RU2606294C1 - High-speed axial fan impeller - Google Patents

High-speed axial fan impeller Download PDF

Info

Publication number
RU2606294C1
RU2606294C1 RU2015126902A RU2015126902A RU2606294C1 RU 2606294 C1 RU2606294 C1 RU 2606294C1 RU 2015126902 A RU2015126902 A RU 2015126902A RU 2015126902 A RU2015126902 A RU 2015126902A RU 2606294 C1 RU2606294 C1 RU 2606294C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
blade
blades
generatrix
value
input edge
Prior art date
Application number
RU2015126902A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Виктор Иванович МИЛЕШИН
Сергей Владимирович Панков
Виктор Антонович Фатеев
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Priority to RU2015126902A priority Critical patent/RU2606294C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2606294C1 publication Critical patent/RU2606294C1/en

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01DNON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
    • F01D5/00Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
    • F01D5/12Blades
    • F01D5/14Form or construction
    • F01D5/147Construction, i.e. structural features, e.g. of weight-saving hollow blades
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04DNON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
    • F04D29/00Details, component parts, or accessories
    • F04D29/26Rotors specially for elastic fluids
    • F04D29/32Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
    • F04D29/38Blades
    • F04D29/384Blades characterised by form

Abstract

FIELD: engines and pumps.
SUBSTANCE: invention relates to aircraft engine technology, particularly to aircraft gas turbine engines axial fans. High-speed axial fan impeller comprises disc, blades installed in disc and path flanges arranged on disc between blades with formation of blade channel inner surface. Blades are made with forward sweep in peripheral part, and leading and trailing edges generatrices projections on meridian plane contain convexity towards against flow, located in blades middle part. Leading edge generatrix projection on each blade meridian plane has straight line section. Straight line section height, as well as shape of working blade leading edge generatrix projection on meridian plane is defined by relationships protected by this invention.
EFFECT: invention allows to increase high-speed axial fan impeller efficiency while maintaining gas dynamic stability and absence of impeller blades bending-torsional flutter.
1 cl, 7 dwg

Description

Изобретение относится к авиационному двигателестроению, в частности к осевым вентиляторам авиационных газотурбинных двигателей.The invention relates to aircraft engine manufacturing, in particular to axial fans of aircraft gas turbine engines.

Лопатки рабочего колеса высокооборотных вентиляторов работают в условиях сверхзвукового относительного потока, скорость которого существенно превышает скорость звука. Точное профилирование рабочих лопаток осуществляется с целью обеспечения плавного торможения относительного потока в системе слабых ударных волн в периферийной области, что обеспечивает низкий уровень потерь и высокую эффективность процесса сжатия воздуха в вентиляторе.The blades of the impeller of high-speed fans operate in a supersonic relative flow, the speed of which significantly exceeds the speed of sound. Accurate profiling of the blades is carried out in order to ensure smooth braking of the relative flow in the system of weak shock waves in the peripheral region, which ensures a low level of losses and high efficiency of the air compression process in the fan.

Одним из эффективных приемов снижения потерь при обтекании лопаток вентилятора является выполнение сверхзвуковой периферийной части лопатки стреловидной относительно направления потока, натекающего на лопатку. При этом потери определяются уже числом Маха набегающего потока, нормального к скошенной передней кромке стреловидной лопатки. Профилированием лопаток организуется торможение потока в межлопаточных каналах рабочего колеса в системе слабых скачков уплотнения.One of the effective methods of reducing losses during the flow around fan blades is to perform the supersonic peripheral part of the blade swept relative to the direction of flow flowing onto the blade. In this case, the losses are already determined by the Mach number of the oncoming flow normal to the beveled front edge of the swept blade. The profiling of the blades organizes flow inhibition in the interscapular channels of the impeller in a system of weak shock waves.

Известно рабочее колесо высокооборотного осевого вентилятора, содержащее диск, установленные в диске лопатки, выполненные с аэродинамическими профилями в поперечных сечениях и тороидальной поверхностью входных и выходных кромок, и трактовые полки, установленные между лопатками во втулочном их сечении с образованием внутренней поверхности проточного межлопаточного канала, причем проекции образующих входных кромок лопаток на меридиональную плоскость содержат выпуклость в сторону против потока, расположенную в средней части лопаток, а внутренняя поверхность проточного межлопаточного канала выполнена наклонной в сторону против потока (US 2004/0170502).The impeller of a high-speed axial fan is known, comprising a disk mounted in the blade of the blade, made with aerodynamic profiles in cross sections and a toroidal surface of the inlet and outlet edges, and path shelves installed between the blades in their sleeve section with the formation of the inner surface of the flow interscapular channel, the projection of the generatrix of the input edges of the blades on the meridional plane contain a bulge in the direction against the flow, located in the middle part of the blades, and the inner surface of the flowing interscapular canal is made inclined to the side against the flow (US 2004/0170502).

В известном рабочем колесе лопатки выполнены с саблевидной входной кромкой, имеющей в средней части выпуклость вперед, скошенную назад от радиального направления, и прямую стреловидность в периферийной области. Лопатка рабочего колеса вентилятора с прямой стреловидностью обладает рядом существенных недостатков, затрудняющих ее практическое использование.In the known impeller, the blades are made with a saber-shaped inlet edge having in the middle part a forward bulge, beveled backward from the radial direction, and a direct sweep in the peripheral region. The blade of the impeller of the fan with direct sweep has a number of significant drawbacks that impede its practical use.

