×
27.09.2014
216.012.f7cb

Результат интеллектуальной деятельности: ЛОПАТКА ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА

Вид РИД

Изобретение

Аннотация: Лопатка осевого компрессора содержит входную кромку, выходную кромку, корыто и спинку с выполненными на ее поверхности вихрегенераторами сферической формы, вогнутыми внутрь лопатки. Каждый вихрегенератор снабжен, по меньшей мере, двумя подводящими каналами с выходными отверстиями диаметра (0,05…0,25)D, равноудаленными от оси симметрии вихрегенератора, сориентированной в направлении набегающего потока. Расстояние от оси симметрии вихрегенератора до выходного отверстия составляет (0,1…0,4)D. Входные отверстия подводящих каналов расположены на корыте лопатки, а выходные расположены на расстоянии (0,025…0,7)D от передней кромки вихрегенератора. Подводящие каналы выполнены под углом 20°…110° к хорде лопатки, где D - диаметр отпечатка вихрегенератора. Реализация изобретения позволит увеличить диапазон безотрывного обтекания лопаток до 3%, увеличить расход воздуха через компрессор до 2% и увеличить КПД компрессора до 4% за счет получения устойчивой вихревой структуры потока в вихрегенераторах. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области авиационного двигателестроения, в частности осевым лопаточным компрессорам, конкретнее к конструкции лопатки, установленной как в неподвижных лопаточных венцах, так и в подвижных.

Известен ряд решений, направленных на снижение сопротивления обтекаемых газом или жидкостью тел из твердого материала путем воздействия на пограничный слой.

Известна несущая поверхность (патент RU 2094313, опубл. 27.10.1997 г., МПК B64C 23/06, F15D 1/12), содержащая вихреобразователи, установленные поперек потока и в донной части которых выполнены сквозные щелевые отверстия, выходящие на обтекаемую поверхность.

Недостатком данного решения для лопаток осевого компрессора является сам принцип работы: предполагается отсасывать пограничный слой с обтекаемой поверхности через щелевые отверстия в область с более низким давлением, создаваемым в вихреобразователе. Для получения ощутимого эффекта от предложенного решения необходимо отбирать около 1% газа и более от расхода через лопаточный венец, это предполагает наличие вихреобразователей достаточно большого размера, необходимого, как минимум, для размещения отобранного объема газа, а соблюсти требуемые размеры не всегда предоставляется возможным ввиду конструктивных особенностей лопаток осевого компрессора. Другим недостатком предложенного решения является то, что щелевое отверстие направляет отсасываемый пограничный слой против вращения вихря в вихреобразователе, приводя к разрушению его структуры. Кроме того, течение в щелевых каналах, имеющих прямые углы, сопровождается дополнительным вихреобразованием в них. Угловые вихри уменьшают гидравлическое сечение каналов, снижая их пропускную способность. Наличие угловых вихрей уменьшает полезный объем зоны разряжения основного вихря, что также уменьшает объем отсасываемого с пограничного слоя газа.

В лопаточных машинах чаще всего наблюдается отрыв потока со спинки профиля лопатки, но отсасывать газ из пограничного слоя в вихреобразователи, расположенные на корыте профиля лопатки, не предоставляется возможным, т.к. на корыте профиля лопатки давление газа (среды) выше, чем на спинке и схемы со сквозными отверстиями через профиль лопатки работают на перепуск газа из области высокого давления (корыто) в область низкого (спинка). Одна из таких схем приведена в патенте US 4714408, опубл. 22.12.1987 г., МПК F04D 29/38, F04D 29/68, (IPC 1-7): F04D 29/38.

Недостатком предложенного решения является то, что перепуск газа с корыта на спинку профиля лопатки приводит к росту потерь на режимах обтекания профиля, отличных от режима, выбранного для получения геометрии перепускных каналов. Данное явление объясняется тем, что обтекание струи выдуваемого воздуха набегающим потоком на нерасчетных режимах обтекания приводит к потерям энергии, идущей на огибание выдуваемой струи, на прижатие ее к стенке профиля и на смешение потоков.

Наиболее близким к заявляемому решению является лопатка вентилятора (компрессора) по патенту US 6538887, опубл. 25.03.2003 г., МПК F04D 29/38; F04D 29/68; (IPC 1-7): H05K 7/20, содержащая входную кромку, выходную кромку, спинку, корыто, с выполненными, по меньшей мере, на одной из перечисленных поверхностей вихрегенераторами сферической формы, вогнутыми внутрь лопатки.

