RU2269679C1

RU2269679C1 - Blade ring of axial-flow compressor

Info

Publication number: RU2269679C1
Application number: RU2004119894/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Васильевич Андреев (RU); Анатолий Васильевич Андреев; Виктор Николаевич Дрозденко (RU); Виктор Николаевич Дрозденко; Василий Юрьевич Критский (RU); Василий Юрьевич Критский; Евгений Ювенальевич Марчуков (RU); Евгений Ювенальевич Марчуков; Иван Кузьмич Яшуничкин (RU); Иван Кузьмич Яшуничкин
Original assignee: Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн")
Priority date: 2004-07-01
Filing date: 2004-07-01
Publication date: 2006-02-10

Abstract

FIELD: manufacture of aircraft engines; compressors of gas-turbine engines.

SUBSTANCE: proposed blade ring of axial-flow compressor includes outer ring with radial holes; blades secured on this ring and on inner ring form inter-blade passages; holes in outer ring are located before leading edge of blades and behind trailing edge; each hole located before leading edge of blade is communicated by means of separate passage with one of holes located behind trailing edge of blade. Passages form waveguides together with holes; they may be made in form of tubes located above outer ring; length of waveguides exceeds distance between holes forming it.

EFFECT: reduction of amplitude of pressure fluctuation generated by rotor blades, thus reducing vibration stresses in compressor structural members.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть использовано в компрессорах газотурбинных двигателей.The invention relates to the field of engine building and can be used in compressors of gas turbine engines.

Известен лопаточный венец осевого компрессора, содержащий выполненное с радиальными отверстиями наружное кольцо, внутреннее кольцо и закрепленные на этих кольцах лопатки (1).A scapular crown of an axial compressor is known, comprising an outer ring made with radial holes, an inner ring and vanes fixed on these rings (1).

В известном решении наружное и внутреннее кольца выполнены пустотелыми, а радиальные отверстия выполнены в стенке наружного кольца с целью соединения межлопаточных каналов с внутренней полостью этого кольца. Аналогичные мероприятия произведены и на внутреннем кольце.In the known solution, the outer and inner rings are hollow, and the radial holes are made in the wall of the outer ring in order to connect the interscapular channels with the inner cavity of this ring. Similar activities were carried out on the inner ring.

Данное решение, хотя и повышает КПД ступени за счет уменьшения вторичных потерь, но практически никак не влияет на амплитуду регулярных колебаний давления, возникающих перед лопатками венца за счет их взаимодействия с лопатками ротора при его вращении. Это приводит к повышенным вибронапряжениям конструкции компрессора, особенно если какой-либо элемент конструкции попадает в резонанс с регулярными пульсациями давления.This solution, although it increases the efficiency of the stage by reducing secondary losses, but practically does not affect the amplitude of the regular pressure fluctuations that occur in front of the crown blades due to their interaction with the rotor blades during its rotation. This leads to increased vibration stresses of the compressor design, especially if any structural element resonates with regular pressure pulsations.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является снижение вибронапряженности конструкции осевого компрессора за счет снижения амплитуды колебаний давления перед лопаточным венцом.The problem to which the claimed invention is directed is to reduce the vibration stress of the axial compressor design by reducing the amplitude of the pressure fluctuations in front of the blade ring.

Поставленная задача решается тем, что в лопаточном венце осевого компрессора, содержащем наружное кольцо, выполненное с радиальными отверстиями, внутреннее кольцо и закрепленные на этих кольцах лопатки, радиальные отверстия наружного кольца расположены перед входной и за выходной кромками лопаток венца, причем каждое из отверстий, расположенных перед входными кромками лопаток венца, соединено с одним из отверстий, расположенных за выходными кромками лопаток венца, посредством отдельного канала, образующего вместе с соединяемыми им отверстиями волновод и выполненного, например, в виде трубки, размещенной над наружным кольцом.The problem is solved in that in the blade ring of the axial compressor containing the outer ring made with radial holes, the inner ring and the blades fixed on these rings, the radial holes of the outer ring are located in front of the inlet and outlet edges of the crown blades, each of the holes located in front of the input edges of the crown blades, connected to one of the holes located behind the output edges of the crown blades, through a separate channel, forming together with a waveguide and made, for example, made in the form of a tube placed above the outer ring.

