RU2066402C1

RU2066402C1 - Stage of axial-flow compressor

Info

Publication number: RU2066402C1
Application number: RU93053621/06A
Authority: RU
Inventors: Н.И. Рокка; А.И. Тункин
Original assignee: Акционерное общество "Авиадвигатель"
Priority date: 1993-11-30
Filing date: 1993-11-30
Publication date: 1996-09-10

Abstract

FIELD: manufacture of compressors; construction of high-pressure axial-flow compressors. SUBSTANCE: under action of pressure differential between sections above leading edges of working blades 2 and before them, part of flow overflows from area above leading edge of working blades through slits 6 in stator ring to circular chamber 4 where from it returns to flow section of compressor stage before working blades 2. Configuration of slits 6 is close to trajectory of motion of air flow, thus increasing the carrying capacity of stator ring 5 and reducing the resistance to air flow through slits 6. EFFECT: increased carrying capacity of stator ring and reduced resistance to air flow through slits. 2 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к авиадвигателестроению, в частности к конструкциям ступени осевого компрессора высокого давления. The invention relates to aircraft engine manufacturing, in particular to the stage structures of an axial high-pressure compressor.

Известна ступень осевого компрессора, имеющая замкнутую перфорированную отверстиями полость над рабочими лопатками, образованную рабочим каналом ступени и наружным кольцом входного направляющего аппарата (Авиационный двухконтурный турбореактивный двигатель Д-30КУ. Техническое описание. М. Машиностроение, 1975, с. 35 и 36). Наличие перфорированных отверстий над всей хордой рабочей лопатки приводит к снижению КПД ступени компрессора. Known stage axial compressor, having a closed perforated cavity with openings above the working blades, formed by the working channel of the stage and the outer ring of the input guide vane (Aviation dual-circuit turbojet engine D-30KU. Technical description. M. Engineering, 1975, S. 35 and 36). The presence of perforated holes over the entire chord of the working blade leads to a decrease in the efficiency of the compressor stage.

Известна также ступень осевого компрессора, содержащая направляющие и рабочие лопатки, размещенные в корпусе с кольцевой замкнутой полостью, ограниченной со стороны проточной части статорным кольцом со щелями, ориентированными в окружном направлении по вращению рабочих лопаток, расположенными наклонно к продольной оси ступени, сообщающими кольцевую полость с проточной частью. Щели расположены на 1/3 ширины рабочих лопаток. A step of an axial compressor is also known, containing guides and rotor blades located in a housing with an annular closed cavity bounded on the flow part by a stator ring with slots oriented in the circumferential direction by rotation of the rotor blades, inclined to the longitudinal axis of the stage, communicating the annular cavity with flow part. Slots are located at 1/3 of the width of the blades.

Недостатком известной конструкции является узкий диапазон устойчивой работы и снижение КПД компрессора в результате того, что форма щелей оказывает сопротивление свободному движению воздушного потока в замкнутую полость корпуса компрессора, что приводит к турбулизации воздушного потока. А это, в свою очередь, приводит к повышенному уровню напряжений в рабочих лопатках, т.е. к снижению надежности. A disadvantage of the known design is a narrow range of stable operation and a decrease in compressor efficiency due to the fact that the shape of the slots resists the free movement of air flow into the closed cavity of the compressor housing, which leads to turbulence of the air flow. And this, in turn, leads to an increased level of stresses in the working blades, i.e. to reduce reliability.

Техническая задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в расширении диапазона устойчивой работы и повышении КПД и надежности ступени осевого компрессора за счет приближения конфигурации щелей статорного кольца к траектории движения воздушного потока, увеличения пропускной способности щелей и снижения сопротивления при прохождении воздушного потока через щели. The technical problem to which the invention is directed is to expand the range of stable operation and increase the efficiency and reliability of the axial compressor stage by approximating the configuration of the stator ring slots to the air flow path, increasing the bandwidth of the slots and reducing the resistance when the air flow passes through the slots.