Недостатком лопаток с такими вихрегенераторами является то, что геометрические параметры вихрегенераторов рассчитываются под определенный режим обтекания лопатки и обеспечивают безотрывное обтекание потоком профиля лопатки только на расчетном режиме вследствие образования системы вихрей в вихрегенераторах. На остальных режимах из-за изменения параметров потока положительный эффект от использования вихрегенераторов пропадает ввиду разрушения системы вихрей. Так как газотурбинные двигатели, используемые на летательных аппаратах, являются многорежимными, то проблема безотрывного обтекания лопаток потоком на различных режимах работы двигателя является актуальной.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является увеличение диапазона безотрывного обтекания лопаток до 3%, увеличение расхода воздуха через компрессор до 2%, увеличение КПД компрессора до 4% за счет получения устойчивой вихревой структуры потока в вихрегенераторах.

Заявленный технический результат достигается тем, что в лопатке осевого компрессора, содержащей входную кромку, выходную кромку, корыто и спинку с выполненными на ее поверхности вихрегенераторами сферической формы, вогнутыми внутрь лопатки, согласно изобретению, каждый вихрегенератор снабжен, по меньшей мере, двумя подводящими каналами с выходными отверстиями диаметра (0,05…0,25)D, равноудаленными от оси симметрии вихрегенератора, сориентированной в направлении набегающего потока, причем расстояние от оси симметрии вихрегенератора до выходного отверстия составляет (0,1…0,4)D, входные отверстия подводящих каналов расположены на корыте лопатки, а выходные расположены на расстоянии (0,025…0,7)D от передней кромки вихрегенератора, при этом подводящие каналы выполнены под углом 20°…110° к хорде лопатки, где D - диаметр отпечатка вихрегенератора. Кроме того, вихрегенератор выполнен на глубину (0,005…0,1)b, где b - длина хорды профиля лопатки; подводящие каналы выполнены с переменной площадью сечения; при нечетном количестве подводящих каналов, подключенных в вихрегенератор, по меньшей мере, один подводящий канал выходным отверстием расположен на оси симметрии вихрегенератора; подводящие каналы, подключенные к одному вихрегенератору, выполнены с общим входным отверстием.

Вихрегенератор выполняют на глубину (0,005…0,1)b, где b - длина хорды профиля лопатки. Такой диапазон обусловлен тем, что при глубине вихрегенератора меньше указанного, образования вихрей не происходит, а при большей глубине образовавшийся вихрь располагается слишком глубоко и положительный эффект от его взаимодействия с потоком пограничного слоя пропадает.

Выполнение вихрегенератора снабженным, по меньшей мере, двумя подводящими каналами позволит подпитывать каждый из вихрей отдельным потоком, не разрушая их структуры.

Выполнение подводящих каналов под углом 20°…110° к хорде лопатки позволит подводить стабилизирующий поток с минимальным углом к границе вихря.

Выходные отверстия подводящих каналов выполняют диаметром (0,05…0,25)D, где D - диаметр отпечатка вихрегенератора. При диметре выходных отверстий меньше указанного диапазона возрастает сопротивление, что приводит к нехватке стабилизирующего потока. При большем диаметре выходных отверстий стабилизирующий поток становится избыточным и происходит разрушение структуры вихрей. Кроме того, обтекание краев выходных отверстий больших диаметров также негативно влияет на структуру вихрей.

Для согласования направления стабилизирующего потока с направлением вращения парных вихрей, образующихся в вихрегенераторе, выходные отверстия выполняют равноудаленными от оси симметрии вихрегенератора, сориентированной в направлении набегающего потока на расстоянии (0,1…0,4)D от оси симметрии и на расстоянии (0,025…0,7)D от передней кромки вихрегенератора, где D - диаметр отпечатка вихрегенератора.

Выполнение подводящих каналов с переменной площадью сечения, а также выполнение подводящих каналов, подключенных к одному вихрегенератору с общим входным отверстием, позволит регулировать скорость стабилизирующего потока.

Выполнение, по меньшей мере, одного подводящего канала с выходным отверстием, расположенным на оси симметрии вихрегенератора, позволит управлять потоком в зоне между парными вихрями.

Изобретение поясняется графически.

Фиг.1. Общий вид лопатки компрессора с выполненными на спинке вихрегенераторами.

Фиг.2. Разрез лопатки компрессора (А-А).

Фиг.3. Схема потоков в районе вихрегенераторов.

Фиг.4. Вид сверху на вихрегенератор.

Фиг.5. Вид сверху на вихрегенератор. Вариант исполнения.

