RU2581980C1 - Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine (versions) - Google Patents
Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2581980C1 RU2581980C1 RU2014152136/06A RU2014152136A RU2581980C1 RU 2581980 C1 RU2581980 C1 RU 2581980C1 RU 2014152136/06 A RU2014152136/06 A RU 2014152136/06A RU 2014152136 A RU2014152136 A RU 2014152136A RU 2581980 C1 RU2581980 C1 RU 2581980C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- blade
- rotor
- feather
- pen
- axis
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области авиадвигателестроения, а именно к осевым компрессорам низкого давления авиационных газотурбинных двигателей.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing, and in particular to axial low-pressure compressors of aircraft gas turbine engines.
Известна профилированная лопатка компрессора для диска рабочего колеса, имеющего аксиальную, тангенциальную и радиальную ортогональные оси, содержащая стороны повышенного и низкого давления, простирающиеся в радиальном направлении от хвостовика к вершине и в аксиальном направлении между передней и задней кромками, поперечные сечения, имеющие соответствующие хорды и линии изгиба, проходящие между передней и задней кромками, и центры тяжести, выровненные по оси укладки, имеющей двойной изгиб. Сторона низкого давления изогнута вдоль задней кромки вблизи хвостовика для уменьшения разделения потока на нем (RU 2000130594 A, опубл. 27.01.2003).Known profiled compressor blade for the impeller disk having axial, tangential and radial orthogonal axes, containing high and low pressure sides, extending in the radial direction from the shank to the apex and in the axial direction between the front and rear edges, cross sections having corresponding chords and bending lines extending between the leading and trailing edges, and centers of gravity aligned along a pivot axis having a double bend. The low pressure side is curved along the trailing edge near the liner to reduce the separation of the flow on it (RU 2000130594 A, publ. 01.27.2003).
Известна рабочая лопатка компрессора, включающая перо и хвостовик. Хвостовик лопатки расположен горизонтально, а перо соединено с хвостовиком через промежуточный элемент - ножку. Между ножкой и пером размещена полка, формирующая проточную часть двигателя (Н.Н. Сиротин, А.С. Новиков, А.Г. Пайкин, А.Н. Сиротин. Основы конструирования производства и эксплуатации авиационных газотурбинных двигателей и энергетических установок в системе CALS технологий. Кн. 1. - М.: Наука, 2011, с. 257-263).Known compressor blades, including a feather and a shank. The shank of the blade is located horizontally, and the feather is connected to the shank through an intermediate element - the leg. Between the leg and the feather there is a shelf forming the engine flow part (NN Sirotin, AS Novikov, AG Paykin, AN Sirotin. Fundamentals of designing the production and operation of aircraft gas turbine engines and power plants in the CALS system Technologies, Book 1. - M .: Nauka, 2011, p. 257-263).
К недостаткам известных решений относятся неопределенность достижения эффективного взаимодействия лопаток с потоком рабочего тела вследствие отсутствия конкретизации диапазонов геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации пера и угловой установки лопатки в рабочем колесе четвертой ступени ротора, а также сложность получения компромиссного сочетания повышенных значений КПД, газодинамической устойчивости (ГДУ) компрессора и как следствие сложность обеспечения оптимальной динамической прочности и повышенного ресурса лопатки.The disadvantages of the known solutions include the uncertainty of achieving effective interaction of the blades with the flow of the working fluid due to the lack of specification of the ranges of geometric and aerodynamic parameters of the spatial configuration of the pen and the angular installation of the blades in the impeller of the fourth stage of the rotor, as well as the difficulty of obtaining a compromise combination of increased values of efficiency, gas-dynamic stability (GDU ) compressor and, as a consequence, the difficulty of ensuring optimal dynamic strength and Vyshen blade resource.
Задача, решаемая группой изобретений, объединенных единым творческим замыслом, состоит в разработке лопатки рабочего колеса четвертой ступени ротора компрессора низкого давления (КНД) газотурбинного двигателя (ГТД) с улучшенными конструктивными и аэродинамическими параметрами пространственной конфигурации и жесткостью пера лопатки, обеспечивающими возможность увеличения расхода сжимаемого рабочего тела - воздуха в четвертой ступени на всех режимах работы двигателя, а также увеличение газодинамической устойчивости и ресурса без увеличения материалоемкости лопатки.The problem to be solved by a group of inventions, united by a single creative concept, is to develop the impeller blades of the fourth stage of the rotor of the low pressure compressor (KND) of the gas turbine engine (GTE) with improved structural and aerodynamic parameters of the spatial configuration and stiffness of the blade’s pen, which provide the possibility of increasing the flow rate of the compressible working body - air in the fourth stage at all engine operating modes, as well as an increase in gas-dynamic stability and resource without lichenie blade material consumption.
Поставленная задача решается тем, что лопатка рабочего колеса четвертой ступени ротора, включающего диск с пазами, компрессора низкого давления газотурбинного двигателя, содержащего проточную часть, которая ограничена по периферийному контуру корпусом двигателя, имеющего турбину низкого давления (ТНД), турбину высокого давления (ТВД) и силовую турбину (СТ), согласно изобретению, содержит перо с радиальной осью, хвостовик с продольной осью, предназначенный для установки в любом из пазов диска рабочего колеса четвертой ступени с обеспечением угла αк установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=19,7÷32,3°; причем лопатка выполнена с углом установки профиля пера относительно оси ротора, нарастающим по высоте лопатки с радиальным удалением от упомянутой оси ротора с градиентом Gу.п. изменения указанного угла установки профиля, имеющим в проекции на упомянутую условную осевую плоскость ротора значения в диапазонеThe problem is solved in that the impeller blade of the fourth stage of the rotor, including the grooved disk, a low-pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour of the engine casing having a low pressure turbine (HPH), high pressure turbine (HPD) and a power turbine (CT), according to the invention, contains a feather with a radial axis, a shank with a longitudinal axis, designed to be installed in any of the grooves of the disk of the impeller of the fourth stage with taking the angle α to set the profile of the pen to the axis of the rotor in the projection onto the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade with the value α k = 19.7 ÷ 32.3 ° in the root section of the pen; wherein the blade is provided with an angle profile settings pen relative to the rotor axis, increasing in height of the blade with the radial distance from the axis of said rotor with a gradient G uniformizing parameter changes in the specified angle of installation of the profile, having in the projection onto said conditional axial plane of the rotor values in the range
где αк - проекция угла установки профиля пера в корневом сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; αп - проекция угла установки профиля пера в периферийном сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки;where α to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade; α p - projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; N cf - the average height of the feather blades;
при этом перо лопатки выполнено с входной и выходной кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом Gу.x. увеличения хордыthe feather of the blade is made with input and output edges diverging to the peripheral end with a gradient of G u.x. chord increases
где Lп.x. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Lк.х. - длина корневой хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.wherein L p.x. - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; L c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; N cf - the average height of the feather blades.