Решение этой технической задачи осуществляется за счет того, что в ступени осевого компрессора, содержащем направляющие и рабочие лопатки, последовательно размещенные с осевым зазором в корпусе, имеющем кольцевую замкнутую полость, ограниченную со стороны проточной части ступени статорным кольцом со щелями, расположенными наклонно к радиусу корпуса по направлению вращения рабочих лопаток и сообщающими кольцевую полость с проточной частью, согласно изобретению, каждая щель в нормальном сечении имеет форму дуги с закругленными краями, а в плоскости, перпендикулярной радиусу статорного кольца, углы, образованные продольной осью ступени осевого компрессора и касательной к средней линии щели в точках пересечения линии с диаметральными сечениями кольца на противоположных концах щели, соответственно равны углам установки лопаток предыдущего направляющего аппарата и рабочих лопаток или отличаются от них не более, чем на 10^o.The solution to this technical problem is due to the fact that in the stage of the axial compressor, containing guides and rotor blades, sequentially placed with an axial clearance in the casing, having an annular closed cavity bounded on the side of the flowing part of the stage by a stator ring with slots located obliquely to the radius of the casing in the direction of rotation of the working blades and communicating the annular cavity with the flowing part, according to the invention, each slot in a normal section has the shape of an arc with rounded edges, and in the plane perpendicular to the radius of the stator ring, the angles formed by the longitudinal axis of the stage of the axial compressor and tangent to the midline of the slit at the points of intersection of the line with the diametrical sections of the ring at opposite ends of the slit are respectively equal to the installation angles of the vanes of the previous guide vane and rotor blades or differ from them no more than 10 ^o .

В предлагаемом техническом решении геометрия щелей приближена к траектории движения воздушного потока на выходе из впереди стоящего направляющего аппарата в абсолютном движении и на входе в рабочее колесо в относительном движении потока. In the proposed technical solution, the geometry of the slots is close to the trajectory of the air flow at the exit from the front of the guiding apparatus in absolute motion and at the entrance to the impeller in the relative motion of the stream.

Поскольку при режимах работы ступени компрессора, близких к срывному, срывные явления на периферии рабочих лопаток устраняются перетеканием воздуха через щели, то при конфигурации щелей, близкой к траектории движения воздушного потока, обеспечивается высокая пропускная способность за счет снижения сопротивления при прохождении потока через щели. Это обеспечивает расширение диапазона устойчивой работы ступени, повышает КПД и надежность ступени осевого компрессора. Since at the compressor stage operating modes close to stall, stalling phenomena on the periphery of the rotor blades are eliminated by air flowing through the slots, when the configuration of the slots is close to the air flow path, high throughput is ensured by reducing the resistance when the flow passes through the slots. This provides an extension of the range of stable operation of the stage, increases the efficiency and reliability of the stage of the axial compressor.

Кроме того, использование щелей простейшей конфигурации (геометрической формы) делает возможным их изготовление на универсальном оборудовании. In addition, the use of slots of the simplest configuration (geometric shape) makes it possible to manufacture them on universal equipment.

Разница в величинах углов α₁ и α₃, α₂ и α₄ выбрана не более 10^o, что необходимо для выполнения условий приближения конфигурации щелей к реальному воздушному потоку.The difference in the values of the angles α ₁ and α ₃ , α ₂ and α _{4 is} selected no more than 10 ^o , which is necessary to fulfill the conditions for approaching the configuration of the slots to the real air flow.

На фиг. 1 изображена ступень осевого компрессора, продольное сечение, на фиг. 2 вид А на фиг. 1, на фиг. 3 сечение Б-Б на фиг. 2. In FIG. 1 shows a stage of an axial compressor, a longitudinal section, in FIG. 2, view A in FIG. 1, in FIG. 3 section BB in FIG. 2.

