RU2650241C2 - Device for axial compressor aerodynamic noise reduction and method of its implementation - Google Patents
Device for axial compressor aerodynamic noise reduction and method of its implementation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650241C2 RU2650241C2 RU2016138492A RU2016138492A RU2650241C2 RU 2650241 C2 RU2650241 C2 RU 2650241C2 RU 2016138492 A RU2016138492 A RU 2016138492A RU 2016138492 A RU2016138492 A RU 2016138492A RU 2650241 C2 RU2650241 C2 RU 2650241C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- axial compressor
- aerodynamic noise
- frequency
- reducing
- compressor
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 6
- 239000012530 fluid Substances 0.000 claims abstract description 6
- 230000005291 magnetic effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000004804 winding Methods 0.000 claims description 3
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 claims description 2
- 238000010276 construction Methods 0.000 abstract description 2
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 5
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000005374 Kerr effect Effects 0.000 description 1
- 102220489711 Ubiquitin-like modifier-activating enzyme ATG7_F15D_mutation Human genes 0.000 description 1
- 230000001276 controlling effect Effects 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005294 ferromagnetic effect Effects 0.000 description 1
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 230000010349 pulsation Effects 0.000 description 1
- 210000001991 scapula Anatomy 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D27/00—Control, e.g. regulation, of pumps, pumping installations or pumping systems specially adapted for elastic fluids
- F04D27/02—Surge control
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/40—Casings; Connections of working fluid
- F04D29/52—Casings; Connections of working fluid for axial pumps
- F04D29/54—Fluid-guiding means, e.g. diffusers
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04D—NON-POSITIVE-DISPLACEMENT PUMPS
- F04D29/00—Details, component parts, or accessories
- F04D29/66—Combating cavitation, whirls, noise, vibration or the like; Balancing
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)
- Compressor (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано во входных ступенях осевых компрессоров турбомашин.The invention relates to the field of turbine construction and can be used in the input stages of axial compressors of turbomachines.
В периферийной области необандаженной рабочей решетки компрессорной ступени течение имеет трехмерный характер. Попадая в решетку у внешнего обвода, теплоноситель разделяется на основной межлопаточный поток, периферийный и щелевой (в пространстве между торцевой поверхностью рабочих лопаток и наружной стенкой) потоки, обладающие высокой энергией. На выходе из радиальной щели на границе между щелевым и основными потоками у выпуклой стенки лопатки интенсивно развивается высокотурбулентный пограничный слой, который приобретает циркуляционное движение в виде дискретного вихря с отрывными явлениями. В этих условиях движение воздуха сопровождается значительными потерями энергии, генерацией вибрационных процессов и мощного звукового давления.In the peripheral region of the unstressed working grid of the compressor stage, the flow has a three-dimensional character. Getting into the grate at the outer contour, the coolant is divided into the main interscapular flow, peripheral and slotted (in the space between the end surface of the working blades and the outer wall), which have high energy. At the exit from the radial gap at the boundary between the slit and main flows, a highly turbulent boundary layer intensively develops near the convex wall of the scapula, which acquires a circulation motion in the form of a discrete vortex with separation phenomena. Under these conditions, the movement of air is accompanied by significant energy losses, the generation of vibrational processes and powerful sound pressure.
Основным источником акустической мощности газотурбинных установок является канал всасывания компрессора, представляющий собой волновод, свободно излучающий в окружающую среду звуковую энергию высокой интенсивности, достигающей порядка 40% от общей акустической мощности агрегатов. Большой уровень звукового давления на входе в турбомашину (до 140…150 дБ) создается за счет ударных волн, формируемых преимущественно первыми тремя ступенями компрессора, в которых наиболее интенсивным источником генерации шума являются вихревые течения в радиальных зазорах рабочих колес.The main source of acoustic power of gas turbine units is the compressor suction channel, which is a waveguide that freely radiates high-intensity sound energy into the environment, reaching about 40% of the total acoustic power of the units. A large level of sound pressure at the entrance to the turbomachine (up to 140 ... 150 dB) is created due to shock waves generated mainly by the first three stages of the compressor, in which the most intense source of noise generation is vortex flows in the radial clearances of the impellers.
Известен способ управления пограничным слоем и ламинаризации потока путем введения в слой ферромагнитных частиц, на которые воздействуют магнитным полем (см. а.с. СССР, №909384, кл. F15D 1/06, 1982). Этот способ отличается высокой затратностью и сложностью, так как требует введения в поток специальных веществ.A known method of controlling the boundary layer and laminarizing the stream by introducing into the layer ferromagnetic particles that are exposed to a magnetic field (see AS USSR, No. 909384, class F15D 1/06, 1982). This method is characterized by high cost and complexity, as it requires the introduction of special substances into the stream.