Во-первых, выполнение рабочей лопатки с прямой стреловидностью сопровождается определенными трудностями по обеспечению необходимой статической прочности, что ограничивает допустимую величину угла стреловидности в периферийной части лопатки. Поэтому при выполнении рабочей лопатки вентилятора с прямой стреловидностью периферийные профили необходимо смещать в направлении относительного потока в большей степени по сравнению с рабочей лопаткой, выполненной с обратной стреловидностью, для получения одинаковой стреловидности относительно направления натекающего на лопатку потока. Этим объясняются определенные трудности обеспечения динамической прочности рабочих лопаток колеса, выполненных с прямой стреловидностью.Firstly, the execution of a working blade with a direct sweep is accompanied by certain difficulties in providing the necessary static strength, which limits the permissible value of the sweep angle in the peripheral part of the blade. Therefore, when performing a fan blade with a direct sweep, the peripheral profiles must be shifted in the direction of relative flow to a greater extent than a blade made with a reverse sweep to obtain the same sweep relative to the direction of flow flowing onto the blade. This explains certain difficulties in ensuring the dynamic strength of the rotor blades of the wheel, made with a direct sweep.

Вторым недостатком прямой стреловидности в периферийной области рабочих лопаток, когда периферийные профили смещены по направлению потока, является формирование кромочного скачка уплотнения в межлопаточных каналах колеса.The second disadvantage of direct sweep in the peripheral region of the working blades, when the peripheral profiles are displaced in the direction of flow, is the formation of a lip shock in the interscapular channels of the wheel.

На режимах работы с уменьшенным расходом воздуха через рабочее колесо вентилятора относительный поток натекает на переднюю кромку рабочей лопатки с положительным углом атаки к поверхности разрежения и, следовательно, с увеличенным углом атаки на поверхность сжатия. Интенсивность кромочного косого скачка уплотнения возрастает, и точка его пересечения с поверхностью разрежения предшествующей соседней лопатки смещается против потока, ближе к передней кромке лопатки, особенно интенсивно в том случае, когда рабочие лопатки в периферийной области имеют прямую стреловидность. Потери полного давления в периферийной области в потоке увеличиваются, и возникает вероятность появления срывного обтекания поверхности разрежения лопатки, приводящая к ограничению диапазона устойчивой работы вентилятора.In operating modes with reduced air flow through the fan impeller, relative flow flows to the leading edge of the blade with a positive angle of attack to the rarefaction surface and, therefore, with an increased angle of attack on the compression surface. The intensity of the edge oblique shock wave increases, and the point of its intersection with the rarefaction surface of the previous adjacent blade is shifted against the flow, closer to the front edge of the blade, especially intensively when the working blades in the peripheral region have a direct sweep. The total pressure loss in the peripheral region in the flow increases, and there is a likelihood of a stall flow around the rarefaction surface of the blade, which leads to a limitation of the range of stable operation of the fan.

Известно рабочее колесо высокооборотного осевого вентилятора, содержащее диск, установленные в диске лопатки, выполненные с аэродинамическими профилями в поперечных сечениях и тороидальной поверхностью входных и выходных кромок, и трактовые полки, установленные на диске между лопатками во втулочном их сечении с образованием внутренней поверхности проточного межлопаточного канала, причем лопатки выполнены с обратной стреловидностью выходной кромки в периферийной части, проекции образующих входных и выходных кромок на меридиональную плоскость содержат выпуклость в сторону против потока, расположенную в средней части лопаток, а внутренняя поверхность проточного межлопаточного канала выполнена наклонной в сторону против потока (US №6071077).It is known the impeller of a high-speed axial fan, containing a disk mounted in the blade of the blade, made with aerodynamic profiles in cross sections and a toroidal surface of the input and output edges, and path shelves mounted on the disk between the blades in their sleeve section with the formation of the inner surface of the flow interscapular channel moreover, the blades are made with the reverse sweep of the output edge in the peripheral part, the projection of the generatrices of the input and output edges on the meridional the south plane contain a bulge in the direction against the flow, located in the middle part of the blades, and the inner surface of the flowing interscapular canal is made inclined to the side against the flow (US No. 6071077).

Лопатка известного рабочего колеса выполнена с переменной по высоте стреловидностью. Входная кромка лопатки выполнена саблевидной с выпуклостью вперед в средней части лопатки и со скосом назад от радиального направления в ее периферийной области. Такая форма входной кромки лопатки делает ее в верхней части подобной стреловидному крылу самолета, что способствует снижению потерь при торможении натекающего потока в периферийной области лопатки. Однако в этом рабочем колесе заданная скелетная поверхность лопатки в результате профилирования для образования поверхности разрежения и поверхности сжатия "одета" традиционным так называемым "чечевицеобразным" профилем в поперечном сечении лопатки, причем угол клина этого профиля, прилегающий к входной кромке лопатки, увеличивается от периферии к втулке.The blade of the known impeller is made with sweep variable in height. The input edge of the scapula is saber-shaped with a bulge forward in the middle part of the scapula and with a bevel back from the radial direction in its peripheral region. This shape of the input edge of the blade makes it in the upper part similar to the swept wing of the aircraft, which helps to reduce losses during braking of the inflowing stream in the peripheral region of the blade. However, in this impeller, the predetermined skeletal surface of the blade as a result of profiling for the formation of the rarefaction surface and the compression surface is “dressed” with the traditional so-called “lenticular” profile in the cross section of the blade, the wedge angle of this profile adjacent to the input edge of the blade increases from the periphery to sleeve.

