RU2631848C1

RU2631848C1 - Diffuser

Info

Publication number: RU2631848C1
Application number: RU2016145665A
Authority: RU
Inventors: Аркадий Ефимович Зарянкин; Владислав Аркадьевич Зарянкин; Андрей Николаевич Рогалев; Евгений Юрьевич Григорьев; Иван Владимирович Гаранин
Priority date: 2016-11-22
Filing date: 2016-11-22
Publication date: 2017-09-26

Abstract

FIELD: machine engineering.

SUBSTANCE: diffuser comprises an outer bypass 1 made conical, near which inner surface there is a wall damper 2. The wall damper 2 has a conical screen 3 fixed by connecting profiles 4 on the inner surface of the outer bypass 1, the space between the conical screen 3 and the outer bypass 1 is filled with easily deformable material 5 capable of keeping its properties at high temperatures of the working medium, for example, mineral wool. In this case, the conical screen 3 is perforated and its generatrices are parallel to the generatrices of the outer bypass 1.

EFFECT: improved reliability.

4 dwg

Description

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при создании выхлопных диффузоров турбомашин.The invention relates to mechanical engineering and can be used to create exhaust diffusers for turbomachines.

Известен диффузор, содержащий внешний обвод, на внутренней стороне которого выполнены продольные канавки прямоугольного профиля глубиной от 2 до 4 мм (Зарянкин А.Е., Грибин В.Г., Парамонов А.Н. Некоторые пути повышения аэродинамической нагрузки на диффузорные элементы турбомашин. // Известия АН СССР. 1989. Выпуск 2. С. 40-44).A known diffuser containing an outer contour, on the inside of which there are longitudinal grooves of a rectangular profile with a depth of 2 to 4 mm (Zaryankin A.E., Gribin V.G., Paramonov A.N. Some ways to increase the aerodynamic load on diffuser elements of turbomachines. // Proceedings of the USSR Academy of Sciences. 1989. Issue 2. P. 40-44).

Недостатком настоящего технического решения является низкая надежность вследствие значительных динамических нагрузок, действующих на поверхность внешнего обвода.The disadvantage of this technical solution is the low reliability due to significant dynamic loads acting on the surface of the outer contour.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является диффузор (Патент РФ №2469214, опубл. 10.12.2012, МПК F04D 29/44), содержащий внутренний и внешний обвод, выполненный коническим.The closest in technical essence to the claimed invention is a diffuser (RF Patent No. 2469214, publ. 10.12.2012, IPC F04D 29/44) containing an internal and external contour made conical.

Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в снижении вибраций диффузоров турбомашин за счет уменьшения амплитуд пульсаций давления.The technical problem solved by the invention is to reduce the vibrations of the diffusers of turbomachines by reducing the amplitude of the pressure pulsations.

Технический результат заключается в повышении надежности элементов турбомашин.The technical result is to increase the reliability of the elements of turbomachines.

Это достигается тем, что известный диффузор, содержащий внешний обвод, выполненный коническим, снабжен пристеночным демпфером, установленным вблизи внутренней поверхности внешнего обвода и содержащим конический экран, закрепленный соединительными профилями на внутренней поверхности внешнего обвода, и легкодеформируемый материал с возможностью сохранения своих свойств при высоких температурах рабочей среды, расположенный в пространстве между коническим экраном и внешнем обводом, при этом конический экран выполнен перфорированным, а его образующие параллельны образующим внешнего обвода.This is achieved by the fact that the known diffuser containing an outer contour made of a conical one is provided with a wall damper installed near the inner surface of the outer contour and containing a conical screen fixed by connecting profiles on the inner surface of the outer contour, and an easily deformable material with the ability to maintain its properties at high temperatures the working environment located in the space between the conical screen and the outer contour, while the conical screen is perforated, and its generators are parallel to the generators of the outer contour.

Сущность заявляемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен диффузор, на фиг. 2 изображен продольный разрез диффузора, на фиг. 3 показано закрепление пристеночного демпфера к внешнему обводу, на фиг. 4 представлены результаты виброиспытаний предлагаемого диффузора.The essence of the claimed invention is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a diffuser; FIG. 2 shows a longitudinal section through a diffuser; FIG. 3 shows the fastening of the wall damper to the outer contour; FIG. 4 presents the results of vibration testing of the proposed diffuser.

Диффузор содержит внешний обвод 1, выполненный коническим, вблизи внутренней поверхности которого установлен пристеночный демпфер 2. Пристеночный демпфер 2 содержит конический экран 3, закрепленный соединительными профилями 4 на внутренней поверхности внешнего обвода 1, причем пространство между коническим экраном 3 и внешнем обводом 1 заполнено легкодеформируемым материалом 5, способным сохранять свои свойства при высоких температурах рабочей среды, например, минеральной ватой. При этом конический экран 3 выполнен перфорированным, а его образующие параллельны образующим внешнего обвода 1.The diffuser contains an external contour 1 made conical, near the inner surface of which a wall damper 2 is installed. The wall damper 2 contains a conical screen 3 fixed by connecting profiles 4 on the inner surface of the external contour 1, and the space between the conical screen 3 and the external contour 1 is filled with easily deformable material 5, able to maintain its properties at high temperatures of the working medium, for example, mineral wool. In this case, the conical screen 3 is made perforated, and its generators are parallel to the generators of the outer contour 1.