Одним из возможных путей снижения шума является монтаж сопловых лопаток осевого компрессора с наклоном относительно радиального направления. При этом происходит локальное воздействие аэродинамической струи на входную кромку рабочей лопатки осевого компрессора, что обеспечивает фазовый сдвиг силового импульса, за счет чего снижается уровень генерируемой рабочим венцом вибрации и звукового давления (Зинченко В.И., Григорьян Ф.Е. Шум судовых газотурбинных установок. Л.: Судостроение, 1969, с. 74-75). Недостатком данного способа является его малая эффективность в сравнении с предлагаемым конструктивным решением.One of the possible ways to reduce noise is to install nozzle vanes of an axial compressor with an inclination relative to the radial direction. In this case, a local influence of the aerodynamic jet on the input edge of the working blade of the axial compressor occurs, which ensures a phase shift of the power pulse, which reduces the level of vibration and sound pressure generated by the working crown (Zinchenko V.I., Grigoryan F.E. Noise of ship gas turbine units L .: Shipbuilding, 1969, p. 74-75). The disadvantage of this method is its low efficiency in comparison with the proposed constructive solution.
Задачей настоящего изобретения является эффективное снижение энергетических потерь, уровней вибрации и аэродинамического шума, генерируемых проточной частью осевого компрессора.The objective of the present invention is to effectively reduce energy losses, vibration levels and aerodynamic noise generated by the flow part of an axial compressor.
Поставленная задача решается с помощью устройства для снижения аэродинамического шума осевого компрессора, содержащего рабочее колесо первой ступени, отличающегося тем, что на внутренней поверхности корпуса осевого компрессора в зоне радиального зазора установлен кольцевой электромагнит (ЭМ) шлицевого типа (см. Вестник Брянского Государственного Технического Университета, №3(19) 2008 г., с. 59-63), который производит внешнее воздействие на молекулы воздуха переменным магнитным полем с частотным диапазоном что адекватно частоте собственных колебаний молекул.The problem is solved using a device to reduce the aerodynamic noise of an axial compressor containing a first-stage impeller, characterized in that a slotted slot type electromagnet (EM) is installed on the inner surface of the axial compressor housing in the radial clearance zone (see Bulletin of the Bryansk State Technical University, No. 3 (19) 2008, pp. 59-63), which produces an external effect on air molecules by an alternating magnetic field with a frequency range which is adequate to the frequency of natural vibrations of the molecules.
Частоту воздействующего (внешнего) магнитного поля устанавливают равной частоте собственных колебаний молекул газа - частоте колебаний молекул относительно оси, определяющей их ориентацию, значения которых адекватны диапазону 109…1013 Гц.The frequency of the acting (external) magnetic field is set equal to the natural frequency of the gas molecules — the frequency of the molecules relative to the axis that determines their orientation, the values of which are adequate to the range of 10 9 ... 10 13 Hz.
На ориентацию молекул газа большое влияние оказывает внешнее электромагнитное поле, так называемый эффект Керра (см. Прохоров A.M. Физическая энциклопедия. Том 2. М.: «Советская энциклопедия», 1990, с. 348-350). Следовательно, если на молекулы газа в пограничном слое потока оказать воздействие переменным магнитным полем с частотой 109…1013 Гц, возможно исключить турбулизацию течения, то есть ламинаризировать структуру флюида.The orientation of gas molecules is greatly influenced by an external electromagnetic field, the so-called Kerr effect (see Prokhorov AM Physical Encyclopedia.
Данное изобретение способствует уменьшению интенсивности высокотурбуленного вихревого течения на внешнем обводе рабочих лопаток в области высоких чисел Рейнольдса, обеспечивает ламинаризацию потока - снижение уровня анизотропии жидкости в пограничном слое. Это позволит снизить уровень гидродинамического трения, исключить вихревые срывные явления и пульсации воздуха в зоне периферийных радиальных зазоров первых ступеней компрессора, что повысит вибронадежность и экономичность рабочих колес ГТУ, погасит значительную часть излучаемой компрессорными ступенями звуковой энергии.This invention helps to reduce the intensity of a highly turbulent vortex flow on the outer contour of the blades in the region of high Reynolds numbers, provides laminarization of the flow - reducing the level of fluid anisotropy in the boundary layer. This will reduce the level of hydrodynamic friction, eliminate vortex stall phenomena and air pulsations in the zone of peripheral radial gaps of the first compressor stages, which will increase the vibration reliability and efficiency of GTU impellers, and will absorb a significant part of the sound energy emitted by the compressor stages.