Причем перо лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью, называемой корытом, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета) и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки, при этом хорда, соединяющая входную и выходную кромки пера в корневой зоне, образует с осью ротора в проекции на упомянутую условную плоскость угол αк установки профиля пера не менее угла α0 установки хвостовика лопатки.Moreover, the feather of the scapula can be made convex-concave with a concave surface, called a trough, facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (view in np - direction of flight) and with a convex surface forming the back of the pen, convex in the opposite direction rotation of the rotor and in the direction of clockwise rotation, while the chord connecting the input and output edges of the pen in the root zone forms an angle α with the axis of the rotor in the projection onto said conditional plane to set the profile of the pen not less than la α 0 installation of the shank of the blade.
Перо лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью - корытом, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.) и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).The blade feather can be made convex-concave with a concave surface — a trough facing concavity in the direction of rotation of the rotor clockwise (np view) and with a convex surface forming the back of the feather facing convexly in the direction opposite to the rotation of the rotor and against the direction clockwise rotation (np view).
Перо лопатки может быть выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки и корыта относительно хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки.The blade feather can be made variable in width and height of the feather thickness, defined in cross section as the difference in height of the back and trough relative to the chord connecting the input and output edges of the feather blade.
Периферийный торец пера лопатки может быть выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне четвертой ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.The peripheral end face of the blade vane pen can be made beveled with a repetition of the curvature of the internal surface of the engine duct in the zone of the fourth KND stage with a decrease in the radius in the direction of flow of the working fluid with a height sufficient for unobstructed rotation of the impeller blade as part of the KND rotor of the engine.
Поставленная задача по второму варианту изобретения решается тем, что лопатка рабочего колеса четвертой ступени ротора, включающего диск с пазами, компрессора низкого давления газотурбинного двигателя, содержащего проточную часть, которая ограничена по периферийному контуру корпусом двигателя, имеющего турбину низкого давления, турбину высокого давления и силовую турбину, согласно изобретению, содержит перо с радиальной осью, хвостовик с продольной осью, предназначенный для установки в любой из пазов диска рабочего колеса четвертой ступени с обеспечением угла αк установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=19,7÷32,3°; причем лопатка выполнена с углом установки профиля пера относительно оси ротора, нарастающим по высоте лопатки с радиальным удалением от упомянутой оси ротора с градиентом Gу.п. изменения указанного угла установки профиля, имеющим в проекции на упомянутую условную осевую плоскость ротора значения в диапазонеThe task according to the second embodiment of the invention is solved in that the impeller blade of the fourth stage of the rotor, including the grooved disk, a low-pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour of the engine casing having a low pressure turbine, high pressure turbine and power the turbine according to the invention contains a feather with a radial axis, a shank with a longitudinal axis, designed to be installed in any of the grooves of the fourth impeller disk tupeni secured to the setting angle α profile pen to the rotor axis in projection on an axial schematic of the rotor plane normal to the radial axis of the blade having a root section of the pen to a value α = 19,7 ÷ 32,3 °; wherein the blade is provided with an angle profile settings pen relative to the rotor axis, increasing in height of the blade with the radial distance from the axis of said rotor with a gradient G uniformizing parameter changes in the specified angle of installation of the profile, having in the projection onto said conditional axial plane of the rotor values in the range
где αк - проекция угла установки профиля пера в корневом сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; αп - проекция угла установки профиля пера в периферийном сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.where α to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade; α p - projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; N cf - the average height of the feather blades.
При этом перо лопатки может быть выполнено с входной и выходной кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом Gу.x. увеличения хорды,In this case, the feather of the blade can be made with input and output edges diverging to the peripheral end with a gradient of G у.x. increasing chords,
где Lп.x. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Lк.х. - длина корневой хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.where L p.x. - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; L c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; N cf - the average height of the feather blades.
Перо лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью, называемой корытом, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п.) и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.), при этом хорда, соединяющая входную и выходную кромки пера в корневой зоне, образует с осью ротора в проекции на упомянутую условную плоскость угол αк установки профиля пера не менее угла α0 установки хвостовика лопатки.The blade feather can be made convex-concave with a concave surface, called a trough, facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (np view) and with a convex surface forming the back of the feather, convex in the direction of anti-rotation of the rotor and in clockwise rotation direction (a view along bp), the chord connecting the inlet and outlet edges of the pen in the root zone, forms with the rotor axis in the projection onto said notional plane angle α to the profile settings of the pen at least the angle α 0 Fitting vostovika blade.
Перо лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью - корытом, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).The blade feather can be made convex-concave with a concave surface — a trough facing concavity in the direction of rotation of the rotor clockwise (np view), and with a convex surface forming the back of the feather facing convexly in the direction opposite to the rotation of the rotor and against clockwise rotation directions (view in n.p.).
Перо лопатки может быть выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки и корыта относительно хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки.The blade feather can be made variable in width and height of the feather thickness, defined in cross section as the difference in height of the back and trough relative to the chord connecting the input and output edges of the feather blade.
Периферийный торец пера лопатки может быть выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне четвертой ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.The peripheral end face of the blade vane pen can be made beveled with a repetition of the curvature of the internal surface of the engine duct in the zone of the fourth KND stage with a decrease in the radius in the direction of flow of the working fluid with a height sufficient for unobstructed rotation of the impeller blade as part of the KND rotor of the engine.
Поставленная задача по третьему варианту изобретения решается тем, что лопатка рабочего колеса четвертой ступени ротора, включающего диск с пазами, компрессора низкого давления газотурбинного двигателя, содержащего проточную часть, которая ограничена по периферийному контуру корпусом двигателя, имеющего турбину низкого давления, турбину высокого давления и силовую турбину, согласно изобретению, содержит перо с радиальной осью, хвостовик с продольной осью, предназначенный для установки в любой из пазов диска рабочего колеса четвертой ступени с обеспечением угла αк установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=(19,7÷32,3)°; причем перо лопатки выполнено с входной и выходной кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом увеличения хорды Gу.x.,The task according to the third embodiment of the invention is solved in that the impeller blade of the fourth stage of the rotor, including the grooved disk, a low pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour of the engine casing having a low pressure turbine, high pressure turbine and power the turbine according to the invention contains a feather with a radial axis, a shank with a longitudinal axis, designed to be installed in any of the grooves of the fourth impeller disk steps providing an angle α to the installation of the profile of the pen to the axis of the rotor in the projection onto the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade with the value α to = (19.7 ÷ 32.3) ° in the root section of the pen; moreover, the blade feather is made with input and output edges diverging to the peripheral end face with a gradient of increasing chords G у.x. ,
где Lп.x - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Lк.х. - длина корневой хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.where L p.x - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blades in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blades; L c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; N cf - the average height of the feather blades.
