RU2269680C1 - Axial-flow compressor stage - Google Patents

Axial-flow compressor stage Download PDF

Info

Publication number
RU2269680C1
RU2269680C1 RU2004119895/06A RU2004119895A RU2269680C1 RU 2269680 C1 RU2269680 C1 RU 2269680C1 RU 2004119895/06 A RU2004119895/06 A RU 2004119895/06A RU 2004119895 A RU2004119895 A RU 2004119895A RU 2269680 C1 RU2269680 C1 RU 2269680C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
rotor
stage
blades
rotor blades
holes
Prior art date
Application number
RU2004119895/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
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 (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") filed Critical Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн")
Priority to RU2004119895/06A priority Critical patent/RU2269680C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2269680C1 publication Critical patent/RU2269680C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: manufacture of aircraft engines; compressors of gas-turbine engines.
SUBSTANCE: proposed stage of axial-flow compressor includes rotor blades 1 and circular wall of housing 2 with holes 3 and 4 which are communicated with gas-and-air passage 5 and are interconnected by separate pipe lines 6 forming waveguides. Holes 3 are made before leading edges of blades and holes 4 are made behind inlet blades.
EFFECT: reduction of vibration stresses in structural members of axial-flow compressor due to reduced amplitude of pressure fluctuations.
4 cl, 2 dwg

Description

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

Известна ступень осевого компрессора, содержащая ротор с рабочими лопатками и корпус статора, в кольцевой стенке которого выполнены отверстия, расположенные по обе стороны относительно входных кромок рабочих лопаток ротора. Все отверстия в кольцевой стенке корпуса статора соединены с одной стороны с газовоздушным трактом компрессора, а с другой - с выполненной в корпусе статора внетрактовой полостью (1).Known stage axial compressor containing a rotor with rotor blades and a stator housing, in the annular wall of which holes are made located on both sides relative to the input edges of the rotor blades. All openings in the annular wall of the stator housing are connected, on the one hand, to the gas-air path of the compressor, and on the other, to an off-line cavity made in the stator housing (1).

Известное решение, увеличивая запас газодинамической устойчивости и снижая аэродинамический шум на входе в ступень, практически не влияет на амплитуду регулярных колебаний давления, возникающих за лопатками рабочего колеса ротора при их взаимодействии с лопатками направляющего аппарата статора, что приводит к повышенным виброперегрузкам конструкции компрессора за рабочим колесом, особенно, если какой-либо элемент конструкции попадает в резонанс с регулярными пульсациями давления.The known solution, increasing the supply of gas-dynamic stability and reducing aerodynamic noise at the stage inlet, practically does not affect the amplitude of the regular pressure fluctuations that occur behind the blades of the rotor impeller during their interaction with the blades of the stator guide vane, which leads to increased vibration overload of the compressor design behind the impeller , especially if any structural element resonates with regular pressure pulsations.

Устройство имеет значительный вес и практически не работает на сверхзвуковых ступенях компрессора с высоконагруженными широкохордными лопатками.The device has considerable weight and practically does not work on supersonic compressor stages with highly loaded wide-chordate blades.

Задачей, на решение которой направлено заявленное изобретение, является снижение вибронапряженности конструкции осевого компрессора за счет снижения амплитуды колебаний давления за рабочей лопаткой ступени.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 behind the working blade of the stage.

Поставленная задача решается тем, что в ступени осевого компрессора, содержащей ротор с рабочими лопатками и корпус статора, в кольцевой стенке которого выполнены отверстия, расположенные по обе стороны относительно входных кромок рабочих лопаток ротора, каждое из отверстий, расположенных перед входными кромками рабочих лопаток ротора соединено с одним из отверстий, расположенных за входными кромками рабочих лопаток ротора, посредством отдельного канала, образующего вместе с этими отверстиями волновод и выполненного, например, в виде трубки, размещенной над кольцевой стенкой корпуса статора.The problem is solved in that in the stage of an axial compressor containing a rotor with rotor blades and a stator housing, in the annular wall of which there are holes located on both sides relative to the input edges of the rotor rotor blades, each of the holes located in front of the input edges of the rotor rotor blades is connected with one of the holes located beyond the input edges of the rotor blades, through a separate channel, forming a waveguide with these holes and made, for example, in the form a tube placed above the annular wall of the stator housing.

