RU2452876C1 - Ступень центробежного компрессора - Google Patents
Ступень центробежного компрессора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2452876C1 RU2452876C1 RU2011105337/06A RU2011105337A RU2452876C1 RU 2452876 C1 RU2452876 C1 RU 2452876C1 RU 2011105337/06 A RU2011105337/06 A RU 2011105337/06A RU 2011105337 A RU2011105337 A RU 2011105337A RU 2452876 C1 RU2452876 C1 RU 2452876C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- diffuser
- boundary
- rotary blade
- channels
- flow
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к машиностроению, в частности к компрессоростроению, может быть использовано в конструкциях газотурбинных двигателей (ГТД) как авиационного, так и наземного применения и обеспечивает при его использовании повышение КПД ступени центробежного компрессора за счет уменьшения потерь в проточной части ступени на участке, ограниченном с одной стороны входом поворотного лопаточного диффузора, а с другой - выходом спрямляющего аппарата. Указанный технический результат достигается в ступени центробежного компрессора, включающей рабочее колесо, а также переднюю и заднюю корпусные стенки, формирующие по ходу движения рабочего потока за рабочим колесом проточную часть безлопаточного диффузора, поворотного лопаточного диффузора и спрямляющего аппарата, в которой каждая лопатка поворотного лопаточного диффузора выполнена за одно целое с лопаткой спрямляющего аппарата таким образом, что совокупность средних линий профилей объединенных лопаток расположена в одной плоскости, причем формы корпусных стенок выполнены с ломаной граничной линией, определяющей раздел между поворотным лопаточным диффузором и спрямляющим аппаратом, при этом граничные линии включают в свой состав группу прямых отрезков, каждый из которых, являясь на граничной линии своей корпусной стенки границей между одним из каналов поворотного лопаточного диффузора и продолжающим его каналом спрямляющего аппарата, перпендикулярен плоскости, в которой расположены средние продольные линии указанных каналов. 4 ил.
Description
Изобретение относится к машиностроению, в частности к компрессоростроению, и может быть использовано в конструкциях ГТД как авиационного, так и наземного применения.
Ступень центробежного компрессора довольно часто используют в современных ГТД; обычно ее устанавливают за последней ступенью осевого компрессора. Сочетание многоступенчатого осевого компрессора с последней центробежной ступенью называют осецентробежным компрессором. В случае такого применения центробежная ступень компрессора выполняется с осевым подводом воздуха, односторонним рабочим колесом и кольцевым выходом воздуха в камеру сгорания.
Эффективность работы ступени зависит от уровня гидравлических потерь в ее проточной части: в каналах рабочего колеса и в каналах неподвижных элементов ступени.
Известна ступень центробежного компрессора, содержащая расположенные по ходу движения рабочего потока рабочее колесо, безлопаточный и лопаточный диффузоры, спрямляющий аппарат (Энциклопедия «Авиация». - М.: Научное изд-во «Большая российская энциклопедия», Центральн. аэрогидродинам. ин-т им. проф. Н.Е.Жуковского, 1994, стр.282). В указанной ступени лопаточный диффузор отделен от спрямляющего аппарата кольцевым радиально-осевым безлопаточным каналом, в котором происходит изменение направления движения рабочего потока с радиального на осевое, т.е. поток поворачивается. Недостатком ступени центробежного компрессора является ее низкий КПД из-за наличия в проточной части ступени существенных потерь.
Известна выбранная в качестве прототипа ступень центробежного компрессора, содержащая рабочее колесо, а также переднюю и заднюю корпусные стенки, формирующие по ходу движения рабочего потока за рабочим колесом проточную часть безлопаточного диффузора, поворотного лопаточного диффузора и спрямляющего аппарата (пат. РФ №2334901, F04D 29/44, оп.27.09.2008).
Каждая лопатка поворотного лопаточного диффузора в ступени компрессора выполнена за одно целое с лопаткой спрямляющего аппарата таким образом, что совокупность средних линий профилей объединенных лопаток расположена в одной плоскости.
Корпусные стенки имеют сложную форму. Обе стенки включают дисковую часть, расположенную под прямым углом к оси компрессора, т.е. в радиальной плоскости, часть в виде полого цилиндра, ориентированную вдоль оси компрессора, и поворотную часть, плавно соединяющую две первые части. Между поворотными частями корпусных стенок расположены лопатки поворотного лопаточного диффузора, между частями в виде полого цилиндра - их продолжение, лопатки спрямляющего аппарата. Линия перехода поворотной части корпусной стенки в цилиндрическую часть представляет собой окружность и является граничной линией, определяющей раздел между поворотным лопаточным диффузором и спрямляющим аппаратом. На границе между поворотным лопаточным диффузором и спрямляющим аппаратом в проточной части прекращается расширение межлопаточных каналов; далее, в спрямляющем аппарате, каналы не имеют расширения.