Лопатка может быть выполнена с углом установки профиля пера относительно оси ротора, нарастающим по высоте лопатки с радиальным удалением от упомянутой оси ротора с градиентом Gу.п изменения указанного угла установки профиля, имеющим в проекции на упомянутую условную осевую плоскость ротора значения в диапазонеThe blade can be made with the angle of the profile of the pen relative to the axis of the rotor, increasing in height of the blade with a radial distance from the said axis of the rotor with a gradient of G u.p changes in the specified angle of installation of the profile, having a projection on the conditional axial plane of the rotor with values in the range
где αк - проекция угла установки профиля пера в корневом сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; αп - проекция угла установки профиля пера в периферийном сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.where α to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade; α p - projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; N cp - the average height of the blade.
Перо лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью, называемой корытом, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п.) и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.), при этом хорда, соединяющая входную и выходную кромки пера в корневой зоне, образует с осью ротора в проекции на упомянутую условную плоскость угол αк установки профиля пера не менее угла α0 установки хвостовика лопатки.The blade feather can be made convex-concave with a concave surface, called a trough, facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (np view) and with a convex surface forming the back of the feather, convex in the direction of anti-rotation of the rotor and in clockwise rotation direction (a view along bp), the chord connecting the inlet and outlet edges of the pen in the root zone, forms with the rotor axis in the projection onto said notional plane angle α to the profile settings of the pen at least the angle α 0 Fitting vostovika blade.
Перо лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью - корытом, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).The blade feather can be made convex-concave with a concave surface — a trough facing concavity in the direction of rotation of the rotor clockwise (np view), and with a convex surface forming the back of the feather facing convexly in the direction opposite to the rotation of the rotor and against clockwise rotation directions (view in n.p.).
Перо лопатки выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки и корыта относительно хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки.The blade feather is made variable in width and height of the feather thickness, defined in cross section as the difference between the heights of the back and trough relative to the chord connecting the input and output edges of the feather blade.
Максимальная толщина профиля пера может быть лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу с градиентом Gу.т., равнымThe maximum thickness of the profile of the pen can be made the largest in the blade root section and decreasing in height to the peripheral end of the pen with a gradient G of fuel equivalent equal to
где Ск - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; Сп - максимальная толщина периферийного сечения профиля пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.where C to - the maximum thickness of the root section of the profile of the pen blade; With p - the maximum thickness of the peripheral section of the profile of the pen blade; N cf - the average height of the feather blades.
Периферийный торец пера лопатки может быть выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне четвертой ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.The peripheral end face of the blade vane pen can be made beveled with a repetition of the curvature of the internal surface of the engine duct in the zone of the fourth KND stage with a decrease in the radius in the direction of flow of the working fluid with a height sufficient for unobstructed rotation of the impeller blade as part of the KND rotor of the engine.
Поставленная задача по четвертому варианту изобретения решается тем, что лопатка рабочего колеса четвертой ступени ротора, включающего диск с пазами, компрессора низкого давления газотурбинного двигателя, содержащего проточную часть, которая ограничена по периферийному контуру корпусом двигателя, имеющего турбину низкого давления, турбину высокого давления и силовую турбину, согласно изобретению, содержит перо с радиальной осью, хвостовик с продольной осью, предназначенный для установки в любой из пазов диска рабочего колеса четвертой ступени с обеспечением угла αк установки профиля пера к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=19,7÷32,3°; причем максимальная толщина профиля пера лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера к периферийному торцу с градиентом Gу.т., равнымThe task according to the fourth embodiment of the invention is solved in that the impeller blade of the fourth stage of the rotor, including the grooved disk, a low-pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour of the engine casing having a low pressure turbine, high pressure turbine and power the turbine, according to the invention, contains a feather with a radial axis, a shank with a longitudinal axis, designed for installation in any of the grooves of the impeller disk quarter stage with the angle α to set the profile of the pen to the axis of the rotor in the projection on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade, with a root section of the pen value α to = 19.7 ÷ 32.3 °; wherein the maximum thickness of the profile of the blade is made greatest at the root section and decreasing in height to the peripheral end of the pen with a gradient G of fuel equivalent equal to
где Ск - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; Сп - максимальная толщина периферийного сечения профиля пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.where C to - the maximum thickness of the root section of the profile of the pen blade; With p - the maximum thickness of the peripheral section of the profile of the pen blade; N cf - the average height of the feather blades.
При этом лопатка может быть выполнена с углом установки профиля пера относительно оси ротора, нарастающим по высоте лопатки с радиальным удалением от упомянутой оси ротора с градиентом Gу.п изменения указанного угла установки профиля, имеющим в проекции на упомянутую условную осевую плоскость значения в диапазонеIn this case, the blade can be made with the angle of the profile of the pen relative to the axis of the rotor, increasing in height of the blade with a radial distance from the axis of the rotor with a gradient of G u.p changes in the specified angle of installation of the profile, having a projection on the said conditional axial plane of a value in the range
где αк - проекция угла установки профиля пера в корневом сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; αп - проекция угла установки профиля пера в периферийном сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.where α to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade; α p - projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; N cf - the average height of the feather blades.
Перо лопатки может быть выполнено с входной и выходной кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом Gу.x. увеличения хорды,The blade blade can be made with input and output edges diverging to the peripheral end with a gradient of G u.x. increasing chords,
где Lп.х. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Lк.х. - длина корневой хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.where L p.h. - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; L c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; N cf - the average height of the feather blades.
Перо лопатки может быть выполнено выпукло-вогнутым с вогнутой поверхностью, называемой корытом, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п.), и с выпуклой поверхностью, образующей спинку пера, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.), при этом хорда, соединяющая входную и выходную кромки пера в корневой зоне, образует с осью ротора в проекции на упомянутую условную плоскость угол αк установки профиля пера не менее угла α0 установки хвостовика лопатки.The blade feather can be made convex-concave with a concave surface, called a trough, facing concavity in the direction of rotation of the rotor counterclockwise (np view), and with a convex surface forming the back of the feather, convex in the direction against rotation of the rotor and in the direction of clockwise rotation (view in np), while the chord connecting the input and output edges of the pen in the root zone forms, with the rotor axis, the projection onto the said conditional plane, the angle α to the installation of the pen profile is not less than the installation angle α 0 shank of the scapula.
Периферийный торец пера лопатки может быть выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне четвертой ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.The peripheral end face of the blade vane pen can be made beveled with a repetition of the curvature of the internal surface of the engine duct in the zone of the fourth KND stage with a decrease in the radius in the direction of flow of the working fluid with a height sufficient for unobstructed rotation of the impeller blade as part of the KND rotor of the engine.