При таком выполнении лопаток торможение сверхзвукового потока в межлопаточном канале осуществляется в одном прямом скачке уплотнения, расположенном в межлопаточном канале приблизительно перпендикулярно к направлению потока, что вызывает увеличенные потери и снижает показатели эффективности этого рабочего колеса.With this design of the blades, the supersonic flow in the interscapular channel is braked in one direct shock wave located in the interscapular channel approximately perpendicular to the direction of flow, which causes increased losses and reduces the efficiency of this impeller.

Наиболее близким техническим решением является рабочее колесо высокооборотного осевого вентилятора, содержащее диск, установленные в диске лопатки, выполненные с аэродинамическими профилями в поперечных сечениях и тороидальной поверхностью входных и выходных кромок, и трактовые полки, установленные на диске между лопатками во втулочном их сечении с образованием внутренней поверхности проточного межлопаточного канала, причем лопатки выполнены с обратной стреловидностью в периферийной части, проекции образующих входных и выходных кромок на меридиональную плоскость содержат выпуклость в сторону против потока, расположенную в средней части лопаток, а внутренняя поверхность проточного межлопаточного канала выполнена наклонной в сторону против потока (RU №2354854).The closest technical solution is the impeller of a high-speed axial fan, containing a disk, blades mounted in the disk, made with aerodynamic profiles in cross sections and a toroidal surface of the input and output edges, and path shelves mounted on the disk between the blades in their sleeve section with the formation of an inner the surface of the flow interscapular canal, and the blades are made with reverse sweep in the peripheral part, the projection of the generatrix of the input and output the rim on the meridional plane contain a bulge in the direction against the flow, located in the middle part of the blades, and the inner surface of the flowing interscapular canal is made inclined to the side against the flow (RU No. 2354854).

В известном рабочем колесе аэродинамические профили поперечных сечений лопаток расположены по ее высоте таким образом, что их центры тяжести в меридиональной плоскости находятся на некоторой кривой линии, заданной кубическим многочленом. Эта линия имеет вынос вперед в периферийной части и выпуклость в средней части, при этом передняя кромка лопатки соответственно имеет обратную стреловидность в периферийной части и выпуклость в средней части. Форма образующей входной кромки лопатки подбирается из условий отстройки от резонансных колебаний на расчетных режимах по второй и третьей формам колебаний. Такое выполнение лопаток рабочего колеса позволяет обеспечить их динамическую прочность и повысить запас газодинамической устойчивости рабочего колеса.In the known impeller, the aerodynamic profiles of the cross sections of the blades are located along its height so that their centers of gravity in the meridional plane are on some curved line defined by the cubic polynomial. This line has a forward extension in the peripheral part and a bulge in the middle part, while the leading edge of the scapula accordingly has a reverse sweep in the peripheral part and a bulge in the middle part. The shape of the generatrix of the input edge of the blade is selected from the conditions of the detuning from resonant vibrations in the design modes for the second and third modes of vibration. This embodiment of the impeller blades makes it possible to ensure their dynamic strength and increase the supply of gas-dynamic stability of the impeller.

Однако при таком методе профилирования лопатки не учитываются аэродинамические характеристики потока воздуха в межлопаточном проточном канале, что приводит к дополнительным потерям скорости потока на стороне разрежения лопаток в периферийной области и снижению общего кпд рабочего колеса вентилятора.However, with this method of profiling the blades, the aerodynamic characteristics of the air flow in the interscapular duct are not taken into account, which leads to additional losses of the flow velocity on the rarefaction side of the blades in the peripheral region and a decrease in the overall efficiency of the fan impeller.

Задачей изобретения является повышение кпд рабочего колеса высокооборотного осевого вентилятора при сохранении запаса газодинамической устойчивости и отсутствии изгибно-крутильного флаттера лопаток рабочего колеса.The objective of the invention is to increase the efficiency of the impeller of a high-speed axial fan while maintaining a margin of gas-dynamic stability and the absence of flexural-torsional flutter of the impeller vanes.

Технический результат изобретения заключается в снижении аэродинамических потерь в межлопаточном проточном канале рабочего колеса на всех режимах работы высокооборотного осевого вентилятора.The technical result of the invention is to reduce aerodynamic losses in the interscapular flow channel of the impeller in all modes of operation of a high-speed axial fan.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в рабочем колесе высокооборотного осевого вентилятора, содержащем диск, установленные в диске лопатки, выполненные с аэродинамическими профилями в поперечных сечениях и тороидальной поверхностью входных и выходных кромок, и трактовые полки, установленные на диске между лопатками во втулочном их сечении с образованием внутренней поверхности проточного межлопаточного канала, лопатки выполнены с обратной стреловидностью в периферийной части, проекции образующих входных и выходных кромок на меридиональную плоскость содержат выпуклость в сторону против потока, расположенную в средней части лопаток, а внутренняя поверхность проточного межлопаточного канала выполнена наклонной в сторону против потока.The specified technical result during the implementation of the invention is achieved by the fact that in the impeller of a high-speed axial fan containing a disk, blades installed in the disk, made with aerodynamic profiles in cross sections and a toroidal surface of the input and output edges, and path shelves mounted on the disk between the blades in their cross-section with the formation of the inner surface of the flow interscapular canal, the blades are made with reverse sweep in the peripheral part, projection Braz input and output edges of the meridional plane comprise a convexity toward the upstream located in the middle of the blades, and interblade inner surface of the flow channel is inclined in the direction opposite to the flow.

Согласно изобретению проекция образующей входной кромки на меридиональную плоскость каждой лопатки содержит прямолинейный участок, высота Δh которого от втулочного сечения лопатки определяется соотношением According to the invention, the projection of the generatrix of the input edge on the meridional plane of each blade contains a straight section, the height Δh of which from the sleeve section of the blade is determined by the ratio

Δh=(0,02÷0,05)H,Δh = (0.02 ÷ 0.05) H,

где H - высота лопатки, определенная по входной кромке;where H is the height of the blade, determined by the input edge;

а форма проекции образующей входной кромки рабочей лопатки на меридиональную плоскость от прямолинейного участка к периферии определяется следующим соотношениемand the projection form of the generatrix of the input edge of the working blade on the meridional plane from the straight section to the periphery is determined by the following relation

X(hо)-Xвт=dXо(hо)×Hвт,X (h about ) -X W = dX about (h about ) × H W ,

где X(hо) - текущее значение осевой координаты образующей входной кромки;where X (h o ) is the current value of the axial coordinate of the generatrix of the input edge;

Xвт - значение осевой координаты образующей входной кромки на расстоянии Δh от втулки;X W - the value of the axial coordinate of the generatrix of the input edge at a distance Δh from the sleeve;

Hвт - значение высоты лопатки от торцевой поверхности лопатки до конца прямолинейного участка проекции образующей входной кромки на меридиональную плоскость;H W - the value of the height of the blade from the end surface of the blade to the end of the rectilinear portion of the projection of the generatrix of the input edge on the meridional plane;

dXо(hо) - значение относительной осевой координаты образующей входной кромки, определяемое многочленом четвертой степени как:dX о (h о ) is the value of the relative axial coordinate of the generatrix of the input edge, defined by the fourth degree polynomial as:

Figure 00000001
,
Figure 00000001
,

где C0 - значение переменной члена четвертой степени, которая выбирается в диапазоне -1,74÷-1,68;where C 0 - the value of the variable member of the fourth degree, which is selected in the range -1,74 ÷ -1,68;

C1 - значение переменной члена третьей степени, которое выбирается в диапазоне 2,88÷3,01;C 1 - the value of a variable member of the third degree, which is selected in the range of 2.88 ÷ 3.01;

C2 - значение переменной члена второй степени, которое выбирается в диапазоне -1,22÷-1,14;C 2 - the value of a variable member of the second degree, which is selected in the range -1.22 ÷ -1.14;

C3 - значение переменной члена первой степени, которое выбирается в диапазоне -0,12÷0;C 3 - the value of the variable member of the first degree, which is selected in the range -0.12 ÷ 0;

hо - относительная координата по высоте вдоль входной кромки, которая определяется соотношениемh about - relative coordinate along the height along the input edge, which is determined by the ratio

hо=hi/Hвт,h o = h i / H W

где hi - текущее значение высоты лопатки.where h i is the current value of the height of the scapula.

Такая форма образующей входной кромки в средней и периферийной частях рабочей лопатки снижает число Маха натекающего относительного потока, нормального к передней кромке рабочей лопатки, пропорционально углу стреловидности. Наличие прямолинейного участка в проекции образующей входной кромки на меридиональную плоскость во втулочной части лопатки обеспечивает сохранение запаса газодинамической устойчивости и отсутствие изгибно-крутильного флаттера лопаток рабочего колеса.This shape of the generatrix of the input edge in the middle and peripheral parts of the working blade reduces the Mach number of the flowing relative flow, normal to the leading edge of the working blade, in proportion to the sweep angle. The presence of a rectilinear section in the projection of the generatrix of the input edge on the meridional plane in the sleeve part of the blade ensures the preservation of the stock of gas-dynamic stability and the absence of flexural-torsional flutter of the impeller vanes.

Существо изобретения поясняется чертежами, гдеThe invention is illustrated by drawings, where

на фиг. 1 показан общий вид рабочего колеса высокооборотного осевого вентилятора (со снятыми лопаткой, трактовой полкой и коком);in FIG. 1 shows a General view of the impeller of a high-speed axial fan (with removed blade, path shelf and cook);

на фиг. 2 представлен продольный разрез высокооборотного осевого вентилятора с подпорным компрессором;in FIG. 2 shows a longitudinal section through a high-speed axial fan with a booster compressor;

на фиг. 3 показана проекция лопатки рабочего колеса на меридиональную плоскость;in FIG. 3 shows the projection of the impeller blades on the meridional plane;

на фиг. 4 представлена диаграмма с изображением формы криволинейной проекции образующей входной кромки лопатки на меридиональную плоскость в сравнении с проекцией образующей входной кромки лопатки известного рабочего колеса;in FIG. 4 is a diagram depicting the shape of a curved projection of a generatrix of an input edge of a blade on a meridional plane in comparison with a projection of a generatrix of an input edge of a blade of a known impeller;

