RU2820083C1 - Method of providing gas-dynamic stability of axial compressor - Google Patents
Method of providing gas-dynamic stability of axial compressor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2820083C1 RU2820083C1 RU2023108626A RU2023108626A RU2820083C1 RU 2820083 C1 RU2820083 C1 RU 2820083C1 RU 2023108626 A RU2023108626 A RU 2023108626A RU 2023108626 A RU2023108626 A RU 2023108626A RU 2820083 C1 RU2820083 C1 RU 2820083C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- parameters
- stable operation
- dynamic stability
- axial
- working medium
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 14
- 238000002347 injection Methods 0.000 claims abstract description 15
- 239000007924 injection Substances 0.000 claims abstract description 15
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims description 22
- 238000007664 blowing Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 3
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 2
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 1
- 239000000446 fuel Substances 0.000 description 1
- 230000000977 initiatory effect Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000007704 transition Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Abstract
Description
Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения, в частности к способам обеспечения газодинамической устойчивости осевых компрессоров в условиях эксплуатации и изменения параметров, при которых изначально нарушалась их устойчивая работа.The invention relates to the field of gas turbine engine building, in particular to methods for ensuring the gas-dynamic stability of axial compressors under operating conditions and changing the parameters under which their stable operation was initially disrupted.
Осевой компрессор является одним из основных элементов газотурбинного двигателя. Компрессор - лопаточная машина, в которой воздуху сообщается энергия, идущая на повышение его полного давления.An axial compressor is one of the main elements of a gas turbine engine. A compressor is a bladed machine in which energy is imparted to the air to increase its total pressure.
Устойчивость - способность системы сохранять текущее состояние при наличии внешних воздействий.Stability is the ability of a system to maintain its current state in the presence of external influences.
Динамическая устойчивость - это свойство системы сохранять режим исходный или близкий к исходному при конечных возмущениях.Dynamic stability is the property of a system to maintain the original or close to the original mode under finite disturbances.
Газодинамическая устойчивость газотурбинного двигателя - способность газотурбинного двигателя работать без нарушения газодинамической устойчивости при наличии внешних воздействийGas-dynamic stability of a gas turbine engine - the ability of a gas turbine engine to operate without violating gas-dynamic stability in the presence of external influences
Нарушение устойчивой работы газотурбинного двигателя, называемое потерей газодинамической устойчивости (ГДУ) двигателя, является одним из наиболее опасных отказов авиационного газотурбинного двигателя.Violation of the stable operation of a gas turbine engine, called loss of gas-dynamic stability (GDS) of the engine, is one of the most dangerous failures of an aircraft gas turbine engine.
Газодинамическая устойчивость газотурбинного двигателя в основном определяется газодинамической устойчивостью осевых компрессоров.The gas-dynamic stability of a gas turbine engine is mainly determined by the gas-dynamic stability of axial compressors.
Газодинамическая устойчивость осевого компрессора - способность осевого компрессора работать без вращающегося срыва и помпажа при наличии внешних воздействий.Gas-dynamic stability of an axial compressor is the ability of an axial compressor to operate without rotating stall and surge in the presence of external influences.
Вращающийся срыв характеризуется перемещающимися срывными зонами, охватывающими последовательно против направления вращения рабочего колеса группы его лопаток, но в направлении вращения рабочего колеса относительно корпуса компрессора.Rotating stall is characterized by moving stall zones, covering sequentially against the direction of rotation of the impeller, groups of its blades, but in the direction of rotation of the impeller relative to the compressor housing.
Помпаж - потеря динамической устойчивости, характеризуется нестационарным низкочастотным процессом, при котором сжимаемый воздух (газ) периодически прорывается с выхода на вход в компрессор.Surge is a loss of dynamic stability, characterized by a non-stationary low-frequency process in which compressed air (gas) periodically breaks through from the outlet to the inlet of the compressor.