При этом целесообразно длину каждого волновода L выбрать в диапазоне:It is advisable to choose the length of each waveguide L in the range:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где с - скорость звука в волноводе [м/сек], Z - число рабочих лопаток в ступени ротора, а n - число оборотов ротора [1/сек], разницу в длине двух соседних волноводов ΔL выбрать в диапазоне:where c is the speed of sound in the waveguide [m / s], Z is the number of rotor blades in the rotor stage, and n is the number of rotor revolutions [1 / s], choose the difference in the length of two adjacent waveguides ΔL in the range:

Figure 00000003
Figure 00000003

где с - скорость звука в волноводах [м/сек], Z - число рабочих лопаток в ступени ротора, n - число оборотов ротора [1/сек], а расстояние l1,2 между любыми двумя соседними отверстиями, расположенными перед входной кромкой рабочих лопаток ротора и между любыми двумя соседними отверстиями, расположенными после входной кромки рабочих лопаток ротора, выбрать одинаковым по величине в диапазоне:where c is the speed of sound in the waveguides [m / s], Z is the number of rotor blades in the rotor stage, n is the number of rotor revolutions [1 / s], and the distance l is 1.2 between any two adjacent openings located in front of the input edge of the workers rotor blades and between any two adjacent holes located after the input edge of the rotor blades, to choose the same in value in the range:

Figure 00000004
Figure 00000004

где с - скорость звука в волноводах [м/сек], Z - число рабочих лопаток в ступени ротора, n - число оборотов ротора [1/сек].where c is the speed of sound in the waveguides [m / s], Z is the number of rotor blades in the rotor stage, n is the number of rotor revolutions [1 / s].

Связь посредством отдельных каналов каждого из отверстий, расположенных перед входными кромками рабочих лопаток ротора, с одним из отверстий, расположенных после входных кромок этих же лопаток, обеспечивает дополнительный вынос акустической энергии из зоны ее генерации (в районе входа в отверстия, расположенные после входных кромок рабочих лопаток ротора) по волноводам, образованным отдельными каналами совместно с соединяемыми ими отверстиями, в газовый тракт компрессора на вход в рабочее колесо ротора, уменьшая тем самым амплитуду колебаний за рабочим колесом.Communication through separate channels of each of the openings located in front of the input edges of the rotor blades with one of the openings located after the input edges of the same blades provides additional removal of acoustic energy from the zone of its generation (in the area of entrance to the openings located after the input edges of the working rotor blades) along the waveguides formed by separate channels together with the holes connected by them, into the gas path of the compressor at the entrance to the rotor impeller, thereby reducing the amplitude of swings behind the impeller.

Выполнение длины каждого волновода L в диапазонеThe execution of the length of each waveguide L in the range

Figure 00000005
Figure 00000005

где с - скорость звука в волноводе [м/сек], Z - число рабочих лопаток в ступени ротора, а n - число оборотов ротора [1/сек], позволяет настроить волновод как полуволновый резонатор для каждой гармоники колебаний и тем самым обеспечить максимальный вынос акустической энергии из зоны ее генерации в газовоздушный тракт на вход в рабочее колесо, таким образом обеспечивая оптимальную настройку устройства и минимальную вибронагруженность конструкции.where c is the speed of sound in the waveguide [m / s], Z is the number of rotor blades in the rotor stage, and n is the number of rotor revolutions [1 / s], it allows you to configure the waveguide as a half-wave resonator for each harmonic of vibrations and thereby ensure maximum offset acoustic energy from the zone of its generation into the gas-air path to the entrance to the impeller, thus ensuring optimal device setup and minimal vibration load of the structure.

Выполнение отдельных каналов в виде трубок, размещенных над стенкой корпуса статора, технологически упрощает осуществление заявленной конструкции.The implementation of individual channels in the form of tubes placed above the wall of the stator housing, technologically simplifies the implementation of the claimed design.

