Повышение энергетической эффективности турбин - RU2015131056A

1. Способ, применяемый для обрабатывающего устройства для аэро/гидродинамической обработки потока ньютоновской текучей среды для улучшения эксплуатационной энергетической эффективности и/или расширения проектного диапазона регулирования потока текучей среды, содержащего:

(i) средства источника входной текучей среды для обеспечения источника указанного потока ньютоновской текучей среды и передающие часть указанной входной текучей среды из источника к

(ii) изменяющей поток текучей среды поверхности, используемой указанным обрабатывающим устройством для аэро/гидродинамической обработки потока ньютоновской текучей среды посредством по меньшей мере одного конформного вихрегенератора, который обрабатывает часть указанного потока ньютоновской текучей среды путем использования отклоняющего поток ступенчатого снижения, которое сворачивает часть самого нижнего пограничного слоя массы приходящего указанного потока ньютоновской текучей среды с последующей передачей указанной обработанной части к

(iii) выходному сопрягающему устройству для текучей среды в форме ограниченного и свободнотекущего образованного ступенью вихря, который переходит в энергетическую замыкающую потоковую образованную кончиком вихревую струю, тесно связанную с выходной поверхностью и/или передающую повышенную энергию пограничному слою за счет эффекта его утоньшения и/или реламинаризации на указанной выходной поверхности ниже по ходу потока указанного отклоняющего поток снижения рядом с указанной потоковой струей образованного кончиком вихря,

причем применение указанного конформного вихрегенератора обеспечивает уменьшение потерь энергии в потоке ньютоновской текучей среды путем сокращения срывов потока ниже по ходу потока и/или путем утоньшения пограничного слоя ниже по ходу потока и, таким образом, обеспечивает расширение указанного диапазона регулирования потока текучей среды, повышенную эксплуатационную энергетическую эффективность и/или проектную эксплуатационную функциональность.

2. Способ по п. 1, согласно которому указанный конформный вихрегенератор представляет собой интегральный конформный вихрегенератор, который целиком встроен в состоящую из того же самого материала и изготовлен целиком внутри указанной изменяющей поток текучей среды поверхности, которая затем обеспечивает конструкцию с новой эксплуатационной функциональностью.

3. Способ по п. 2, согласно которому указанный интегральный конформный вихрегенератор сконфигурирован во время процесса конструирования и/или испытания для достижения усовершенствованных характеристик.

4. Способ по п. 1, согласно которому указанная изменяющая поток текучей среды поверхность является элементом группы, содержащей канализирующее средство для потока текучей среды, обходной вентилятор, компрессор, насос, камеру сгорания, аэродинамическую поверхность ротора, аэродинамическую поверхность статора, воздушный винт или турбину, и использует по меньшей мере один указанный конформный вихрегенератор на указанной изменяющей поток текучей среды поверхности для повышения энергетической эффективности с одновременным сокращением аэродинамического сопротивления потока текучей среды и/или расширением эксплуатационной функциональности.

5. Способ по п. 4, согласно которому указанный элемент изменяющих поток текучей среды поверхностей дополнительно содержит наклонный инжекционный канал для струйного введения текучей среды, соединенного камерой повышенного давления с источником текучей среды соответствующего давления, для введения потока текучей среды и добавления дополнительного импульса в пограничный слой ниже по ходу потока указанного конформного вихрегенератора, который выполнен таким образом, что не проходит в приходящие невозмущенные потоки и не генерирует дополнительные потери потока или энергии из-за ущемления потока.

6. Способ по п. 5, согласно которому указанный наклонный инжекционный канал для струйного введения текучей среды выполнен с возможностью обеспечения сопротивления закупорке мусором, и дополнительно могут быть использованы дополнительные каналы для инжекции текучей среды, сгруппированные для резервирования.

7. Способ по п. 6, согласно которому указанный наклонный инжекционный канал для струйного введения текучей среды питает полость для инжекции потока текучей среды, выполненную с возможностью введения импульса потока текучей среды в нижние пограничные слои путем извлечения преимущества из скорости и/или градиентов давления, индуцированных ниже по ходу потока указанного конформного вихрегенератора.

8. Способ по п. 6, согласно которому указанный наклонный инжекционный канал для струйного введения текучей среды выпускает текучую среду в полость для инжекции потока текучей среды, выполненную с возможностью увеличения производительности распространения текучей среды.

