RU2582537C2 - Axial-flow compressor - Google Patents
Axial-flow compressor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2582537C2 RU2582537C2 RU2014117379/06A RU2014117379A RU2582537C2 RU 2582537 C2 RU2582537 C2 RU 2582537C2 RU 2014117379/06 A RU2014117379/06 A RU 2014117379/06A RU 2014117379 A RU2014117379 A RU 2014117379A RU 2582537 C2 RU2582537 C2 RU 2582537C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- housing
- working fluid
- flow
- impeller
- axial compressor
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к области авиационного двигателестроения и может быть использовано в осевых компрессорах для совершенствования их аэродинамики за счет управления течением у корпуса рабочих колес.The invention relates to the field of aircraft engine manufacturing and can be used in axial compressors to improve their aerodynamics by controlling the flow of the impeller housing.
Наиболее близким по технической сущности заявленному изобретению является конструкция осевого компрессора, содержащего корпус и установленные попарно вращающиеся и неподвижные венцы лопаток. Каждый вращающийся венец лопаток образует рабочее колесо, а каждый неподвижный венец лопаток - направляющий аппарат. Рабочее колесо и направляющий аппарат образуют ступень осевого компрессора. В ступенях осевого компрессора, между лопатками рабочего колеса и внутренней поверхностью корпуса, всегда имеется конструктивный радиальный зазор (см., например, Нечаев Ю.Н. Теория авиационных двигателей, ч. 1. Учебник для ВУЗов ВВС. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2005. 366 с. С. 57-58, 89).Closest to the technical nature of the claimed invention is the design of an axial compressor containing a housing and mounted in pairs rotating and fixed crowns of the blades. Each rotating crown of the blades forms an impeller, and each fixed crown of the blades forms a guiding apparatus. The impeller and guide vanes form the stage of the axial compressor. In the steps of the axial compressor, between the blades of the impeller and the inner surface of the casing, there is always a constructive radial clearance (see, for example, Nechaev Yu.N. Theory of aircraft engines,
Недостатком известной конструкции является то, что в районе законцовок перьев лопаток рабочего колеса имеют место потери от перетечек, обусловленные наличием радиального зазора, которые слагаются из потерь от утечек через зазор в осевом направлении и перетечек через торец лопатки со стороны высокого давления (корыта) на сторону низкого давления (спинку) (см., например, Ржавин Ю.А., Емин О.Н., Карасев В.Н. Осевые и центробежные компрессоры двигателей летательных аппаратов. Теория и расчет: Учебное пособие. - М.: МАИ - ПРИНТ, 2008. 700 с. С.152-153).A disadvantage of the known design is that in the area of the tips of the feathers of the impeller blades there are losses from overflows due to the presence of a radial clearance, which are composed of losses from leaks through the clearance in the axial direction and overflows through the end of the blade from the high pressure side (trough) to the side low pressure (back) (see, for example, Rzhavin Yu.A., Emin O.N., Karasev V.N. Axial and centrifugal compressors of aircraft engines. Theory and calculation: Textbook. - M .: MAI - PRINT 2008, 700 p. S.152-153).
Перетекание воздуха через радиальный зазор приводит к снижению окружного усилия и, следовательно, к снижению работы, передаваемой воздуху в ступени. Бесполезные затраты энергии на перетекание воздуха через радиальный зазор и на создание вихревого течения у законцовок перьев лопаток вблизи радиального зазора обуславливают, кроме того, падение КПД ступени. Все это приводит к снижению напора (адиабатной работы) ступени (см., например, Нечаев Ю.Н. Теория авиационных двигателей, ч. 1. Учебник для ВУЗов ВВС. М.: ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 2005. 366 с. С. 90-91).The flow of air through the radial clearance leads to a decrease in peripheral effort and, consequently, to a decrease in the work transmitted to the air in the stage. The useless energy expenditures for the flow of air through the radial gap and for the creation of a vortex flow at the tip of the feathers of the blades near the radial gap cause, in addition, a drop in the efficiency of the stage. All this leads to a decrease in the pressure (adiabatic operation) of the step (see, for example, Nechaev Yu.N. Theory of aircraft engines,
Техническим результатом изобретения является совершенствование аэродинамики проточной части осевого компрессора путем применения выдува рабочего тела из корпуса рабочего колеса для создания условий предотвращения перетекания воздуха через радиальный зазор, выравнивания направления и обеспечения равномерного поля скоростей потока у корпуса рабочего колеса и в радиальном зазоре.The technical result of the invention is to improve the aerodynamics of the flowing part of the axial compressor by applying the blowing of the working fluid from the impeller housing to create conditions for preventing air from flowing through the radial clearance, aligning the direction and ensuring a uniform field of flow velocities at the impeller housing and in the radial clearance.