Известны способы обеспечения газодинамической устойчивости осевых компрессоров газотурбинных двигателей, такие как уменьшение подачи топлива в основные и форсажные камеры сгорания, поворот направляющих аппаратов, раскрытие сопла, уменьшение площади горла регулируемых сверхзвуковых воздухозаборников. Недостатком таких способов является потеря тяги (мощности) газотурбинных двигателей вследствие их применения. Известен способ кратковременного увеличения запаса газодинамической устойчивости газотурбинных двигателей [Патент №2261351 С1 Российская Федерация, МПК 02С 9/00. Способ кратковременного увеличения запасов газодинамической устойчивости газотурбинного двигателя: №2004108105/06: заявл. 22.03.2004: опубл. 27.09.2005 / Гельмедов Ф.Ш., Мунтянов И.Г., Мунтянов Г.Л., Середа С.О.; заявитель ФГУП «ЦИАМ им. П.И. Баранова. - 9 с.: ил. - Текст: непосредственный] путем впрыска охлаждающей жидкости через форсунки против потока на вход в компрессор. Недостатками этого способа являются затраты энергии на впрыск жидкости против потока и ограничение применения по времени, что снижает эффективность способа.There are known methods for ensuring gas-dynamic stability of axial compressors of gas turbine engines, such as reducing the fuel supply to the main and afterburner combustion chambers, rotating the guide vanes, opening the nozzle, and reducing the throat area of adjustable supersonic air intakes. The disadvantage of such methods is the loss of thrust (power) of gas turbine engines due to their use. There is a known method for short-term increasing the gas-dynamic stability margin of gas turbine engines [Patent No. 2261351 C1 Russian Federation, IPC 02C 9/00. Method for short-term increase in gas-dynamic stability reserves of a gas turbine engine: No. 2004108105/06: application. 03/22/2004: publ. 09.27.2005 / Gelmedov F.Sh., Muntyanov I.G., Muntyanov G.L., Sereda S.O.; applicant FSUE "CIAM named after. P.I. Baranova. - 9 p.: ill. - Text: direct] by injecting coolant through injectors against the flow into the compressor inlet. The disadvantages of this method are the energy consumption for injecting liquid against the flow and time limitation of application, which reduces the efficiency of the method.
В работе [Колесинский, Л.Д. Анализ протекания нестационарных явлений в многоступенчатом компрессоре, работающем в системе стенда при помпаже / Л.Д Колесинский. - Текст (визуальный): непосредственный // Ученые записки ЦАГИ. - 2008. - №4. Том XXXIX. - С. 46-59] исследовались процессы развития вращающегося срыва и нарушение газодинамической устойчивости осевых компрессоров. Введены понятия первичных вихревых зон, критических и управляющих ступеней. Исследованы явления предшествующие возникновению срыва компрессора, а также последовательность событий после возникновения срыва, приводящих к вращающемуся срыву. Установлены основные этапы развития вращающегося срыва:In the work [Kolesinsky, L.D. Analysis of the occurrence of unsteady phenomena in a multi-stage compressor operating in a stand system during surge / L.D. Kolesinsky. - Text (visual): direct // Scientific notes of TsAGI. - 2008. - No. 4. Volume XXXIX. - P. 46-59] the processes of development of rotating stall and violation of the gas-dynamic stability of axial compressors were studied. The concepts of primary vortex zones, critical and control stages are introduced. The phenomena preceding the occurrence of a compressor stall, as well as the sequence of events after the occurrence of a stall, leading to a rotating stall, have been studied. The main stages of development of rotating stall have been established:
образование первичных вихревых зон на части высоты лопатки - возникновение отрыва в проточной части компрессора при работе последнего вблизи границы срыва;the formation of primary vortex zones on part of the blade height - the occurrence of separation in the flow part of the compressor when the latter operates near the stall boundary;
возникновение срыва компрессора - конец образования первичных вихревых зон;the occurrence of a compressor stall - the end of the formation of primary vortex zones;
первоначальная неустойчивость в первых (критических) ступенях компрессора (развитие срывной зоны по радиусу и окружности);initial instability in the first (critical) stages of the compressor (development of a stall zone along the radius and circumference);
переход последних из числа критических (управляющих) ступеней в левую ветвь своих характеристик;the transition of the last of the critical (control) steps to the left branch of its characteristics;
окончательное формирование по радиусу и окружности срывной зоны в первых критических ступенях;final formation along the radius and circumference of the stall zone in the first critical stages;
поочередное возбуждение срыва в последующих за критическими ступенях;alternate initiation of disruption in subsequent critical stages;
возникновение неустойчивости течения в компрессоре в целом. Ступень компрессора - часть компрессора, включающая рабочее колесо и расположенный за ним направляющий аппарат.the occurrence of flow instability in the compressor as a whole. Compressor stage - part of the compressor, including the impeller and the guide vane located behind it.
Критические ступени - ступени, в которых зарождаются первичные вихревые зоны, преобразующиеся во вращающийся срыв, как правило, это первые ступени компрессоров.Critical stages are the stages in which primary vortex zones are generated and transformed into a rotating stall; as a rule, these are the first stages of compressors.
Управляющие ступени - последние из числа критических ступеней, первыми переходящие в левую ветвь своих характеристик при развитии вращающегося срываControl stages are the last of the critical stages, the first to move to the left branch of their characteristics during the development of a rotating stall
Технической задачей заявляемого изобретения является обеспечение устойчивой работы осевых компрессоров в условиях эксплуатации и изменения параметров, при которых изначально нарушалась их устойчивая работа.The technical objective of the claimed invention is to ensure stable operation of axial compressors under operating conditions and changes in parameters under which their stable operation was initially disrupted.