Технический результат группы изобретений, достигаемый приведенной совокупностью существенных признаков лопатки рабочего колеса четвертой ступени ротора КНД ГТД, заключается в повышении КПД и расширении диапазона режимов газодинамической устойчивости компрессора на 2,2% при повышении ресурса лопатки в 2 раза.The technical result of the group of inventions, achieved by the given set of essential features of the impeller blade of the fourth stage of the rotor KND of the gas turbine engine, is to increase the efficiency and expand the range of gas-dynamic stability of the compressor by 2.2% while increasing the resource of the blade by 2 times.
Сущность изобретения поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
на фиг. 1 изображена лопатка рабочего колеса четвертой ступени, вид сбоку;in FIG. 1 shows a blade of the impeller of the fourth stage, side view;
на фиг. 2 - лопатка рабочего колеса четвертой ступени, вид сверху;in FIG. 2 - the blade of the impeller of the fourth stage, top view;
на фиг. 3 - перо лопатки рабочего колеса четвертой ступени, поперечный разрез;in FIG. 3 - feather blades of the impeller of the fourth stage, a cross section;
на фиг. 4 - фрагмент диска рабочего колеса четвертой ступени с пазами для установки хвостовиков лопаток, фронтальная проекция.in FIG. 4 - a fragment of the disk of the impeller of the fourth stage with grooves for installing the shanks of the blades, frontal projection.
Газотурбинный двигатель включает компрессор низкого давления, турбину низкого давления, компрессор высокого давления, турбину высокого давления и силовую турбину. В группе изобретений, объединенных единых творческим замыслом, лопатка рабочего колеса четвертой ступени ротора компрессора низкого давления ГТД, содержащего проточную часть, ограниченную по периферийному контуру корпусом двигателя, содержит перо 1 с радиальной осью, хвостовик 2 с продольной осью. Хвостовик 2 предназначен для установки в любом из пазов 3 диска 4 рабочего колеса четвертой ступени с обеспечением угла αк установки профиля пера 1 к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера 1 лопатки, имеющего в корневом сечении пера значение αк=19,7÷32,3°.The gas turbine engine includes a low pressure compressor, a low pressure turbine, a high pressure compressor, a high pressure turbine and a power turbine. In the group of inventions, united by a single creative concept, the impeller blade of the fourth stage of the rotor of a low-pressure gas turbine compressor, containing a flow part limited by a peripheral contour of the engine casing, contains feather 1 with a radial axis,
Лопатка выполнена с углом установки профиля пера 1 относительно оси ротора, нарастающим по высоте лопатки с радиальным удалением от упомянутой оси ротора с градиентом Gу.п. изменения указанного угла αк, имеющим в проекции на упомянутую условную осевую плоскость ротора значения в диапазонеThe blade installation angle is formed with the profile 1 the pen relative to the rotor axis, increasing in height of the blade with the radial distance from the axis of said rotor with a gradient G uniformizing parameter changes in the specified angle α to having in the projection onto the conditional axial plane of the rotor values in the range
где αк - проекция угла установки профиля пера 1 в корневом сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси лопатки; αп - проекция угла установки профиля пера 1 в периферийном сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси лопатки; Нср - средняя высота пера 1 лопатки.where α to - the projection angle of the profile of the pen 1 in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the blade; α p - the projection angle of the profile of the pen 1 in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the blade; H cf - the average height of the pen 1 scapula.
Перо 1 лопатки выполнено с входной и выходной кромками 5 и 6 соответственно, расходящимися к периферийному торцу 7 с градиентом увеличения хорды Gу.x.,The feather 1 of the blade is made with the inlet and
где Lп.x. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки 5 и 6 пера 1 лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Lк.х. - длина корневой хорды, соединяющей входную и выходную кромки 5 и 6 пера 1 лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера 1 лопатки.where L p.x. - the length of the peripheral chord connecting the input and
Перо 1 лопатки выполнено выпукло-вогнутым профилем. Вогнутая поверхность профиля пера в виде корыта 8 выполнена обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора против часовой стрелки (вид по н.п. - направлению полета). Выпуклая поверхность профиля пера 1, образующая спинку 9 пера, выполнена обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и в направлении вращения часовой стрелки (вид по н.п.). Хорда 10, соединяющая входную и выходную кромки 5 и 6 пера 1 в корневой зоне 11, образует с осью ротора в проекции на упомянутую условную плоскость угол αк установки профиля пера 1 не менее угла α0 установки хвостовика 2 лопатки.The feather 1 of the blade is made convex-concave profile. The concave surface of the pen profile in the form of a
Вариантно перо 1 лопатки выполнено выпукло-вогнутым профилем с вогнутой поверхностью-корытом 8, обращенной вогнутостью в сторону вращения ротора по часовой стрелке (вид по н.п.), и с выпуклой поверхностью, образующей спинку 9 пера 1, обращенной выпуклостью в сторону против вращения ротора и против направления вращения часовой стрелки (вид по н.п.).Alternatively, the feather 1 of the blade is made of a convex-concave profile with a concave surface-
Перо 1 лопатки выполнено переменной по ширине и высоте пера толщиной, определяемой в поперечном сечении как разность высот спинки 9 и корыта 8 относительно хорды 10, соединяющей входную и выходную кромки 5 и 6 пера 1 лопатки.The feather 1 of the blade is made variable in width and height of the feather thickness, defined in cross section as the difference between the heights of the
Максимальная толщина профиля пера 1 лопатки выполнена наибольшей в корневом сечении и убывающей по высоте пера 1 к периферийному торцу 7 с градиентом Gу.т., равнымThe maximum thickness of the blade profile of the pen 1 is made greatest at the root section and of decreasing height pen 1 to a peripheral end face 7 with a gradient G of fuel equivalent equal to
где Ск - максимальная толщина корневого сечения профиля пера 1 лопатки; Сп - максимальная толщина периферийного сечения профиля пера 1 лопатки; Нср - средняя высота пера 1 лопатки.where C to - the maximum thickness of the root section of the profile of the pen 1 of the scapula; With p - the maximum thickness of the peripheral section of the profile of the pen 1 of the scapula; H cf - the average height of the pen 1 scapula.
Периферийный торец 7 пера 1 лопатки выполнен скошенным с повторением кривизны внутренней поверхности проточной части двигателя в зоне четвертой ступени КНД с уменьшением радиуса в направлении потока рабочего тела с высотой, достаточной для беспрепятственного вращения лопатки рабочего колеса в составе ротора КНД двигателя.The peripheral end face 7 of the pen 1 of the blade is made beveled with a repetition of the curvature of the inner surface of the engine duct in the zone of the fourth stage of the low pressure valve with a decrease in the radius in the direction of flow of the working fluid with a height sufficient for the unobstructed rotation of the impeller blade in the rotor of the low pressure sensor.