на фиг. 5 представлена диаграмма показателей эффективности описываемого и известного рабочего колеса на разных режимах работы двигателя;in FIG. 5 is a graph of performance indicators of the described and known impeller in different engine operating modes;

на фиг. 6 представлены диаграммы линий постоянного уровня числа Маха по высоте лопатки и по длине межлопаточного проточного канала при обтекании лопаток известного рабочего колеса;in FIG. 6 shows diagrams of lines of a constant level of the Mach number along the height of the blade and along the length of the interscapular flow channel when flowing around the blades of a known impeller;

на фиг. 7 представлены диаграммы линий постоянного уровня числа Маха по высоте лопатки и по длине межлопаточного проточного канал при обтекании лопаток рабочего колеса согласно изобретению.in FIG. 7 is a diagram of lines of a constant level of the Mach number along the height of the blade and along the length of the interscapular flow channel when flowing around the blades of the impeller according to the invention.

Высокооборотный осевой вентилятор газотурбинного двигателя содержит установленный в корпусе 1 приводной вал 2, на котором закреплено рабочее колесо 3 с диском 4 и лопатками 5, выполненными со сверхзвуковыми аэродинамическими профилями 6 в поперечных сечениях и с тороидальной поверхностью входных кромок 7 и выходных кромок 8.The high-speed axial fan of the gas turbine engine contains a drive shaft 2 installed in the housing 1, on which the impeller 3 is fixed with a disk 4 and blades 5, made with supersonic aerodynamic profiles 6 in cross sections and with a toroidal surface of the input edges 7 and output edges 8.

Проточная часть осевого вентилятора образована вращающимся коком 9, трактовыми полками 10, установленными на диске 4 между лопатками 5 во втулочном их сечении 11 с образованием внутренней конической поверхности 12 проточного межлопаточного канала 13, и проставкой 14, а на периферии - наружной обечайкой 15, установленной на корпусе 1 с помощью стоек 16 и лопаток 17 с образованием наружного направляющего аппарата 18. Внутри проточной части установлена разделительная перегородка 19, на которой закреплены консольные лопатки входного направляющего аппарата 20, а внутренняя коническая поверхность 12 проточного межлопаточного канала 13 выполнена наклонной в сторону против потока.The flow part of the axial fan is formed by a rotating coke 9, path shelves 10 mounted on the disk 4 between the blades 5 in their sleeve section 11 with the formation of the inner conical surface 12 of the flow interscapular channel 13, and the spacer 14, and on the periphery - the outer shell 15 mounted on the housing 1 using the struts 16 and the blades 17 with the formation of the outer guide vane 18. Inside the flow part, a dividing wall 19 is mounted on which the cantilever vanes of the inlet guide vane are fixed 20, and the inner conical surface 12 of the flow interscapular channel 13 is made inclined to the side against the flow.

Лопатка 5 состоит из пера 21, соединенного во втулочном сечении 11 с удлинительной ножкой 22, и хвостовика 23, который размещается в пазу диска 4 рабочего колеса 3. Рабочее колесо 3 с помощью конической цапфы 24 устанавливается на приводной вал 2 вентилятора с обеспечением расчетных монтажных радиальных зазоров между торцом лопатки 5 и наружной обечайкой 15. Лопатки 5 выполнены с обратной стреловидностью в периферийной части, а проекции на меридиональную плоскость образующей входной кромки 7 и образующей выходной кромки 8 каждой лопатки содержат выпуклость 25 в сторону против потока, расположенную в средней части лопаток 5.The blade 5 consists of a pen 21, connected in the sleeve section 11 with an extension leg 22, and a shank 23, which is placed in the groove of the disk 4 of the impeller 3. Using the tapered journal 24, the impeller 3 is mounted on the drive shaft 2 of the fan with the design radial mounting the gaps between the end face of the blade 5 and the outer shell 15. The blades 5 are made with a reverse sweep in the peripheral part, and the projection onto the meridional plane of the generatrix of the input edge 7 and the generatrix of the output edge 8 of each blade contains bulge 25 in the direction against the flow, located in the middle of the blades 5.

Проекция образующей входной кромки 7 на меридиональную плоскость каждой лопатки 5 содержит прямолинейный участок 26, высота Δh которого от втулочного сечения 11 определяется соотношениемThe projection of the generatrix of the input edge 7 on the meridional plane of each blade 5 contains a rectilinear section 26, the height Δh of which from the sleeve section 11 is determined by the ratio

Δh=(0,02÷0,05)H,Δh = (0.02 ÷ 0.05) H,

где H - высота лопатки, определенная по входной кромке.where H is the height of the blade, defined by the input edge.