Способ снижения аэродинамического шума осевого компрессора, отличающийся тем, что электронный блок, управляемый регулятором, в который поступает электрический импульс от регистрирующего микрофона, после сравнения с заданием, регламентирующим нормированную звуковую мощность, вырабатывает сигнал, формирующий в кольцевых обмотках электромагнита высокочастотное электромагнитное поле в частотном диапазоне 109…1013 Гц, настраивая его на частотные характеристики флюида.A method of reducing the aerodynamic noise of an axial compressor, characterized in that the electronic unit, controlled by a regulator, into which an electric pulse is received from the recording microphone, after comparing with the task regulating the normalized sound power, generates a signal that generates a high-frequency electromagnetic field in the ring windings of the electromagnet in the frequency range 10 9 ... 10 13 Hz, tuning it to the frequency characteristics of the fluid.
Предлагаемое изобретение проиллюстрировано на чертежах.The invention is illustrated in the drawings.
На фиг. 1 схематично изображено устройство для снижения аэродинамического шума осевого компрессора.In FIG. 1 schematically shows a device for reducing the aerodynamic noise of an axial compressor.
На фиг. 2 схематично представлена функциональная схема системы автоматического регулирования (САР) уровня излучаемого шума как способ осуществления предлагаемого устройства.In FIG. 2 schematically shows a functional diagram of an automatic control system (ATS) of the emitted noise level as a method of implementing the proposed device.
Устройство для снижения аэродинамического шума осевого компрессора (фиг. 1) представляет собой кольцевой электромагнит шлицевого типа 1, установленный на внутренней поверхности корпуса входного отсека осевого компрессора 2, в зоне радиального зазора рабочего колеса 3 первой ступени, генерирующей высокий уровень акустической мощности, излучаемой в окружающее пространство.A device for reducing the aerodynamic noise of an axial compressor (Fig. 1) is a slotted type
Управление частотой электромагнитного поля, регулирующего уровень генерируемой проточной частью компрессора 2 звуковой энергии, производится посредством электронного блока 4 (фиг. 2), включенного в специальную САР акустической мощности, излучаемой входным трактом компрессора.The frequency of the electromagnetic field that controls the level of sound energy generated by the
Функциональная схема такой системы управления приведена на фиг. 2. Она включает микрофон 5 (фиг. 2), установленный, например, на внутренней поверхности внешнего обвода входного канала 6 компрессора 2, регистрирующий уровень излучаемой агрегатом акустической энергии (модовый состав звукового поля).A functional diagram of such a control system is shown in FIG. 2. It includes a microphone 5 (Fig. 2), mounted, for example, on the inner surface of the outer contour of the input channel 6 of
Способ снижения аэродинамического шума осевого компрессора осуществляется следующим образом: электрический сигнал микрофона 5 после сравнения с заданием в задающем устройстве 7, регламентирующем нормированную мощность излучаемой энергии, поступает в регулятор 8, выполненный по электронной схеме с цифровой реализацией закона управления. Электронный блок 4, управляемый регулятором 8, формирует в кольцевых обмотках ЭМ 1 (фиг. 1, фиг. 2) высокочастотное электромагнитное поле, настраивая его на частотные характеристики флюида. Благодаря воздействию переменного магнитного поля в частотном диапазоне 109…1013 Гц, что адекватно частоте собственных колебаний молекул воздуха, происходит ламинаризация периферийного пограничного слоя.A method of reducing the aerodynamic noise of an axial compressor is carried out as follows: the electric signal of the
Разработанное конструктивное решение способствует управлению на молекулярном уровне течением энергоносителя в зоне периферийных радиальных зазоров первых ступеней компрессора, исключает в их каналах срывные явления, создает условия для изотропного течения воздуха, ламинаризирует пограничные слои.The developed constructive solution contributes to the control at the molecular level of the energy carrier flow in the zone of peripheral radial gaps of the first compressor stages, eliminates stall phenomena in their channels, creates conditions for isotropic air flow, and laminarizes boundary layers.