Лопатку рабочего колеса четвертой ступени ротора КНД ГТД поэтапно изготавливают из прутка авиационного сплава. На первом этапе отрезают фрагмент прутка требуемой длины, из которого электровысадкой с последующей механической обработкой выполняют заготовку лопатки с локальным утолщением на участке расположения хвостовика 2. На следующем этапе заготовку подвергают общему нагреву в электропечи до состояния термопластичности и выполняют горячую объемную штамповку, используя штамп, состоящий из двух ответно профилированных полуматриц. Рабочая поверхность одной из полуматриц штампа включает участок, форма которого выполнена ответной пространственной поверхности спинки 9 пера 1 лопатки. Рабочая поверхность другой полуматрицы штампа включает участок, форма которого выполнена ответной пространственной поверхности корыта 8 пера 1 лопатки. После чего лопатку подвергают механической обработке, включая обдирку облоя фрезерованием, протягивание хвостовика 2. Доводку обтекаемых поверхностей профилей пера 1 лопатки производят фрезерованием с последующей полировкой.The blade of the impeller of the fourth stage of the rotor KND GTD is stage-by-stage made from the bar of an aircraft alloy. At the first stage, a fragment of the rod of the required length is cut, from which the blade blank is prepared by electric upsetting, followed by mechanical processing, with a local thickening at the location of the
Изготовленная таким образом лопатка состоит из объединенных в одно целое пера 1 с хвостовиком 2, выполненная как сегмент сборного кольца лопаточного венца рабочего колеса четвертой ступени ротора КНД ГТД.The blade made in this way consists of a single pen 1 with a
Профиль пера лопатки имеет следующие геометрические параметры:The profile of the feather blade has the following geometric parameters:
- в корневом сечении профиль пера 1 лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля Cmax=4,16 мм; длина хорды пера - 49,8 мм; угол αк установки профиля пера 1 к оси вращения ротора в проекции на осевую плоскость последнего, нормальную к оси пера лопатки, составляет 26,5°;- in the root section, the profile of the pen 1 of the scapula is made with a maximum profile thickness C max = 4.16 mm; pen chord length - 49.8 mm; the angle α to the installation of the profile of the pen 1 to the axis of rotation of the rotor in the projection onto the axial plane of the latter, normal to the axis of the pen blade, is 26.5 °;
- в периферийном сечении профиль пера лопатки выполнен с максимальной толщиной профиля Cmax=2,15 мм; длина хорды пера принята 53,5 мм; угол αк установки профиля пера к оси вращения ротора в проекции на осевую плоскость последнего, нормальную к оси пера лопатки, составляет 56°;- in the peripheral section, the profile of the blade feather is made with a maximum profile thickness C max = 2.15 mm; pen chord length adopted 53.5 mm; the angle α to the installation of the profile of the pen to the axis of rotation of the rotor in the projection onto the axial plane of the latter, normal to the axis of the pen blade, is 56 °;
- средняя высота Нср профиля пера 1 составляет 125,9 мм.- the average height H cf pen profile 1 is 125.9 mm
Лопатка выполнена для фиксации на диске рабочего колеса вала ротора путем установки хвостовика 2 в пазу 3 обода диска 4.The blade is made for fixing on the disk of the impeller of the rotor shaft by installing the
При работе компрессора каждая лопатка рабочего колеса четвертой ступени ротора КНД взаимодействует с рабочим телом, передавая последнему кинетическую и потенциальную энергию. В результате возникает направленный к выходу из лопаточного венца рабочего колеса поток сжимаемого рабочего тела, который поступает из межлопаточных каналов лопаточного венца рабочего колеса ротора на лопатки и в межлопаточные каналы направляющего аппарата статора четвертой ступени. После выравнивания в направляющем аппарате поток поступает далее во входной направляющий аппарат компрессора высокого давления.When the compressor is operating, each blade of the impeller of the fourth stage of the KND rotor interacts with the working fluid, transferring the kinetic and potential energy to the latter. The result is a flow of a compressible working fluid directed towards the exit from the impeller rim of the impeller, which flows from the interscapular channels of the impeller rim of the rotor impeller to the blades and into the interscapular channels of the stator of the fourth stage stator. After alignment in the guide apparatus, the flow then flows into the inlet guide apparatus of the high pressure compressor.
В процессе реализации разработанной в группе изобретений конструкции лопатки рабочего колеса четвертой ступени ротора КНД технический результат достигается только при установке лопатки в рабочем колесе с ориентацией профиля пера 1 в корневом сечении лопатки под углом αк к оси ротора в проекции на условную осевую плоскость ротора, нормальную радиальной оси пера 1, в указанном угловом диапазоне значений αк=19,7÷32,3° в сочетании с одновременным согласованным удовлетворением условий соответствия найденных в группе изобретений геометрических и аэродинамических параметров пространственной конфигурации и градиентов их изменения по высоте лопатки. При назначении угла αк в корневом сечении лопатки, принятом из интервала значений αк=19,7÷32,3°, найденного в изобретении с учетом углов установки профиля пера предыдущих ступеней ротора компрессора, достигают наиболее высокие значения КПД, ГДУ компрессора и ресурса лопатки.In the process of implementing the design of the impeller blade of the fourth stage of the KND rotor developed in the group of inventions, the technical result is achieved only when the blade is installed in the impeller with the profile of the pen 1 in the root section of the blade at an angle α to the axis of the rotor in the projection on the conditional axial plane of the rotor, normal the radial axis of pen 1, in the indicated angular range of values α к = 19.7 ÷ 32.3 ° in combination with the simultaneous coordinated satisfaction of the matching conditions found in the group of inventions for geometric and aerodynamic parameters of the spatial configuration and their gradients of change along the height of the scapula. When assigning the angle α to the root section of the scapula, taken from the interval of values α to = 19.7 ÷ 32.3 °, found in the invention taking into account the installation angles of the pen profile of the previous stages of the compressor rotor, the highest values of efficiency, GDU of the compressor and resource are achieved shoulder blades.