Форма проекции образующей входной кромки 7 лопатки 5 на меридиональную плоскость от прямолинейного участка 26 к периферии определяется следующим соотношениемThe projection shape of the generatrix of the input edge 7 of the blade 5 on the meridional plane from the rectilinear section 26 to the periphery is determined by the following relation

X(hо)-Xвт=dXо(hо)×Hвт,X (h about ) -X W = dX about (h about ) × H W ,

где X(hо) - текущее значение осевой координаты образующей входной кромки;where X (h o ) is the current value of the axial coordinate of the generatrix of the input edge;

Xвт - значение осевой координаты образующей входной кромки на расстоянии Δh от втулки;X W - the value of the axial coordinate of the generatrix of the input edge at a distance Δh from the sleeve;

Hвт - значение высоты лопатки от торцевой поверхности лопатки до конца прямолинейного участка проекции образующей входной кромки на меридиональную плоскость;H W - the value of the height of the blade from the end surface of the blade to the end of the rectilinear portion of the projection of the generatrix of the input edge on the meridional plane;

dXо(hо) - значение относительной осевой координаты образующей входной кромки, определяемое многочленом четвертой степени как:dX of (h o) - the value of the relative axial position forming the leading edge defined by fourth degree polynomial as:

Figure 00000002
,
Figure 00000002
,

где C0 - значение переменной члена четвертой степени, которая выбирается в диапазоне -1,74÷-1,68;where C 0 - the value of the variable member of the fourth degree, which is selected in the range -1,74 ÷ -1,68;

C1 - значение переменной члена третьей степени, которое выбирается в диапазоне 2,88÷3,01;C 1 - the value of a variable member of the third degree, which is selected in the range of 2.88 ÷ 3.01;

C2 - значение переменной члена второй степени, которое выбирается в диапазоне -1,22÷-1,14;C 2 - the value of a variable member of the second degree, which is selected in the range -1.22 ÷ -1.14;

C3 - значение переменной члена первой степени, которое выбирается в диапазоне -0,12÷0;C 3 - the value of the variable member of the first degree, which is selected in the range -0.12 ÷ 0;

hо - относительная координата по высоте вдоль входной кромки, которая определяется соотношениемh about - relative coordinate along the height along the input edge, which is determined by the ratio

hо=hi/Hвт,h o = h i / H W

где hi - текущее значение высоты лопатки.where h i is the current value of the height of the scapula.

Проекция образующей входной кромки 7 лопатки 5 на меридиональную плоскость над втулочным сечением 11 содержит прямолинейный участок 26, который позволяет получить во втулочной области лопатки 5 допустимые запасы статической прочности и допустимые переменные напряжения при ее вынужденных колебаниях. Форма проекции образующей входной кромки 7 лопатки 5 на меридиональную плоскость, полученная с помощью вышеуказанного соотношения и показанная на фиг. 4, позволяет получить достаточную относительную разность между второй изгибной и первой крутильной частотами лопатки, что обеспечивает отсутствие изгибно-крутильного флаттера рабочего колеса.The projection of the generatrix of the input edge 7 of the blade 5 on the meridional plane above the sleeve section 11 contains a rectilinear section 26, which allows you to get in the sleeve region of the blade 5 allowable margins of static strength and permissible alternating stresses when it is forced to oscillate. The projection shape of the generatrix of the leading edge 7 of the blade 5 on the meridional plane, obtained using the above ratio and shown in FIG. 4, it is possible to obtain a sufficient relative difference between the second bending and first torsional frequencies of the blade, which ensures the absence of bending-torsional flutter of the impeller.

Такая форма образующей входной кромки 7 в периферийной части рабочей лопатки снижает число Маха натекающего относительного потока, нормального к входной кромке 7, пропорционально углу стреловидности. Два смежных профиля решетки профилей образуют диффузорный межлопаточный проточный канал 13, ограниченный линиями разрежения и давления соседних аэродинамических профилей 6. Благодаря выбранной форме линии разрежения и линии давления, определяемой степенными многочленами, натекающий на лопатку сверхзвуковой относительный поток тормозится в системе слабых косых скачков уплотнения с образованием замыкающего скачка уплотнения в выходной части межлопаточного проточного канала 13, как это показано на диаграммах фиг. 6 и 7.This form of the generatrix of the input edge 7 in the peripheral part of the working blade reduces the Mach number of the flowing relative flow normal to the input edge 7, in proportion to the sweep angle. Two adjacent profiles of the profile lattice form a diffuser interscapular flow channel 13 limited by rarefaction and pressure lines of adjacent aerodynamic profiles 6. Due to the chosen shape of the rarefaction line and pressure line determined by power polynomials, the supersonic relative flow flowing onto the blade is inhibited in the system of weak oblique shock waves with formation closing shock of the seal in the output part of the interscapular flow channel 13, as shown in the diagrams of FIG. 6 and 7.

В результате, при торможении сверхзвукового потока потери полного давления существенно снижаются, увеличивается коэффициент полезного действия рабочего колеса и ступени в целом, а смещение зоны образования отрыва потока к выходу из решетки профилей увеличивает запас газодинамической устойчивости.As a result, when the supersonic flow is braked, the total pressure loss is significantly reduced, the efficiency of the impeller and the stage as a whole increases, and the shift of the separation zone of the flow to the exit from the profile lattice increases the gas-dynamic stability margin.

