WO2019212384A1 - Blade and method for increasing blade efficiency - Google Patents
Blade and method for increasing blade efficiency Download PDFInfo
- Publication number
- WO2019212384A1 WO2019212384A1 PCT/RU2019/000278 RU2019000278W WO2019212384A1 WO 2019212384 A1 WO2019212384 A1 WO 2019212384A1 RU 2019000278 W RU2019000278 W RU 2019000278W WO 2019212384 A1 WO2019212384 A1 WO 2019212384A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- blade
- lower edge
- fan
- flow
- efficiency
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/26—Rotors specially for elastic fluids
- F04D29/32—Rotors specially for elastic fluids for axial flow pumps
- F04D29/38—Blades
Definitions
- the group of inventions relates to the field of engine building of gas turbine engines, fans, turbines, both the gas turbine engines themselves and steam turbines.
- a known fan or compressor blade is patent US6071077A, IPC F04D 29/34, publ. 06.06.2000, the feather of which has an input edge with an angle of inclination of the generatrix to the radial axis, varying in height of the blade from its sleeve section to the peripheral.
- the disadvantage is the unfavorable nature of the oscillations and the reduced degree of aerodynamic damping.
- a known fan blade of a fan or compressor is patented by RF patent ⁇ B2381388 ⁇ 1, IPC F04D 29/38, publ. 02/10/2010, in which the technical result is a change in the nature of oscillations, a decrease in the level of dynamic stresses in them, and an improvement in aerodynamic and acoustic characteristics.
- a common disadvantage of both inventions is a slight increase in the efficiency of the blades.
- the proposed method of increasing the efficiency of the fan blades of a fan, compressor or turbine allows not only to significantly increase the degree of compression in each stage or to take energy, but also to reduce resistance to flow and heating of air as a result of improved flow conditions.
- the technical result of the invention is the creation of a working fan blade, compressor or turbine, which has the best efficiency and high aerodynamic quality.
- This goal is achieved by the fact that on the lower edge of the scapula creates a system of blind holes perpendicular to the chord or inclined in the direction of flow.
- the holes can be round, ellipsoidal, conical with a base on the lower edge, pyramidal with a base on bottom edge or square.
- the effectiveness of the system is determined by the ratio of the length of the holes to the cross-sectional area or the average cross-sectional area. The greater the length in "calibers", the higher the efficiency of the ejector holes.
- Efficiency control (its change) is carried out by changing the angle of attack of the ejector blade at positive or negative angles.
- the increase in lift occurs when the negative angles of attack increase until the flow stalls. This is because on the lower edge due to the characteristic curvature, as the negative angle of attack increases, the flow velocity in the boundary layer increases compared to the upper edge, and thereby the ejector effect sharply increases. The reaction of the medium to voids creates pressure on the lower edge.
- the lifting force of the “inverted blade” created due to the difference between the flows around the upper and lower edges is directed downward in this case, during vector addition with the resultant force arising in the ejector holes, it deducted from it.
- the ejector component of the resulting force is several times (2-3 times) larger and thereby we gain in the total force. This can be used at low flow rates around the blades on compressors or on low pressure turbines to increase efficiency.
- FIG. 1 shows a general view of a blade.
- FIG. 2 shows a section of the blade according to A-A.
- FIG. 3 shows a section of the blade along AA with a characteristic curvature at the lower edge.
- the operation of the ejector blade is illustrated by the positions: (Fig.1,2,3.)
- the blade 1 blind holes 2, the lower edge of the blade 3, the upper edge of the blade 4.
- the ejector blade works as follows:
- the lower edge 3 of the blade is blown by the oncoming flow, while air is sucked (ejected) from the holes 2, forming a total zone of reduced pressure.
- the reaction of the medium to voids creates pressure on the lower edge.
- the zone of creating the lifting force of the blade using ejection holes can be considered from 0 degrees to the zone of flow stall - this depends on the speed of the incoming flow and the shape of the blade.
- the formation of the lifting force depends on the depth of the blind holes, the diameter of the holes or their average area, their inclination in the flow, the total area of the holes on the lower edge, the flow velocity and its angle with respect to the lower edge.