Выполнение разницы в длине двух соседних волноводов ΔL в диапазоне:The difference in the length of two adjacent waveguides ΔL in the range:

Figure 00000006
Figure 00000006

где с - скорость звука в волноводах [м/сек], Z - число рабочих лопаток в ступени ротора, а n - число оборотов ротора [1/сек], позволяет не только обеспечить максимальный вынос акустической энергии из зоны ее генерации, но и за счет обеспечения разницы длин двух соседних волноводов в половину длины волн первой и второй гармоник акустических колебаний и за счет интерференции волн на выходе из волноводов взаимно погасить колебания, прошедшие сюда по двум соседним волноводам-резонаторам. Это не позволяет колебаниям распространяться дальше на вход в рабочее колесо следующей ступени осевой турбомашины.where c is the speed of sound in the waveguides [m / s], Z is the number of rotor blades in the rotor stage, and n is the number of rotor revolutions [1 / s], it allows not only to ensure maximum removal of acoustic energy from the zone of its generation, but also for by ensuring the difference in the lengths of two adjacent waveguides to half the wavelength of the first and second harmonics of acoustic vibrations and due to the interference of waves at the output of the waveguides, mutually cancel out the oscillations that have passed here along two neighboring resonator waveguides. This does not allow the vibrations to propagate further to the entrance to the impeller of the next stage of the axial turbomachine.

Выполнение расстояний l1,2 между любыми двумя соседними отверстиями, расположенными перед входной кромкой рабочих лопаток ротора и между любыми двумя соседними отверстиями, расположенными после входной кромки рабочих лопаток ротора, одинаковыми по величине в диапазоне:The implementation of the distances l 1,2 between any two adjacent holes located in front of the input edge of the rotor blades and between any two adjacent holes located after the input edge of the rotor blades, are the same in value in the range:

Figure 00000007
Figure 00000007

где c - скорость звука в волноводах [м/сек], Z - число рабочих лопаток в ступени ротора, n - число оборотов ротора [1/сек], позволяет оптимально согласовать вход и выход резонаторов-волноводов и достигнуть наилучших условий взаимного гашения колебаний, проходящих по соседним волноводам.where c is the speed of sound in the waveguides [m / s], Z is the number of rotor blades in the rotor stage, n is the number of rotor revolutions [1 / s], allows you to optimally match the input and output of the resonator waveguides and achieve the best conditions for mutual damping of oscillations, passing through adjacent waveguides.

Сущность изобретения схематически поясняется чертежами.The invention is schematically illustrated by the drawings.

На фиг.1 изображена схема ступени осевого компрессора.Figure 1 shows a diagram of the stage of the axial compressor.

На фиг.2 показан вид А фиг 1 (развернуто).Figure 2 shows a view A of figure 1 (expanded).

Ступень осевого компрессора содержит лопатки 1 рабочего колеса ротора и кольцевую стенку 2 корпуса с выполненными в ней отверстиями 3 и 4, сообщенными с газовоздушным трактом 5. Отверстия 3 выполнены перед входными кромками лопаток 1, а отверстия 4 - после входных лопаток 1. Отверстия 3 и 4 попарно связаны между собой отдельными трубопроводами 6 и образуя волноводы. На кольцевой стенке 2 статора установлен датчик пульсаций давления 7.The stage of the axial compressor contains the blades 1 of the impeller of the rotor and the annular wall 2 of the housing with holes 3 and 4 made in it, connected to the gas-air duct 5. Holes 3 are made in front of the inlet edges of the blades 1, and holes 4 are after the inlet blades 1. Holes 3 and 4 are connected in pairs by separate pipelines 6 and forming waveguides. A pressure pulsation sensor 7 is installed on the annular wall 2 of the stator.

Отдельные волноводы имеют длину, выбранную в диапазонеIndividual waveguides have a length selected in the range

Figure 00000008
Figure 00000008

где с - скорость звука в волноводе [м/сек], Z - число рабочих лопаток в ступени ротора, а n - число оборотов ротора [1/сек], и различаются между собой по длине на величину, выбранную в диапазоне:where c is the speed of sound in the waveguide [m / s], Z is the number of rotor blades in the rotor stage, and n is the number of rotor revolutions [1 / s], and differ in length by an amount selected in the range:

Figure 00000009
Figure 00000009

где с - скорость звука в волноводах [м/сек], Z - число рабочих лопаток в ступени ротора, а n - число оборотов ротора [1/сек]. Расстояние между двумя любыми соседними отверстиями 3 и расстояние между двумя любыми соседними отверстиями 4 одинаковы по величине и выбраны в диапазонеwhere c is the speed of sound in the waveguides [m / s], Z is the number of rotor blades in the rotor stage, and n is the number of rotor revolutions [1 / s]. The distance between any two adjacent holes 3 and the distance between any two adjacent holes 4 are the same in size and are selected in the range

Figure 00000010
Figure 00000010

где с - скорость звука в волноводах [м/сек], Z - число рабочих лопаток в ступени ротора, n - число оборотов ротора [1/сек].where c is the speed of sound in the waveguides [m / s], Z is the number of rotor blades in the rotor stage, n is the number of rotor revolutions [1 / s].

