RU2013570C1 - Turbomachine blade cascade - Google Patents

Abstract

FIELD: turbine manufacture. SUBSTANCE: turbomachine blade cascade has external shrouding 1, blades 2, internal shrouding 3, all wedge-shaped, fairings 4, nozzle 5, chamber 6, and converging channels. EFFECT: reduced end losses and improved cooling conditions due to specific shape of fairings and proportion of their dimensions. 2 dwg

Description

Изобретение относится к области двигателестроения и может найти применение в конструировании ступеней турбины и компрессора в авиационной и машиностроительной промышленности. The invention relates to the field of engine engineering and can find application in the design of stages of a turbine and compressor in the aviation and engineering industries.

Известен направляющий аппарат турбины, содержащий наружный и внутренний ободья, между которыми расположены перегородки, выполненные в виде упругой пластины, консольно закрепленной передней кромкой поперек межлопаточного канала с зазором относительно обода и имеющей боковые кромки, расположенные эквидистантно поверхностям лопатки. Known turbine guiding apparatus, containing the outer and inner rims, between which there are partitions made in the form of an elastic plate, cantilevered by the front edge across the interscapular channel with a gap relative to the rim and having side edges located equidistant to the surfaces of the blades.

Ввиду того, что перегородки расположены от корыта на 1/3 ширины канала и с зазором со спинкой лопатки и ободьями, этот аппарат имеет следующие существенные недостатки:
образование застойной зоны между перегородками и ободьями, причем с более низким давлением, чем в ядре потока;
пониженное давление в застойной зоне усиливает поперечные перетекания от корыта к спинке лопатки, что способствует росту интенсивности вторичных течений, в том числе и парного вихря;
закрепление перегородок консольно приводит к их автоколебаниям, что значительно турбулизирует поток.Due to the fact that the partitions are located 1/3 of the channel width from the trough and with a gap with the back of the blade and rims, this device has the following significant disadvantages:
the formation of a stagnant zone between partitions and rims, and with a lower pressure than in the core of the stream;
low pressure in the stagnant zone enhances the transverse flow from the trough to the back of the scapula, which contributes to an increase in the intensity of secondary flows, including the paired vortex;
the fixing of the partitions cantileverly leads to their self-oscillations, which significantly turbulizes the flow.

Все эти факторы не способствуют повышению КПД турбомашины. All these factors do not contribute to increasing the efficiency of a turbomachine.

Наиболее близким по техническому решению к изобретению является лопаточная решетка для турбины или компрессора, содержащая ряд лопаток, расположенных между нижней и верхней частями, образуя лопаточные каналы, в которых смонтированы обтекатели малой высоты, ориентированные параллельно лопаткам, причем каждый канал снабжен обтекателем, смонтированным в нижней и/или верхней частях. Конструкция обеспечивает уменьшение вторичных потерь в верхней и/или нижней частях канала без увеличения потерь от трения в центральной части. The closest in technical solution to the invention is a blade grill for a turbine or compressor, containing a series of blades located between the lower and upper parts, forming bladed channels in which fairings of small height are mounted, oriented parallel to the blades, each channel equipped with a fairing mounted in the lower and / or upper parts. The design reduces secondary losses in the upper and / or lower parts of the channel without increasing friction losses in the central part.

Существенные недостатки этого устройства заключаются в следующем. Significant disadvantages of this device are as follows.

Обтекатели не позволяют устранить подковообразный, канальный вихри и вихрь противоположного вращения на концевых частях лопаток. Fairings do not allow to eliminate a horseshoe-shaped, channel vortex and a vortex of opposite rotation on the end parts of the blades.

Установка обтекателей малой высоты параллельно проточной части между лопатками со сдвигом вниз по потоку только разделяет этот канал на две части. В этом случае из-за постановки обтекателей в решетке между обтекателем и соседними лопатками происходит разделение подковообразного, канального вихрей, а также поперечных перетеканий на две части, что в некоторой степени уменьшает их интенсивность. Следовательно, постановка обтекателей в проточной части решетки вниз по потоку не устраняет подковообразный, канальный вихри и вихрь противоположного вращения, а также парный вихрь, а следовательно, снижает КПД турбомашины. Installing fairings of low height parallel to the flowing part between the blades with a shift downstream only divides this channel into two parts. In this case, due to the arrangement of the fairings in the lattice between the fairing and adjacent blades, the horseshoe-shaped, channel vortices, as well as the transverse overflows are divided into two parts, which somewhat reduces their intensity. Therefore, setting the fairings in the flow part of the grating downstream does not eliminate the horseshoe-shaped, channel vortex and vortex of opposite rotation, as well as the paired vortex, and therefore reduces the efficiency of the turbomachine.