- the lower edge Since the efficiency of the blade is formed due to the ejection of air, gas or steam from the holes, the lower edge has a total pressure caused by the reaction of the medium to voids, significantly larger than the upper one and creates a significantly higher lifting force with respect to a conventional blade at the same speeds and angles of attack, respectively minus and plus side.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
The group of inventions relates to the field of gas turbine engines and steam turbines, particularly to designs for fans, axial compressors, and gas or steam turbines. The technical result of the inventions consists in creating a working blade for a fan, compressor, or turbine, said blade being more efficient and having a high lift-to-drag ratio. The essence of the inventions consists in the fact that, in order to increase the efficiency of a working blade of a fan, compressor, or turbine, said blade consisting of a lower edge and an upper edge having a specific curvature, a system of blind holes is created on the lower edge of an ejector blade, said holes being perpendicular to the chord or inclined in the direction of a flow.
Description
ЛОПАТКА И СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ЛОПАТКИ SHOULDER AND METHOD FOR INCREASING EFFECTIVENESS OF SHOVEL
Область техники Technical field
Группа изобретений относится к области двигателестроения газотурбинных двигателей, вентиляторов, турбин, как самих газотурбинных двигателей, так и паровых турбин. The group of inventions relates to the field of engine building of gas turbine engines, fans, turbines, both the gas turbine engines themselves and steam turbines.
Предшествующий уровень техники State of the art
Известна рабочая лопатка вентилятора или компрессора патент US6071077A, МПК F04D 29/34, опуб., 06.06.2000, перо которой имеет входную кромку с углом наклона образующей к радиальной оси, изменяющийся по высоте лопатки от её втулочного сечения до периферийного. Недостатком является неблагоприятный характер колебаний и пониженная степень аэродинамического демпфирования. A known fan or compressor blade is patent US6071077A, IPC F04D 29/34, publ. 06.06.2000, the feather of which has an input edge with an angle of inclination of the generatrix to the radial axis, varying in height of the blade from its sleeve section to the peripheral. The disadvantage is the unfavorable nature of the oscillations and the reduced degree of aerodynamic damping.
Известна рабочая лопатка вентилятора или компрессора патент РФ МЬ2381388 С1, МПК F04D 29/38, опуб., 10.02.2010, в котором техническим результатом является изменение характера колебаний, снижение уровня динамических напряжений в них и улучшение аэродинамических и акустических характеристик. Общим недостатком обоих изобретений является незначительное увеличение эффективности рабочих лопаток. A known fan blade of a fan or compressor is patented by RF patent МB2381388 С1, IPC F04D 29/38, publ. 02/10/2010, in which the technical result is a change in the nature of oscillations, a decrease in the level of dynamic stresses in them, and an improvement in aerodynamic and acoustic characteristics. A common disadvantage of both inventions is a slight increase in the efficiency of the blades.
Раскрытие изобретений Disclosure of inventions
Предлагаемый способ повышения эффективности рабочей лопатки вентилятора, компрессора или турбины позволяет не только значительно увеличить степень сжатия в каждой ступени или осуществить отбор энергии, но и уменьшить сопротивление потоку и нагрев воздуха в результате улучшения условий обтекания. The proposed method of increasing the efficiency of the fan blades of a fan, compressor or turbine allows not only to significantly increase the degree of compression in each stage or to take energy, but also to reduce resistance to flow and heating of air as a result of improved flow conditions.
Техническим результатом изобретения является создание рабочей лопатки вентилятора, компрессора или турбины, которая имеет лучший КПД и высокое аэродинамическое качество. Поставленная цель достигается тем, что на нижней кромке лопатки создается система глухих отверстий, перпендикулярных хорде или наклоненных в сторону движения потока. Отверстия могут быть круглыми, эллипсоидными, коническими с основанием на нижнюю кромку, пирамидальными с основанием на
нижнюю кромку или квадратными. Во всех случаях эффективность системы определяется отношением длины отверстий к площади сечения или средней площади сечения. Чем больше длина в «калибрах», тем выше эффективность эжекторных отверстий. Эжектируемый движением потока, обтекающего нижнюю кромку лопатки, воздух, газ или пар отсасывается из заглушенных отверстий, тем самым снижая давление в отверстиях. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку, которое значительно превышает давление, вызванное разностью скоростей обтекания верхней и нижней кромки. Таким образом, подъёмная сила создается не за счет разности скоростей потока, а за счет реакции среды на пустоты и так как она в несколько раз превышает подъёмную силу стандартной лопатки, то при сложении она является основной результирующей подъёмной силой. The technical result of the invention is the creation of a working fan blade, compressor or turbine, which has the best efficiency and high aerodynamic quality. This goal is achieved by the fact that on the lower edge of the scapula creates a system of blind holes perpendicular to the chord or inclined in the direction of flow. The holes can be round, ellipsoidal, conical with a base on the lower edge, pyramidal with a base on bottom edge or square. In all cases, the effectiveness of the system is determined by the ratio of the length of the holes to the cross-sectional area or the average cross-sectional area. The greater the length in "calibers", the higher the efficiency of the ejector holes. Ejected by the movement of the stream flowing around the lower edge of the blade, air, gas or steam is sucked out of the plugged holes, thereby reducing the pressure in the holes. The reaction of the medium to voids creates pressure on the lower edge, which significantly exceeds the pressure caused by the difference in the velocity of flow around the upper and lower edges. Thus, the lifting force is created not due to the difference in flow rates, but due to the reaction of the medium to voids and since it is several times higher than the lifting force of a standard blade, it is the main resulting lifting force when added.
