RU2381388C1 - Рабочая лопата вентилятора или компрессора - Google Patents
Рабочая лопата вентилятора или компрессора Download PDFInfo
- Publication number
- RU2381388C1 RU2381388C1 RU2008127710/06A RU2008127710A RU2381388C1 RU 2381388 C1 RU2381388 C1 RU 2381388C1 RU 2008127710/06 A RU2008127710/06 A RU 2008127710/06A RU 2008127710 A RU2008127710 A RU 2008127710A RU 2381388 C1 RU2381388 C1 RU 2381388C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- generatrix
- region
- fan
- gas turbine
- compressor
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01D—NON-POSITIVE DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, e.g. STEAM TURBINES
- F01D5/00—Blades; Blade-carrying members; Heating, heat-insulating, cooling or antivibration means on the blades or the members
- F01D5/12—Blades
- F01D5/14—Form or construction
- F01D5/141—Shape, i.e. outer, aerodynamic form
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2220/00—Application
- F05D2220/30—Application in turbines
- F05D2220/36—Application in turbines specially adapted for the fan of turbofan engines
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2240/00—Components
- F05D2240/20—Rotors
- F05D2240/30—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor
- F05D2240/303—Characteristics of rotor blades, i.e. of any element transforming dynamic fluid energy to or from rotational energy and being attached to a rotor related to the leading edge of a rotor blade
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
- F05D2250/00—Geometry
- F05D2250/30—Arrangement of components
- F05D2250/31—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation
- F05D2250/314—Arrangement of components according to the direction of their main axis or their axis of rotation the axes being inclined in relation to each other
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в первых ступенях осевых вентиляторов и компрессоров. Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является изменение характера колебаний рабочих лопаток, которое приводит к снижению уровня динамических напряжений в них и увеличению аэродинамического демпфирования без ухудшения аэродинамических и акустических характеристик рабочего колеса. Технический результат достигается в рабочей лопатке вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя, перо которой имеет входную кромку с углом наклона ее образующей к радиальной оси, изменяющимся по высоте лопатки от ее втулочного сечения до периферийного, входная кромка разделена на три области: привтулочную, среднюю и периферийную, при этом в средней области образующая наклонена по потоку, а в части привтулочной области, прилегающей к средней, - против потока, причем в остальной части привтулочной области образующая входной кромки наклонена по потоку. 7 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к области газотурбинного двигателестроения и может быть использовано в первых ступенях осевых вентиляторов и компрессоров.
Известна рабочая лопатка вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя (патент US 6071077, МПК F04D 29/34, опубл. 2000.06.06), перо которой имеет входную кромку с углом наклона образующей к радиальной оси, изменяющимся по высоте лопатки от ее втулочного сечения до периферийного. Входная кромка разделена на три области: привтулочную, среднюю и периферийную. В привтулочной и периферийной областях образующая входной кромки наклонена против потока, а в средней области - по потоку. Использование лопаток, имеющих описанную форму входной кромки, способствует снижению волновых потерь при торможении сверхзвукового потока, а также увеличению сопротивляемости к попаданию посторонних предметов.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является лопатка вентилятора или компрессора, описанная в патенте US 2004/0170502 A1, MПK F03B 3/12, опубл. 2004.02.09. Такая лопатка имеет входную кромку пера с углом наклона ее образующей к радиальной оси, изменяющимся по высоте лопатки от ее втулочного сечения до периферийного. Входная кромка разделена на три области: привтулочную, среднюю и периферийную, при этом в привтулочной области образующая входной кромки наклонена против потока, а в средней и периферийной областях - по потоку. Благодаря такой форме входных кромок совместно с высоким расположением границы между средней и привтулочной областью (от 40% до 75% радиальной высоты входной кромки пера лопатки между ее втулочным сечением и периферией) улучшается распределение скоростей в межлопаточных каналах, в результате чего увеличивается производительность и снижаются потери при торможении натекающего потока в периферийной области рабочего колеса на высоких частотах вращения, снижается уровень шума.
Недостатком обоих технических решений является то, что при такой форме входной кромки рабочая лопатка имеет неблагоприятный характер колебаний и пониженную степень аэродинамического демпфирования. Это влечет за собой снижение запасов устойчивости к флаттеру и возникновение областей лопатки с высоким уровнем динамических напряжений от возбуждающих гармоник, которые обусловлены неравномерностью потока воздуха на входе, особенно в условиях бокового ветра. Такие лопатки используются в рабочих колесах первых ступеней современных вентиляторов и компрессоров, к которым предъявляются высокие требования по газодинамическому и акустическому совершенству. Для снижения уровня генерируемого шума в этих лопаточных машинах максимально уменьшают величину окружной скорости вращения рабочих лопаток, при этом должна обеспечиваться высокая (потребная) степень повышения полного давления, что приводит к увеличению аэродинамической нагруженности его лопаток, то есть увеличивается их изгиб. Это, в свою очередь, способствует увеличению доли кручения при колебаниях (связанных изгибно-крутильных), что является фактором, снижающим запасы устойчивости к флаттеру. Кроме того, такие лопатки в целях снижения аэродинамических потерь выполняются без бандажных полок, что также негативно сказывается на запасах устойчивости к флаттеру. С увеличением аэродинамической нагруженности рабочего колеса усугубляются нестационарные процессы, возрастают пульсации давления, что создает трудности с обеспечением прочности лопаток.
Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является изменение характера колебаний рабочих лопаток, которое приводит к снижению уровня динамических напряжений в них и увеличению аэродинамического демпфирования без ухудшения аэродинамических и акустических характеристик рабочего колеса. Это способствует улучшению прочностных характеристик и обеспечению потребных запасов устойчивости к флаттеру лопаток высокоэффективного рабочего колеса осевого вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя.
Технический результат достигается тем, что у рабочей лопатки вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя перо имеет входную кромку с углом наклона ее образующей к радиальной оси, изменяющимся по высоте лопатки от ее втулочного сечения до периферийного. Входная кромка разделена на три области: привтулочную, среднюю и периферийную. В средней области образующая наклонена по потоку, а в части привтулочной области, прилегающей к средней, - против потока.
Новым в изобретении является то, что в остальной части привтулочной области образующая входной кромки наклонена по потоку.
В периферийной области лопатки образующая входной кромки может быть наклонена по потоку или против потока под углом из диапазона 0-50°.
В оптимальном варианте выполнения лопатки граница между привтулочной и средней областью должна быть расположена на высоте, составляющей 0,4-0,75 от общей высоты входной кромки пера лопатки между ее втулочным сечением и периферией, а часть привтулочной области с образующей, наклоненной по потоку, - составлять 0,1-0,8 от общей высоты привтулочной области, при этом углы наклона образующей входной кромки по потоку и против потока в привтулочной области и в средней области лежат в диапазоне 0-20°.
На прилагаемом чертеже изображена предлагаемая рабочая лопатка вентилятора или компрессора.
Рабочая лопатка вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя содержит перо 1, имеющее входную кромку с углом наклона ее образующей 2 к радиальной оси 3 лопатки, изменяющимся вдоль этой оси. Входная кромка разделена на три области: периферийную 4, среднюю 5 и привтулочную, состоящую из части 6, прилегающей к средней области 5, и остальной части 7, прилегающей к втулочному сечению 8.
В части 6 привтулочной области образующая 2 наклонена против потока под углом α к радиальной оси 3, а в части 7 привтулочной области - по потоку под углом β к радиальной оси 3. В средней области 5 образующая 2 входной кромки наклонена по потоку под углом γ к радиальной оси 3, и углы α, β, γ лежат в диапазоне 0-20°. В периферийной области 4 образующая 2 входной кромки может быть наклонена как по потоку, так и против потока под углом δ из диапазона 0-50°.
Граница между частью 6 привтулочной области и средней областью 5 расположена на высоте, составляющей 0,4-0,75 от общей высоты входной кромки 2 пера лопатки 1 между ее втулочным сечением 8 и периферией 9, а часть 7 привтулочной области с образующей, наклоненной по потоку, - составляет 0,1-0,8 от общей высоты привтулочной области.
При работе осевого вентилятора или компрессора ГТД под воздействием вынужденных колебаний или флаттера вибронапряжения в рабочих лопатках 1 могут достигать критической величины, что приводит к их разрушению. Использование в предлагаемом изобретении входной кромки 2 саблевидной рабочей лопатки 1 с наклоном ее образующей к радиальной оси 3 в привтулочной области 7, от втулочного сечения лопатки 8 направленным по потоку, приводит к такому изменению характера колебаний лопатки 1, что снижается крутильная составляющая связанных изгибно-крутильных колебаний лопатки 1 и увеличивается ее аэродинамическое демпфирование. За счет этого увеличиваются запасы к флаттеру лопаток 1 рабочего колеса. Кроме того, возбуждение лопаток 1 происходит на более низких режимах и при меньших значениях возбуждающей силы, что приводит к снижению динамических напряжений, то есть улучшению прочностных характеристик рабочей лопатки 1. При этом благодаря тому, что форма входной кромки изменяется только в части привтулочной области 7 лопатки 1, благоприятное распределение скоростей в межлопаточных каналах рабочего колеса сохраняется и, таким образом, аэродинамические и акустические характеристики рабочего колеса не ухудшаются.
Описанная форма входной кромки получена в процессе проектирования рабочих лопаток вентиляторов газотурбинных двигателей при ее прочностной оптимизации, а достижение технического результата подтверждено многочисленными расчетными данными и результатами испытаний.
