RU186988U1

RU186988U1 - DIFFUSER OF CENTRIFUGAL COMPRESSOR

Info

Publication number: RU186988U1
Application number: RU2018137531U
Authority: RU
Inventors: Константин Николаевич Подгорский; Анатолий Васильевич Михайлютенко; Игорь Павлович Ковалев; Андрей Владимирович Меняйлов
Original assignee: Публичное акционерное общество "МОТОР СИЧ"
Priority date: 2018-07-02
Filing date: 2018-10-23
Publication date: 2019-02-12
Also published as: RU186988U9; UA131257U

Abstract

Диффузор центробежного компрессора содержит радиальную и осевую части с диффузорними лопатками и лопатками спрямляющего аппарата. В зонах входных кромок диффузорних лопаток и лопаток спрямляющего аппарата стенка задняя диффузора выполнена с утолщением. На входных кромках диффузорних лопаток выполнена удлиненная несимметричная фаска; осевая часть стенки задней диффузора выполнена единой деталью, стенки диффузора скреплены болтовым соединением. Диффузор имеет экран, который отражает тепло от камеры сгорания. Решается задача повышения запаса газодинамической стойкости компрессора.The centrifugal compressor diffuser contains radial and axial parts with diffusor blades and vanes of the rectifier unit. In the zones of the entrance edges of diffusor vanes and vanes of the straightening apparatus, the wall of the posterior diffuser is made with thickening. An elongated asymmetrical chamfer is made on the entrance edges of the diffuser blades; the axial part of the wall of the rear diffuser is made in one piece, the walls of the diffuser are bolted together. The diffuser has a screen that reflects heat from the combustion chamber. The problem of increasing the stock of gas-dynamic resistance of the compressor is being solved.

Description

Полезная модель относится к области компрессоростроения, а именно к устройствам радиальных лопаточных диффузоров центробежных компрессоров.The invention relates to the field of compressor engineering, namely, to devices of radial blade diffusers of centrifugal compressors.

Известен радиальный лопаточный диффузор с антипомпажным устройством, [патент RU 2273771, опубл. 10.04.2006], которое выполнено в виде кольцевой полости в корпусе компрессора, которая сообщена с проточной частью отверстиями, при этом одни отверстия расположены ниже по потоку, а другие - выше по потоку. Кольцевая полость и отверстия выполнены в зоне выходной части рабочего колеса, причем отверстия расположены по окружности и непосредственно сообщены с межлопаточными каналами рабочего колеса. Изобретение направлено на обеспечение газодинамической устойчивости. Недостатком конструкции является технологическая и производственная сложность.Known radial blade diffuser with anti-surge device, [patent RU 2273771, publ. 10.04.2006], which is made in the form of an annular cavity in the housing of the compressor, which communicates with the flow part of the holes, with some holes located downstream, and the other upstream. The annular cavity and the holes are made in the area of the output part of the impeller, with the holes located around the circumference and directly communicated with the interscapular channels of the impeller. The invention is directed to the provision of gas-dynamic stability. The disadvantage of the design is technological and production complexity.

Известен радиальный диффузор, являющийся прототипом полезной модели [Вспомогательный газотурбинный двигатель АИ-450-МС. Руководство по технической эксплуатации двигателя 0020000000РЭ. Раздел: Турбина компрессора газогенератора]. Диффузор выполнен сварным и содержит стенку заднюю с выполненными совместно с нею диффузорными лопатками, и стенку переднюю с передним фланцем, составляющими корпус диффузора. На стенке передней выполнены пазы под шипы диффузорных лопаток стенки задней. К верхнему фланцу стенки задней винтами крепится спрямляющий аппарат, представляющий собой лопатки, выполненные совместно с внутренним кольцом.Known radial diffuser, which is the prototype of the utility model [Auxiliary gas turbine engine AI-450-MS. Guidelines for the technical operation of the engine 0020000000RE. Section: Gas Generator Compressor Turbine]. The diffuser is welded and contains a rear wall with diffuser blades made together with it, and a front wall with a front flange that make up the diffuser body. On the front wall there are grooves for studs of diffuser vanes of the posterior wall. A straightening device is fastened to the upper flange of the wall by means of rear screws. It consists of blades, made together with the inner ring.

Недостатком прототипа является нестабильность геометрии диффузора, в том числе из-за его сварной конструкции и наличия фланцевого стыка между диффузором и спрямляющим аппаратом диффузора, что влияет на газодинамическую устойчивость компрессора.The disadvantage of the prototype is the instability of the diffuser geometry, including due to its welded structure and the presence of a flange joint between the diffuser and the diffuser rectifier unit, which affects the gas-dynamic stability of the compressor.