При уменьшении угла αк<19,7° существенно ограничивается диапазон газодинамической устойчивости работы компрессора, падает КПД ступени и возрастает риск аварийно опасного срыва воздушного потока с выпуклой спинки 9 лопатки с результирующей потерей ГДУ. С увеличением угла αк>32,3° возрастает риск срыва воздушного потока с корыта 8 пера 1 лопатки и снижается КПД. Кроме того, при увеличении угла αк>32,3° неоправданно возрастают напряжения в лопатке на всех режимах работы КНД, что приводит к снижению ресурса, увеличению материалоемкости лопаток и в конечном счете к утяжелению компрессора и снижению эксплуатационной экономичности двигателя.With a decrease in the angle α to <19.7 °, the range of gas-dynamic stability of the compressor operation is significantly limited, the efficiency of the stage decreases, and the risk of an abnormally dangerous disruption of the air flow from the convex back of the 9th blade with the resulting loss of HLD increases. With an increase in the angle α to > 32.3 °, the risk of disruption of the air flow from the trough of 8 feather 1 of the blade increases and the efficiency decreases. In addition, with an increase in the angle α to > 32.3 °, the voltage in the blade increases unjustifiably at all KND operation modes, which leads to a decrease in the resource, an increase in the material consumption of the blades, and ultimately to a heavier compressor and lower operational efficiency of the engine.
Аналогичные процессы имеют место с получением положительного результата при соблюдении и отрицательного при выходе за пределы найденных в группе изобретений границ диапазонов градиентов Gу.п. по высоте Нср пера 1 лопатки. При выполнении трехмерного профиля пера лопатки со значениями градиента Gу.п<151,7 [град/м] существенно ограничивается диапазон ГДУ работы КНД, падает КПД ступени и возрастает риск аварийно опасного срыва потока воздушного потока с выпуклой спинки 9 лопатки с результирующей потерей ГДУ. Увеличение отношения разности углов установки хорды 10 пера 1 по высоте лопатки до значений градиента Gу.x., превышающих верхний принятый по изобретению предел Gу.x.>274,0 [град/м], приводит к недопустимому уменьшению угла раскрытия периферийного участка 12 лопатки, что, в свою очередь, приводит к снижению КПД, негативному уменьшению диапазона ГДУ компрессора и недопустимому рассогласованию работы четвертой ступени ротора с последующими ступенями компрессора низкого давления.Similar processes take place with the receipt of a positive result when observed and a negative result when going beyond the boundaries of the gradient ranges G in. Found in the group of inventions . height H cf pen 1 scapula. When performing a three-dimensional profile of the feather of the blade with gradient values G u.p <151.7 [deg / m], the range of GDU operation of the low pressure regulator is significantly limited, the efficiency of the stage decreases and the risk of an accidentally dangerous stall of the air flow from the convex back of the 9th blade with the resulting loss of GDU increases . Increasing the ratio of the difference in the angles of installation of the
Градиент Gу.x. увеличения хорды 10 пера 1 лопатки по средней высоте Нср пера 1 лопатки характеризует парусность пера 1, образованную в результате углового расхождения входной и выходной кромок 5 и 6 пера 1 от втулки до периферийного торца 7.Gradient G у.x. the increase in the
Парусность пера 1 по высоте лопатки спрофилирована по упомянутому градиенту Gу.x. углового расширения хорды 10 пера с заявленным диапазоном Gу.x.=(2,2÷3,2)·10-2 [м/м], что обеспечивает получение технического результата изобретения. Уменьшение отношения разности длин периферийной и корневой хорд пера 1 к средней высоте Нср пера (Gу.х.<2,2·10-2) приводит к образованию недостаточной густоты заполнения кольцевого периферийного участка 12 площади поперечного сечения проточной части лопаточного венца периферийными участками 12 пера 1 лопаток в проекции на условную плоскость, нормальную к оси ротора. Как следствие возникает недопустимое снижение запаса ГДУ, сужение диапазона газодинамической устойчивости работы компрессора и существенное снижение КПД за счет возможного срыва воздушного потока со спинки 11 лопатки. Увеличение (Gу.x.>3,2·10-2) приводит к неоправданному увеличению потерь от трения потока о профиль пера 1 лопатки и к снижению КПД компрессора.Sailing pen 1 along the height of the scapula is profiled according to the mentioned gradient G у.x. angular expansion of the chord of 10 feathers with the declared range of G у.x. = (2.2 ÷ 3.2) · 10 -2 [m / m], which provides a technical result of the invention. A decrease in the ratio of the difference between the lengths of the peripheral and root chords of the pen 1 to the average height H cp of the pen (G ux <2.2 · 10 -2 ) leads to the formation of insufficient density of filling the annular peripheral section 12 of the cross-sectional area of the flowing part of the scapular crown with peripheral sections 12 pen 1 blades in a projection on a conditional plane normal to the axis of the rotor. As a result, an unacceptable decrease in the GDU stock occurs, a narrowing of the range of gas-dynamic stability of the compressor and a significant decrease in efficiency due to the possible disruption of the air flow from the back of the blade 11. The increase (G у.x. > 3.2 · 10 -2 ) leads to an unjustified increase in losses from friction of the flow on the profile of the pen 1 of the blade and to reduce the efficiency of the compressor.
Технический результат повышения ресурса лопатки в два раза достигается при соблюдении условия соотношения разности толщин к средней высоте пера 1 лопатки, принимаемого в пределах найденного в изобретении указанного диапазона значений градиента Gу.т.=(1,48÷1,76)·10-2 [м/м] за счет обеспечения требуемой статической и динамической жесткости при оптимальной материалоемкости профиля пера 1 лопатки.The technical result increasing the blade life twice achieved under condition the thickness difference ratio to the average height of the blade 1 pen received within the invention found in the specified range of the gradient values G reference fuel = (1.48 ÷ 1.76) · 10 -2 [m / m] due to the provision of the required static and dynamic stiffness with optimal material consumption of the profile of the pen 1 of the blade.
При значениях градиента Gу.т.<1,48·10-2 [м/м] возникает излишнее повышение материалоемкости вследствие неоправданного реальными сочетаниями нагрузок увеличения толщины периферийного участка 12 пера 1 лопатки, что приводит к завышению массы компрессора и снижению экономичности двигателя.When the gradient values G reference fuel <1.48 · 10 -2 [m / m] there is an excessive increase in material consumption due to the increase in the thickness of the peripheral section 12 of the pen 1 of the blade, which is not justified by real load combinations, which leads to an overestimation of the compressor mass and a decrease in engine efficiency.
При значениях градиента Gу.т.>1,76·10-2 [м/м] требуемое повышение ресурса лопатки не достигается из-за снижения динамической прочности в процессе эксплуатации компрессора вследствие неоправданного возрастания параметров изгибных колебаний профиля пера 1 при недопустимом уменьшении максимальной толщины профиля в наиболее нагруженной периферийной части длины пера лопатки.When the gradient values G reference fuel > 1.76 · 10 -2 [m / m] the required increase in the resource of the blade is not achieved due to a decrease in dynamic strength during operation of the compressor due to an unjustified increase in the parameters of bending vibrations of pen profile 1 with an unacceptable decrease in the maximum thickness of the profile in the most loaded peripheral part of the length feather scapula.