Claims (8)
1. Рабочая лопатка вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя, перо которой имеет входную кромку с углом наклона ее образующей к радиальной оси, изменяющимся по высоте лопатки от ее втулочного сечения до периферийного, входная кромка разделена на три области: привтулочную, среднюю и периферийную, при этом в средней области образующая наклонена по потоку, а в части привтулочной области, прилегающей к средней, - против потока, отличающаяся тем, что в остальной части привтулочной области образующая входной кромки наклонена по потоку.
2. Рабочая лопатка вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя по п.1, отличающаяся тем, что в периферийной области образующая входной кромки наклонена по потоку или против потока под углом 0-50°.
3. Рабочая лопатка вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя по п.1 или 2, отличающаяся тем, что граница между привтулочной и средней областью расположена на высоте, составляющей 0,4-0,75 от общей высоты лопатки, а часть привтулочной области с образующей, наклоненной против потока, составляет 0,1-0,8 от общей высоты привтулочной области.
4. Рабочая лопатка вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя по п.1 или 2, отличающаяся тем, что углы наклона образующей входной кромки по потоку и против потока в привтулочной области лежат в диапазоне 0-20°.
5. Рабочая лопатка вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя по п.3, отличающаяся тем, что угол наклона по потоку и против потока образующей входной кромки в привтулочной области лежит в диапазоне 0-20°.
6. Рабочая лопатка вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя по п.1, или 2, или 5, отличающаяся тем, что угол наклона образующей входной кромки в средней области лежит в диапазоне 0-20°.
7. Рабочая лопатка вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя по п.3, отличающаяся тем, что угол наклона образующей входной кромки в средней области лежит в диапазоне 0-20°.
8. Рабочая лопатка вентилятора или компрессора газотурбинного двигателя по п.4, отличающаяся тем, что угол наклона образующей входной кромки в средней области лежит в диапазоне 0-20°.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008127710/06A RU2381388C1 (ru) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | Рабочая лопата вентилятора или компрессора |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008127710/06A RU2381388C1 (ru) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | Рабочая лопата вентилятора или компрессора |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2381388C1 true RU2381388C1 (ru) | 2010-02-10 |
Family
ID=42123836
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008127710/06A RU2381388C1 (ru) | 2008-07-07 | 2008-07-07 | Рабочая лопата вентилятора или компрессора |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2381388C1 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2635734C2 (ru) * | 2012-04-04 | 2017-11-15 | Снекма | Лопатка ротора турбомашины |
RU2641768C2 (ru) * | 2011-10-13 | 2018-01-22 | Снекма | Лопатка статора турбомашины, содержащая выпуклый участок |
-
2008
- 2008-07-07 RU RU2008127710/06A patent/RU2381388C1/ru active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2641768C2 (ru) * | 2011-10-13 | 2018-01-22 | Снекма | Лопатка статора турбомашины, содержащая выпуклый участок |
RU2635734C2 (ru) * | 2012-04-04 | 2017-11-15 | Снекма | Лопатка ротора турбомашины |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5546855B2 (ja) | ディフューザ | |
US8328513B2 (en) | Systems and apparatus relating to compressor stator blades and diffusers in turbine engines | |
EP2960462B1 (en) | Turbine wheel for a radial turbine | |
KR102196815B1 (ko) | 베인을 갖는 반경류 또는 혼류 압축기 디퓨저 | |
US20170108003A1 (en) | Diffuser for a radial compressor | |
US10221858B2 (en) | Impeller blade morphology | |
JP6499636B2 (ja) | 異なる後縁プロフィルを持つベーンを交互に配置したベーン配置 | |
JP6710271B2 (ja) | 回転機械翼 | |
JP2023052513A (ja) | キャビティ音響モードによる騒音及び構造の励振を最低限に抑える方法及び構成 | |
US9816528B2 (en) | Fluid-flow machine | |
US7931443B1 (en) | High twist composite blade | |
KR20120034670A (ko) | 압축기용 원심 임펠러 | |
JP4949882B2 (ja) | 遠心圧縮機のインペラ及び遠心圧縮機 | |
US20170298819A1 (en) | Turbine impeller | |
RU2381388C1 (ru) | Рабочая лопата вентилятора или компрессора | |
JP6854687B2 (ja) | 多段流体機械 | |
JP2016511358A (ja) | タービン、圧縮機又はポンプの羽根車 | |
US11098730B2 (en) | Deswirler assembly for a centrifugal compressor | |
JP2016050486A (ja) | 流体機械、及び流体機械の羽根車 | |
JP2012002140A (ja) | タービン及び過給機 | |
JP2017015009A (ja) | 遠心圧縮機 | |
US20180142569A1 (en) | Inlet guide wheel for a turbo engine | |
JP2015537156A (ja) | リング及びカウルを含む遠心式ガス圧縮機又はポンプ | |
US11168606B2 (en) | Turbine | |
JP2015031219A (ja) | ラジアルタービン及び過給機 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
TK4A | Correction to the publication in the bulletin (patent) |
Free format text: AMENDMENT TO CHAPTER -FG4A- IN JOURNAL: 4-2010 FOR TAG: (54) |