Недостатком известной ступени центробежного компрессора является наличие гидравлических потерь в проточной части неподвижных элементов ступени и, следовательно, недостаточно высокие значения КПД.
Задачей изобретения является повышение КПД ступени центробежного компрессора за счет уменьшения потерь в проточной части ступени на участке, ограниченном с одной стороны входом поворотного лопаточного диффузора, а с другой - выходом спрямляющего аппарата.
Уменьшение потерь в проточной части ступени на участке, ограниченном с одной стороны входом поворотного лопаточного диффузора, а с другой - выходом спрямляющего аппарата, достигается тем, что в ступени центробежного компрессора, включающей рабочее колесо, а также переднюю и заднюю корпусные стенки, формирующие по ходу движения рабочего потока за рабочим колесом проточную часть безлопаточного диффузора, поворотного лопаточного диффузора и спрямляющего аппарата, в которой каждая лопатка поворотного лопаточного диффузора выполнена за одно целое с лопаткой спрямляющего аппарата таким образом, что совокупность средних линий профилей объединенных лопаток расположена в одной плоскости, согласно изобретению формы корпусных стенок выполнены с ломаной граничной линией, определяющей раздел между поворотным лопаточным диффузором и спрямляющим аппаратом, при этом граничные линии включают в свой состав группу прямых отрезков, каждый из которых, являясь на граничной линии своей корпусной стенки границей между одним из каналов поворотного лопаточного диффузора и продолжающим его каналом спрямляющего аппарата, перпендикулярен плоскости, в которой расположены средние продольные линии указанных каналов.
Выполнение обеих корпусных стенок с ломаной граничной линией, включающей в свой состав прямые отрезки, каждый из которых, являясь границей между соответствующим ему каналом поворотного лопаточного диффузора и продолжающим его каналом спрямляющего аппарата, перпендикулярен плоскости, в которой расположены средние продольные линии указанных каналов, коренным образом изменяет форму объединенного канала в граничной области при переходе от лопаточного диффузора к спрямляющему аппарату, а также характер течения рабочего потока в этой области и за ней.
Для ступени центробежного компрессора, принятой за прототип, характерно наличие отрывных зон в каналах спрямляющего аппарата. Их образование связано с тем, что граница на корпусной стенке между любым каналом поворотного лопаточного диффузора и продолжающим его каналом спрямляющего аппарата является частью окружности, которая представляет собой проходящую по всему контуру корпусной стенки граничную линию между поворотным лопаточным диффузором и спрямляющим аппаратом, и две соседние лопатки в канале поворотного лопаточного диффузора задают рабочему потоку движение относительно этой границы в радиально-окружном направлении с существенно выраженной окружной составляющей скорости, направленной тангенциально к границе. Отрывная зона возникает в канале спрямляющего аппарата у той лопатки, которая находится по ходу движения потока в противоположной направлению тангенциальной составляющей скорости стороне.
В предлагаемой же ступени центробежного компрессора, где граница между каналом поворотного лопаточного диффузора и каналом спрямляющего аппарата выполнена в виде отрезка прямой, перпендикулярного плоскости, в которой расположены средние продольные линии указанных каналов, движение потока в канале поворотного лопаточного диффузора характеризуется отсутствием тангенциальной составляющей скорости, т.е. вектор скорости движения потока воздуха направлен по нормали к границе. Благодаря отсутствию тангенциальной составляющей скорости поток, минуя границу, продолжает свое движение без образования отрывной зоны. Таким образом, исключаются гидравлические потери, связанные с образованием отрывных зон в спрямляющем аппарате.
Сущность предложения поясняется чертежами, на которых представлены:
Фиг.1. Ступень центробежного компрессора газотурбинного двигателя, продольный разрез;
Фиг.2. Ступень центробежного компрессора без передней корпусной стенки, вид по стрелке А на фиг.1;
Фиг.3. Поворотный лопаточный диффузор и спрямляющий аппарат в сборе, общий вид в аксонометрии по стрелке Б на фиг.1;
Фиг.4. Поворотный лопаточный диффузор и спрямляющий аппарат в сборе, общий вид в аксонометрии по стрелке В на фиг.1.
Ступень центробежного компрессора содержит рабочее колесо 1, переднюю 2 и заднюю 3 корпусные стенки. Корпусные стенки 2 и 3 формируют по ходу движения рабочего потока за рабочим колесом 1 безлопаточный диффузор 4, поворотный лопаточный диффузор 5 и спрямляющий аппарат 6.