Таким образом, за счет улучшения конструктивных и аэродинамических параметров в вариантном исполнении лопатки рабочего колеса четвертой ступени достигают повышение КПД и расширение диапазона режимов газодинамической устойчивости КНД двигателя без увеличения материалоемкости лопатки.Thus, by improving the structural and aerodynamic parameters in the variant design of the impeller blades of the fourth stage, an increase in efficiency and an expansion of the range of gas-dynamic stability modes of the engine’s low pressure are achieved without increasing the material consumption of the blades.
Claims (23)
Gу.п.=(αп-αк)/Нср=(151,7÷274,0) [град/м],
где αк - проекция угла установки профиля пера в корневом сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; αп - проекция угла установки профиля пера в периферийном сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки;
при этом перо лопатки выполнено с входной и выходной кромками, расходящимися к периферийному торцу с градиентом Gу.х. увеличения хорды,
Gу.x.=(Lп.х.-Lк.х.)/Hср=(2,2÷3,2)·10-2 [м/м],
где Lп.х - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Lк.х. - длина корневой хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.1. The blade of the impeller of the fourth stage of the rotor, which includes a grooved disk, a low-pressure compressor (LPC) of a gas turbine engine (GTE) containing a flow part, which is limited along the peripheral circuit by the engine casing having a low-pressure turbine (LP), a high-pressure turbine ( HPT) and the power turbine (PT), characterized in that the blade comprises a pen to the radial axis, the shank having a longitudinal axis designed to be placed in any of the disk grooves fourth stage impeller secured to the angle α y SETTING profile pen to the rotor axis in projection on an axial schematic of the rotor plane normal to the radial axis of the blade having a root section of the pen to a value α = 19,7 ÷ 32,3 °; moreover, the blade is made with the angle of installation of the profile of the pen relative to the axis of the rotor, increasing in height of the blade with a radial distance from the said axis of the rotor with a gradient of G y.p. changes in the specified angle of installation of the profile, having a projection on said conditional axial plane of the rotor with values in the range
G uniformizing parameter = (α p -α k ) / N sr = (151.7 ÷ 274.0) [deg / m],
where α to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade; α p - projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; N cf - the average height of the feather blades;
the feather of the blade is made with input and output edges diverging to the peripheral end with a gradient of G u.x. increasing chords,
G at.x. = (L p.h. -L k.h. ) / H cf = (2.2 ÷ 3.2) · 10 -2 [m / m],
PH where L - length of the peripheral chord joining the inlet and outlet edges of the blade in the conventional plane parallel to the axial normal plane of the rotor and the radial axis of the blade; L c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; N cf - the average height of the feather blades.
Gу.п.=(αп-αк)/Нср=(151,7÷274,0) [град/м],
где αк - проекция угла установки профиля пера в корневом сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; αп - проекция угла установки профиля пера в периферийном сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.6. The blade of the impeller of the fourth stage of the rotor, comprising a grooved disk, a low-pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour of the engine casing having a low-pressure turbine, a high-pressure turbine and a power turbine, characterized in that the blade contains feather with a radial axis, a shank with a longitudinal axis, designed for installation in any of the grooves of the disk of the impeller of the fourth stage with an angle α to set the profile of the pen to the rotor axis in projection onto the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade with the value α k = 19.7 ÷ 32.3 ° in the root section of the feather; wherein the blade is provided with an angle profile settings pen relative to the rotor axis, increasing in height of the blade with the radial distance from the axis of said rotor with a gradient G uniformizing parameter changes in the specified angle of installation of the profile, having in the projection onto said conditional axial plane of the rotor values in the range
G U.P. = (α p -α k ) / N sr = (151.7 ÷ 274.0) [deg / m],
where α to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade; α p - projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; N cf - the average height of the feather blades.
Gу.х.=(Lп.х.-Lк.х.)/Hср=(2,2÷3,2)·10-2 [м/м],
где Lп.х. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Lк.х. - длина корневой хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.7. The blade of the impeller of the fourth-stage rotor according to claim. 6, characterized in that the blade is adapted to feather the inlet and outlet edges diverging towards the peripheral end face of a gradient G WH increasing chords,
G uh = (L p.h. -L k.h. ) / H cf = (2.2 ÷ 3.2) · 10 -2 [m / m],
where L p.h. - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; L c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; N cf - the average height of the feather blades.
Gу.х.=(Lп.х.-Lк.х.)/Hср=(2,2÷3,2)·10-2 [м/м],
где Lп.х. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Lк.х. - длина корневой хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Hср - средняя высота пера лопатки.12. The blade of the impeller of the fourth stage of the rotor, including the disk with grooves, a low-pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour of the engine casing having a low-pressure turbine, a high-pressure turbine and a power turbine, characterized in that the blade contains feather with a radial axis, a shank with a longitudinal axis, designed for installation in any of the grooves of the disk of the impeller of the fourth stage with an angle α to set the profile of the pen to the rotor axis in projection onto the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade with the value α k = 19.7 ÷ 32.3 ° in the root section of the feather; moreover, the blade feather is made with input and output edges diverging to the peripheral end face with a gradient of increasing chords G u.kh. ,
G uh = (L p.h. -L k.h. ) / H cf = (2.2 ÷ 3.2) · 10 -2 [m / m],
where L p.h. - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; L c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; H cf - the average height of the feather blades.
Gу.п.=(αп-αк)/Нср=(151,7÷274,0) [град/м],
где αк - проекция угла установки профиля пера в корневом сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; αп - проекция угла установки профиля пера в периферийном сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; Hср - средняя высота пера лопатки.13. The blade of the impeller of the fourth-stage rotor according to claim. 12, characterized in that the blade is provided with an angle profile settings pen relative to the rotor axis, increasing in height of the blade with the radial distance from the axis of said rotor with a gradient G uniformizing parameter changes in the specified angle of installation of the profile, having in the projection onto said conditional axial plane of the rotor values in the range
G U.P. = (α p -α k ) / N sr = (151.7 ÷ 274.0) [deg / m],
where α to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade; α p - projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; H cf - the average height of the feather blades.
Gу.т.=(Ск-Сп)/Нср=(1,48÷1,76)·10-2 [м/м],
где Ск - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; Сп - максимальная толщина периферийного сечения профиля пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.17. The blade of the impeller of the fourth stage of the rotor according to p. 12, characterized in that the maximum thickness of the blade profile of the blade is made the largest in the root section and decreasing in height of the feather to the peripheral end with a gradient of G weight equal to
G ut = (C to -C p ) / N cf = (1.48 ÷ 1.76) · 10 -2 [m / m],
where C to - the maximum thickness of the root section of the profile of the pen blade; With p - the maximum thickness of the peripheral section of the profile of the pen blade; N cf - the average height of the feather blades.