Управление эффективностью (её изменение) осуществляется изменением угла атаки эжекторной лопатки на положительные или отрицательные углы. Efficiency control (its change) is carried out by changing the angle of attack of the ejector blade at positive or negative angles.
При использовании обычной аэродинамической схемы лопатки с характерной кривизной на верхней кромке лопатки, увеличение подъёмной силы происходит с увеличением угла атаки лопатки. На ней как обычно возникает разница давлений за счет разности скоростей обтекания и вызванная этой разностью подъёмная сила, направленная вверх. Нижняя кромка, снабженная в большом количестве наклоненными в сторону движения потока глухими отверстиями, также обтекается набегающим потоком и за счет эжекторного эффекта в отверстиях создаётся разрежение, которое увеличивается с увеличением угла атаки, так как увеличивается угол эжектирования. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку. Эти силы векторно складываются, и так как они направлены в одну сторону, результирующая сила будет значительно превышать подъёмную силу обычной лопатки. When using the usual aerodynamic design of a blade with characteristic curvature on the upper edge of the blade, an increase in lift occurs with an increase in the angle of attack of the blade. On it, as usual, a pressure difference arises due to the difference in the flow rates and the lifting force caused by this difference, directed upward. The lower edge, equipped with a large number of blind holes tilted towards the flow direction, also flows around the free stream and due to the ejector effect, a vacuum is created in the holes, which increases with increasing angle of attack, since the angle of ejection increases. The reaction of the medium to voids creates pressure on the lower edge. These forces are vectorially added, and since they are directed in one direction, the resulting force will significantly exceed the lifting force of a conventional blade.
При варианте «перевернутой лопатки», то есть когда характерная кривизна находится на нижней кромке лопатки, и также на нижней кромке расположено большое количество глухих отверстий, перпендикулярных хорде или наклоненных в сторону потока, увеличение подъёмной силы происходит при увеличении отрицательных углов атаки до срыва потока. Это происходит потому, что на нижней кромке за счет характерной кривизны при увеличении отрицательного угла атаки возрастает по сравнению с верхней кромкой скорость обтекания в пограничном слое и тем самым резко возрастает эжекторный эффект. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку. Так как подъёмная сила «перевернутой лопатки», создаваемая за счет разности обтекания потоками верхней и нижней кромок направлена в этом случае вниз, то при векторном сложении с результирующей силой, возникающей в эжекторных отверстиях, она
вычитается из неё. Эжекторная составляющая результирующей силы в несколько раз (в 2- 3 раза) больше и тем самым мы получаем выигрыш в общей силе. Это можно использовать при малых скоростях обтекания лопаток на компрессорах или на турбинах низкого давления для увеличения КПД. In the case of the “inverted blade”, that is, when the characteristic curvature is on the lower edge of the blade, and also on the lower edge there are a large number of blind holes perpendicular to the chord or tilted towards the flow, the increase in lift occurs when the negative angles of attack increase until the flow stalls. This is because on the lower edge due to the characteristic curvature, as the negative angle of attack increases, the flow velocity in the boundary layer increases compared to the upper edge, and thereby the ejector effect sharply increases. The reaction of the medium to voids creates pressure on the lower edge. Since the lifting force of the “inverted blade” created due to the difference between the flows around the upper and lower edges is directed downward in this case, during vector addition with the resultant force arising in the ejector holes, it deducted from it. The ejector component of the resulting force is several times (2-3 times) larger and thereby we gain in the total force. This can be used at low flow rates around the blades on compressors or on low pressure turbines to increase efficiency.
Краткое описание чертежей Brief Description of the Drawings
На фиг. 1 показан общий вид лопатки. In FIG. 1 shows a general view of a blade.
На фиг. 2 показан разрез лопатки по А- А. In FIG. 2 shows a section of the blade according to A-A.