Кроме того, длина волновода больше расстояния между его образующими радиальными отверстиями на величину, выбранную в диапазоне:In addition, the waveguide length is greater than the distance between its generatrix of the radial holes by an amount selected in the range:

,

где l - длина волновода,where l is the waveguide length,

l₀ - расстояние между отверстиями, образующими волновод,l ₀ - the distance between the holes forming the waveguide,

с - скорость звука в волноводе, м/сек,C is the speed of sound in the waveguide, m / s,

Z - число лопаток предыдущей ступени ротора,Z is the number of blades of the previous rotor stage,

n - число оборотов ротора в 1 сек.n is the number of revolutions of the rotor in 1 sec.

Выполнение отверстий в наружном кольце перед входной и за выходной кромками лопаток венца, и их попарное соединение между собой посредством отдельных каналов позволяет обеспечить дополнительный вынос акустической энергии из зоны ее генерации (в районе входа в отверстия, расположенные перед входной кромкой лопаток венца) по волноводам, образованным отдельными каналами совместно с соединенными ими отверстиями, в газовый тракт компрессора за лопаточный венец (на выход из отверстий, расположенных за выходной кромкой лопаток венца), уменьшая тем самым амплитуду колебаний перед лопаточным венцом.The holes in the outer ring in front of the inlet and outlet edges of the crown blades, and their pairing with each other through separate channels allows for additional removal of acoustic energy from the zone of its generation (in the area of entry into the holes located in front of the input edge of the crown blades) along the waveguides, formed by separate channels together with the openings connected to them, into the gas path of the compressor for the scapular crown (to exit from the openings located behind the outlet edge of the crown blades), Thus, the amplitude of oscillations in front of the scapular crown.

Выполнение волноводов длиной, большей расстояния между образующими их отверстиями на величину, выбранную в диапазоне:The implementation of waveguides with a length greater than the distance between the holes forming them by an amount selected in the range:

,

где l - длина волновода, l₀ - расстояние между отверстиями, образующими волновод, с - скорость звука в волноводе, Z - число лопаток предыдущей ступени ротора, n - число оборотов ротора в 1 сек, позволяет не только обеспечить дополнительный вынос акустической энергии из зоны генерации акустической энергии, но и за счет разницы длины отдельных каналов l и расстояния между соединяемыми отверстиями l₀ в половину длины волн первой и второй гармоник акустических колебаний в районе отверстий, выполненных перед входной кромкой лопаток венца, за счет интерференции волн взаимно погасить колебания, прошедшие по межлопаточным каналам и волноводам. Это не позволяет колебаниям распространяться далее вниз по потоку и воздействовать на элементы конструкции компрессора.where l is the length of the waveguide, l ₀ is the distance between the holes forming the waveguide, c is the speed of sound in the waveguide, Z is the number of blades of the previous rotor stage, n is the number of rotor revolutions in 1 sec, it allows not only to provide additional removal of acoustic energy from the zone generating acoustic energy, but also by the difference in length of the individual channels and the distance l between the connected holes l ₀ in half wavelengths of the first and second harmonics of the acoustic oscillations in the region of the holes made in front of the front edge of the blade ring, due int rferentsii waves mutually extinguish oscillations passed by interblade channels and waveguides. This does not allow vibrations to propagate further downstream and affect the structural elements of the compressor.

Выполнение волноводов, например, в виде трубок, расположенных над наружным кольцом, технологически упрощает процесс изготовления заявленного устройства.The implementation of the waveguides, for example, in the form of tubes located above the outer ring, technologically simplifies the manufacturing process of the claimed device.

Сущность изобретения поясняется графически, где на фиг.1 изображена схема лопаточного венца, а на фиг.2 - вид А фиг.1 (развернуто).The invention is illustrated graphically, where figure 1 shows a diagram of the blade of the crown, and figure 2 is a view a of figure 1 (expanded).

Лопаточный венец осевого компрессора содержит лопатки 1, закрепленные на его внутреннем 2 и наружном 3 кольцах с образованием межлопаточных каналов 4. Наружное кольцо выполнено с радиальными отверстиями 5 и 6. Радиальные отверстия 5 расположены перед входной кромкой лопаток 1, а отверстия 6 - за выходной его кромкой. Отверстия 5 и 6 попарно соединены друг с другом отдельными каналами 7, выполненными, например, в виде трубок, расположенных над наружным кольцом 3. Каналы 7 совместно с соединяющими их отверстиями 5 и 6 образуют акустические волноводы, длина которых l выполняется большей, чем расстояние между образующими их отверстиями l₀.The blade axle of the axial compressor contains blades 1, mounted on its inner 2 and outer 3 rings with the formation of interscapular channels 4. The outer ring is made with radial holes 5 and 6. Radial holes 5 are located in front of the inlet edge of the blades 1, and holes 6 are located behind its outlet edge. Holes 5 and 6 are paired with each other by separate channels 7, made, for example, in the form of tubes located above the outer ring 3. The channels 7 together with the holes 5 and 6 connecting them form acoustic waveguides whose length l is longer than the distance between holes forming them l ₀ .