Возможность достижения указанного технического результата иллюстрируется экспериментально полученными данными, представленными диаграммами фиг. 5, где представлены характеристики известного и описываемого вентиляторов, а именно зависимости степени повышения полного давления и адиабатического кпд в наружном контуре от удельного расхода воздуха при значениях частоты вращения ротора соответствующих трем основным эксплуатационным режимам:The possibility of achieving the indicated technical result is illustrated by experimentally obtained data represented by diagrams of FIG. 5, where the characteristics of the known and described fans are presented, namely, the dependences of the degree of increase in the total pressure and adiabatic efficiency in the external circuit on the specific air flow at rotor speeds corresponding to the three main operating modes:

(A1, A1'), (C1, C1') - взлетный режим в условиях M=0, H=0;(A1, A1 '), (C1, C1') - take-off mode under the conditions M = 0, H = 0;

(A2, A2'), (C2, C2') - крейсерский режим в условиях M=0.8, H=11 км;(A2, A2 '), (C2, C2') - cruising mode in the conditions of M = 0.8, H = 11 km;

(A3, A3'), (C3, C3') - крейсерский максимальный M=0.8, H=11 км;(A3, A3 '), (C3, C3') - cruising maximum M = 0.8, H = 11 km;

A1, A2, A3, - зависимости степени повышения полного давления в наружном контуре от удельного расхода воздуха

Figure 00000003
описываемого рабочего колеса;A1, A2, A3, - the dependence of the degree of increase in the total pressure in the external circuit from the specific air flow
Figure 00000003
described impeller;

A1', A2', A3' - зависимости адиабатического кпд от степени повышения полного давления

Figure 00000004
описываемого рабочего колеса;A1 ', A2', A3 '- dependence of the adiabatic efficiency on the degree of increase in total pressure
Figure 00000004
described impeller;

C1, C2, C3, - зависимости степени повышения полного давления в наружном контуре от удельного расхода воздуха

Figure 00000003
известного рабочего колеса;C1, C2, C3, - the dependence of the degree of increase in the total pressure in the external circuit from the specific air flow
Figure 00000003
famous impeller;

C1', C2', C3' - зависимости адиабатического кпд от степени повышения полного давления

Figure 00000004
известного рабочего колеса;C1 ', C2', C3 '- dependence of the adiabatic efficiency on the degree of increase in total pressure
Figure 00000004
famous impeller;

B1 и B2 - линии рабочих режимов на взлетном и крейсерском режимах вентилятора с описываемым рабочим колесом;B1 and B2 - lines of operating modes for take-off and cruising fan modes with the described impeller;

B3 и B4 - линии рабочих режимов на взлетном и крейсерском режимах вентилятора с известным рабочим колесом.B3 and B4 - line operating modes for take-off and cruising fan modes with a known impeller.

Согласно представленным данным уровень максимальных кпд

Figure 00000005
описываемого рабочего колеса существенно выше известного рабочего колеса, повышение кпд на крейсерских режимах работы двигателя достигает величины 1,5-2,0%.According to the data presented, the level of maximum efficiency
Figure 00000005
of the described impeller is significantly higher than the known impeller, the increase in efficiency at cruising engine operating modes reaches 1.5-2.0%.

Claims (17)

Рабочее колесо высокооборотного осевого вентилятора, содержащее диск, установленные в диске лопатки, выполненные с аэродинамическими профилями в поперечных сечениях и тороидальной поверхностью входных и выходных кромок, и трактовые полки, установленные на диске между лопатками во втулочном их сечении с образованием внутренней поверхности проточного межлопаточного канала, причем лопатки выполнены с обратной стреловидностью в периферийной части, проекции образующих входных и выходных кромок на меридиональную плоскость содержат выпуклость в сторону против потока, расположенную в средней части лопаток, а внутренняя поверхность проточного межлопаточного канала выполнена наклонной в сторону против потока, отличающееся тем, что проекция образующей входной кромки на меридиональную плоскость каждой лопатки содержит прямолинейный участок, высота Δh которого от втулочного сечения лопатки определяется соотношениемThe impeller of a high-speed axial fan, containing a disk, blades mounted in the disk, made with aerodynamic profiles in cross sections and the toroidal surface of the input and output edges, and path shelves mounted on the disk between the blades in their sleeve section with the formation of the inner surface of the flow interscapular channel, moreover, the blades are made with reverse sweep in the peripheral part, the projection of the generatrices of the input and output edges on the meridional plane contain a protrusion tine to the side against the flow, located in the middle part of the blades, and the inner surface of the flowing interscapular channel is made inclined towards the side of the flow, characterized in that the projection of the generatrix of the input edge on the meridional plane of each blade contains a rectilinear section whose height Δh from the sleeve section of the blade is determined the ratio Δh=(0,02÷0,05)Н,Δh = (0.02 ÷ 0.05) N, где Н - высота лопатки, определенная по входной кромке;where H is the height of the blade, defined by the input edge; а форма проекции образующей входной кромки рабочей лопатки на меридиональную плоскость от прямолинейного участка к периферии определяется следующим соотношениемand the projection form of the generatrix of the input edge of the working blade on the meridional plane from the straight section to the periphery is determined by the following relation
Figure 00000006
Figure 00000006
где X(ho) - текущее значение осевой координаты образующей входной кромки;where X (h o ) is the current value of the axial coordinate of the generatrix of the input edge; Хвт - значение осевой координаты образующей входной кромки на расстоянии Δh от втулки;X W - the value of the axial coordinate of the generatrix of the input edge at a distance Δh from the sleeve; Нвт - значение высоты лопатки от торцевой поверхности лопатки до конца прямолинейного участка проекции образующей входной кромки на меридиональную плоскость;N W - the value of the height of the blade from the end surface of the blade to the end of the rectilinear portion of the projection of the generatrix of the input edge on the meridional plane; dXo(ho) - значение относительной осевой координаты образующей входной кромки, определяемое многочленом четвертой степени как:dX o (h o ) - the value of the relative axial coordinate of the generatrix of the input edge, defined by a polynomial of the fourth degree as:
Figure 00000007
Figure 00000007
где С0 - значение переменной члена четвертой степени, которая выбирается в диапазоне -1,74÷-1,68;where C 0 - the value of the variable member of the fourth degree, which is selected in the range -1,74 ÷ -1,68; С1 - значение переменной члена третьей степени, которое выбирается в диапазоне 2,88÷3,01;With 1 - the value of a variable member of the third degree, which is selected in the range of 2.88 ÷ 3.01; С2 - значение переменной члена второй степени, которое выбирается в диапазоне -1,22÷-1,14;C 2 - the value of the variable member of the second degree, which is selected in the range -1.22 ÷ -1.14; С3 - значение переменной члена первой степени, которое выбирается в диапазоне -0,12÷0;C 3 - the value of the variable member of the first degree, which is selected in the range -0.12 ÷ 0; ho - относительная координата по высоте вдоль входной кромки, которая определяется соотношениемh o - relative coordinate along the height along the input edge, which is determined by the ratio ho=hiвт,h o = h i / N W , где hi - текущее значение высоты лопатки.where h i is the current value of the height of the scapula.
RU2015126902A 2015-07-06 2015-07-06 High-speed axial fan impeller RU2606294C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015126902A RU2606294C1 (en) 2015-07-06 2015-07-06 High-speed axial fan impeller