Ступень осевого компрессора содержит направление 1 и рабочие 2 лопатки, последовательно размещенные с осевым зазором δ в корпусе 3, имеющем кольцевую полость 4, ограниченную со стороны проточной части ступени статорным кольцом 5 со щелями 6, образующими решетку. Решетка расположена наклонно к радиусу корпуса по направлению вращения рабочих лопаток 2 под углом a и сообщает кольцевую полость с проточной частью. The stage of the axial compressor contains the direction 1 and the working 2 blades, sequentially placed with an axial clearance δ in the housing 3, having an annular cavity 4, bounded on the side of the flowing part of the stage by the stator ring 5 with slots 6 that form the grating. The lattice is inclined to the radius of the housing in the direction of rotation of the working blades 2 at an angle a and communicates the annular cavity with the flow part.

Каждая щель 6 в нормальном сечении имеет форму дуги с закругленными краями. В плоскости, перпендикулярной радиусу статорного кольца, продольная ось ступени компрессора образует с касательными к средней линии щели 6 в точках пересечения этой линии с диаметральными сечениями кольца (точки А и В) на противоположных концах щели 6 углы a₁ и α₂. Углы установки лопаток предыдущего направляющего аппарата 7 и рабочих лопаток 8 это углы α₃ и α₄ соответственно.Each slit 6 in a normal section has the shape of an arc with rounded edges. In the plane perpendicular to the radius of the stator ring, the longitudinal axis of the compressor stage forms, with tangents to the midline of the slot 6 at the intersection points of this line with the diametrical sections of the ring (points A and B) at the opposite ends of the slot 6, angles a ₁ and α ₂ . The installation angles of the blades of the previous guide vane 7 and the working blades 8 are the angles α ₃ and α _4, respectively.

Заявляемое устройство работает следующим образом. The inventive device operates as follows.

При режиме работы ступени компрессора, близком к срывному, возрастают углы атаки на ее лопаточных венцах. Это приводит к образованию перепада давления между участками над входными кромками рабочих лопаток 2 и перед ними. Под воздействием этого перепада часть потока устремляется из области над входной частью рабочих лопаток 2 через щели 6 статорного кольца 5 в кольцевую полость 4, а оттуда обратно в проточную часть ступени компрессора уже перед рабочими лопатками 2, чем обеспечивается равномерность распределения давления воздуха на оставшейся части хорды лопаток 2 и устраняются срывные явления на периферии лопаток. Конфигурация щелей 6, приближенная к траектории движения воздушного потока, увеличивает пропускную способность статорного кольца 5 и снижает сопротивление воздушного потока через щели 6. When the compressor stage operation mode is close to stall, the angles of attack on its blade crowns increase. This leads to the formation of a pressure differential between the sections above the inlet edges of the working blades 2 and in front of them. Under the influence of this difference, part of the flow rushes from the region above the inlet part of the working blades 2 through the slots 6 of the stator ring 5 into the annular cavity 4, and from there back to the flowing part of the compressor stage already in front of the working blades 2, which ensures uniform distribution of air pressure on the remaining part of the chord blades 2 and stall phenomena at the periphery of the blades are eliminated. The configuration of the slots 6, close to the trajectory of the air flow, increases the throughput of the stator ring 5 and reduces the resistance of the air flow through the slots 6.

Claims

The stage of the axial compressor, containing guides and rotor blades sequentially placed with an axial clearance in the housing having an annular closed cavity bounded on the side of the duct part of the stage by a stator ring with slots located obliquely to the radius of the housing in the direction of rotation of the rotor blades and communicating the annular cavity with the flow part, characterized in that each gap in the normal section has the shape of an arc with rounded edges, and in the plane perpendicular to the radius of the stator ring, angles, ar Call longitudinal axis stage axial compressor and the tangents to the center line gaps at points of intersection with the diametrical line of the ring sections at opposite ends of the slit, respectively, equal to the angles of the vanes of the guide apparatus and the previous working blades or differ from them by no more than 10 °.