Задачей полезной модели является повышение запаса газодинамической устойчивости компрессора за счет стабилизации зоны входной кромки диффузорных лопаток, исключения перетекания воздуха на входе в спрямляющий аппарат и стабилизации зазоров по торцам лопаток спрямляющего аппарата.The task of the utility model is to increase the gas-dynamic stability of the compressor due to the stabilization of the zone of the entrance edge of the diffuser vanes, the elimination of overflow of air at the inlet to the rectifier and the stabilization of the gaps along the ends of the vanes of the rectifier.

Задача решается тем, что в диффузоре центробежного компрессора содержащего стенку переднюю корпуса диффузора и стенку заднюю, соединенные таким образом, что между ними образован канал, имеющий радиальную часть и осевую часть, в радиальной части канала стенка задняя имеет выполненные совместно с нею диффузорные лопатки, а осевая часть канала содержит лопатки спрямляющего аппарата, соединенные с верхним фланцем стенки задней, согласно полезной модели:The task is solved by the fact that in the diffuser of a centrifugal compressor containing the front wall of the diffuser housing and the rear wall, connected in such a way that a channel is formed between them, having a radial part and an axial part, in the radial part of the channel, the rear blades are made together with the axial part of the channel contains the blades of a straightening apparatus connected to the upper flange of the back wall according to the utility model:

- в зоне входной кромки диффузорных торцевых лопаток стенка задняя диффузора выполнена с утолщением, чем увеличена ее жесткость в зоне входной кромки лопатки диффузора для стабилизации вибрационного состояния;- in the area of the entrance edge of the diffuser end blades, the wall of the rear diffuser is made with thickening, which increases its rigidity in the area of the entrance edge of the blade of the diffuser to stabilize the vibration state;

- для стабилизации входной кромки диффузорных лопаток на их входных кромках выполнена удлиненная несимметричная фаска;- to stabilize the entrance edge of the diffuser blades an elongated asymmetrical chamfer is made on their input edges;

- осевая часть стенки задней диффузора (верхний фланец стенки задней) и часть с лопатками спрямляющего аппарата (далее по тексту - лопатки СА) выполнены единой деталью, чем исключен стык между диффузором и спрямляющим аппаратом, а в зоне входной кромки лопаток СА фланец стенки задней выполнен с утолщением и ребрами жесткости в зоне середины лопаток СА и выходной кромки лопаток СА, что в сочетании с гарантированным монтажным зазором обеспечивает стабильность при работе на минимальных зазорах за счет разницы тепловых расширений.- the axial part of the wall of the rear diffuser (upper flange of the rear wall) and the part with the vanes of the rectifier unit (hereinafter referred to as SA blades) are made in one piece, which eliminates the joint between the diffuser and the rectifier unit, and in the CA inlet edge zone, the back wall flange is made with thickening and stiffening ribs in the middle zone of the blades CA and the exit edge of the blades CA, which, in combination with a guaranteed mounting gap, ensures stability when working on minimal gaps due to the difference in thermal expansions.

Кроме того, стенка задняя диффузора и стенка передняя корпуса диффузора скреплены между собой болтовым соединением, что обеспечивает стабильную геометрию диффузора, а также в диффузор введен тепловой экран, отражающий тепло от камеры сгорания и стабилизирующий тепловое состояние стенки задней диффузора.In addition, the rear wall of the diffuser and the front wall of the diffuser housing are bolted together, which ensures a stable geometry of the diffuser, as well as a heat shield that reflects heat from the combustion chamber and stabilizes the thermal state of the rear diffuser wall.

Для пояснения сути полезной модели приводятся следующие чертежи. Фиг. 1 - меридиональное сечение диффузора. Фиг. 2 - вид А, сечение диффузора в зоне входной кромки диффузорных лопаток.To clarify the essence of the utility model, the following drawings. FIG. 1 - meridional section of the diffuser. FIG. 2 - view A, section of the diffuser in the area of the entrance edge of the diffuser vanes.

Диффузор (фиг. 1) состоит из стенки передней 1, стенки задней 2, на торцевой части которой расположены диффузорные лопатки 3, а на верхнем фланце расположены лопатки 4 СА, и экрана 5.The diffuser (Fig. 1) consists of the front wall 1, the rear wall 2, on the end of which there are diffuser vanes 3, and CA blades 4 are located on the upper flange, and screen 5.

