/047).

Недостатком данной конструкции является малая жесткость стойки при действии внутреннего давления, которая приводит к нарушению аэродинамического профиля лопатки. Выпуск нагретого воздуха через щели непосредственно на выходной кромке неподвижной стойки в сторону поворотного закрылка снижает эффективность обогрева самой стойки, а также аэродинамические свойства лопатки в целом за счет возможности перетекания потока со стороны корыта в сторону спинки и обратно через зазоры поворотного узла подвижного закрылка. Это отрицательно влияет на работу составной лопатки ВНА стойка-закрылок как единого профиля, приводя к ухудшению газодинамических параметров как ВНА, так и компрессора в целом.The disadvantage of this design is the low stiffness of the rack under the action of internal pressure, which leads to a violation of the aerodynamic profile of the blade. The release of heated air through the slots directly on the output edge of the fixed rack towards the rotary flap reduces the heating efficiency of the rack itself, as well as the aerodynamic properties of the blade as a whole due to the possibility of flow from the trough side to the back and back through the gaps of the rotary flap assembly. This adversely affects the operation of the composite VNA strut-flap blade as a single profile, leading to a deterioration in the gas-dynamic parameters of both the VNA and the compressor as a whole.

Наиболее близкой по конструкции к заявляемой полезной модели является лопатка регулируемого входного направляющего аппарата, включающая неподвижную полую стойку, контактирующую задней кромкой с подвижным закрылком монолитной конструкции при помощи уплотнительного элемента с пазами для выпуска обогревающего воздуха в направлении спинки и корыта поворотного закрылка и снабженного пружиной (Патент на полезную модель RU №144047, F01D 17/00 от 11.02.2014, опубл. 10.08.2014).Closest to the design of the claimed utility model is a blade of an adjustable inlet guide vane, including a fixed hollow column in contact with the trailing edge of a monolithic movable flap using a sealing element with grooves for discharging heating air in the direction of the back and trough of the rotary flap and equipped with a spring (Patent for utility model RU No. 144047, F01D 17/00 dated 02/11/2014, published on 08/10/2014).

Недостатком данной конструкции составной лопатки является низкая жесткость полой стойки от действия внутреннего давления пропускаемого через нее обогревающего воздуха, которая приводит к искажению профиля стойки, изменению аэродинамики профиля лопатки и искажению газодинамических характеристик ВНА. Движение внутри стойки сплошного потока горячего воздуха снижает эффективность ее обогрева за счет образования застойных воздушных зон вблизи входной кромки. Подача выходящего из стойки горячего воздуха непосредственно вблизи зазора между стойкой и подвижным закрылком повышает риск перетекания потока входящего воздуха с поверхности спинки лопатки ВНА на поверхность корыта и обратно, также ухудшая газодинамические параметры ВНА в целом.The disadvantage of this design of the composite blade is the low rigidity of the hollow strut due to the internal pressure of the heating air passed through it, which leads to distortion of the strut profile, a change in the aerodynamics of the blade profile and distortion of the gas-dynamic characteristics of the VNA. The movement inside the rack of a continuous stream of hot air reduces the efficiency of its heating due to the formation of stagnant air zones near the inlet edge. The supply of hot air leaving the rack directly near the gap between the rack and the movable flap increases the risk of the flow of incoming air from the surface of the back of the VNA blade to the surface of the trough and vice versa, also worsening the gas-dynamic parameters of the VNA as a whole.

Задачей полезной модели является создание обогреваемой составной лопатки ВНА с улучшенными аэродинамическими характеристиками, обеспечивающими повышение прочности и надежности работы ВНА, компрессора и ГТД в целом.The objective of the utility model is to create a heated composite VNA blades with improved aerodynamic characteristics, providing increased strength and reliability of the VNA, compressor and gas turbine engine as a whole.

Технический результат полезной модели заключается в повышении эффективности и равномерности обогрева лопатки ВНА.The technical result of the utility model is to increase the efficiency and uniformity of heating of the VNA blade.

Поставленная задача решается и технический результат достигается тем, что лопатка регулируемого входного направляющего аппарата включает в себя неподвижную стойку полой конструкции с отверстиями для входа и выхода горячего воздуха, контактирующую задней кромкой с подвижным закрылком монолитной конструкции. В отличие от прототипа неподвижная стойка выполнена в виде радиальной оболочки с внутренним оребрением, жестко связывающим спинку и корыто стойки, увеличивающим ее жесткость от действия внутреннего давления и разворачивающим входящий поток горячего воздуха в направлении входной и выходной кромок стойки, вдоль которых расположены пазы для равномерного распределения выходящего горячего воздуха по всей внешней поверхности спинки, корыта стойки и подвижного закрылка.The problem is solved and the technical result is achieved by the fact that the blade of the adjustable inlet guide vane includes a fixed hollow post with holes for the entry and exit of hot air in contact with the trailing edge with a movable flap of a monolithic design. Unlike the prototype, the stationary stand is made in the form of a radial shell with an internal finning, rigidly connecting the back and trough of the rack, increasing its rigidity from the action of internal pressure and deploying the incoming flow of hot air in the direction of the input and output edges of the rack, along which grooves are located for uniform distribution outgoing hot air over the entire external surface of the backrest, trough of the strut and movable flap.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где на фиг. 1 показан разрез А-А в продольной плоскости лопатки регулируемого ВНА; на фиг. 2 - поперечное сечение Б-Б лопатки регулируемого ВНА.The essence of the utility model is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a section AA in the longitudinal plane of the blade of an adjustable VNA; in FIG. 2 - cross section BB of the blade of the adjustable VNA.

