RU196877U1

RU196877U1 - AXIAL COMPRESSOR GUIDELINES

Info

Publication number: RU196877U1
Application number: RU2019118816U
Authority: RU
Inventors: Сергей Владимирович Богданец; Вячеслав Алексеевич Седунин
Priority date: 2019-06-18
Filing date: 2019-06-18
Publication date: 2020-03-18

Abstract

Полезная модель относится к области конструирования газотурбинных двигателей и позволяет устранить угловой отрыв потока в направляющем аппарате вблизи бандажного кольца. Устройство содержит направляющие лопатки, закрепленные между бандажным кольцом и внешним кольцом. Причем направляющие лопатки выполнены с радиальным зазором у бандажного кольца. Зазор может быть выполнен от входной кромки до первого места крепления бандажного кольца. Наибольшая эффективность достигается в случае, когда первое место крепления смещено до 1/2 хорды корневого профиля направляющей лопатки или до 1/3 хорды профиля для максимального результата.The utility model relates to the field of designing gas turbine engines and allows to eliminate the angular separation of the flow in the guide apparatus near the retaining ring. The device comprises guide vanes fixed between the retaining ring and the outer ring. Moreover, the guide vanes are made with a radial clearance at the retaining ring. The gap can be made from the input edge to the first place of fastening of the retaining ring. The greatest efficiency is achieved when the first attachment point is shifted to 1/2 of the chord of the root profile of the guide vanes or to 1/3 of the chord of the profile for maximum results.

Description

Полезная модель относится к компрессоростроению, конструированию газотурбинных двигателей, преимущественно конструированию узла статора осевого компрессора, в частности к конструкции направляющего аппарата осевого компрессора.The utility model relates to compressor engineering, the design of gas turbine engines, mainly the design of the stator assembly of an axial compressor, in particular to the design of a guide apparatus of an axial compressor.

Известен направляющий аппарат осевого компрессора [Патент RU 2623631 C1, приор. 11.08.2016, опубл. 28.06.2017, F04D 29/44 (2006.01)], содержащий внешнее и бандажное кольцо, имеющие продольный разъем. Лопатки установлены во внешнее и бандажное кольцо без радиальных зазоров. Изобретение позволяет минимизировать перетечки воздуха через радиальный зазор между подвижными и неподвижными элементами за счет наличия дополнительного конструктивного элемента - внутреннего кольца - с запатентованным методом его крепления.Known directing apparatus of an axial compressor [Patent RU 2623631 C1, prior. 08/11/2016, publ. 06/28/2017, F04D 29/44 (2006.01)] containing an outer and retaining ring having a longitudinal connector. The blades are installed in the outer and retaining ring without radial clearances. The invention allows to minimize air overflow through the radial clearance between movable and fixed elements due to the presence of an additional structural element - the inner ring - with a patented method of fastening it.

Недостатком известной конструкции является образование углового отрыва в месте стыка поверхности разряжения направляющей лопатки и поверхности бандажного кольца в виду отсутствия зазора между этими двумя элементами. Данное газодинамическое явление приводит к повышению неравномерности потока в окружном направлении, повышению динамического воздействия на рабочие лопатки и сужению площади ядра основного потока. A disadvantage of the known design is the formation of an angular separation at the junction of the rarefaction surface of the guide vanes and the surface of the retaining ring in the absence of a gap between the two elements. This gas-dynamic phenomenon leads to an increase in flow non-uniformity in the circumferential direction, an increase in the dynamic effect on the working blades, and a narrowing of the core flow core area.

Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, - образование углового отрыва в месте стыка поверхности разрежения направляющей лопатки и поверхности бандажного кольца, который приводит к сужению площади ядра потока.The technical problem that the utility model addresses is the formation of an angular separation at the junction of the rarefaction surface of the guide vanes and the surface of the retaining ring, which leads to a narrowing of the area of the flow core.

Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, - повышение коэффициента полезного действия на переменных режимах и расширение диапазона устойчивой работы путем устранения углового отрыва потока в направляющем аппарате вблизи бандажного кольца при конструкции с его использованием.The technical result achieved by the implementation of the utility model is to increase the coefficient of efficiency in variable modes and expand the range of stable operation by eliminating the angular separation of the flow in the guide apparatus near the retaining ring during construction using it.

Заявляемый направляющий аппарат осевого компрессора содержит направляющие лопатки, закрепленные между бандажным кольцом и внешним кольцом. Для достижения заявленного результата направляющие лопатки выполнены с радиальным зазором у бандажного кольца, который выполняют от входной кромки до первого места крепления бандажного кольца. Такая локализация позволяет создать перетечку воздуха, которая размывает угловой отрыв у корневого меридионального обвода и, таким образом, достигается повышение КПД на переменных режимах, расширение диапазона устойчивой работы. The inventive guide apparatus of the axial compressor comprises guide vanes fixed between the retaining ring and the outer ring. To achieve the stated result, the guide vanes are made with a radial clearance at the retaining ring, which is performed from the input edge to the first place of fastening of the retaining ring. Such localization allows you to create an air flow, which blurs the angular separation at the root meridional contour and, thus, an increase in efficiency in variable modes, an extension of the range of stable operation.

Наибольшая эффективность достигается в случае, когда первое место крепления смещено до 1/2 хорды корневого профиля направляющей лопатки или до 1/3 хорды профиля для максимального результата. The greatest efficiency is achieved when the first attachment point is shifted to 1/2 the chord of the root profile of the guide vanes or to 1/3 of the chord of the profile for maximum results.

Полезная модель позволяет снизить интенсивность отрыва потока в углу, образованном между стороной разряжения лопатки и поверхностью бандажа, за счет кинетической энергии струи газа, вытекающей из указанного зазора. Снижение области углового отрыва потока позволяет повысить эффективность процесса сжатия воздуха в компрессорной ступени, а также, позволяет снизить загромождение межлопаточных каналов данными вихревыми структурами и тем самым повысить газодинамическую устойчивость направляющего аппарата на режимах с повышенными углами атаки. The utility model allows to reduce the intensity of flow separation in the angle formed between the rarefaction side of the blade and the surface of the bandage, due to the kinetic energy of the gas stream flowing from the specified gap. Reducing the angle of separation of the flow allows you to increase the efficiency of the process of compressing air in the compressor stage, and also allows you to reduce clutter of the interscapular channels by these vortex structures and thereby increase the gas-dynamic stability of the guide vane in modes with increased angles of attack.

Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой изображен направляющий аппарат осевого компрессора. The essence of the utility model is illustrated by the figure, which shows the guide apparatus of the axial compressor.

Направляющий аппарат осевого компрессора содержит направляющие лопатки 1, закрепленные между бандажным кольцом 4 и внешним кольцом 3. Фиксация направляющих лопаток 1 в бандажном кольце 4 выполняется, например, с помощью клепки. При этом направляющие лопатки 1 выполнены с радиальным зазором 2 у бандажного кольца 1, предпочтительно от входной кромки до первого места крепления бандажного кольца 4. The guide apparatus of the axial compressor contains guide vanes 1, fixed between the retaining ring 4 and the outer ring 3. The fixing of the guide vanes 1 in the retaining ring 4 is carried out, for example, using riveting. While the guide vanes 1 are made with a radial clearance 2 at the retaining ring 1, preferably from the input edge to the first mounting point of the retaining ring 4.

Радиальный зазор 2 может быть расположен в корне со стороны входной кромки 5 направляющих лопаток 1. Radial clearance 2 can be located in the root from the input edge 5 of the guide vanes 1.

При работе компрессора неблагоприятный градиент давления, являющийся причиной отрыва потока, в первую очередь достигается в углу между поверхностью разряжения направляющей лопатки 1 и бандажным кольцом 4. В связи с этим в этой области происходит зарождение области отрыва потока, которая возрастает по мере увеличения угла атаки на входе в направляющие лопатки 1. Таким образом, на переменных режимах рост области отрыва потока может привести к сильному пульсационному воздействию на рабочие лопатки следующей ступени, а также к потере газодинамической устойчивости. When the compressor is operating, an unfavorable pressure gradient, which causes the flow to break off, is primarily achieved in the angle between the discharge surface of the guide vanes 1 and the retaining ring 4. In this regard, a flow separation region originates in this region, which increases as the angle of attack increases by the entrance to the guide vanes 1. Thus, in variable modes, the growth of the flow separation region can lead to a strong pulsating effect on the working blades of the next stage, as well as to the loss of gas amicheskoy stability.