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015126902A RU2606294C1 (en) 2015-07-06 2015-07-06 High-speed axial fan impeller

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2606294C1 true RU2606294C1 (en) 2017-01-10

Family

ID=58452703

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015126902A RU2606294C1 (en) 2015-07-06 2015-07-06 High-speed axial fan impeller

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2606294C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3372786A1 (en) * 2017-03-09 2018-09-12 Honeywell International Inc. High-pressure compressor rotor blade with leading edge having indent segment

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5642985A (en) * 1995-11-17 1997-07-01 United Technologies Corporation Swept turbomachinery blade
US6071077A (en) * 1996-04-09 2000-06-06 Rolls-Royce Plc Swept fan blade
RU2354854C1 (en) * 2007-12-20 2009-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Axial blower or compressor high-rpm impeller
RU87761U1 (en) * 2009-06-17 2009-10-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации WORKING BLADE OF AXIAL FAN OR COMPRESSOR
US20100232970A1 (en) * 2006-05-26 2010-09-16 Ihi Corporation Fan rotating blade for turbofan engine

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5642985A (en) * 1995-11-17 1997-07-01 United Technologies Corporation Swept turbomachinery blade
US6071077A (en) * 1996-04-09 2000-06-06 Rolls-Royce Plc Swept fan blade
US20100232970A1 (en) * 2006-05-26 2010-09-16 Ihi Corporation Fan rotating blade for turbofan engine
RU2354854C1 (en) * 2007-12-20 2009-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" Axial blower or compressor high-rpm impeller
RU87761U1 (en) * 2009-06-17 2009-10-20 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации WORKING BLADE OF AXIAL FAN OR COMPRESSOR

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3372786A1 (en) * 2017-03-09 2018-09-12 Honeywell International Inc. High-pressure compressor rotor blade with leading edge having indent segment
US10718214B2 (en) 2017-03-09 2020-07-21 Honeywell International Inc. High-pressure compressor rotor with leading edge having indent segment

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10519980B2 (en) Turbomachine component or collection of components and associated turbomachine
US2435236A (en) Superacoustic compressor
JP5300874B2 (en) Blade with non-axisymmetric platform and depression and protrusion on outer ring
JP6030853B2 (en) Turbine blade and axial turbine
RU2354854C1 (en) Axial blower or compressor high-rpm impeller
US8777558B2 (en) Casing for a moving-blade wheel of turbomachine
RU2581686C2 (en) Radial diffuser blade for centrifugal compressors
JP5080689B2 (en) Axial flow turbomachine with low gap loss
KR102196815B1 (en) Radial or mixed-flow compressor diffuser having vanes
JP3927886B2 (en) Axial flow compressor
US9488179B2 (en) Compressor and a turbine engine with optimized efficiency
US20160195094A1 (en) Impeller and rotary machine provided with same
US20130287542A1 (en) Twisted variable inlet guide vane
EP2971547B1 (en) Cantilever stator with vortex initiation feature
RU2606294C1 (en) High-speed axial fan impeller
JP4888436B2 (en) Centrifugal compressor, its impeller and its operating method
CN110873075A (en) Vane with protrusions for a compressor of a turbomachine
WO2016047256A1 (en) Turbo machine
US2819837A (en) Compressor
JP6064003B2 (en) Centrifugal fluid machine
JP6268315B2 (en) Turbine blade and steam turbine
US1535612A (en) Blading of axial turbines
JP2022505328A (en) Profile structure for aircraft or turbomachinery
RU2282754C1 (en) Compressor overrotor device and axial-flow compressor
US2548465A (en) Compressor

Legal Events

Date Code Title Description
PC43 Official registration of the transfer of the exclusive right without contract for inventions

Effective date: 20210804