9. Способ по п. 6, согласно которому указанный наклонный инжекционный канал для струйного введения текучей среды добавляет охлажденную текучую среду в пограничный слой, который охлаждает поверхность ниже по ходу потока указанного конформного вихрегенератора.

10. Способ по п. 4, согласно которому в указанном элементе изменяющих поток текучей среды поверхностей дополнительно использован паз расширения после ступени и/или ступенчатая срезающая направляющая, расположенные ниже по ходу потока указанного конформного вихрегенератора, для направления распространения массы текучей среды невозмущенных протекающих вихревых струй для предотвращения лишнего выталкивания в наружном направлении и, таким образом, повышения эффективности указанного конформного вихрегенератора.

11. Способ по п. 4, согласно которому в указанном элементе изменяющих поток текучей среды поверхностей используется ближайший к передней кромке первый указанный конформный вихрегенератор, который генерирует в области кончика невозмущенные протекающие вихревые струи, сильно связанные с поверхностью, и/или подавляет индуцирующее потери утолщение пограничного слоя в области ниже по ходу потока, и дополнительно используется расположенный на поверхности ниже по ходу потока второй конформный вихрегенератор, ближайший к задней кромке, для дополнительного изменения приповерхностной завихренности и/или повышения энергетической эффективности.

12. Способ по п. 5, согласно которому указанный источник текучей среды под соответствующим давлением, соединенный камерой повышенного давления с указанным наклонным инжекционным каналом для струйного введения текучей среды, выполнен таким образом, что указанное соответствующее давление изменяется в соответствии со скоростью потока текучей среды вдоль указанной изменяющей поток текучей среды поверхности для обеспечения возможности максимального добавления скорости потока струи текучей среды и импульса без риска струйного отслаивания.

13. Способ по п. 4, согласно которому в указанный элемент изменяющих поток текучей среды поверхностей добавляют конформный вихрегенератор, который генерирует в области кончика невозмущенные протекающие вихревые струи, сильно связанные с поверхностью, и/или подавляет индуцирующее потери утолщение пограничного слоя в области ниже по ходу потока на поверхности, и который применен перед зазором между поверхностями потока текучей среды с относительными перемещениями, который препятствует протеканию потоков текучей среды через указанный зазор и снижения потерь энергии и/или потерь потока текучей среды сквозь зазор.

14. Способ по п. 4, согласно которому в указанном элементе изменяющих поток текучей среды поверхностей используют указанный конформный вихрегенератор, который выполнен таким образом, что мусор, захваченный указанными потоками текучей среды с достаточной энергией для нанесения механического повреждения, имеет тенденцию к свободному подъему от следующей поверхности для минимизации ниже по ходу потока ударов и/или эрозионного повреждения.

15. Способ по п. 2, согласно которому указанный встроенный конформный вихрегенератор выполнен в форме имеющей частично ступенчатую высоту матрицы встроенного конформного вихрегенератора для обеспечения регистрационных отметок и эталонного совмещения для дополнительного крепления обеспечивающего более тонкое согласование и/или облегченного компонента абляционного конформного вихрегенератора, который затем конфигурирует результирующий комбинированный конформный вихрегенератор с увеличенной высотой ступени и/или конструкцию с защитой из указанного обеспечивающего более тонкое согласование и/или облегченного компонента абляционного конформного вихрегенератора.

16. Способ по п. 7, согласно которому в указанной полости для инжекции потока текучей среды, соединенной с указанным наклонным инжекционный каналом для струйного введения текучей среды соединенного с помощью указанной камеры повышенного давления с указанным источником текучей среды соответствующего давления, используется всасывание для вытягивания потока текучей среды из указанный нижних пограничных слоев для улучшения потока текучей среды ниже по ходу потока и извлечения преимуществ из скорости и/или градиентов давления, индуцированных ниже по ходу потока указанного конформного вихрегенератора.