На фиг. 3 показан разрез лопатки по А-А с характерной кривизной на нижней кромке. In FIG. 3 shows a section of the blade along AA with a characteristic curvature at the lower edge.
Лучшие варианты осуществления изобретений The best options for carrying out the inventions
Работа эжекторной лопатки иллюстрируется позициями: (Фиг.1,2,3.) лопатка 1, глухие отверстия 2, нижняя кромка лопатки 3, верхняя кромка лопатки 4. The operation of the ejector blade is illustrated by the positions: (Fig.1,2,3.) The blade 1, blind holes 2, the lower edge of the blade 3, the upper edge of the blade 4.
Эжекторная лопатка работает следующим образом: The ejector blade works as follows:
Для увеличения эффективности лопатки 1 она снабжена глухими отверстиями 2, расположенными на нижней кромке лопатки 3 перпендикулярно хорде или с наклоном в сторону потока. Фиг.1,2,3. To increase the efficiency of the blade 1, it is equipped with blind holes 2 located on the lower edge of the blade 3 perpendicular to the chord or with an inclination towards the flow. Figure 1,2,3.
Нижняя кромка 3 лопатки обдувается набегающим потоком, при этом из отверстий 2 отсасывается (эжектируется) воздух, образуя суммарную зону пониженного давления. Реакция среды на пустоты создает давление на нижнюю кромку. Чем больше угол атаки лопатки, тем больше эжектирующий эффект за счет большей скорости обтекания и соответственно больших углов эжектирования. Зоной создания подъёмной силы лопатки с помощью эжектирующих отверстий теоретически можно считать от 0 градусов до зоны срыва потока - это зависит от скорости набегающего потока и формы лопатки. Формирование подъёмной силы зависит от глубины глухих отверстий, диаметра отверстий или их средней площади, их наклона по потоку, суммарной площади отверстий на нижней кромке, скорости потока и его угла по отношению к нижней кромке. The lower edge 3 of the blade is blown by the oncoming flow, while air is sucked (ejected) from the holes 2, forming a total zone of reduced pressure. The reaction of the medium to voids creates pressure on the lower edge. The larger the angle of attack of the scapula, the greater the ejection effect due to the greater flow velocity and, accordingly, large ejection angles. Theoretically, the zone of creating the lifting force of the blade using ejection holes can be considered from 0 degrees to the zone of flow stall - this depends on the speed of the incoming flow and the shape of the blade. The formation of the lifting force depends on the depth of the blind holes, the diameter of the holes or their average area, their inclination in the flow, the total area of the holes on the lower edge, the flow velocity and its angle with respect to the lower edge.
Промышленная применимость Industrial applicability
Так как эффективность лопатки формируется за счет эжекции воздуха, газа или пара из отверстий, нижняя кромка имеет суммарное давление, вызванное реакцией среды на пустоты, существенно больше верхней и создает существенно большую подъёмную силу по отношению к обычной лопатке на тех же скоростях и углах атаки соответственно в минусовую и плюсовую сторону. Since the efficiency of the blade is formed due to the ejection of air, gas or steam from the holes, the lower edge has a total pressure caused by the reaction of the medium to voids, significantly larger than the upper one and creates a significantly higher lifting force with respect to a conventional blade at the same speeds and angles of attack, respectively minus and plus side.
Таким образом, использование изобретения «Способ повышения эффективности лопатки вентилятора, компрессора, турбины и эжекторная лопатка Ольховского» позволяет достичь существенного выигрыша в энергетике вентилятора, компрессора или
отбора мощности в турбине за счет создания значительно большей подъёмной силы (в два-три раза) при одинаковых затратах энергии.
Thus, the use of the invention "A method of increasing the efficiency of a fan blade, compressor, turbine and Olkhovsky ejector blade" allows you to achieve significant gains in the energy of the fan, compressor or power take-off in the turbine due to the creation of a significantly greater lifting force (two to three times) at the same energy costs.
Claims
1. Способ повышения эффективности рабочей лопатки вентилятора, компрессора или турбины состоящей из нижней кромки и верхней кромки с характерной кривизной, отличающийся тем, что на нижней кромке эжекторной лопатки создают систему глухих отверстий, перпендикулярных хорде или с наклоном в сторону потока. 1. A method of increasing the efficiency of a fan blade of a fan, compressor or turbine consisting of a lower edge and an upper edge with a characteristic curvature, characterized in that on the lower edge of the ejector blade create a system of blind holes perpendicular to the chord or with an inclination towards the flow.
