Код документа: RU2034175C1
Предлагаемое изобретение относится к компрессоростроению, в частности к осевым, диагональным и осецентробежным компрессорам газотурбинных установок.
Известен центробежный компрессор, содержащий рабочее колесо и корпус с входным и выходными патрубками, причем на входном участке корпуса предусмотрена кольцевая полость, расположенная над торцевой кромкой лопаток и соединенная с проточной частью двумя смежными кольцевыми каналами, в каждом из которых расположены ребра, наклоненные в плоскости вращения в противоположных направлениях относительно радиуса.
Отличия в процессах сжатия газов и конструкций между центробежными и осевыми, диагональными или комбинированными компрессорами накладывают специфически требования к конструкции антисрывных надроторных устройств. По этой причине эффект от применения устройства, описанного выше не обеспечивает работоспособности многоступенчатого осевого компрессора и осецентробежного компрессора с осевыми первыми ступенями в широком диапазоне эксплуатационных режимов.
Известен осевой компрессор, содержащий корпус с размещенными в нем рабочими и направляющими лопатками и расположенную над лопатками кольцевую полость, сообщающуюся с проточной частью турбокомпрессора через щели между образующими решетку ребрами, расположенными в поперечном сечении под углом к радиусу корпуса.
Недостаток указанного решения состоит в том, что во избежание падения КПД компрессора возникает необходимость в дополнительном регулирующем устройстве в виде поворотного кольца, которое существенно усложняет конструкцию и снижает ее надежность.
Предлагаемое изобретение обеспечивает значительное расширение диапазона газодинамической устойчивости компрессора и аэроупругой устойчивости его лопаток при сохранении уровня КПД и обладает свойством саморегулируемости, благодаря чему не требует дополнительных управляемых устройств и значительно упрощает конструкцию.
Указанная задача решается тем, что в турбокомпрессоре, содержащем корпус с размещенными в нем рабочими и направляющими лопатками и расположенную над лопатками кольцевую полость, сообщающуюся с проточной частью турбокомпрессора через щели между образующими решетку ребрами, расположенными к радиусу корпуса под углом ϕr 30-50о, решетка выполнена с отношением шага к ширине щелей, равном
На фиг. 1 представлена ступень турбокомпрессора, продольный разрез; на фиг. 2 предлагаемое надроторное устройство, поперечное сечение; на фиг. 3 вид по стрелке Б на фиг. 1.
В корпусе 1 над торцами лопаток рабочих колес 2 выполнено надроторное устройство, состоящее из кольцевой полости 3 и кольцевой решетки, образованной ребрами 4 и щелями 5 между ними, через решетку полость сообщается с проточной частью компрессора. Оси щелей 5 и ребер 4 наклонены в направлении вращения под углом ϕr к радиусу турбокомпрессора. Угол ϕr может быть выполнен и постоянным по длине устройства. По отношению к направлению потока перед рабочим колесом оси щелей и ребер также располагаются под некоторым углом ϕa. Углы ϕr и ϕa могут меняться по длине устройства и зависят от направления потока перед колесом, формы проточной части и других параметров ступени.
На оптимальных режимах течения в рабочем колесе и при повышенных расходах давление в передней части межлопаточного канала не превышает давления на периферии проточной части перед рабочим колесом и истечения воздуха из рабочего колеса в надроторное устройство не происходит. Напротив, при расходе воздуха, превышающем оптимальный, может происходить подсасывание воздуха через решетку и кольцевую полость в проточную часть рабочего колеса. При уменьшении расхода воздуха через турбокомпрессор повышение давления за ним или при локальном уменьшении скорости потока на периферии перед рабочим колесом возрастают углы атаки на его лопатках, давление в передней части межлопаточного канала возрастает и становится выше давления на периферии проточной части турбокомпрессора перед колесом. Под действием возникшего перепада давлений начинается истечение воздуха через щели надроторного устройства над рабочим колесом 2 в кольцевую полость 3, а из нее в проточную часть перед колесом. В результате этого процесса на периферии проточной части формируется циркуляционное течение, причем расход циркулирующего воздуха увеличивается по мере увеличения противодавления за рабочим колесом, в результате чего углы атаки на лопатках мало меняются. Интенсификации циркуляционного течения способствует использование решетки с наклоном щелей в поперечном сечении в направлении вращения и над рабочим колесом и перед ним. Это происходит благодаря тому, что при истечении воздуха из кольцевой полости через щели в проточную часть перед рабочим колесом он приобретает закрутку в направлении, противоположном направлению вращения колеса, что увеличивает подсасывающую способность периферийного участка рабочего колеса и повышает его напор. Таким образом кольцевая полость служит обводным каналом, по которому транспортируется обратный поток воздуха из рабочего колеса при повышении давления за ним выше некоторого максимального значения, не допуская выброса его непосредственно из колеса в проточную часть перед ним. Кроме того, кольцевая полость способствует выравниванию окружной неравномерности давления и препятствует формированию дискретных срывных зон, а также уменьшает пульсации потока, вызываемые пересечением щелей вращающимися лопатками. Высота полости выбирается в диапазоне Н 0,2-0,5 от осевой протяженности решетки. Уменьшение высоты полости Н ниже 0,2 приводит к уменьшению эффективности устройства, а увеличение Н больше 0,5 не повышает эффективности устройства и неоправданно увеличивает его радиальные габариты. Все геометрические параметры элементов надроторного устройства выбираются таким образом, чтобы обеспечить максимальную эффективность устройства на предсрывных и срывных режимах и не допускать снижения КПД на оптимальных режимах течения. Так с целью уменьшения потерь при истечении воздуха из рабочего колеса в кольцевую полость угол ϕr рассчитывается по параметрам потока на периферии рабочего колеса таким образом, чтобы он был близок к направлению потока в поперечном сечении, т.е. ϕr= arctg
Все указанные соотношения геометрических параметров связаны между собой и с аэродинамическими характеристиками ступеней, в частности с числом маха в относительном движении. Поэтому выбор параметров устройств в указанных пределах производится по результатам аэродинамических расчетов и с учетом конструктивных и технологических особенностей турбокомпрессоров.
Использование: в компрессоростроении, в частности в осевых и диагональных компрессорах газотурбинных установок. Сущность изобретения: над рабочими кромками лопаток рабочего колеса выполнена кольцевая замкнутая полость, сообщающаяся с проточной частью компрессора через каналы решетки, образованной прорезями и пластинами. При образовании перепада давления между участками над входными кромками лопаток рабочего колеса и перед ними поток из области над колесом через прорези устремляется в кольцевую полость, а оттуда в проточную часть компрессора уже перед колесом. 5 з.п. ф-лы, 3 ил.