Технический результат - устойчивая работа осевых компрессоров в условиях эксплуатации и изменения параметров, при которых изначально нарушалась их устойчивая работа.The technical result is stable operation of axial compressors under operating conditions and changes in parameters under which their stable operation was initially disrupted.
Технический результат достигается тем, что в заявляемом способе обеспечения газодинамической устойчивости осевых компрессоров при их эксплуатации и изменении параметров определяют критические ступени осевого компрессора, выбирают места вдува рабочего тела в критических ступенях осевого компрессора, рассчитывают параметры вдуваемого рабочего тела, задают параметры вдуваемого рабочего тела, определяют момент вдува рабочего тела, производят вдув рабочего тела с заданными параметрами в выбранных местах.The technical result is achieved by the fact that in the inventive method for ensuring the gas-dynamic stability of axial compressors during their operation and changing parameters, the critical stages of the axial compressor are determined, the places of injection of the working fluid in the critical stages of the axial compressor are selected, the parameters of the injected working fluid are calculated, the parameters of the injected working fluid are set, and the parameters of the injected working fluid are determined. moment of injection of the working fluid, the working fluid is injected with the specified parameters in selected locations.
Под рабочим телом понимается воздух или другой газ, либо жидкость, преобразующаяся в пар.The working fluid is understood as air or other gas, or a liquid that is converted into steam.
Вдув рабочего тела может осуществляться из корпуса над рабочим колесом [Патент №2582537 Российская Федерация, МПК F04D 29/68 (2006.01). Осевой компрессор: №2014117379/06: заявл. 29.04.2014: опубл. 10.11.2015 / Клепиков Д.С., Алексеев И.И., Черкасов А.Н., Алексеев А.А., Шарафутдинов А.Г., Звонников В.И..; заявитель ВУНЦ ВВС «ВВА». - 11 с.: ил. - Текст: непосредственный.], корпуса над направляющим аппаратом, втулки рабочего колеса [Патент №2633221 Российская Федерация, МПК F04D 29/00 (2006.01). Осевой компрессор: №2016122577: заявл. 07.06.2016: опубл. 11.10.2017 / Черкасов А.Н., Алексеев И.И., Клепиков Д.С., Попов А.Е.; заявитель ВУНЦ ВВС «ВВА». - 5 с.: ил. - Текст: непосредственный.], втулки направляющего аппарата [Патент №2694454 Российская Федерация, МПК F04D27/02 (2006.01). Осевой компрессор: №2018140104: заявл. 13.11.2018: опубл. 15.07.2019 / Черкасов А.Н., Алексеев И.И., Кириллов А.А.; заявитель ВУНЦ ВВС «ВВА». - 6 с.: ил. - Текст: непосредственный.].The working fluid can be blown from the housing above the impeller [Patent No. 2582537 Russian Federation, IPC F04D 29/68 (2006.01). Axial compressor: No. 2014117379/06: appl. 04/29/2014: publ. 11/10/2015 / Klepikov D.S., Alekseev I.I., Cherkasov A.N., Alekseev A.A., Sharafutdinov A.G., Zvonnikov V.I.; applicant VUNTS Air Force "VVA". - 11 p.: ill. - Text: direct.], housings above the guide vanes, impeller bushings [Patent No. 2633221 Russian Federation, IPC F04D 29/00 (2006.01). Axial compressor: No. 2016122577: app. 06/07/2016: publ. 10.11.2017 / Cherkasov A.N., Alekseev I.I., Klepikov D.S., Popov A.E.; applicant VUNTS Air Force "VVA". - 5 p.: ill. - Text: direct.], guide vane bushings [Patent No. 2694454 Russian Federation, IPC F04D27/02 (2006.01). Axial compressor: No. 2018140104: app. 11/13/2018: publ. 07/15/2019 / Cherkasov A.N., Alekseev I.I., Kirillov A.A.; applicant VUNTS Air Force "VVA". - 6 p.: ill. - Text: direct.].
Места вдува - отверстия на выходе из каналов с заданными геометрическими параметрами, через которые осуществляется вдув рабочего тела. Геометрические параметры каналов определяют из условий требуемого направления вдуваемого воздуха, технологичности изготовления, минимального гидравлического сопротивления, обеспечения необходимых параметров вдуваемого рабочего тела. Места вдува могут располагаться в корпусе над рабочим колесом, в корпусе над ншравляющим аппаратом, на втулке рабочего колеса, на втулке направляющего аппарата.Injection points are holes at the outlet of channels with given geometric parameters through which the working fluid is injected. The geometric parameters of the channels are determined from the conditions of the required direction of the injected air, manufacturability, minimum hydraulic resistance, and ensuring the necessary parameters of the injected working fluid. The injection points can be located in the housing above the impeller, in the housing above the steering device, on the impeller bushing, or on the guide vane bushing.