Лопатка осевого компрессора выполнена с выпуклой поверхностью - спинка 1 и вогнутой - корыто 2, входной кромкой 3 и выходной кромкой 4. Расстояние b от входной кромки до выходной кромки является хордой профиля лопатки. На спинке лопатки выполнены вихрегенераторы 5 сферической формы, вогнутые внутрь лопатки на глубину (0,005…0,1)b (b - длина хорды профиля лопатки) и соединенные с корытом подводящими каналами 6 под углом 20°…110° к хорде лопатки. Выходные отверстия 7 подводящих каналов выполнены диаметром (0,05…0,25)D на расстоянии x=(0,025…0,7)D от передней кромки вихрегенератора и равноудалены от оси симметрии вихрегенератора, сориентированной в направлении набегающего потока, причем расстояние от оси симметрии вихрегенератора до выходного отверстия составляет k=(0,1…0,4)D (D - диаметр отпечатка вихрегенератора). Соответственно входные отверстия 8 подводящих каналов расположены на корыте лопатки.

При работе осевого компрессора засасываемый и сжимаемый газ образует набегающий поток, который, при обтекании лопатки, разделяется на поток 9 с низким давлением газа, омывающий спинку 1 лопатки, и поток 10 с высоким давлением газа, омывающий корыто 2 лопатки. Поток 11 пограничного слоя, являющийся частью потока 9 с низким давлением, образует в вихрегенераторе парный вихрь. Вследствие разности давлений на спинке и корыте лопатки по подводящим каналам 6 к вихрегенераторам 5 начинает поступать стабилизирующий поток 12, который, вытекая в направлении вращения вихря, участвует в его дополнительной закрутке, при этом каждый вихрь подпитывается через собственный подводящий канал. В центральной части вихрей образуются зоны пониженного давления, куда начинает поступать газ потока 9, тем самым предотвращается его отрыв со спинки лопатки. Вследствие того, что направление векторов скорости на верхней границе вихря и потока 9 сориентированы в одну сторону, а также меньшего коэффициента трения потока 9 по верхней границе вихрей по сравнению с коэффициентом трения между потоком 9 и поверхностью лопатки, уменьшаются потери энергии основного потока, что увеличивает диапазон безотрывного обтекания лопатки.


ЛОПАТКА ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА
ЛОПАТКА ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА
ЛОПАТКА ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА
ЛОПАТКА ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА
ЛОПАТКА ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 171-180 of 226 items.
13.01.2017
№217.015.86d6

Охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя

Изобретение относится к авиадвигателестроению, в частности к системам охлаждения турбины газотурбинного двигателя. Охлаждаемая турбина газотурбинного двигателя содержит рабочее колесо с каналами подвода охлаждающего воздуха к рабочим лопаткам и сопловой аппарат закрутки. Между выходом соплового...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603699
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.86e3

Диск первой ступени ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (варианты)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Диск первой ступени ротора компрессора низкого давления ГТД выполнен в виде моноэлемента, включает обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием. Обод асимметрично соединен с полотном диска с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603304
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.86f5

Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (варианты)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо третьей ступени вала ротора КНД ГТД содержит диск, включающий ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а также лопатки, имеющие каждая хвостовик и перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603379
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8717

Опора вала ротора турбореактивного двигателя (варианты), корпус опоры вала ротора турбореактивного двигателя, корпус роликоподшипника опоры вала ротора турбореактивного двигателя, каскад уплотнений опоры вала ротора турбореактивного двигателя

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Опора вала ротора КНД ТРД снабжена системой упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала ротора и содержит роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части. Статорная часть включает корпус роликоподшипника,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603386
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.874b

Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (варианты)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо четвертой ступени вала ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (КНД ГТД) содержит диск, включающий ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а также лопатки, имеющие каждая хвостовик и перо с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603380
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.877a

Рабочее колесо первой ступени ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо первой ступени ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД) содержит диск, наделенный пазами, и лопаточный венец, при этом диск выполнен в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603382
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8791

Опора вала ротора турбореактивного двигателя (варианты), браслетное уплотнение опоры вала ротора турбореактивного двигателя, узел уплотнительного браслета опоры вала ротора турбореактивного двигателя, секция кольца браслетного уплотнения опоры вала ротора турбореактивного двигателя

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Опора вала ротора КНД ТРД снабжена системой упругогидравлического демпфирования колебаний вала ротора и содержит роликоподшипник. Статорная часть включает корпус роликоподшипника, соединенный с корпусом опоры. Корпус опоры охвачен корпусом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603389
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8795

Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо третьей ступени вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (КНД ТРД) содержит диск, включающий ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а также лопатки, имеющие каждая хвостовик и перо с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603384
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.87a4