Gу.т.=(Cк-Cп)/Нср=(1,48÷1,76)·10-2 [м/м],
где Ск - максимальная толщина корневого сечения профиля пера лопатки; Сп - максимальная толщина периферийного сечения профиля пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.19. The blade of the impeller of the fourth stage of the rotor, including the disk with grooves, a low pressure compressor of a gas turbine engine containing a flow part, which is limited along the peripheral contour of the engine body having a low pressure turbine, a high pressure turbine and a power turbine, characterized in that the blade contains feather with a radial axis, a shank with a longitudinal axis, designed for installation in any of the grooves of the disk of the impeller of the fourth stage with an angle α to set the profile of the pen to the rotor axis in projection onto the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade with the value α k = 19.7 ÷ 32.3 ° in the root section of the feather; wherein the maximum thickness of the profile of the blade is made greatest at the root section and decreasing in height to the peripheral end of the pen with a gradient G of fuel equivalent equal to
G ut = (C to -C p ) / N sr = (1.48 ÷ 1.76) · 10 -2 [m / m],
where C to - the maximum thickness of the root section of the profile of the pen blade; With p - the maximum thickness of the peripheral section of the profile of the pen blade; N cp - the average height of the blade.
Gу.п.=(αп-αк)/Нср=(151,7÷274,0) [град/м],
где αк - проекция угла установки профиля пера в корневом сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; αп - проекция угла установки профиля пера в периферийном сечении лопатки относительно оси ротора на условную осевую плоскость ротора, нормальную к радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.20. The blade of the impeller of the fourth-stage rotor according to claim. 19, characterized in that the blade is provided with an angle profile settings pen relative to the rotor axis, increasing in height of the blade with the radial distance from the axis of said rotor with a gradient G uniformizing parameter changes in the specified angle of installation of the profile, having in the projection onto said conditional axial plane values in the range
G U.P. = (α p -α k ) / N sr = (151.7 ÷ 274.0) [deg / m],
where α to is the projection of the angle of the profile of the pen in the root section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor normal to the radial axis of the feather of the blade; α p - projection of the angle of the profile of the pen in the peripheral section of the blade relative to the axis of the rotor on the conditional axial plane of the rotor, normal to the radial axis of the pen blade; N cf - the average height of the feather blades.
Gу.х.=(Lп.х.-Lк.х.)/Hcp=(2,2÷3,2)·10-2 [м/м],
где Lп.х. - длина периферийной хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Lк.х. - длина корневой хорды, соединяющей входную и выходную кромки пера лопатки в условной плоскости, параллельной осевой плоскости ротора и нормальной радиальной оси пера лопатки; Нср - средняя высота пера лопатки.21. The blade of the impeller of the fourth stage of the rotor according to p. 19, characterized in that the feather of the blade is made with input and output edges diverging to the peripheral end with a gradient of G C increasing chords,
G uh = (L p.h.- L k.h. ) / H cp = (2.2 ÷ 3.2) · 10 -2 [m / m],
where L p.h. - the length of the peripheral chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; L c.h. - the length of the root chord connecting the input and output edges of the feather blade in a conventional plane parallel to the axial plane of the rotor and the normal radial axis of the feather blade; N cf - the average height of the feather blades.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014152136/06A RU2581980C1 (en) | 2014-12-23 | 2014-12-23 | Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014152136/06A RU2581980C1 (en) | 2014-12-23 | 2014-12-23 | Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine (versions) |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2581980C1 true RU2581980C1 (en) | 2016-04-20 |
Family
ID=56195099
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014152136/06A RU2581980C1 (en) | 2014-12-23 | 2014-12-23 | Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2581980C1 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU785529A1 (en) * | 1979-02-05 | 1980-12-07 | Предприятие П/Я Р-6838 | Axial turbomachine impeller |
| SU1348563A1 (en) * | 1986-06-30 | 1987-10-30 | И. К. Попов | Attachment unit of axial compressor blade |
| RU2369765C1 (en) * | 2008-05-12 | 2009-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" | Turbojet bypass engine with augmenter |
| CN202176549U (en) * | 2011-08-30 | 2012-03-28 | 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 | Secondary first-stage blade for air compressor of high power combustion gas turbine |
-
2014
- 2014-12-23 RU RU2014152136/06A patent/RU2581980C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU785529A1 (en) * | 1979-02-05 | 1980-12-07 | Предприятие П/Я Р-6838 | Axial turbomachine impeller |
| SU1348563A1 (en) * | 1986-06-30 | 1987-10-30 | И. К. Попов | Attachment unit of axial compressor blade |
| RU2369765C1 (en) * | 2008-05-12 | 2009-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Московское машиностроительное производственное предприятие "Салют" | Turbojet bypass engine with augmenter |
| CN202176549U (en) * | 2011-08-30 | 2012-03-28 | 哈尔滨汽轮机厂有限责任公司 | Secondary first-stage blade for air compressor of high power combustion gas turbine |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2565138C1 (en) | Turbojet low-pressure compressor rotor impeller blade | |
| RU2565091C1 (en) | Rotor impeller of lp compressor of jet turbine engine (versions) | |
| RU2603382C1 (en) | Turbojet engine low-pressure compressor first stage rotor impeller (versions) | |
| RU2565114C1 (en) | Rotor impeller of lp compressor of jet turbine engine (versions) | |
| RU2581980C1 (en) | Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine (versions) | |
| RU2581990C1 (en) | Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine engine | |
| RU155495U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE | |
| RU2596915C1 (en) | Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine (versions) | |
| RU149745U1 (en) | TURBOJET ENGINE COMPRESSOR ROTOR ROTOR BLADE | |
| RU2581987C1 (en) | Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine (versions) | |
| RU2612282C1 (en) | Turbojet low-pressure compressor rotor fourth-stage impeller | |
| RU2581981C1 (en) | Impeller blade of rotor of compressor of low-pressure gas turbine (versions) | |
| RU2603383C1 (en) | Turbojet engine low-pressure compressor second stage rotor impeller (versions) | |
| RU155492U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE | |
| RU155496U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE | |
| RU155601U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE | |
| RU155603U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE | |
| RU155599U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE | |
| RU155491U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE | |
| RU155600U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE | |
| RU155498U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE | |
| RU2603379C1 (en) | Gas turbine engine low pressure compressor rotor impeller (versions) | |
| RU155607U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE | |
| RU2603380C1 (en) | Gas turbine engine low pressure compressor rotor impeller (versions) | |
| RU155493U1 (en) | GAS-TURBINE ENGINE LOW PRESSURE ROTOR WHEEL BLADE |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PD4A | Correction of name of patent owner |