При вращении рабочего колеса ротора, находящегося перед лопаточным венцом, благодаря взаимодействию рабочих лопаток ротора и лопаток венца статора в районе отверстий 5 происходит генерация колебаний давления значительной амплитуды, особенно, если рабочая ступень ротора сверхзвуковая.When the rotor impeller rotates in front of the blade rim, due to the interaction of the rotor blades and the stator rim blades in the region of the holes 5, pressure fluctuations of significant amplitude are generated, especially if the rotor working stage is supersonic.

Акустические колебания распространяются вниз как по потоку в межлопаточных каналах 4, так и против потока через отверстия 5, каналы 7 и отверстия 6 за выходные кромки лопаток 1. Таким образом, по акустическим волноводам происходит дополнительный вынос акустической энергии из зоны ее генерации в районе отверстий 5 в газовый тракт компрессора за лопаточный венец в район отверстий 6. Тем самым уменьшается амплитуда колебаний перед лопаточным венцом и вибронапряженность конструкции компрессора. За счет разницы длины волноводов l в половину длины волн первой и второй гармоник акустических колебаний в районе отверстий 5 и расстояния между соединяемыми отверстиями 5 и 6 l₀ колебания, прошедшие по межлопаточным каналам 4 и каналам 7, за счет интерференции волн взаимно погашаются.Acoustic vibrations propagate downstream both in the interscapular channels 4 and against the flow through openings 5, channels 7 and openings 6 beyond the outlet edges of the vanes 1. Thus, an additional transfer of acoustic energy from the generation zone in the area of openings 5 occurs along acoustic waveguides into the gas path of the compressor by the blade ring to the area of the holes 6. This reduces the amplitude of oscillations in front of the blade ring and the vibration stress of the compressor design. Due to the difference in the waveguide length l in half the wavelength of the first and second harmonics of acoustic vibrations in the region of the holes 5 and the distance between the connected holes 5 and 6 l _{0, the} vibrations that passed through the interscapular channels 4 and channels 7 are mutually canceled due to the interference of waves.

Это не позволяет колебаниям распространяться далее вниз по потоку и воздействовать на элементы конструкции компрессора.This does not allow vibrations to propagate further downstream and affect the structural elements of the compressor.

Предлагаемое решение позволяет понизить амплитуду колебаний давления, возникающую перед лопатками венца за счет их взаимодействия с лопатками ротора при его вращении, уменьшая вибронапряжения в элементах конструкции компрессора, что особенно актуально для конструкций со сверхзвуковыми рабочими колесами с широкохордными лопатками, где скачки уплотнения запирают рабочее колесо, и генерируемая акустическая энергия практически не выносится вверх по потоку компрессора.The proposed solution allows to reduce the amplitude of pressure fluctuations arising in front of the crown blades due to their interaction with the rotor blades during its rotation, reducing vibration stresses in the compressor structural elements, which is especially important for designs with supersonic impellers with wide-chordate blades, where the shock waves lock the impeller, and the generated acoustic energy is practically not carried upstream of the compressor.

Источники информацииInformation sources

1. Патент SU №1777421, МНК 6 F 04 D 29/54, 1989 г.1. Patent SU No. 1777421, MNC 6 F 04 D 29/54, 1989

Claims

1. The blade axle of the axial compressor, comprising an outer ring made with radial holes, an inner ring and blades fixed to these rings, characterized in that the radial holes of the outer ring are located in front of the inlet and outlet edges of the crown blades, each of which is located in front of the input edges of the crown blades, connected to one of the holes located behind the output edges of the crown blades, through a separate channel, forming together with the holes connected to it oestrus and made, for example, in the form of a tube being disposed over the outer ring.

2. The spade according to claim 1, characterized in that the waveguide length is greater than the distance between its forming radial holes by an amount selected in the range

where l is the waveguide length;

l ₀ is the distance between the radial holes forming the waveguide;

C is the speed of sound in the waveguide, m / s;

Z is the number of blades of the previous rotor stage;

n is the number of revolutions of the rotor, 1 s.