В зоне входной кромки диффузорных лопаток 3 (элемент А, фиг. 1) стенка задняя 2 выполнена с утолщением (Н) (фиг. 2). На входных кромках диффузорных лопаток выполнена удлиненная несимметричная фаска (S × L).In the area of the entrance edge of the diffuser blades 3 (element A, Fig. 1) the rear wall 2 is made with a thickening (H) (Fig. 2). An elongated asymmetrical chamfer (S × L) is made at the entrance edges of the diffuser blades.

В зоне 6 (фиг. 1) входной кромки лопаток 4 СА верхний фланец стенки задней 2 выполнен с утолщением и имеет фланец для крепления экрана 5. Экран 5 крепится винтами. В зоне середины лопатки 4 и выходной кромки лопатки 4 верхний фланец стенки задней имеет ребра жесткости 7.In zone 6 (Fig. 1) of the input edges of the blades 4 CA upper flange of the wall of the rear 2 is made with a thickening and has a flange for mounting the screen 5. The screen 5 is fastened with screws. In the zone of the middle of the blade 4 and the output edge of the blade 4, the upper flange of the back wall has stiffening ribs 7.

Радиальный диффузор является одним из основных элементов центробежного компрессора, и расположен на выходе из колеса центробежного. Диффузор образует проточную часть компрессора за колесом и обеспечивает с помощью лопаток СА осевой выход воздуха в камеру сгорания.The radial diffuser is one of the main elements of a centrifugal compressor, and is located at the outlet of the centrifugal wheel. The diffuser forms the flow passage of the compressor behind the wheel and provides, with the aid of CA blades, an axial air outlet to the combustion chamber.

Рабочая среда, нагнетаемая колесом центробежного компрессора, попадает в безлопаточный диффузор, где происходит выравнивание параметров и первичное торможение потока после колеса центробежного. Затем поток рабочей среды набегает на диффузорные лопатки 3, где направляется профилем этих лопаток и расширяется. Поскольку в каналах с достаточной высокой степенью расширения существует вероятность вибрации задней стенки диффузора, в зоне входной кромки диффузорных лопаток участок (Н) выполнен с утолщением, что позволяет уменьшить вибрации, а выполненные на лопатках 3 удлиненные несимметричные фаски (S × L) обеспечивают стабильную работу входной кромки лопаток (без ее деформации) и устойчивую линию рабочих режимов для организации благоприятной структуры потока.The working medium injected by the wheel of the centrifugal compressor enters the bezloostatochny diffuser, where the parameters are equalized and the flow is initially braked after the centrifugal wheel. Then the flow of the working medium runs on diffuser vanes 3, where it is guided by the profile of these vanes and expands. Since channels with a sufficiently high degree of expansion are likely to vibrate the back wall of the diffuser, the area (H) in the area of the entrance edge of the diffuser blades is thickened, which reduces vibrations, and the elongated asymmetrical chamfers (S × L) performed on the blades 3 ensure stable operation the input edges of the blades (without its deformation) and a stable line of operating modes for the organization of a favorable flow pattern.

На входе в спрямляющий аппарат из-за вибраций и тепловых расширений может происходить перетекание воздуха в образующийся зазор над рабочими лопатками. Выполнение внутренней стенки утолщенной без стыков с ребрами жесткости позволяет в сочетании с гарантированным монтажным зазором обеспечить стабильный минимальный зазор в сопловом аппарате диффузора в процессе работы компрессора.At the entrance to the straightening apparatus, due to vibrations and thermal expansions, air may flow into the resulting gap above the working vanes. Making the inner wall thickened without joints with stiffening ribs allows, in combination with a guaranteed mounting gap, to ensure a stable minimum gap in the nozzle apparatus of the diffuser during compressor operation.

Экран 5 снижает тепловое расширение канала диффузора от воздействия тепла камеры сгорания. Болтовое соединение 8 стенок диффузора позволяет исключить деформацию деталей, вызванное процессом сварки.Screen 5 reduces the thermal expansion of the diffuser channel from the effects of heat from the combustion chamber. The bolted connection of the 8 walls of the diffuser eliminates the deformation of parts caused by the welding process.

Полезная модель разработана для конструкции турбовинтового двигателя со свободной турбиной, предназначенного для использования в составе однодвигательной силовой установки легких самолетов, но может быть использована в других конструкциях турбин.The invention is designed for the construction of a turboprop engine with a free turbine, intended for use as part of a single-engine power plant of light aircraft, but can be used in other designs of turbines.