Отдельные трубопроводы 6 могут располагаться друг над другом над корпусом статора в радиальном направлении, при этом они отличаются только длиной.Individual pipelines 6 can be located one above the other above the stator housing in the radial direction, while they differ only in length.

Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is as follows.

При вращении рабочего колеса с лопатками 1 и взаимодействии его с лопатками 8 направляющего аппарата (НА) в районе отверстий 3 датчиком пульсаций давления 7 экспериментально фиксируются регулярные колебания давления значительной амплитуды, особенно при работе сверхзвуковой ступени. В зависимости от значений частот этих колебаний происходит выбор длины волноводов, а значит и трубопроводов 6. Через вход в отверстия 3, трубопроводы 6 и через выход из отверстий 4 энергия колебаний выносится из зоны ее генерации в газовый тракт компрессора 5 на вход в рабочее колесо ступени компрессора. За счет разницы длин двух соседних волноводов в половину длины волн первой и второй гармоник акустических колебаний и за счет интерференции волн прошедшие по двум соседним волноводам колебания на выходе из них взаимно погашаются, что не позволяет колебаниям распространяться на вход в рабочее колесо.When the impeller rotates with the blades 1 and interacts with the blades 8 of the guiding apparatus (ON) in the region of the holes 3, the pressure fluctuation sensor 7 experimentally registers regular pressure fluctuations of significant amplitude, especially when the supersonic stage is operating. Depending on the frequency values of these oscillations, the length of the waveguides, and therefore the pipelines 6, is selected. Through the entrance to the openings 3, pipelines 6 and through the exit from the openings 4, the vibration energy is transferred from the generation zone to the gas path of the compressor 5 to the entrance to the impeller of the stage compressor. Due to the difference in the lengths of two adjacent waveguides in half the wavelength of the first and second harmonics of acoustic vibrations and due to the interference of waves, the vibrations transmitted through two adjacent waveguides at the output of them mutually cancel out, which does not allow the vibrations to propagate to the entrance to the impeller.

Предлагаемое техническое решение, сохраняя увеличенный запас газодинамической устойчивости и хороший КПД ступени осевого компрессора, позволяет снизить амплитуду колебаний давления, уменьшить вибронапряжения в элементах его конструкции, а также снизить вес статора, особенно для сверхзвуковых ступеней с широкохордными лопатками.The proposed technical solution, while maintaining an increased margin of gas-dynamic stability and good efficiency of the axial compressor stage, allows to reduce the amplitude of pressure fluctuations, reduce vibration stresses in the elements of its design, and also reduce the stator weight, especially for supersonic stages with wide chordate blades.

Источник информацииThe source of information

Патент Российской Федерации №2148732, МПК 7 F 04 D 29/66, 1998 г.Patent of the Russian Federation No. 2148732, IPC 7 F 04 D 29/66, 1998

Claims (4)

