Результат интеллектуальной деятельности: Диффузор

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании выхлопных диффузоров турбомашин.

Известен диффузор, содержащий внешний обвод, на внутренней стороне которого выполнены продольные канавки прямоугольного профиля глубиной от 2 до 4 мм (Зарянкин А.Е., Грибин В.Г., Парамонов А.Н. Некоторые пути повышения аэродинамической нагрузки на диффузорные элементы турбомашин. // Известия АН СССР. 1989. Выпуск 2. С. 40-44).

Недостатком настоящего технического решения является низкая надежность вследствие значительных динамических нагрузок, действующих на поверхность внешнего обвода.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является диффузор (Патент РФ №2469214, опубл. 10.12.2012, МПК F04D 29/44), содержащий внутренний и внешний обвод, выполненный коническим.

Недостатком настоящего технического решения является низкая надежность вследствие значительных динамических нагрузок, действующих на поверхность внешнего обвода.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в снижении вибраций диффузоров турбомашин за счет уменьшения амплитуд пульсаций давления.

Технический результат заключается в повышении надежности элементов турбомашин.

Это достигается тем, что известный диффузор, содержащий внешний обвод, выполненный коническим, снабжен пристеночным демпфером, установленным вблизи внутренней поверхности внешнего обвода и содержащим конический экран, закрепленный соединительными профилями на внутренней поверхности внешнего обвода, и легкодеформируемый материал с возможностью сохранения своих свойств при высоких температурах рабочей среды, расположенный в пространстве между коническим экраном и внешнем обводом, при этом конический экран выполнен перфорированным, а его образующие параллельны образующим внешнего обвода.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен диффузор, на фиг. 2 изображен продольный разрез диффузора, на фиг. 3 показано закрепление пристеночного демпфера к внешнему обводу, на фиг. 4 представлены результаты виброиспытаний предлагаемого диффузора.

Диффузор содержит внешний обвод 1, выполненный коническим, вблизи внутренней поверхности которого установлен пристеночный демпфер 2. Пристеночный демпфер 2 содержит конический экран 3, закрепленный соединительными профилями 4 на внутренней поверхности внешнего обвода 1, причем пространство между коническим экраном 3 и внешнем обводом 1 заполнено легкодеформируемым материалом 5, способным сохранять свои свойства при высоких температурах рабочей среды, например, минеральной ватой. При этом конический экран 3 выполнен перфорированным, а его образующие параллельны образующим внешнего обвода 1.

Диффузор работает следующим образом.

В рабочем процессе движение газообразной среды в проточной части диффузора сопровождается ростом статического давления. В основной зоне потока наблюдается превалирование инерционных сил над силами давления. С приближением к внутренней стороне внешнего обвода 1 в области пограничного слоя скорость рабочей среды уменьшается, в связи с чем изменяется баланс соотношения указанных сил. В результате возможно возникновение нестационарного отрыва потока от внешнего обвода 1, обуславливающего наличие пульсаций давления. Эти пульсации давления определяют уровень вибрационной нагрузки, которую испытывает внешний обвод 1.

Пристеночный демпфер 2 воспринимает пульсации давления, предотвращая тем самым разрушение диффузора. Конический экран 3, с одной стороны, обеспечивает поддержку легкодеформируемого материала 5, а с другой - обеспечивает газовую связь основного потока, протекающего в диффузоре, с легкодеформируемым материалом 5, осуществляющим гашение пульсаций давления за счет собственной деформации.

Также наличие легкодеформируемого материала 5 препятствует образованию вторичных токов в пространстве между поверхностью внешнего обвода 1 и коническим экраном 3, причиной которых является увеличение статического давления вдоль оси диффузора в направлении движения рабочей среды.

Опытным путем было установлено, что, по сравнению с обычным диффузором, виброперемещения, измеренные в среднем сечении внешнего обвода 1 диффузора с пристеночным демпфером 2, снизились на 40÷70%, причем этот эффект сохранился не только при осевом направлении движения потока (угол закрутки ϕ=0), но и при закрученном потоке (максимальный угол закрутки ϕ_max=20°). Испытания проводились для диффузора с углом раскрытия внешнего обвода 1 α=15° и степенью расширения канала n=4. Кривая виброперемещений на фиг. 4, измеренных в среднем сечении внешнего обвода 1 для обычного диффузора, обозначена буквой "а", для диффузора с пристеночным демпфером 2 - буквой "б". Таким образом, достигается практически полное демпфирование пульсаций давления и обеспечивается надежная защита внешнего обвода 1 диффузора от высоких динамических нагрузок.

Использование изобретения позволяет повысить надежность элементов турбомашин за счет восприятия пристеночным демпфером 2 пульсаций давления, оказывающих разрушающее воздействие на внешний обвод 1 диффузора. Кроме того, при установке предлагаемого диффузора за последней ступенью газовой турбины легкодеформируемый материал 5 (минеральная вата) выступает в качестве дополнительного теплового изолятора, что позволяет снизить тепловые потери в системе отвода газа от газовой турбины.