Проточная часть ступени ограничена передней корпусной стенкой 2, ступицей рабочего колеса 1 и задней корпусной стенкой 3. В области рабочего колеса 1 проточная часть разделена на каналы лопатками 7, в области поворотного лопаточного диффузора 5 - лопатками 8, а в области спрямляющего аппарата 6 - лопатками 9.
Каждая лопатка 8 поворотного лопаточного диффузора 5 выполнена за одно целое с лопаткой 9 спрямляющего аппарата 6 так, что лопатка 9 является продолжением лопатки 8, при этом совокупность средних линий профилей таких объединенных лопаток расположена в одной плоскости. Объединенные лопатки, состоящие из лопатки 8 и лопатки 9, закреплены в передней 2 и задней 3 корпусных стенках и имеют для уменьшения массы в периферийной части, выступающей за заднюю корпусную стенку 3, выемки 10.
Корпусные стенки 2 и 3 имеют сложную форму, содержащую как минимум три части: дисковую часть, расположенную в радиальной относительно оси компрессора плоскости, ступенчатую часть, включающую плоские прямоугольные участки 11, каждый из которых представляет собой ориентированную параллельно оси компрессора стенку одного из каналов спрямляющего аппарата 6, а также поворотную часть, соединяющую две первые части.
Линия перехода поворотной части корпусной стенки в ступенчатую часть представляет собой ломаную граничную линию и является линией, определяющей раздел между поворотным лопаточным диффузором 5 и спрямляющим аппаратом 6. Эта граничная линия включает в свой состав прямые отрезки 12. Каждый из отрезков 12, лежащий в одном из плоских участков 11, является границей между одним из каналов поворотного лопаточного диффузора 5 и продолжающим его каналом спрямляющего аппарата 6. Отрезок 12 перпендикулярен плоскости 13, в которой расположены средняя продольная линия 14 канала поворотного лопаточного диффузора 5 и средняя продольная линия 15 канала спрямляющего аппарата 6.
Устройство работает следующим образом.
Рабочий поток воздуха, поступающий в ступень центробежного компрессора, в рабочем колесе 1 подвергается сжатию и закручиванию, при этом увеличивается скорость движения потока. В безлопаточном диффузоре 4, установленном за рабочим колесом 1, происходит снижение скорости потока. Далее воздушный поток поступает в поворотный лопаточный диффузор 5. Здесь перемещение потока по расширяющимся каналам, образованным лопатками 8, сопровождается преобразованием его кинетической энергии в потенциальную энергию. Направление движения потока под влиянием корпусных стенок 2 и 3 в поворотном лопаточном диффузоре 5 изменяется от располагаемого в радиальной плоскости до параллельного оси компрессора. На границе между поворотным лопаточным диффузором 5 и спрямляющим аппаратом 6, где прекращается расширение межлопаточных каналов, рабочий поток начинает движение вдоль оси компрессора. В спрямляющем аппарате 6 поток перемещается параллельно оси компрессора между лопатками 9 и выходит в камеру сгорания. Течение потока в каналах спрямляющего аппарата 6 характеризуется равномерной устойчивой структурой, без образования зон отрыва и вихревого движения, что в итоге обеспечивает снижение гидравлических потерь в проточной части ступени центробежного компрессора на участке, ограниченном с одной стороны входом поворотного лопаточного диффузора, а с другой - выходом спрямляющего аппарата, и, следовательно, повышение КПД ступени.
Claims (1)
- Ступень центробежного компрессора, включающая рабочее колесо, а также переднюю и заднюю корпусные стенки, формирующие по ходу движения рабочего потока за рабочим колесом проточную часть безлопаточного диффузора, поворотного лопаточного диффузора и спрямляющего аппарата, в которой каждая лопатка поворотного лопаточного диффузора выполнена за одно целое с лопаткой спрямляющего аппарата таким образом, что совокупность средних линий профилей объединенных лопаток расположена в одной плоскости, отличающаяся тем, что формы корпусных стенок выполнены с ломаной граничной линией, определяющей раздел между поворотным лопаточным диффузором и спрямляющим аппаратом, при этом граничные линии включают в свой состав группу прямых отрезков, каждый из которых, являясь на граничной линии своей корпусной стенки границей между одним из каналов поворотного лопаточного диффузора и продолжающим его каналом спрямляющего аппарата, перпендикулярен плоскости, в которой расположены средние продольные линии указанных каналов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011105337/06A RU2452876C1 (ru) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Ступень центробежного компрессора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011105337/06A RU2452876C1 (ru) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Ступень центробежного компрессора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2452876C1 true RU2452876C1 (ru) | 2012-06-10 |