Диффузор работает следующим образом.The diffuser operates as follows.

В рабочем процессе движение газообразной среды в проточной части диффузора сопровождается ростом статического давления. В основной зоне потока наблюдается превалирование инерционных сил над силами давления. С приближением к внутренней стороне внешнего обвода 1 в области пограничного слоя скорость рабочей среды уменьшается, в связи с чем изменяется баланс соотношения указанных сил. В результате возможно возникновение нестационарного отрыва потока от внешнего обвода 1, обуславливающего наличие пульсаций давления. Эти пульсации давления определяют уровень вибрационной нагрузки, которую испытывает внешний обвод 1.In the working process, the movement of a gaseous medium in the flow part of the diffuser is accompanied by an increase in static pressure. In the main flow zone, inertial forces prevail over pressure forces. With approaching the inner side of the outer contour 1 in the region of the boundary layer, the speed of the working medium decreases, and therefore the balance of the ratio of these forces changes. As a result, unsteady flow separation from the external bypass 1 may occur, causing the presence of pressure pulsations. These pressure pulsations determine the level of vibration load experienced by external bypass 1.

Пристеночный демпфер 2 воспринимает пульсации давления, предотвращая тем самым разрушение диффузора. Конический экран 3, с одной стороны, обеспечивает поддержку легкодеформируемого материала 5, а с другой - обеспечивает газовую связь основного потока, протекающего в диффузоре, с легкодеформируемым материалом 5, осуществляющим гашение пульсаций давления за счет собственной деформации.The wall damper 2 perceives pressure pulsations, thereby preventing the destruction of the diffuser. The conical screen 3, on the one hand, provides support for the easily deformable material 5, and on the other hand, provides gas communication between the main stream flowing in the diffuser and the easily deformable material 5, which dampens pressure pulsations due to its own deformation.

Также наличие легкодеформируемого материала 5 препятствует образованию вторичных токов в пространстве между поверхностью внешнего обвода 1 и коническим экраном 3, причиной которых является увеличение статического давления вдоль оси диффузора в направлении движения рабочей среды.Also, the presence of easily deformable material 5 prevents the formation of secondary currents in the space between the surface of the outer contour 1 and the conical screen 3, the cause of which is the increase in static pressure along the axis of the diffuser in the direction of movement of the working medium.

Опытным путем было установлено, что, по сравнению с обычным диффузором, виброперемещения, измеренные в среднем сечении внешнего обвода 1 диффузора с пристеночным демпфером 2, снизились на 40÷70%, причем этот эффект сохранился не только при осевом направлении движения потока (угол закрутки ϕ=0), но и при закрученном потоке (максимальный угол закрутки ϕ_max=20°). Испытания проводились для диффузора с углом раскрытия внешнего обвода 1 α=15° и степенью расширения канала n=4. Кривая виброперемещений на фиг. 4, измеренных в среднем сечении внешнего обвода 1 для обычного диффузора, обозначена буквой "а", для диффузора с пристеночным демпфером 2 - буквой "б". Таким образом, достигается практически полное демпфирование пульсаций давления и обеспечивается надежная защита внешнего обвода 1 диффузора от высоких динамических нагрузок.It was experimentally established that, in comparison with a conventional diffuser, the vibration displacements measured in the average cross section of the outer contour 1 of the diffuser with the wall damper 2 decreased by 40–70%, and this effect persisted not only with the axial direction of flow (swirl angle ϕ = 0), but also with a swirling flow (maximum swirl angle ϕ _max = 20 °). The tests were carried out for a diffuser with an opening angle of the external contour 1 α = 15 ° and a degree of expansion of the channel n = 4. The vibration displacement curve in FIG. 4, measured in the middle section of the outer contour 1 for a conventional diffuser, is indicated by the letter "a", for a diffuser with a wall damper 2 - by the letter "b". Thus, almost complete damping of pressure pulsations is achieved and reliable protection of the external bypass 1 of the diffuser against high dynamic loads is ensured.

Использование изобретения позволяет повысить надежность элементов турбомашин за счет восприятия пристеночным демпфером 2 пульсаций давления, оказывающих разрушающее воздействие на внешний обвод 1 диффузора. Кроме того, при установке предлагаемого диффузора за последней ступенью газовой турбины легкодеформируемый материал 5 (минеральная вата) выступает в качестве дополнительного теплового изолятора, что позволяет снизить тепловые потери в системе отвода газа от газовой турбины.The use of the invention improves the reliability of elements of turbomachines due to the perception by the wall damper 2 of pressure pulsations that have a destructive effect on the outer circumference 1 of the diffuser. In addition, when the proposed diffuser is installed behind the last stage of the gas turbine, the easily deformable material 5 (mineral wool) acts as an additional heat insulator, which allows to reduce heat losses in the gas exhaust system from the gas turbine.

Claims

A diffuser containing an external contour made of conical, characterized in that it is equipped with a wall damper installed near the inner surface of the external contour and containing a conical screen fixed by connecting profiles on the inner surface of the external contour, and an easily deformable material with the ability to maintain its properties at high operating temperatures medium located in the space between the conical screen and the outer contour, while the conical screen is perforated, and its image uyuschie parallel forming external bypass.