Таким образом, предлагаемое изобретение позволит повысить запас гидродинамической устойчивости потока и, как следствие, снизить потери энергии, уровень аэродинамического шума и вибронапряженность лопаток осевых компрессоров турбомашин, что увеличит моторесурс двигателя, улучшит его экологические характеристики.Thus, the present invention will increase the supply of hydrodynamic stability of the flow and, as a result, reduce energy loss, the level of aerodynamic noise and vibration stress of the blades of the axial compressors of turbomachines, which will increase the engine life and improve its environmental performance.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016138492A RU2650241C2 (en) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Device for axial compressor aerodynamic noise reduction and method of its implementation |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016138492A RU2650241C2 (en) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Device for axial compressor aerodynamic noise reduction and method of its implementation |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2016138492A RU2016138492A (en) | 2018-03-29 |
RU2016138492A3 RU2016138492A3 (en) | 2018-03-29 |
RU2650241C2 true RU2650241C2 (en) | 2018-04-11 |
Family
ID=61866718
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016138492A RU2650241C2 (en) | 2016-09-28 | 2016-09-28 | Device for axial compressor aerodynamic noise reduction and method of its implementation |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2650241C2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2774225C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-06-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Method for damping pulsations and reducing noise of positive displacement compressors |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4300656A (en) * | 1980-09-11 | 1981-11-17 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Multiple pure tone elimination strut assembly |
SU1204854A1 (en) * | 1983-12-20 | 1986-01-15 | Предприятие П/Я Г-4882 | Silencer for compressor suction line |
RU2253758C1 (en) * | 2004-01-16 | 2005-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Compressor |
RU2291324C1 (en) * | 2005-06-23 | 2007-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Silencer (versions) |
-
2016
- 2016-09-28 RU RU2016138492A patent/RU2650241C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4300656A (en) * | 1980-09-11 | 1981-11-17 | The United States Of America As Represented By The Administrator Of The National Aeronautics And Space Administration | Multiple pure tone elimination strut assembly |
SU1204854A1 (en) * | 1983-12-20 | 1986-01-15 | Предприятие П/Я Г-4882 | Silencer for compressor suction line |
RU2253758C1 (en) * | 2004-01-16 | 2005-06-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Compressor |
RU2291324C1 (en) * | 2005-06-23 | 2007-01-10 | Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный институт авиационного моторостроения им. П.И. Баранова" | Silencer (versions) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2774225C1 (en) * | 2021-12-29 | 2022-06-16 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Самарский государственный технический университет" | Method for damping pulsations and reducing noise of positive displacement compressors |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2016138492A (en) | 2018-03-29 |
RU2016138492A3 (en) | 2018-03-29 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kameier et al. | Rotating blade flow instability as a source of noise in axial turbomachines | |
CN106663973B (en) | Direct-driving type turbo-blower cooling structure | |
US4692091A (en) | Low noise fan | |
RU2010147814A (en) | CENTRIFUGAL AIR INTAKE IN THE ROTOR OF A COMPRESSOR OF A GAS TURBINE ENGINE | |
JP2011094618A (en) | Centrifugal compressor | |
JP2008069779A (en) | Variable geometry turbine | |
US10774745B2 (en) | Surface heat exchanger and acoustic treatment | |
CN102906429A (en) | Vortex generators for generating vortices upstream of a cascade of compressor blades | |
US20120321440A1 (en) | Centrifugal compressor having an asymmetric self-recirculating casing treatment | |
US11168696B2 (en) | Vane-axial fan with a fan housing and shroud having an integral acoustic treatment including a micro-perforated panel and a plurality of compartments in an annular backspace formed by a plurality of shrouds | |
Ottersten et al. | Tonal noise of voluteless centrifugal fan generated by turbulence stemming from upstream inlet gap | |
Gangipamula et al. | Flow-induced noise sources and reduction methods in centrifugal pumps: A literature review | |
US7516815B2 (en) | Arrangement for the generation of sonic fields of a specific modal composition | |
CA2113068A1 (en) | High efficiency fan with adaptive noise cancellation | |
RU2650241C2 (en) | Device for axial compressor aerodynamic noise reduction and method of its implementation | |
EP2535596A1 (en) | Centrifugal compressor using an asymmetric self-recirculating casing treatment | |
Fehse et al. | Generation mechanisms of low-frequency centrifugal fan noise | |
CN107654329B (en) | Hydraulic turbine | |
Tamaki et al. | Aerodynamic design to increase pressure ratio of centrifugal compressors for turbochargers | |
US4371310A (en) | Centrifugal pump recirculation diffuser | |
JP6151901B2 (en) | Noise reduction in turbomachines and related methods | |
Pavesi | Impeller volute and diffuser interaction | |
Yamade et al. | Large eddy simulation of internal flow of a mixed-flow pump | |
Torabi et al. | Hydrodynamic design of the volute of a centrifugal pump using CFD | |
Krömer et al. | Experimental investigation of the off-design sound emission of low-pressure axial fans with different fan blade skew |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180929 |