Целью изобретения является повышение КПД турбомашины путем исключения вихревых течений в виде подковообразного, канального вихрей и вихря противоположного вращения, снижения концевых потерь и улучшения условий охлаждения концов лопаток. The aim of the invention is to increase the efficiency of a turbomachine by eliminating vortex flows in the form of a horseshoe-shaped, channel vortex and a vortex of opposite rotation, reducing end losses and improving the cooling conditions of the ends of the blades.

Постановка обтекателей перед носиком лопатки по ее концам согласно изобретению позволяет полностью исключить отрыв пограничного слоя с образованием подковообразного вихря, а также образование канального вихря и вихря противоположного вращения. The arrangement of the fairings in front of the nose of the scapula at its ends according to the invention allows to completely eliminate the separation of the boundary layer with the formation of a horseshoe-shaped vortex, as well as the formation of a channel vortex and an opposite rotation vortex.

Изготовление сужающегося канала между задней стенкой обтекателя и носиком лопатки позволяет перепустить часть газа из пограничного слоя из области корыта в область спинки, что приводит к уменьшению поперечных перетеканий, а следовательно, снижает интенсивность парного вихря на выходе из решетки. Поток газа, который перепускается из области корыта в область спинки, снижает статическое давление перед носиком лопатки по ее концам, что создает более благоприятные условия для ее охлаждения и работы. The manufacture of a tapering channel between the rear wall of the fairing and the nose of the scapula allows you to bypass part of the gas from the boundary layer from the trough to the back region, which leads to a decrease in transverse flow and, therefore, reduces the intensity of the paired vortex at the exit of the grating. The flow of gas, which is transferred from the trough to the back, reduces the static pressure in front of the nose of the scapula at its ends, which creates more favorable conditions for its cooling and operation.

На фиг. 1 изображен общий вид предлагаемого устройства; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1. In FIG. 1 shows a General view of the proposed device; in FIG. 2 is a section AA in FIG. 1.

Устройство состоит из внешнего бандажа 1, лопаток 2, внутреннего бандажа 3, обтекателей 4, сопла 5, камеры 6 и сужающегося канала 7. Лопатки 2 смонтированы между внешним 1 и внутренним 3 бандажами. На бандажах 1 и 3 установлены обтекатели 4, выполненные клиновидной формы, которые с носиками лопаток 2 по ее концам образуют сужающийся канал 7, а по концам лопаток 2 имеются камеры 6 с соплами 5, через которые подается охлаждающий воздух. The device consists of an outer bandage 1, blades 2, an inner bandage 3, fairings 4, a nozzle 5, a chamber 6 and a tapering channel 7. The blades 2 are mounted between the outer 1 and the inner 3 bandages. On the bandages 1 and 3, fairings 4 are made, made of a wedge-shaped shape, which with the spouts of the blades 2 at its ends form a tapering channel 7, and at the ends of the blades 2 there are chambers 6 with nozzles 5 through which cooling air is supplied.

На фиг. 1 и 2 введены обозначения: Δ - высота обтекателя; l - длина грани обтекателя; с - ширина канала стороны спинки; α - угол при вершине обтекателя. Стрелками на фиг. 1 и 2 показано движение основного потока газа и перепускаемого из пограничного слоя и из области корыта в область спинки через сужающийся канал 7, а также в камеру 6 и из нее через сопло 5 для охлаждения концевых сечений лопатки 2. In FIG. 1 and 2, the following notation is introduced: Δ - fairing height; l is the length of the fairing face; C is the width of the channel side of the back; α is the angle at the top of the fairing. The arrows in FIG. Figures 1 and 2 show the movement of the main gas flow and from the boundary layer and from the trough to the back region through the narrowing channel 7, as well as to and from the chamber 6 through the nozzle 5 for cooling the end sections of the blade 2.

Устройство работает следующим образом. The device operates as follows.

При движении основного потока газа через проточную часть, которая образована внешним 1 и внутренним 3 бандажами, он попадает на обтекатели 4 и без отрыва движется к концевым сечениям лопатки 2. Ввиду того, что основной поток не отрывается перед обтекателем, подковообразный вихрь, канальный вихрь и вихрь противоположного вращения не образуются, а поэтому профиль лопатки 2 в концевых сечениях обтекается безвихревым потоком. When the main gas stream moves through the flow part, which is formed by the external 1 and internal 3 bandages, it enters the cowls 4 and without separation moves to the end sections of the blade 2. Due to the fact that the main stream does not come off in front of the cowling, a horseshoe-shaped vortex, channel vortex and a vortex of the opposite rotation is not formed, and therefore, the profile of the blade 2 in the end sections is streamlined by a vortex-free flow.