Рабочее колесо второй ступени ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо второй ступени ротора содержит диск и лопаточный венец. Диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, обод и полотно, снабженное наклонными полками для неразъемного соединения с ответными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603383
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8807

Опора вала ротора газотурбинного двигателя (варианты), узел опоры вала ротора газотурбинного двигателя, упругое кольцо опоры вала ротора газотурбинного двигателя, торцевая втулка цапфы вала ротора газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Передняя опора вала ротора КНД ГТД содержит роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части. Статорная часть включает корпус опоры, который соединен с корпусом роликоподшипника и охвачен ступицей ВНА с образованием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603374
Дата охранного документа: 27.11.2016
Showing 171-180 of 307 items.
13.01.2017
№217.015.86e3

Диск первой ступени ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (варианты)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Диск первой ступени ротора компрессора низкого давления ГТД выполнен в виде моноэлемента, включает обод, переходящий в кольцевое полотно, усиленное ступицей, снабженной центральным отверстием. Обод асимметрично соединен с полотном диска с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603304
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.86f5

Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (варианты)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо третьей ступени вала ротора КНД ГТД содержит диск, включающий ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а также лопатки, имеющие каждая хвостовик и перо с профилем, образованным вогнутым корытом и выпуклой спинкой....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603379
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8717

Опора вала ротора турбореактивного двигателя (варианты), корпус опоры вала ротора турбореактивного двигателя, корпус роликоподшипника опоры вала ротора турбореактивного двигателя, каскад уплотнений опоры вала ротора турбореактивного двигателя

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Опора вала ротора КНД ТРД снабжена системой упруго-гидравлического демпфирования колебаний вала ротора и содержит роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части. Статорная часть включает корпус роликоподшипника,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603386
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.874b

Рабочее колесо ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (варианты)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо четвертой ступени вала ротора компрессора низкого давления газотурбинного двигателя (КНД ГТД) содержит диск, включающий ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а также лопатки, имеющие каждая хвостовик и перо с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603380
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.877a

Рабочее колесо первой ступени ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо первой ступени ротора, включающего вал барабанно-дисковой конструкции компрессора низкого давления (КНД) турбореактивного двигателя (ТРД) содержит диск, наделенный пазами, и лопаточный венец, при этом диск выполнен в виде...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603382
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8791

Опора вала ротора турбореактивного двигателя (варианты), браслетное уплотнение опоры вала ротора турбореактивного двигателя, узел уплотнительного браслета опоры вала ротора турбореактивного двигателя, секция кольца браслетного уплотнения опоры вала ротора турбореактивного двигателя

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Опора вала ротора КНД ТРД снабжена системой упругогидравлического демпфирования колебаний вала ротора и содержит роликоподшипник. Статорная часть включает корпус роликоподшипника, соединенный с корпусом опоры. Корпус опоры охвачен корпусом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603389
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8795

Рабочее колесо третьей ступени ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо третьей ступени вала ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (КНД ТРД) содержит диск, включающий ступицу с центральным отверстием, полотно и обод, а также лопатки, имеющие каждая хвостовик и перо с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603384
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.87a4

Рабочее колесо второй ступени ротора компрессора низкого давления турбореактивного двигателя (варианты)

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Рабочее колесо второй ступени ротора содержит диск и лопаточный венец. Диск выполнен в виде моноэлемента, включающего ступицу с центральным отверстием, обод и полотно, снабженное наклонными полками для неразъемного соединения с ответными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603383
Дата охранного документа: 27.11.2016
13.01.2017
№217.015.8807

Опора вала ротора газотурбинного двигателя (варианты), узел опоры вала ротора газотурбинного двигателя, упругое кольцо опоры вала ротора газотурбинного двигателя, торцевая втулка цапфы вала ротора газотурбинного двигателя

Изобретение относится к области авиадвигателестроения. Передняя опора вала ротора КНД ГТД содержит роликоподшипник, разделяющий опору на статорную и роторную части. Статорная часть включает корпус опоры, который соединен с корпусом роликоподшипника и охвачен ступицей ВНА с образованием...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002603374
Дата охранного документа: 27.11.2016
25.08.2017
№217.015.a001

Двухроторный газотурбинный двигатель

Изобретение относится к газотурбинным двигателям, а именно к маслосистемам, их агрегатам наддува полостей и устройствам суфлирования масла. Двухроторный газотурбинный двигатель снабжен системой последовательно сообщенных друг с другом посредством дополнительных воздуховодов предмасляных...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002606458
Дата охранного документа: 10.01.2017
+ добавить свой РИД