Сущность изобретения заключается в том, что при движении воздуха у корпуса рабочего колеса осевого компрессора по отношению к идеальному расчетному режиму течения в i точке у корпуса рабочего колеса, представленному с помощью треугольника скоростей (см. фиг. 1), в результате трения воздуха о корпус и перетекания в радиальном зазоре изменяется направление и значение абсолютной скорости сi на cip, таким образом, что при равных окружных скоростях ui=uip приводит к уменьшению осевой составляющей абсолютной скорости сai до саiр и изменению направления и значения относительной скорости wi на wip, а следовательно увеличению угла отставания потока δi. Вследствие этого возникают срывные явления на спинке лопатки рабочего колеса, приводящие к увеличению аэродинамических потерь в проточной части у корпуса рабочего колеса.The essence of the invention lies in the fact that when the air moves near the impeller casing of the axial compressor with respect to the ideal design flow at the i point near the casing of the impeller, represented by a velocity triangle (see Fig. 1), as a result of air friction against the casing and overflow gap is changed in radial direction and the absolute velocity at a i c ip, so that at equal circumferential u i = u ip speeds reduces the axial component of the absolute velocity with ai through from AIP and voltage change Lenia and values of the relative velocity w i to w ip, and thus increase the lag angle δ i flow. As a result of this, stalling phenomena occur on the back of the impeller blades, leading to an increase in aerodynamic losses in the flow part near the impeller housing.
Проведенные экспериментальные исследования позволили установить, что одним из эффективных способов управления течением у корпуса рабочего колеса, в том числе и в радиальном зазоре, является применение выдува рабочего тела из корпуса осевого компрессора над лопатками рабочих колес. Скорость выдува ciв=ci и угол выдува ψ рабочего тела, в том числе и на расчетных режимах работы компрессора, должны обеспечить значение и направление абсолютной скорости ci равными расчетным. При этом увеличивается осевая составляющая абсолютной скорости до cai и изменяются направление и значение относительной скорости W; в направлении уменьшения угла отставания потока δi до значений, близких либо равных 0. В этом случае достигается безотрывное обтекание лопаток рабочего колеса и уменьшаются аэродинамические потери у корпуса в проточной части осевого компрессора, что приводит к созданию условий выравнивания направления и обеспечения равномерного поля скоростей потока у корпуса рабочего колеса и в радиальном зазоре.The conducted experimental studies made it possible to establish that one of the effective ways to control the flow at the impeller housing, including in the radial clearance, is the use of blowing the working fluid from the axial compressor housing over the impeller blades. The blowing speed c iв = c i and the blowing angle ψ of the working fluid, including at the calculated operating modes of the compressor, should provide the value and direction of the absolute speed c i equal to the calculated one. In this case, the axial component of the absolute velocity increases to c ai and the direction and value of the relative velocity W change; in the direction of decreasing the flow lag angle δ i to values close to or equal to 0. In this case, continuous flow around the impeller blades is achieved and aerodynamic losses at the housing in the flow part of the axial compressor are reduced, which leads to the creation of conditions for equalizing the direction and ensuring a uniform field of flow velocities at the impeller housing and in the radial clearance.
Требуемые скорость и направление потока определяются значениями, соответствующими расчетному режиму течения без учета трения и перетекания в радиальном зазоре. Скорость выдува ciв и угол выдува ψ определяются путем построения плана скоростей (см. фиг. 1), в каждой i точке межлопаточного канала, исходя из условий:The required speed and direction of flow are determined by the values corresponding to the calculated flow regime without taking into account friction and flow in the radial clearance. The blowing speed c iв and the blowing angle ψ are determined by constructing a speed plan (see Fig. 1), at each i point of the interscapular channel, based on the conditions:
- осевая составляющая абсолютной скорости cai определяется расходом воздуха G через рабочее колесо;- the axial component of the absolute speed c ai is determined by the air flow G through the impeller;
- направление относительной скорости wi совпадает с касательной к средней линии профиля лопатки на рассматриваемом радиусе ri от центра вращения и местоположения 1i i точки относительно носика лопатки по ее хорде bрк;- the direction of the relative speed w i coincides with the tangent to the midline of the profile of the blade at the radius r i from the center of rotation and the location of the 1 i i point relative to the nose of the blade along its chord b rk ;
- окружная скорость ui определяется частотой вращения n рабочего колеса и радиусом ri от центра вращения.- peripheral speed u i is determined by the rotational speed n of the impeller and the radius r i from the center of rotation.
