RU2381388C1 - Fan or compressor impeller - Google Patents
Fan or compressor impeller Download PDFInfo
- Publication number
- RU2381388C1 RU2381388C1 RU2008127710/06A RU2008127710A RU2381388C1 RU 2381388 C1 RU2381388 C1 RU 2381388C1 RU 2008127710/06 A RU2008127710/06 A RU 2008127710/06A RU 2008127710 A RU2008127710 A RU 2008127710A RU 2381388 C1 RU2381388 C1 RU 2381388C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generatrix
- region
- fan
- gas turbine
- compressor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/36—Application in turbines specially adapted for the fan of turbofan engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
- F05D2240/303—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the leading edge of a rotor blade
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/30—Arrangement of components
- F05D2250/31—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation
- F05D2250/314—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation the axes being inclined in relation to each other
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в первых ступенях осевых вентиляторов и компрессоров.The invention relates to the field of gas turbine engine manufacturing and can be used in the first stages of axial fans and compressors.
Известна рабочая лопатка вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя (патент US 6071077, МПК F04D 29/34, опубл. 2000.06.06), перо которой имеет входную кромку с углом наклона образующей к радиальной оси, изменяющимся по высоте лопатки от ее втулочного сечения до периферийного. Входная кромка разделена на три области: привтулочную, среднюю и периферийную. В привтулочной и периферийной областях образующая входной кромки наклонена против потока, а в средней области - по потоку. Использование лопаток, имеющих описанную форму входной кромки, способствует снижению волновых потерь при торможении сверхзвукового потока, а также увеличению сопротивляемости к попаданию посторонних предметов.A known fan blade of a fan or compressor of a gas turbine engine (patent US 6071077, IPC F04D 29/34, publ. 2000.06.06), the feather of which has an input edge with an angle of inclination of the generatrix to the radial axis, varying in height of the blade from its sleeve section to the peripheral. The input edge is divided into three areas: pyloric, middle and peripheral. In the inflated and peripheral regions, the generatrix of the inlet edge is inclined against the flow, and in the middle region - downstream. The use of blades having the described shape of the input edge, helps to reduce wave losses during braking of the supersonic flow, as well as increase the resistance to foreign objects.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является лопатка вентилятора или компрессора, описанная в патенте US 2004/0170502 A1, MПK F03B 3/12, опубл. 2004.02.09. Такая лопатка имеет входную кромку пера с углом наклона ее образующей к радиальной оси, изменяющимся по высоте лопатки от ее втулочного сечения до периферийного. Входная кромка разделена на три области: привтулочную, среднюю и периферийную, при этом в привтулочной области образующая входной кромки наклонена против потока, а в средней и периферийной областях - по потоку. Благодаря такой форме входных кромок совместно с высоким расположением границы между средней и привтулочной областью (от 40% до 75% радиальной высоты входной кромки пера лопатки между ее втулочным сечением и периферией) улучшается распределение скоростей в межлопаточных каналах, в результате чего увеличивается производительность и снижаются потери при торможении натекающего потока в периферийной области рабочего колеса на высоких частотах вращения, снижается уровень шума.Closest to the proposed technical solution is the fan blade or compressor described in US 2004/0170502 A1, MPK
Недостатком обоих технических решений является то, что при такой форме входной кромки рабочая лопатка имеет неблагоприятный характер колебаний и пониженную степень аэродинамического демпфирования. Это влечет за собой снижение запасов устойчивости к флаттеру и возникновение областей лопатки с высоким уровнем динамических напряжений от возбуждающих гармоник, которые обусловлены неравномерностью потока воздуха на входе, особенно в условиях бокового ветра. Такие лопатки используются в рабочих колесах первых ступеней современных вентиляторов и компрессоров, к которым предъявляются высокие требования по газодинамическому и акустическому совершенству. Для снижения уровня генерируемого шума в этих лопаточных машинах максимально уменьшают величину окружной скорости вращения рабочих лопаток, при этом должна обеспечиваться высокая (потребная) степень повышения полного давления, что приводит к увеличению аэродинамической нагруженности его лопаток, то есть увеличивается их изгиб. Это, в свою очередь, способствует увеличению доли кручения при колебаниях (связанных изгибно-крутильных), что является фактором, снижающим запасы устойчивости к флаттеру. Кроме того, такие лопатки в целях снижения аэродинамических потерь выполняются без бандажных полок, что также негативно сказывается на запасах устойчивости к флаттеру. С увеличением аэродинамической нагруженности рабочего колеса усугубляются нестационарные процессы, возрастают пульсации давления, что создает