Механизм работы предлагаемого решения заключается в передаче кинетической энергии от перетекающего через зазор 2 воздуха к воздуху в пограничном слое у бандажного кольца 4 направляющих лопаток 1. Это приводит к размыванию углового отрыва, что является положительным эффектом. Но также имеются и отрицательные стороны в виде повышения потерь и уменьшения расхода воздуха на номинальном режиме. The mechanism of the proposed solution is to transfer kinetic energy from the air flowing through the gap 2 to the air in the boundary layer at the retaining ring 4 of the guide vanes 1. This leads to erosion of the angular separation, which is a positive effect. But there are also negative aspects in the form of increased losses and reduced air flow in nominal mode.

Для более эффективного применения данной полезной модели при обеспечении конструктивных требований радиальный зазор 2 под направляющими лопатками 1 необходимо размещать со стороны входной кромки 5 до первого места крепления 6 бандажного кольца 4. For a more efficient application of this utility model while ensuring design requirements, the radial clearance 2 under the guide vanes 1 must be placed from the input edge 5 to the first attachment point 6 of the retaining ring 4.

Осевая длина зазора 2 может составлять меньше 1/2 от хорды корневого профиля направляющей лопатки 1, то есть первое место крепления смещено до 1/2 хорды корневого профиля направляющей лопатки. Дальнейшее увеличение длины зазора 2 приводит к увеличению потерь и уменьшению положительного эффекта. При данной осевой длине радиального зазора 2 достигается уменьшение зоны углового отрыва потока на выходе из межлопаточного канала направляющих лопаток 1 на 31%. Наибольший положительный эффект достигается при осевой длине радиального зазора 2 равной 1/3 хорды профиля и заключается в уменьшении площади загромождения межлопаточного канала на 54% по сравнению со ступенью без радиального зазора 2 в направляющих лопатках 1. The axial length of the gap 2 may be less than 1/2 of the chord of the root profile of the guide vane 1, that is, the first attachment point is offset to 1/2 the chord of the root profile of the guide vane. A further increase in the length of the gap 2 leads to an increase in losses and a decrease in the positive effect. With this axial length of the radial clearance 2, a 31% reduction in the zone of angular separation of the flow at the exit from the interscapular channel of the guide vanes 1 is achieved. The greatest positive effect is achieved when the axial length of the radial clearance 2 is equal to 1/3 of the chord of the profile and consists in reducing the clutter area of the interscapular canal by 54% compared to the step without radial clearance 2 in the guide vanes 1.

Таким образом, цель достигается за счет размещения радиального зазора 2 под входной частью направляющих лопаток 1. Радиальный зазор 2 расположен только на входной части направляющих лопаток 1. Воздух перетекает через радиальный зазор 2 со стороны давления на сторону разряжения и размывает образующийся угловой отрыв у бандажного кольца 4.Thus, the goal is achieved by placing a radial gap 2 under the inlet of the guide vanes 1. The radial gap 2 is located only on the inlet of the guide vanes 1. Air flows through the radial gap 2 from the pressure side to the discharge side and blurs the angular separation formed at the retaining ring 4.

Claims

1. The guide apparatus of the axial compressor, containing guide vanes fixed between the retaining ring and the outer ring, characterized in that the guide vanes are made with a radial clearance at the retaining ring, which is located from the input edge to the first mounting point of the retaining ring.

2. The guide apparatus according to claim 2, characterized in that the first attachment point is offset to 1/2 the chord of the root profile of the guide vanes.

3. The guide apparatus according to claim 3, characterized in that the first mounting location is shifted to 1/3 of the profile chord.