Перечень фигур чертежейList of drawings
На представленных чертежах:In the drawings:
Фиг. 1 показывает планы скоростей в i точке межлопаточного канала, соответствующие:FIG. 1 shows speed plans at the i point of the interscapular canal corresponding to:
- рабочему режиму течения с учетом трения и перетекания в радиальном зазоре, где: вектор абсолютной скорости cip, вектор осевой составляющей абсолютной скорости caip, вектор окружной скорости uip, вектор относительной скорости wip;- the operating mode of the flow, taking into account friction and flow in the radial clearance, where: the absolute velocity vector c ip , the axial component of the absolute velocity c aip , the peripheral velocity vector u ip , the relative velocity vector w ip ;
- режиму течения с учетом выдува рабочего тела из корпуса осевого компрессора над лопатками рабочих колес, соответствующему условиям выравнивания направления и обеспечения равномерного поля скоростей потока у корпуса и в радиальном зазоре и равному идеальному расчетному режиму течения без учета трения и перетекания в радиальном зазоре, где: вектор абсолютной скорости ci, вектор осевой составляющей абсолютной скорости саi, вектор окружной скорости ui, вектор относительной скорости wi.- flow regime, taking into account the blowing of the working fluid from the axial compressor casing above the impeller blades, corresponding to the conditions for equalizing the direction and ensuring a uniform field of flow velocities at the casing and in the radial clearance and equal to the ideal design flow regime without taking into account friction and flow in the radial clearance, where: vector of absolute speed c i , vector of axial component of absolute speed with аi , vector of peripheral speed u i , vector of relative speed w i .
Фиг. 2 показывает продольный разрез ступени осевого компрессора с конструктивным выполнением выдува рабочего тела, где 1 - корпус компрессора, 2 - рабочее колесо, 3 - кольцевая проставка, 4 - подводящий канал, 5 - кольцевая полость, 6 - трубопровод подвода рабочего тела, 7 - штуцер подвода рабочего тела.FIG. 2 shows a longitudinal section of the stage of an axial compressor with a constructive blowing of the working fluid, where 1 is the compressor housing, 2 is the impeller, 3 is an annular spacer, 4 is a supply channel, 5 is an annular cavity, 6 is a pipeline for supplying a working fluid, 7 is a fitting supply of a working fluid.
Фиг. 3 показывает элемент I на фиг. 2 в масштабе 4:1.FIG. 3 shows element I in FIG. 2 on a 4: 1 scale.
Фиг. 4 показывает поперечный разрез А-А на фиг. 2 в масштабе 2:1.FIG. 4 shows a cross section AA in FIG. 2 on a 2: 1 scale.
Фиг. 5 показывает продольный разрез ступени осевого компрессора с установленной на корпусе п-образной надставкой.FIG. 5 shows a longitudinal section through a stage of an axial compressor with a p-shaped extension mounted on the housing.
Указанный технический результат достигается тем, что в корпусе компрессора 1 (см. фиг. 2) над лопатками рабочих колес 2 с внутренней стороны выполнена кольцевая проточка прямоугольной формы, в которую установлена кольцевая проставка 3, с внутренней стороны корпуса которой выполнены равномерно распределенные по всему диаметру подводящие каналы 4, обеспечивающие выдув рабочего тела из кольцевой полости 5, образующейся между корпусом и кольцевой проставкой, в радиальный зазор осевого компрессора под углом φ (см. фиг. 3), равным 1-5 градусов, в вертикальной плоскости относительно внутренней поверхности корпуса, в горизонтальной плоскости под углом ψ (см. фиг. 4) относительно фронта решетки профилей. Подвод рабочего тела в кольцевую полость осуществляется от последних ступеней компрессора либо от любого другого источника подачи рабочего тела через устройство подвода, которое выполнено в виде 4-8 штуцеров 7, установленных непосредственно над кольцевой полостью, пропорционально распределенных по окружности корпуса компрессора.The specified technical result is achieved by the fact that in the compressor housing 1 (see Fig. 2) above the vanes of the
Местоположение точки выдува по хорде лопатки li (см. фиг. 1), количество подводящих каналов для каждой ступени определяют из условия минимизации их количества и минимизации расхода рабочего тела при обеспечении требуемых величины и направления абсолютной скорости, соответствующей идеальному расчетному течению.The location of the blowing point along the chord of the blade l i (see Fig. 1), the number of supply channels for each stage is determined from the condition of minimizing their number and minimizing the flow rate of the working fluid while ensuring the required magnitude and direction of the absolute speed corresponding to the ideal calculated flow.
Кроме того, подводящие каналы могут быть выполнены непосредственно в корпусе осевого компрессора над рабочим колесом, а кольцевая полость и устройство подвода рабочего тела выполнены сверху корпуса путем установки на нем п-образной надставки 8 (см. фиг. 5).In addition, the supply channels can be made directly in the axial compressor housing above the impeller, and the annular cavity and the working fluid supply device are made on top of the housing by installing an u-shaped extension 8 (see Fig. 5).