При дальнейшем движении основного потока на лопатке 2 за счет поворота потока и аэродинамического обтекания профиля лопатки образуется разность давлений между корытом и спинкой. Эта разность давлений между корытом и спинкой приводит к поперечным перетеканиям от корыта к спинке, что ведет на выходе и решетки к образованию парного вихря. Чем больше эта разность давлений, тем интенсивнее перетекание, а следовательно, образуется более мощный парный вихрь. With further movement of the main stream on the blade 2 due to the rotation of the flow and aerodynamic flow around the profile of the blade, a pressure difference is formed between the trough and the back. This pressure difference between the trough and the back leads to transverse flows from the trough to the back, which leads to the formation of a paired vortex at the outlet and the gratings. The larger this pressure difference, the more intensive the overflow, and consequently, a more powerful pair vortex is formed.

Для уменьшения разности давлений изготовлены сужающиеся каналы 7, через которые перепускается часть потока газа от корыта к спинке, что снижает интенсивность перетекания и мощность парного вихря. При движении перепускаемого газа через сужающийся канал 7 скорость его возрастает, а следовательно, статическое давление перед носиком лопатки значительно меньше полного. Пониженное статическое давление позволяет охлаждать концевые сечения лопатки 2 воздухом с меньшим полным давлением и более низкой температурой путем подачи его из камер 6 через сопла 5 и тем самым создавать более благоприятные условия для работы концевых сечений лопаток 2. To reduce the pressure difference, narrowing channels 7 are made through which part of the gas flow from the trough to the back is passed, which reduces the flow rate and the power of the twin vortex. When the bypassed gas moves through the narrowing channel 7, its speed increases, and therefore, the static pressure in front of the nose of the scapula is much less than full. The reduced static pressure allows the end sections of the blade 2 to be cooled with air with lower total pressure and lower temperature by feeding it from the chambers 6 through nozzles 5 and thereby create more favorable conditions for the operation of the end sections of the blades 2.

Преимущества предлагаемого устройства перед аналогами и прототипом состоят в том, что оно не изменяет конструкцию и форму самой лопатки, а только на внешнем 1 и внутреннем 3 бандажах перед носиком лопатки устанавливаются обтекатели 4, выполненные клиновидной формы. The advantages of the proposed device over analogues and prototype are that it does not change the design and shape of the scapula itself, but only wedge-shaped fairings 4 are installed on the outer 1 and 3 inner bandages in front of the scapula nose.

Таким образом, за счет установки обтекателей 4 исключается подковообразный вихрь, канальный вихрь и вихрь противоположного вращения, а образование сужающегося канала 7 между носиком лопатки 2 и задней стенкой обтекателя 4 уменьшает разность давлений между корытом и спинкой за счет перепуска части потока газа от корыта к спинке, что снижает поперечные перетекания и интенсивность парного вихря на выходе из решетки. Все это позволяет снизить концевые потери на 60-70% и тем самым повысить КПД турбомашины. Thus, by installing the fairings 4, a horseshoe-shaped vortex, a channel vortex and an opposite rotation vortex are eliminated, and the formation of a tapering channel 7 between the nose of the blade 2 and the rear wall of the fairing 4 reduces the pressure difference between the trough and the back due to the bypass of a part of the gas flow from the trough to the back , which reduces the transverse flow and the intensity of the paired vortex at the exit of the lattice. All this allows to reduce the end losses by 60-70% and thereby increase the efficiency of the turbomachine.

Claims (1)

ЛОПАТОЧНАЯ РЕШЕТКА ТУРБОМАШИНЫ, содержащая ряд лопаток, закрепленных между внутренним и внешним бандажами, обтекатели, закрепленные на внутренних поверхностях бандажей, отличающаяся тем, что обтекатели выполнены клиновидной формы и установлены перед носиком каждой лопатки с зазором, причем каждая грань обтекателя выполнена по касательной к входной части профиля лопатки, а обтекатель имеет высоту и длину грани, составляющие соответственно 0,01 - 0,03 и 0,10 - 0,15 хорды лопатки, и угол при вершине, равный 10 - 15^o, а зазор между обтекателем и носиком лопатки выполнен в виде сужающегося канала с отношением площадей канала со стороны корыта и со стороны спинки 1,5 - 1,7 и шириной канала со стороны спинки, составляющей 0,01 - 0,02 хорды лопатки, при этом лобовая часть лопатки по ее концам снабжена камерами с соплами для выпуска охлаждающего воздуха в зазор.TURBO MACHINE BLADE LATTICE containing a series of blades fixed between the inner and outer bandages, fairings mounted on the inner surfaces of the bandages, characterized in that the fairings are wedge-shaped and are installed in front of the nose of each blade with a gap, with each face of the fairing tangential to the input part the profile of the blade, and the fairing has a height and length of the face, which are respectively 0.01 - 0.03 and 0.10 - 0.15 chord of the blade, and the angle at the apex is 10 - 15 ^o , and the gap between the fairing and the nose the blades are made in the form of a tapering channel with the ratio of the areas of the channel from the side of the trough and from the side of the back 1.5 - 1.7 and the width of the channel from the side of the back, comprising 0.01 - 0.02 chords of the blade, with the frontal part of the blade at its ends equipped with chambers with nozzles for the release of cooling air into the gap.

Images