трудности с обеспечением прочности лопаток.The disadvantage of both technical solutions is that with this shape of the input edge, the working blade has an unfavorable nature of vibrations and a reduced degree of aerodynamic damping. This entails a decrease in flutter resistance reserves and the appearance of areas of the blade with a high level of dynamic stresses from exciting harmonics, which are caused by uneven air flow at the inlet, especially in cross-wind conditions. Such blades are used in the impellers of the first stages of modern fans and compressors, which are subject to high requirements for gas-dynamic and acoustic perfection. To reduce the level of generated noise in these blade machines, the peripheral speed of rotation of the working blades is minimized as much as possible, while a high (required) degree of increase in the total pressure should be ensured, which leads to an increase in the aerodynamic load of its blades, i.e., their bending increases. This, in turn, contributes to an increase in the proportion of torsion during vibrations (related flexural-torsional), which is a factor that reduces the margin of resistance to flutter. In addition, such blades in order to reduce aerodynamic losses are performed without retaining shelves, which also negatively affects the reserves of resistance to flutter. With increasing aerodynamic loading of the impeller, non-stationary processes are aggravated, pressure pulsations increase, which creates difficulties with ensuring the strength of the blades.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является изменение характера колебаний рабочих лопаток, которое приводит к снижению уровня динамических напряжений в них и увеличению аэродинамического демпфирования без ухудшения аэродинамических и акустических характеристик рабочего колеса. Это способствует улучшению прочностных характеристик и обеспечению потребных запасов устойчивости к флаттеру лопаток высокоэффективного рабочего колеса осевого вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя.The technical result, the achievement of which the present invention is directed, is to change the nature of the vibrations of the working blades, which leads to a decrease in the level of dynamic stresses in them and an increase in aerodynamic damping without impairing the aerodynamic and acoustic characteristics of the impeller. This helps to improve the strength characteristics and ensure the required reserves of flutter resistance of the blades of the highly efficient impeller of the axial fan or compressor of a gas turbine engine.
Технический результат достигается тем, что у рабочей лопатки вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя перо имеет входную кромку с углом наклона ее образующей к радиальной оси, изменяющимся по высоте лопатки от ее втулочного сечения до периферийного. Входная кромка разделена на три области: привтулочную, среднюю и периферийную. В средней области образующая наклонена по потоку, а в части привтулочной области, прилегающей к средней, - против потока.The technical result is achieved by the fact that the pen has an input edge with the angle of inclination of its generatrix to the radial axis of the working blade of a fan or compressor of a gas turbine engine, varying in height of the blade from its sleeve section to the peripheral. The input edge is divided into three areas: pyloric, middle and peripheral. In the middle region, the generatrix is inclined downstream, and in the part of the prothalic region adjacent to the middle region, it is upstream.
Новым в изобретении является то, что в остальной части привтулочной области образующая входной кромки наклонена по потоку.What is new in the invention is that in the rest of the sleeve region, the generatrix of the inlet edge is inclined downstream.
В периферийной области лопатки образующая входной кромки может быть наклонена по потоку или против потока под углом из диапазона 0-50°.In the peripheral region of the blade, the generatrix of the inlet edge can be inclined upstream or upstream at an angle from a range of 0-50 °.
В оптимальном варианте выполнения лопатки граница между привтулочной и средней областью должна быть расположена на высоте, составляющей 0,4-0,75 от общей высоты входной кромки пера лопатки между ее втулочным сечением и периферией, а часть привтулочной области с образующей, наклоненной по потоку, - составлять 0,1-0,8 от общей высоты привтулочной области, при этом углы наклона образующей входной кромки по потоку и против потока в привтулочной области и в средней области лежат в диапазоне 0-20°.In the optimal embodiment of the blade, the boundary between the prismatic and middle region should be located at a height of 0.4-0.75 of the total height of the inlet edge of the blade pen between its sleeve section and the periphery, and part of the prismatic region with a generatrix inclined downstream - be 0.1-0.8 of the total height of the puffer region, while the angles of inclination of the generatrix of the inlet edge upstream and downstream in the puff region and in the middle region are in the range of 0-20 °.
На прилагаемом чертеже изображена предлагаемая рабочая лопатка вентилятора или компрессора.The attached drawing shows the proposed rotor blade of a fan or compressor.