17. Способ по п. 16, примененный к поверхности корпуса, обтекаемого потоком текучей среды, как к первой полости для инжекции потока текучей среды, наклонному инжекционному каналу для струйного введения текучей среды и камере повышенного давления, в которой используется всасывание, выполненной с возможностью связывания потока текучей среды камеры повышенного давления со вторым наклонным инжекционным каналом для струйного введения текучей среды и полости для инжекции потока текучей среды, расположенной в области пониженного локального давления указанной аэродинамической поверхности корпуса, в результате чего текучая среда, извлеченная из указанной первой полости для инжекции, вводится как текучая среда под относительно высоким давлением через указанную вторую полость для инжекции для улучшения потока текучей среды указанной второй полости ниже по ходу потока и извлечения преимущества из скорости и/или градиентов давления, индуцированных ниже по ходу потока второго конформного вихрегенератора и улучшения характеристики обтекающего корпус потока текучей среды и повышения энергетической эффективности.

18. Способ по п. 4, согласно которому указанный расположенный в камере сгорания элемент изменяющих поток текучей среды поверхностей содержит указанный интегрированный конформный вихрегенератор, который генерирует в области кончика невозмущенные протекающие вихревые струи, сильно связанные с поверхностью, и/или подавляет индуцирующее потери утолщение пограничного слоя в области ниже по ходу потока на поверхности, и который дополнительно выполнен с возможностью комбинирования встроенных входных направляющих поток поверхностей статора турбины с пониженными потерями энергии для достижения повышенной эффективности камеры сгорания и/или создания более компактной конструкции камеры сгорания.

19. Способ по п. 4, согласно которому указанное обрабатывающее устройство для аэро/гидродинамической обработки потока ньютоновской текучей среды представляет собой газотурбинный двигатель, в котором используются по меньшей мере средства для канализации потока текучей среды, компрессор, камера сгорания и турбина, причем по меньшей мере одна включенная изменяющая поток текучей среды поверхность содержит конформный вихрегенератор для повышения энергетической эффективности путем сокращения аэродинамического сопротивления потока текучей среды и/или расширения эксплуатационной функциональности.

20. Способ по п. 4, согласно которому указанный расположенный в камере сгорания элемент указанных изменяющих поток текучей среды поверхностей содержит указанный конформный вихрегенератор, выполненный на поверхности камеры сгорания, который генерирует в области кончика невозмущенные протекающие вихревые струи, сильно связанные с указанной поверхностью камеры сгорания, и/или подавляет индуцирующее потери утолщение пограничного слоя в области ниже по ходу потока на поверхности камеры сгорания, с добавлением выходного сопла в качестве средства для доставки выходной текучей среды для формирования выхлопного потока текучей среды из сопла, который генерирует тягу.

21. Способ по п. 20, согласно которому указанное выходное сопло, формирующее указанный выхлопной поток текучей среды содержит дополнительный конформный вихрегенератор, выполненный на поверхности сопла, который генерирует в области кончика невозмущенные протекающие вихревые струи, сильно связанные с указанной поверхностью сопла, и/или подавляет индуцирующее потери утолщение пограничного слоя в области ниже по ходу потока на поверхности сопла, в результате чего уменьшаются аэродинамическое сопротивление потоку текучей среды в выходном сопле и/или потери энергии, и/или расширяется эксплуатационная функциональность сопла.

22. Способ по п. 21, согласно которому наклонный инжекционный канал для струйного введения текучей среды добавляет в пограничный слой поток охлажденной текучей среды, который действует для охлаждения поверхности ниже по ходу потока и извлекает преимущества из скорости и/или градиентов давления, индуцированных ниже по ходу потока указанного конформного вихрегенератора, использованного в указанной поверхности сопла.

23. Способ по п. 2, согласно которому указанный конформный вихрегенератор сконфигурирован при проектировании указанных изменяющих поток текучей среды поверхностей, для достижения указанной новой эксплуатационной функциональности, которая включает увеличенный диапазон углов атаки свободного отделения и/или увеличенный угол поворота лопатки, и/или уменьшенное количество ступеней.

24. Способ по п. 1, согласно которому в указанном обрабатывающем устройстве для аэро/гидродинамической обработки потока ньютоновской текучей среды, используется по меньшей мере входные соединительные средства, соединенные по меньшей мере с одним встроенным конформным вихрегенератором, размещенном в воздуховоду или трубопроводе, который затем соединен с выходными средствами для управления аэродинамическим сопротивлением потока текучей среды и потерями энергии.

25. Способ по п. 4, согласно которому расположенные в компрессоре и турбине указанные элементы изменяющих поток текучей среды поверхностей комбинируются для формирования варианта реализации турбокомпрессора.