Лопатка регулируемого входного направляющего аппарата (фиг. 1, 2) включает неподвижную стойку полой конструкции 1, плотно контактирующую своей задней кромкой В с подвижным закрылком 2 монолитной конструкции. В верхнем торце стойки выполнено входное отверстие 3 для подвода в полость стойки потока горячего воздуха, а в нижнем торце стойки выполнено входное отверстие 4 для отвода остаточного горячего воздуха. Неподвижная стойка 1 имеет внутреннее оребрение 5, связывающее между собой спинку 6 и корыто 7 и разворачивающее входящий через отверстие 3 в полость стойки поток горячего воздуха по направлению к входной Г и выходной В кромкам. Вдоль входной кромки Г стойки изготовлены пазы 8, расположенные равномерно вдоль этой кромки для выхода горячего воздуха из внутренней полости стойки наружу. Вдоль выходной кромки В стойки также изготовлены пазы 9, расположенные равномерно вдоль этой кромки для выхода горячего воздуха из внутренней полости стойки наружу.The blade of the adjustable input guide vane (Fig. 1, 2) includes a fixed stand of the hollow structure 1, which is tightly in contact with its trailing edge B with the movable flap 2 of a monolithic structure. An inlet 3 is made in the upper end of the rack for supplying hot air to the cavity of the rack, and an inlet 4 is made in the lower end of the rack for exhausting residual hot air. The stationary rack 1 has an internal fin 5, connecting the backrest 6 and the trough 7 to each other and deploying the flow of hot air entering through the hole 3 into the cavity of the rack towards the inlet G and outlet B edges. Along the input edge G of the rack, grooves 8 are made uniformly along this edge to allow hot air to escape from the internal cavity of the rack to the outside. Along the outlet edge of the rack, grooves 9 are also made that are evenly spaced along this edge to allow hot air to escape from the inside of the rack to the outside.

Лопатка регулируемого входного направляющего аппарата работает следующим образом.The blade of the adjustable input guide vane operates as follows.

Обогревающий лопатку горячий воздух поступает из компрессора по трубопроводам системы подачи во внутреннюю полость неподвижной стойки 1 составной лопатки ВНА через отверстие 3. Внутри полости горячий воздух проходит вдоль ребер 5, которые равномерно распределяют его вдоль стойки и направляют к входной Г и выходной В кромкам, осуществляя обогрев стойки изнутри. Далее через пазы 8 и 9 горячий воздух выходит на внешнюю поверхность спинки 6 и корыта 7 стойки.The hot air heating the blade comes from the compressor through the pipelines of the supply system to the internal cavity of the stationary rack 1 of the composite VNA blade through the hole 3. Inside the cavity, hot air passes along the ribs 5, which evenly distribute it along the rack and direct it to the inlet G and outlet B edges heating racks from the inside. Further, through the grooves 8 and 9, hot air enters the outer surface of the backrest 6 and the trough 7 of the rack.

Набегающий на стойку внешний поток воздуха прижимает выходящий из отверстий 8 горячий воздух к наружней поверхности спинки и корыта стойки, осуществляя дополнительный обогрев стойки, а выходящий из отверстий 9 горячий воздух прижимает к внешней поверхности подвижного закрылка, осуществляя основной обогрев подвижного закрылка. Двойной обогрев неподвижной стойки повышает степень прогрева ее внешней поверхности, исключая образование льда как на самой стойке, так и на подвижном закрылке.The external air flow incident on the rack presses the hot air coming out of the openings 8 to the outer surface of the rack back and trough, additionally heating the rack, and the hot air coming out of the openings 9 presses on the outer surface of the movable flap, mainly heating the movable flap. Double heating of a stationary rack increases the degree of heating of its outer surface, eliminating the formation of ice both on the rack itself and on the movable flap.

Благодаря тому, что полая стойка имеет внутреннее оребрение, жестко связывающая спинку и корыто, повышается эффективность передачи тепла через стенку стойки с ее внутренней поверхности к наружней путем уменьшения толщины стенки, не изменяя ее удельную жесткость, но уменьшая ее вес. Геометрия полой стойки с внутренним оребрением менее чувствительна к неизбежной пульсации давления горячего воздуха, которая определяется режимом работы двигателя и атмосферным давлением окружающего двигатель воздуха, что исключает ухудшение газодинамических характеристик ВНА и сохраняет устойчивую работу компрессора на различных режимах работы двигателя.Due to the fact that the hollow pillar has an internal ribbing that rigidly connects the back and the trough, the efficiency of heat transfer through the wall of the pillar from its inner surface to the outer one increases by reducing the wall thickness without changing its specific stiffness, but reducing its weight. The geometry of the hollow strut with internal fins is less sensitive to the inevitable pulsation of the hot air pressure, which is determined by the engine operating mode and atmospheric pressure of the air surrounding the engine, which eliminates the degradation of the gas-dynamic characteristics of the VHA and maintains stable operation of the compressor at various engine operating modes.

Claims

The blade of an adjustable input guide vane, which includes a fixed stand of a hollow structure with holes for entering and exiting hot air, a contact edge with a movable flap of a monolithic design, characterized in that the fixed stand is made in the form of a radial shell with an internal finning that rigidly connects the back and the trough of the rack and deploying the incoming flow of hot air in the direction of the inlet and outlet edges of the rack, along which grooves are located for uniform distribution leaking hot air over the entire external surface of the backrest, trough of the strut and movable flap.