1. Ступень осевого компрессора, содержащая ротор с рабочими лопатками и корпус статора, в кольцевой стенке которого выполнены отверстия, расположенные по обе стороны относительно входных кромок рабочих лопаток ротора, отличающаяся тем, что каждое из отверстий, расположенных перед входными кромками рабочих лопаток ротора, соединено с одним из отверстий, расположенных за входными кромками рабочих лопаток ротора, посредством отдельного канала в виде трубки, размещенной над стенкой корпуса статора.1. The stage of the axial compressor, comprising a rotor with rotor blades and a stator housing, in the annular wall of which are made holes located on both sides relative to the input edges of the rotor rotor blades, characterized in that each of the holes located in front of the input edges of the rotor rotor blades is connected with one of the holes located behind the input edges of the rotor blades, through a separate channel in the form of a tube placed above the wall of the stator housing. 2. Ступень осевого компрессора по п.1, отличающаяся тем, что длина каждого волновода L выбрана в диапазоне2. The stage of the axial compressor according to claim 1, characterized in that the length of each waveguide L is selected in the range
Figure 00000011
Figure 00000011
 где с - скорость звука в волноводе, м/с;where c is the speed of sound in the waveguide, m / s; Z - число рабочих лопаток в ступени ротора;Z is the number of rotor blades in the rotor stage; n - число оборотов ротора, 1/с.n is the number of revolutions of the rotor, 1 / s. 3. Ступень осевого компрессора по п.1 или 2, отличающаяся тем, что разница в длине двух соседних волноводов ΔL выбрана в диапазоне3. The stage of the axial compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the difference in the length of two adjacent waveguides ΔL is selected in the range
Figure 00000012
Figure 00000012
 где с - скорость звука в волноводе, м/с;where c is the speed of sound in the waveguide, m / s; Z - число рабочих лопаток в ступени ротора;Z is the number of rotor blades in the rotor stage; n - число оборотов ротора, 1/с.n is the number of revolutions of the rotor, 1 / s. 4. Ступень осевого компрессора по п.3, отличающийся тем, что расстояние l1,2 между любыми двумя соседними отверстиями, расположенными перед входной кромкой рабочих лопаток ротора, или между любыми двумя соседними отверстиями, расположенными после входной кромки рабочих лопаток ротора, одинаково по величине и выбрано в диапазоне4. The stage of the axial compressor according to claim 3, characterized in that the distance l 1,2 between any two adjacent holes located in front of the input edge of the rotor blades, or between any two adjacent holes located after the input edge of the rotor blades, is the same value and selected in the range
Figure 00000013
Figure 00000013
 где с - скорость звука в волноводе, м/с;where c is the speed of sound in the waveguide, m / s; Z - число рабочих лопаток в ступени ротора;Z is the number of rotor blades in the rotor stage; n - число оборотов ротора, 1/с.n is the number of revolutions of the rotor, 1 / s.
RU2004119895/06A 2004-07-01 2004-07-01 Axial-flow compressor stage RU2269680C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004119895/06A RU2269680C1 (en) 2004-07-01 2004-07-01 Axial-flow compressor stage

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2004119895/06A RU2269680C1 (en) 2004-07-01 2004-07-01 Axial-flow compressor stage

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2269680C1 true RU2269680C1 (en) 2006-02-10

Family

ID=36049999

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2004119895/06A RU2269680C1 (en) 2004-07-01 2004-07-01 Axial-flow compressor stage

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2269680C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7631483B2 (en) Method and system for reduction of jet engine noise
JP4567266B2 (en) Burner
EP1337748B1 (en) Fan-stator interaction tone reduction
US9086002B2 (en) Resonator silencer for a radial flow machine, in particular for a radial compressor
EP1852614B1 (en) Low noise ejector motive nozzle
KR101191060B1 (en) Compressor
US7661261B2 (en) Acoustic flow straightener for turbojet engine fan casing
EP2674574A1 (en) A diffuser apparatus in a turbomachine
US9004850B2 (en) Twisted variable inlet guide vane
JP3299638B2 (en) Turbo fluid machine
GB2427659A (en) Aerofoil blade and rotor arrangement
JP6499636B2 (en) Vane arrangement with alternating vanes with different trailing edge profiles
EP1722069A1 (en) Combustion turbine engine
RU2451193C2 (en) Helicopter gas turbine engine with noise reduced by ejector noise killer
EP0771395B1 (en) Airfoil noise control
JP2009264205A (en) Centrifugal compressor
US20140212265A1 (en) Gas turbine inlet silencer
JP6392103B2 (en) Sound absorber, centrifugal compressor, and supercharger
RU2269680C1 (en) Axial-flow compressor stage
US11261794B2 (en) Acoustic device and gas turbine
US9103216B2 (en) Turbine of a gas turbine
JP5972619B2 (en) Air intake duct
RU2148732C1 (en) Turbo-machine stage
RU2269679C1 (en) Blade ring of axial-flow compressor
US10787962B2 (en) Active system generating destructive acoustic interference for an aircraft engine with multiple fan spools

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140702