2. Эжекторная лопатка вентилятора, компрессора или турбины, состоящая из нижней кромки и верхней кромки с характерной кривизной, отличающаяся тем, что на нижней кромке эжекторной лопатки создана система глухих отверстий, перпендикулярных хорде или с наклоном в сторону потока. 2. An ejector blade of a fan, compressor or turbine, consisting of a lower edge and an upper edge with a characteristic curvature, characterized in that a system of blind holes is created on the lower edge of the ejector blade, perpendicular to the chord or with an inclination towards the flow.
3. Эжекторная лопатка по п. 2, отличающаяся тем, что характерную кривизну профиля лопатки делают на нижней кромке лопатки.
3. The ejector blade according to claim 2, characterized in that the characteristic curvature of the blade profile is made on the lower edge of the blade.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2018116405A RU2734624C1 (en) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | Compressor blade, fan or turbine blade |
| RU2018116405 | 2018-05-03 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2019212384A1 true WO2019212384A1 (en) | 2019-11-07 |
Family
ID=68386343
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2019/000278 WO2019212384A1 (en) | 2018-05-03 | 2019-04-19 | Blade and method for increasing blade efficiency |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2734624C1 (en) |
| WO (1) | WO2019212384A1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1108251A1 (en) * | 1982-09-22 | 1984-08-15 | Университет дружбы народов им.Патриса Лумумбы | Axial compressor blade |
| EP2267275A2 (en) * | 2009-06-24 | 2010-12-29 | Rolls-Royce plc | A shroudless blade |
| US20180106154A1 (en) * | 2016-10-13 | 2018-04-19 | General Electric Company | Contoured bondcoat for environmental barrier coatings and methods for making contoured bondcoats for environmental barrier coatings |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2529272C1 (en) * | 2013-05-16 | 2014-09-27 | Открытое Акционерное Общество "Уфимское Моторостроительное Производственное Объединение" (Оао "Умпо") | Axial-flow compressor blade |
-
2018
- 2018-05-03 RU RU2018116405A patent/RU2734624C1/en active
-
2019
- 2019-04-19 WO PCT/RU2019/000278 patent/WO2019212384A1/en active Application Filing
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1108251A1 (en) * | 1982-09-22 | 1984-08-15 | Университет дружбы народов им.Патриса Лумумбы | Axial compressor blade |
| EP2267275A2 (en) * | 2009-06-24 | 2010-12-29 | Rolls-Royce plc | A shroudless blade |
| US20180106154A1 (en) * | 2016-10-13 | 2018-04-19 | General Electric Company | Contoured bondcoat for environmental barrier coatings and methods for making contoured bondcoats for environmental barrier coatings |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2734624C1 (en) | 2020-10-21 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US4781523A (en) | Fluid energy turbine | |
| CN101148994B (en) | Dust hole dome blade | |
| JP5354887B2 (en) | Swept blade for turbomachinery | |
| CN1272524C (en) | Turbomachine blade unit | |
| KR102196815B1 (en) | Radial or mixed-flow compressor diffuser having vanes | |
| US8764380B2 (en) | Rotor blade | |
| JP6091418B2 (en) | Turbine rotor assembly | |
| DK2527642T3 (en) | A wind power installation rotor blade and corresponding method | |
| JPS5990797A (en) | Centrifugal compressor and compression method | |
| US8789365B2 (en) | Energy conversion system with self-rectifying radial flow turbine and method | |
| JP2008525682A (en) | Omnidirectional wind turbine | |
| US11220326B2 (en) | Part and method for producing a part having reduced drag by non-constant riblets | |
| US20140137533A1 (en) | Exhaust gas diffuser for a gas turbine | |
| CN101169101B (en) | Wind turbine impeller installed with blown flap wing-like vane | |
| US20140044552A1 (en) | Blade for a rotary machine | |
| US6312221B1 (en) | End wall flow path of a compressor | |
| EP3421780B1 (en) | Rotor blade | |
| JP7230058B2 (en) | Endwall contouring of conical endwalls | |
| WO2019212384A1 (en) | Blade and method for increasing blade efficiency | |
| CN112639283B (en) | Rotor blade, wind energy plant and method for optimizing a wind energy plant | |
| CN205422837U (en) | Become turbine how much with moving vane front portion whirlpool pore structure that disappears | |
| RU2267657C2 (en) | Method of enhancing operational efficiency of blade (versions) | |
| CN204493271U (en) | A kind of centrifugal blower fan blade wheel | |
| CN204921256U (en) | Aerogenerator blade | |
| RU2406872C1 (en) | Wind turbine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 19795906 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 19795906 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |