RU2801253C1 - Axial compressor - Google Patents
Axial compressor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2801253C1 RU2801253C1 RU2022133831A RU2022133831A RU2801253C1 RU 2801253 C1 RU2801253 C1 RU 2801253C1 RU 2022133831 A RU2022133831 A RU 2022133831A RU 2022133831 A RU2022133831 A RU 2022133831A RU 2801253 C1 RU2801253 C1 RU 2801253C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- compressor
- casing
- compressor housing
- end wall
- circumference
- Prior art date
Links
- 238000005192 partition Methods 0.000 claims abstract description 7
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 3
- 239000000956 alloy Substances 0.000 claims abstract description 3
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 238000005266 casting Methods 0.000 claims abstract description 3
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 3
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000000428 dust Substances 0.000 description 14
- 239000002245 particle Substances 0.000 description 11
- 230000003628 erosive effect Effects 0.000 description 8
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Substances O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000004140 cleaning Methods 0.000 description 4
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- 238000005119 centrifugation Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к компрессорам авиационных газотурбинных двигателей и может быть использовано в промышленных газотурбинных установках, позволяет увеличить межремонтный ресурс газотурбинных двигателей (ГТД), повысить эффективность компрессоров и обеспечить их газодинамическую устойчивость.The invention relates to compressors for aircraft gas turbine engines and can be used in industrial gas turbine plants, allows to increase the overhaul life of gas turbine engines (GTE), increase the efficiency of compressors and ensure their gas-dynamic stability.
Известен компрессор авиационного газотурбинного двигателя, состоящий из входного направляющего аппарата и нескольких венцов, последовательно чередующихся в осевом направлении, рабочих лопаток, установленных на вращающемся роторе, и направляющих лопаток, закрепленных в корпусе компрессора. Совокупность одного венца рабочих лопаток и следующего за ним венца направляющих лопаток образует ступень компрессора. Рабочие лопатки одной ступени, установленные в диске, образуют рабочее колесо (РК), а направляющие лопатки одной ступени, закрепленные в корпусе, образуют направляющие аппараты (НА) [Иноземцев, А.А. Газотурбинные двигатели / А.А. Иноземцев, В.Л. Сандрацкий - Иноземцев А.А., Сандрацкий В.Л. Газотурбинные двигатели - Пермь: ОАО «Авиадвигатель», 2006. - 1204 с. С. 220].Known compressor of an aircraft gas turbine engine, consisting of an inlet guide apparatus and several rims, successively alternating in the axial direction, rotor blades mounted on a rotating rotor, and guide vanes fixed in the compressor housing. The combination of one row of working blades and the next row of guide vanes forms a compressor stage. The rotor blades of one stage, installed in the disk, form an impeller (RC), and the guide vanes of one stage, fixed in the housing, form guide vanes (NA) [Inozemtsev, A.A. Gas turbine engines / A.A. Inozemtsev, V.L. Sandratsky - Inozemtsev A.A., Sandratsky V.L. Gas turbine engines - Perm: JSC "Aviadvigatel", 2006. - 1204 p. S. 220].
Недостатком известной конструкции является то, что компрессоры газотурбинных двигателей, эксплуатируемые как на летательных аппаратах, так и в наземных установках, подвержены эрозионному износу и в большей степени те, которые эксплуатируются в сложных климатических условиях, характеризующимися повышенными запыленностью и влажностью атмосферы.The disadvantage of the known design is that the compressors of gas turbine engines operated both on aircraft and in ground installations are subject to erosive wear and, to a greater extent, those that are operated in difficult climatic conditions, characterized by increased dust content and atmospheric humidity.
Эрозионный износ двухкомпонентным потоком воздуха, содержащим как твердые абразивные частицы, так и капли воды опасен для компрессора авиационного газотурбинного двигателя тем, что приводит к преждевременному выходу из строя всего ГТД, из-за досрочного снятия его с эксплуатации по причине преждевременного изнашивания рабочих лопаток, лабиринтных уплотнений и уплотнительных колец радиального зазора компрессора. Особенно опасность наступления снижения ресурса авиационных двигателей возникает в климатических условиях при повышенных запыленности и влажности атмосферного воздуха, в результате чего ресурс может снижаться более чем в 10 раз. Эрозионный износ неизбежно приводит к снижению запаса газодинамической устойчивости компрессора ΔKe.Erosive wear by a two-component air flow containing both solid abrasive particles and water drops is dangerous for the compressor of an aircraft gas turbine engine in that it leads to premature failure of the entire gas turbine engine due to its early removal from operation due to premature wear of the working blades, labyrinth seals and O-rings of the radial clearance of the compressor. Especially the danger of reduction of the service life of aircraft engines arises in climatic conditions with increased dust content and humidity of the atmospheric air, as a result of which the resource can be reduced by more than 10 times. Erosive wear inevitably leads to a decrease in the margin of gas-dynamic stability of the compressor ΔK e .
Известно, что эрозионный износ лопаток особенно интенсивен на средних и последних ступенях компрессора. Обусловлено это неравномерностью распределения двухкомпонентного потока воздуха в проточной части компрессора. Под действием центробежных сил от вращения ротора компрессора, частицы пыли и воды приобретают скорость в радиальном направлении и имеют границу запыленности, смещающуюся в тангенциально осевом направлении по проточной части к периферии компрессора, образуя в зоне средних и последних ступеней пристеночный слой двухкомпонентного пылевого потока у корпуса статора. Так, в работе [Кривошеев, И.А. Анализ влияния частиц пыли на параметры ступеней осевого компрессора. / И.А. Кривошеев, С.А. Струговец, Р.Ф. Камаева // Вестник воронежского государственного технического университета. - 2011. - №3 (26). - Т. 1. - С. 50-55], используя известные данные, была построена (расчетным путем) нижняя граница пылевой зоны по высоте проточной части. Из результатов исследования видно, что по мере удаления частиц от входа в компрессор нижняя граница зоны запыленности удаляется от втулки. Внутри этой зоны концентрация частиц неравномерна - она нарастает от нижней границы к периферии.It is known that erosive wear of the blades is especially intense in the middle and last stages of the compressor. This is due to the uneven distribution of the two-component air flow in the compressor flow path. Under the action of centrifugal forces from the rotation of the compressor rotor, dust and water particles acquire speed in the radial direction and have a dust boundary that moves in a tangentially axial direction along the flow path to the compressor periphery, forming a near-wall layer of a two-component dust flow near the stator housing in the zone of the middle and last stages . So, in the work [Krivosheev, I.A. Analysis of the influence of dust particles on the parameters of the stages of an axial compressor. / I.A. Krivosheev, S.A. Strugovets, R.F. Kamaeva // Bulletin of the Voronezh State Technical University. - 2011. - No. 3 (26). - T. 1. - S. 50-55], using known data, the lower boundary of the dust zone along the height of the flow path was built (by calculation). It can be seen from the results of the study that as particles move away from the compressor inlet, the lower boundary of the dusty zone moves away from the bushing. Inside this zone, the concentration of particles is uneven - it increases from the lower boundary to the periphery.
При этом рабочие и направляющие лопатки первых ступеней подвергаются эрозии по всей высоте (в большей степени со стороны корыта, вблизи передней и задней кромок), тогда как рабочие лопатки последних ступеней имеют ярко выраженное нарастание эрозии по мере приближения к концевому сечению (к периферии), что обусловлено центрифугированием пыли в ступенях. В связи с этим увеличивается концентрация пыли на периферии и лопатки последних ступеней, являющиеся наиболее тонкими, становятся наиболее изнашиваемыми элементами двигателя [Кривошеее, И.А. Анализ влияния частиц пыли на параметры ступеней осевого компрессора. / И.А. Кривошеев, С.А. Струговец, Р.Ф. Камаева // Вестник воронежского государственного технического университета. - 2011. - №3 (26).-Т.1. - С. 50-55.].At the same time, the working and guide vanes of the first stages are subject to erosion along the entire height (to a greater extent from the side of the trough, near the leading and trailing edges), while the working blades of the last stages have a pronounced increase in erosion as they approach the end section (towards the periphery), which is due to the centrifugation of dust in the steps. In this regard, the concentration of dust at the periphery increases and the blades of the last stages, which are the thinnest, become the most wearable elements of the engine [Krivoshee, I.A. Analysis of the influence of dust particles on the parameters of the stages of an axial compressor. / I.A. Krivosheev, S.A. Strugovets, R.F. Kamaeva // Bulletin of the Voronezh State Technical University. - 2011. - No. 3 (26).-V.1. - S. 50-55.].
Так, задние кромки лопаток последних ступеней малоразмерных двигателей, имеющие толщину всего 120-50 мкм, могут оказаться разрезанными пылью [Перельман, Р.Г. Эрозионная прочность деталей двигателей и энергоустановок летательных аппаратов / Р.Г. Перельман. - М.: Машиностроение, 1980. - 245 с. - С. 11-12].So, the trailing edges of the blades of the last stages of small engines, having a thickness of only 120-50 microns, can be cut by dust [Perelman, R.G. Erosion strength of parts of engines and power plants of aircraft / R.G. Perelman. - M.: Mashinostroenie, 1980. - 245 p. - S. 11-12].
Для решения проблемы эрозионного износа компрессоров используются как воздухоочистительные устройства, устанавливаемые на летательный аппарат, так и интегрированные в состав двигателя. Они в какой-то степени решают задачу по очистке воздуха от частиц пыли и капель воды, но являются недостаточными вследствие расширения географии использования авиационных двигателей и отдельных наземных силовых установок. Поэтому вопрос очистки двухкомпонентного потока воздуха новыми способами и устройствами является актуальным.To solve the problem of erosive wear of compressors, both air-cleaning devices installed on the aircraft and integrated into the engine are used. To some extent, they solve the problem of cleaning the air from dust particles and water drops, but are insufficient due to the expansion of the geography of the use of aircraft engines and individual ground power plants. Therefore, the issue of cleaning a two-component air flow with new methods and devices is relevant.