26. Способ по п. 4, согласно которому указанный элемент средств для канализации потока текучей среды изменяющих поток текучей среды поверхностей выполнен в форме поверхности обтекаемого тела с закрытыми и/или открытыми концами, в результате чего применение указанного конформного вихрегенератора снижает симметричные силы аэродинамического сопротивления указанного обтекаемого тела и/или асимметричные индуцированные рысканием силы при перемещении.

27. Способ по п. 26, согласно которому указанное обтекаемое тело переходит к свободному полету с предварительно заданной кинетической энергией, так что усовершенствованные энергетическая эффективность и/или динамики потока текучей среды обеспечивают увеличенную дальность и/или устойчивость пути.

28. Способ по п. 4, согласно которому указанный элемент изменяющих поток текучей среды поверхностей содержит один или большее количество указанных конформных вихрегенераторов, которые выполнены с изменяющейся и/или неоднородной пространственной геометрической формой вдоль поверхности, для расстраивания и/или предотвращения режимов настроенных колебаний и/или когерентных точек отражения таким образом, чтобы были минимизированы механические резонансные режимы и/или сгибание.

29. Способ по п. 4, согласно которому указанные средства для канализации потока текучей среды представляют собой область с закрытой поверхностью для содержания потока текучей среды, причем указанная область содержит рельефные стенки закрытых геометрических ячеек с поддерживающими стенку радиусами соединения хвостовика, которые больше чем радиусы соединения под прямым углом, для формирования поверхности средств для канализации с оптимизированными прочностью на изгиб и коэффициентом теплопроводности.

30. Обрабатывающее устройство для аэро/гидродинамической обработки потока ньютоновской текучей среды с улучшенной эксплуатационной энергетической эффективностью и/или расширенным расчетным диапазоном регулирования потока текучей среды, содержащее:

(i) входной источник текучей среды для обеспечения источника указанного потока ньютоновской текучей среды и передающий часть указанной входной текучей среды из источника к

(ii) изменяющей поток текучей среды конструкции, используемой указанным обрабатывающим устройством для аэро/гидродинамической обработки потока ньютоновской текучей среды посредством по меньшей мере одного конформного вихрегенератора, который выполнен с возможностью обработки части указанного потока ньютоновской текучей среды путем использования отклоняющего поток ступенчатого снижения, которое сворачивает часть самого нижнего пограничного слоя массы приходящего указанного потока ньютоновской текучей среды с последующей передачей указанной обработанной части к

(iii) выходному сопрягающему устройству для текучей среды в форме ограниченного и свободнотекущего образованного ступенью вихря, который переходит в энергетическую замыкающую потоковую образованную кончиком вихревую струю, тесно связанную с выходной поверхностью и/или передающую повышенную энергию пограничному слою за счет эффекта его утоньшения и/или реламинаризации на указанной выходной поверхности ниже по ходу потока указанного отклоняющего поток снижения рядом с указанной потоковой струей образованного кончиком вихря,

причем применение указанного конформного вихрегенератора обеспечивает уменьшение потерь энергии в потоке ньютоновской текучей среды путем сокращения срывов потока ниже по ходу потока и/или путем утоньшения пограничного слоя ниже по ходу потока и, таким образом, обеспечивает расширение указанного диапазона регулирования потока текучей среды, повышенную эксплуатационную энергетическую эффективность и/или проектную эксплуатационную функциональность.

31. Устройство по п. 30, согласно которому указанный конформный вихрегенератор представляет собой интегральный конформный вихрегенератор, который целиком встроен в изменяющую поток текучей среды поверхность, состоящую из того же самого материала, и изготовлен за одно целое с указанной изменяющей поток текучей среды поверхностью, которая затем обеспечивает возможность создания конструкции с новой эксплуатационной функциональностью.

32. Устройство по п. 30, согласно которому указанный конформный вихрегенератор выполнен с возможностью генерирования аэрогидродинамических вихревых струй, которые гасят развитие кавитационных пузырьков для минимизации повреждения и/или шума, вызванных кавитацией.

33. Устройство по п. 30, согласно которому указанный конформный вихрегенератор выполнен с возможностью генерирования аэрогидродинамических вихревых струй, которые изменяют распространение акустической волны для подавления генерируемого шума.