Family
ID=46680052
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011105337/06A RU2452876C1 (ru) | 2011-02-14 | 2011-02-14 | Ступень центробежного компрессора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2452876C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686235C1 (ru) * | 2015-05-09 | 2019-04-24 | Ман Энерджи Солюшнз Се | Компрессор, содержащий направляющую лопатку, имеющую промывочную систему |
RU221177U1 (ru) * | 2023-08-08 | 2023-10-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" | Биротативный компрессор газотурбинного двигателя |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2996992A (en) * | 1944-09-26 | 1961-08-22 | Charles L Critchfield | Projectile |
US4378194A (en) * | 1980-10-02 | 1983-03-29 | Carrier Corporation | Centrifugal compressor |
SU1631201A1 (ru) * | 1989-03-20 | 1991-02-28 | П. Р. Хлопенков | Центробежный насос |
SU1698487A1 (ru) * | 1989-08-29 | 1991-12-15 | Предприятие П/Я А-1125 | Ступень центробежного компрессора |
RU2246045C1 (ru) * | 2003-06-18 | 2005-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Способ регулирования расхода воздуха центробежного компрессора и устройство для его осуществления |
RU2334901C1 (ru) * | 2007-01-09 | 2008-09-27 | Открытое акционерное общество "Климов" | Ступень центробежного компрессора |
-
2011
- 2011-02-14 RU RU2011105337/06A patent/RU2452876C1/ru active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2996992A (en) * | 1944-09-26 | 1961-08-22 | Charles L Critchfield | Projectile |
US4378194A (en) * | 1980-10-02 | 1983-03-29 | Carrier Corporation | Centrifugal compressor |
SU1631201A1 (ru) * | 1989-03-20 | 1991-02-28 | П. Р. Хлопенков | Центробежный насос |
SU1698487A1 (ru) * | 1989-08-29 | 1991-12-15 | Предприятие П/Я А-1125 | Ступень центробежного компрессора |
RU2246045C1 (ru) * | 2003-06-18 | 2005-02-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Способ регулирования расхода воздуха центробежного компрессора и устройство для его осуществления |
RU2334901C1 (ru) * | 2007-01-09 | 2008-09-27 | Открытое акционерное общество "Климов" | Ступень центробежного компрессора |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2686235C1 (ru) * | 2015-05-09 | 2019-04-24 | Ман Энерджи Солюшнз Се | Компрессор, содержащий направляющую лопатку, имеющую промывочную систему |
RU2821853C1 (ru) * | 2023-04-18 | 2024-06-27 | Сергей Геннадьевич Янин | Центробежный компрессор |
RU221177U1 (ru) * | 2023-08-08 | 2023-10-24 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" | Биротативный компрессор газотурбинного двигателя |
RU224949U1 (ru) * | 2023-11-28 | 2024-04-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательно учреждение высшего образования "Уфимский университет науки и технологий" | Изогнутый лопаточный диффузор центробежного компрессора |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4047330B2 (ja) | 独立通路ディフューザ | |
CN105339675A (zh) | 离心压缩机以及增压器 | |
JP2016539276A (ja) | 遠心圧縮機の湾曲した拡散流路部 | |
US10527059B2 (en) | Turbomachine diffuser | |
JP2011052689A (ja) | 流れクロスオーバスロットを備えた高方向転換ディフューザストラット | |
KR20140099200A (ko) | 축류 터빈 및 이를 포함하는 터보 과급기 | |
US10823195B2 (en) | Diffuser pipe with non-axisymmetric end wall | |
EP2752622A1 (en) | Gas turbine | |
KR102346583B1 (ko) | 배기가스 터보차저의 터빈의 배출영역 | |
CN105518307A (zh) | 离心转子 | |
RU2452876C1 (ru) | Ступень центробежного компрессора | |
CA2938121C (en) | Counter-rotating compressor | |
JP6651404B2 (ja) | ターボ機械 | |
JP2020097940A (ja) | ターボ機械用の改良型スクロール、前記スクロールを備えたターボ機械、および動作方法 | |
RU2334901C1 (ru) | Ступень центробежного компрессора | |
CN107624150B (zh) | 导向叶片、径流式压缩机、废气涡轮增压器 | |
US11268536B1 (en) | Impeller exducer cavity with flow recirculation | |
US11136993B2 (en) | Diffuser pipe with asymmetry | |
RU2294462C1 (ru) | Устройство для формирования площади проходного сечения межлопаточного канала радиального диффузора центробежного компрессора | |
RU134599U1 (ru) | Рабочее колесо центробежного вентилятора | |
RU2677306C1 (ru) | Направляющий аппарат центробежного многоступенчатого насоса | |
RU2677301C1 (ru) | Направляющий аппарат центробежного многоступенчатого насоса | |
RU173928U1 (ru) | Двухъярусный лопаточный диффузор центробежного компрессора | |
RU2396471C1 (ru) | Компрессор газотурбинного двигателя | |
RU2518916C1 (ru) | Рабочее колесо центробежного компрессора |