Применение предлагаемого изобретения позволит повысить степень повышения давления, коэффициент полезного действия и запас газодинамической устойчивости осевого компрессора.The application of the invention will increase the degree of pressure increase, the efficiency and the stock of gas-dynamic stability of the axial compressor.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014117379/06A RU2582537C2 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Axial-flow compressor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014117379/06A RU2582537C2 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Axial-flow compressor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014117379A RU2014117379A (en) | 2015-11-10 |
RU2582537C2 true RU2582537C2 (en) | 2016-04-27 |
Family
ID=54536165
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014117379/06A RU2582537C2 (en) | 2014-04-29 | 2014-04-29 | Axial-flow compressor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2582537C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2801253C1 (en) * | 2022-12-21 | 2023-08-04 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Axial compressor |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU421800A1 (en) * | 1972-09-04 | 1974-03-30 | В. Д. Рево | AXIAL COMPRESSOR |
SU1681059A1 (en) * | 1988-08-10 | 1991-09-30 | Предприятие П/Я А-1125 | Method for determination of angular position of radial holes in stator |
RU2192564C2 (en) * | 2000-05-15 | 2002-11-10 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Turbomachine overrotor device |
WO2013107489A1 (en) * | 2012-01-16 | 2013-07-25 | Universität der Bundeswehr München | Method and device for stabilizing a compressor current |
RU133217U1 (en) * | 2013-04-18 | 2013-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | CLOSING HIGH-LOADED AXIAL COMPRESSOR STEP OF HIGH PRESSURE FOR GAS TURBINE ENGINES |
-
2014
- 2014-04-29 RU RU2014117379/06A patent/RU2582537C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU421800A1 (en) * | 1972-09-04 | 1974-03-30 | В. Д. Рево | AXIAL COMPRESSOR |
SU1681059A1 (en) * | 1988-08-10 | 1991-09-30 | Предприятие П/Я А-1125 | Method for determination of angular position of radial holes in stator |
RU2192564C2 (en) * | 2000-05-15 | 2002-11-10 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Turbomachine overrotor device |
WO2013107489A1 (en) * | 2012-01-16 | 2013-07-25 | Universität der Bundeswehr München | Method and device for stabilizing a compressor current |
RU133217U1 (en) * | 2013-04-18 | 2013-10-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | CLOSING HIGH-LOADED AXIAL COMPRESSOR STEP OF HIGH PRESSURE FOR GAS TURBINE ENGINES |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2801253C1 (en) * | 2022-12-21 | 2023-08-04 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Axial compressor |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014117379A (en) | 2015-11-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10400788B2 (en) | Intermediate intake-type diaphragm and centrifugal rotating machine | |
RU2015136552A (en) | EFFICIENCY SEAL TURBINE | |
CN104196751B (en) | Obturage for compressor/fan stator and air-breathing controls corner separation structure | |
US20160238019A1 (en) | Gas pipeline centrifugal compressor and gas pipeline | |
JP2016053363A (en) | Centrifugal compressor stage | |
JP5630488B2 (en) | Centrifugal compressor | |
RU2573861C2 (en) | Updating of power converter plant and updated power converter plant | |
WO2012161436A3 (en) | Regenerative-type fluid machinery having a guide vane on a channel wall | |
US10907650B2 (en) | Compressor and turbocharger | |
US10634156B2 (en) | Centrifugal compressor | |
US20160146215A1 (en) | Centrifugal rotor | |
RU2582537C2 (en) | Axial-flow compressor | |
BR112018015829A2 (en) | device for measuring the flow of a fluid in a conduit | |
MX2016012593A (en) | Pump for conveying a highly viscous fluid. | |
RU170839U1 (en) | ELECTRIC CENTRIFUGAL PUMP STEP | |
JP2017048703A (en) | Centrifugal Pump | |
KR101593648B1 (en) | Apparatus and method for controlling variable guide vane in axial flow pump or mixed flow pump | |
US8721262B1 (en) | Vertical centrifugal pump | |
GB581444A (en) | Improvements in or relating to pumps, fans and like machines for transmitting energy to fluids | |
RU2014143963A (en) | CENTRIFUGAL COMPRESSOR | |
GB515469A (en) | Improvements in cased screw propeller type fans, pumps and the like | |
JP2015137607A5 (en) | Axial flow rotating machine | |
NO20170558A1 (en) | Pump | |
RU2694454C1 (en) | Axial compressor | |
RU2633221C1 (en) | Axial compressor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170430 |