Места вдува определяют из условия эффективного воздействия вдувом на вторичные течения в ступени осевого компрессора.The injection locations are determined from the condition of the effective impact of injection on the secondary flows in the axial compressor stage.
Расчет параметров вдуваемого рабочего тела направлен на поиск их оптимальных значений, обеспечивающих максимальную эффективность от вдува рабочего тела. Под основными параметрами вдуваемого рабочего тела, как правило, понимают скорость, направление вдува и расход рабочего тела.The calculation of the parameters of the injected working fluid is aimed at finding their optimal values, ensuring maximum efficiency from the injection of the working fluid. The main parameters of the injected working fluid are usually understood as the speed, direction of injection and flow rate of the working fluid.
Скорость вдува и расход рабочего тела задаются регулированием параметров в системе подвода рабочего тела к местам вдува. Направление вдува определяется геометрическими параметрами каналов вдува, которые рассчитывают и задают на стадии проектирования компрессора.The injection speed and the flow rate of the working fluid are set by adjusting the parameters in the system for supplying the working fluid to the injection points. The injection direction is determined by the geometric parameters of the injection channels, which are calculated and specified at the compressor design stage.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2820083C1 true RU2820083C1 (en) | 2024-05-28 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2243418C2 (en) * | 2003-02-11 | 2004-12-27 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Axial-flow multistage compressor of gas-turbine engine |
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 |
RU2692189C1 (en) * | 2018-10-19 | 2019-06-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Control method of turbojet two-circuit engine |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2243418C2 (en) * | 2003-02-11 | 2004-12-27 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Axial-flow multistage compressor of gas-turbine engine |
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 |
RU2692189C1 (en) * | 2018-10-19 | 2019-06-21 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова" | Control method of turbojet two-circuit engine |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7108477B2 (en) | Warning before pump limit or in case of blade failure on a turbomachine | |
GB1427659A (en) | Exhaust turbochargers for internal combustion engines | |
CN109715958B (en) | Techniques for controlling rotating stall in a compressor of a gas turbine engine | |
RU2820083C1 (en) | Method of providing gas-dynamic stability of axial compressor | |
Mito et al. | Prediction of rotating stall during startup for axial compressors | |
US10053997B2 (en) | Gas turbine engine | |
US10215042B2 (en) | Gas turbine engine | |
Choi et al. | Effects of fan speed on rotating stall inception and recovery | |
Alone et al. | Performance characterization of the effect of axial positioning of bend skewed casing treatment retrofitted to a transonic axial flow compressor | |
Karabanova et al. | Results of CFD calculations verification of high pressure centrifugal compressor stage with inlet guide vanes | |
Liu et al. | Controllable velocity moment and prediction model for inlet guide vanes of a centrifugal pump | |
Amin et al. | A parametric study on the effect of casing treatment slots on performance enhancement of a single stage axial flow compressor | |
Vanyashov et al. | Analysis of the results of experimental studies of a centrifugal compressor with an inlet guide vane | |
Yang et al. | Comparison of the influence of unsteadiness between nozzled and nozzleless mixed flow turbocharger turbine | |
RU2351787C2 (en) | Method of controlling gas turbine engine | |
RU2488086C2 (en) | Method and device to determine characteristics and border of stable compressor operation within gas turbine engine | |
Tian et al. | Influence of adjustable inlet guide vanes on the performance characteristics of a shrouded centrifugal compressor | |
RU2800833C1 (en) | Method for adaptive adjustment of controlled parameters of the emergency protection system of a liquid-propellant rocket engine for the first firing test | |
RU2747542C1 (en) | Method for protecting a gas turbine engine from pumping | |
Li et al. | Investigating the influence of the inlet bypass recirculation system on the compressor performance | |
RU2784762C1 (en) | Method for reducing vibration level of aircraft gas turbine engine | |
GB701505A (en) | Improvements relating to centrifugal compressors | |
RU2221157C1 (en) | Method of and device for starting aircraft high-by-pass ratio turbojet engine | |
Faltin et al. | Combined Numerical and Experimental Investigation of a Centrifugal Compressor with Surge Supression Holes at the Impeller Hub | |
RU2789805C1 (en) | Method for resuming fuel supply while preventing deviation of the parameters of the power turbine of a turbomachine unit in case of a sudden full or partial load release |