Рабочая лопатка вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя содержит перо 1, имеющее входную кромку с углом наклона ее образующей 2 к радиальной оси 3 лопатки, изменяющимся вдоль этой оси. Входная кромка разделена на три области: периферийную 4, среднюю 5 и привтулочную, состоящую из части 6, прилегающей к средней области 5, и остальной части 7, прилегающей к втулочному сечению 8.The working blade of a fan or compressor of a gas turbine engine contains a feather 1 having an input edge with an angle of inclination of its
В части 6 привтулочной области образующая 2 наклонена против потока под углом α к радиальной оси 3, а в части 7 привтулочной области - по потоку под углом β к радиальной оси 3. В средней области 5 образующая 2 входной кромки наклонена по потоку под углом γ к радиальной оси 3, и углы α, β, γ лежат в диапазоне 0-20°. В периферийной области 4 образующая 2 входной кромки может быть наклонена как по потоку, так и против потока под углом δ из диапазона 0-50°.In part 6 of the supply region,
Граница между частью 6 привтулочной области и средней областью 5 расположена на высоте, составляющей 0,4-0,75 от общей высоты входной кромки 2 пера лопатки 1 между ее втулочным сечением 8 и периферией 9, а часть 7 привтулочной области с образующей, наклоненной по потоку, - составляет 0,1-0,8 от общей высоты привтулочной области.The boundary between part 6 of the infeed region and the
При работе осевого вентилятора или компрессора ГТД под воздействием вынужденных колебаний или флаттера вибронапряжения в рабочих лопатках 1 могут достигать критической величины, что приводит к их разрушению. Использование в предлагаемом изобретении входной кромки 2 саблевидной рабочей лопатки 1 с наклоном ее образующей к радиальной оси 3 в привтулочной области 7, от втулочного сечения лопатки 8 направленным по потоку, приводит к такому изменению характера колебаний лопатки 1, что снижается крутильная составляющая связанных изгибно-крутильных колебаний лопатки 1 и увеличивается ее аэродинамическое демпфирование. За счет этого увеличиваются запасы к флаттеру лопаток 1 рабочего колеса. Кроме того, возбуждение лопаток 1 происходит на более низких режимах и при меньших значениях возбуждающей силы, что приводит к снижению динамических напряжений, то есть улучшению прочностных характеристик рабочей лопатки 1. При этом благодаря тому, что форма входной кромки изменяется только в части привтулочной области 7 лопатки 1, благоприятное распределение скоростей в межлопаточных каналах рабочего колеса сохраняется и, таким образом, аэродинамические и акустические характеристики рабочего колеса не ухудшаются.When the axial fan or gas turbine compressor is operating under the influence of forced vibrations or flutter, the vibration stresses in the working blades 1 can reach a critical value, which leads to their destruction. The use of the
Описанная форма входной кромки получена в процессе проектирования рабочих лопаток вентиляторов газотурбинных двигателей при ее прочностной оптимизации, а достижение технического результата подтверждено многочисленными расчетными данными и результатами испытаний.The described shape of the input edge was obtained during the design of the working blades of the fans of gas turbine engines with its strength optimization, and the achievement of the technical result was confirmed by numerous calculated data and test results.
Claims (8)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008127710/06A RU2381388C1 (en) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | Fan or compressor impeller |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008127710/06A RU2381388C1 (en) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | Fan or compressor impeller |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2381388C1 true RU2381388C1 (en) | 2010-02-10 |
Family
ID=42123836
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008127710/06A RU2381388C1 (en) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | Fan or compressor impeller |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2381388C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2635734C2 (en) * | 2012-04-04 | 2017-11-15 | Снекма | Turbomachine rotor blade |
RU2641768C2 (en) * | 2011-10-13 | 2018-01-22 | Снекма | Blade of turbomachine stator comprising convex section |
-
2008
- 2008-07-07 RU RU2008127710/06A patent/RU2381388C1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2641768C2 (en) * | 2011-10-13 | 2018-01-22 | Снекма | Blade of turbomachine stator comprising convex section |
RU2635734C2 (en) * | 2012-04-04 | 2017-11-15 | Снекма | Turbomachine rotor blade |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5546855B2 (en) | Diffuser | |
US8328513B2 (en) | Systems and apparatus relating to compressor stator blades and diffusers in turbine engines | |
EP2960462B1 (en) | Turbine wheel for a radial turbine | |
KR102196815B1 (en) | Radial or mixed-flow compressor diffuser having vanes | |
US20170108003A1 (en) | Diffuser for a radial compressor | |
JP6499636B2 (en) | Vane arrangement with alternating vanes with different trailing edge profiles | |
JP6710271B2 (en) | Rotating machine wings | |
US10221858B2 (en) | Impeller blade morphology | |
JP2014515451A (en) | Centrifugal compressor impeller | |
JP2023052513A (en) | Method and arrangement to minimize noise and excitation of structures due to cavity acoustic modes | |
US9816528B2 (en) | Fluid-flow machine | |
US7931443B1 (en) | High twist composite blade | |
KR20120034670A (en) | A centrifugal impeller for a compressor | |
JP4949882B2 (en) | Centrifugal compressor impeller and centrifugal compressor | |
US20170298819A1 (en) | Turbine impeller | |
RU2381388C1 (en) | Fan or compressor impeller | |
JP6854687B2 (en) | Multi-stage fluid machine | |
JP2016511358A (en) | Turbine, compressor or pump impeller | |
US11098730B2 (en) | Deswirler assembly for a centrifugal compressor | |
JP2016050486A (en) | Fluid machinery and impeller of fluid machinery | |
JP6620440B2 (en) | Centrifugal compressor | |
JP2012002140A (en) | Turbine and supercharger | |
US20180142569A1 (en) | Inlet guide wheel for a turbo engine | |
JP2015537156A (en) | Centrifugal gas compressor or pump including ring and cowl | |
US11168606B2 (en) | Turbine |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 4-2010 FOR TAG: (54) |