Техническим результатом изобретения является увеличение межремонтного ресурса компрессора путем очистки воздуха от твердых частиц пыли и капель воды, а также обеспечение его эффективности и газодинамической устойчивости.The technical result of the invention is to increase the overhaul life of the compressor by cleaning the air from solid particles of dust and water drops, as well as ensuring its efficiency and gas-dynamic stability.
Указанный технический результат достигается тем, что в осевом компрессоре, состоящем из корпуса компрессора, рабочих колес и направляющих аппаратов, корпус компрессора над двумя средними ступенями дополнительно снабжен кожухом, образующим с поверхностью корпуса компрессора полость, которая разделена перегородкой на две части, при этом торцевая стенка нижней части над осевым зазором второй ступени из упомянутых двух средних ступеней выполнена с закруглением, в области упомянутой торцевой стенки в перегородке по окружности выполнен, по меньшей мере, один щелевой канал, а в корпусе компрессора по окружности - один ряд сквозных щелей, в области противоположной торцевой стенки в корпусе компрессора по окружности выполнены сквозные каналы с выходом в область над рабочим колесом первой ступени из упомянутых двух средних ступеней, а часть кожуха, охватывающая верхнюю полость, снабжена перепускным клапаном с суфлером.This technical result is achieved by the fact that in an axial compressor, consisting of a compressor housing, impellers and guide vanes, the compressor housing above two middle stages is additionally equipped with a casing that forms a cavity with the surface of the compressor housing, which is divided by a partition into two parts, while the end wall the lower part above the axial gap of the second stage of the said two middle stages is made with a rounding, in the area of the said end wall in the partition around the circumference there is at least one slotted channel, and in the compressor housing around the circumference - one row of through slots, in the area opposite The end wall in the compressor casing has through channels along the circumference with access to the area above the impeller of the first stage of the said two middle stages, and the part of the casing covering the upper cavity is equipped with a bypass valve with a breather.
Сущность заявленного изобретения поясняется следующими графическими материалами:The essence of the claimed invention is illustrated by the following graphics:
фиг. 1 - показывает продольный разрез корпуса компрессора в районе средних ступеней в составе осевого компрессора ГТД;fig. 1 - shows a longitudinal section of the compressor housing in the region of the middle stages as part of the GTE axial compressor;
фиг. 2 - показывает элемент А на фиг.1 в масштабе 7:1;fig. 2 shows element A in figure 1 on a scale of 7:1;
фиг. 3 - показывает сечение Б-Б устройства на фиг. 1;fig. 3 shows a B-B section of the device in FIG. 1;
фиг. 4 - показывает сечение В-В устройства на фиг. 1.fig. 4 shows a B-B section of the device in FIG. 1.
Сущность изобретения заключается в том, что над двумя средними ступенями компрессор снабжен кожухом 4, образующим полость, которая разделена перегородкой 6 на две части, в области закругленной торцевой стенки 10 выполнены сквозные щели 8 по всей окружности корпуса компрессора, расположенные параллельно его осевой линии для обеспечения прямого входа пристеночного запыленного потока воздуха с частицами пыли и каплями воды, которые по инерции движутся по закругленной торцевой стенке 10, где под действием инерционных и центробежных сил сепарируются через ряды щелевых каналов 9, расположенных под углом, обеспечивающим их улавливание по всей окружности корпуса компрессора, а очищенный поток воздуха движется по нижней части полости 7 кожуха 4 в направлении обратном направлению основного потока компрессора к сквозным каналам 3, расположенным по всей окружности корпуса компрессора с выходом в область над рабочим колесом первой ступени 1 из двух упомянутых средних ступеней, под углом 1…5° к поверхности корпуса компрессора [Патент №2582537, Российская Федерация, МПК F04D 29/68 (2006.01). Осевой компрессор: №2014117379/06: заявл. 29.04.2014: опубл. 10.11.2015 / Клепиков Д.С., Алексеев И.И., Черкасов А.Н., Алексеев А.А., Шарафутдинов А.Г., Звонников В.И..; заявитель ВУНЦ ВВС «ВВА». -11 с: ил. - Текст: непосредственный]. Воздух через сквозные каналы 3, попадая в область над рабочим колесом первой ступени 1 из упомянутых двух средних ступеней, уменьшает вторичные течения, что обеспечивает безвихревые течения в межлопаточном канале по всему венцу ротора ступени и далее сообщается с основным потоком воздуха компрессора. Отсепарированные частицы, проходящие через ряды щелевых каналов 9 попадают в верхнюю часть полости 5 кожуха 4 для улавливания отсепарированных частиц, где осаждаются и периодически по мере заполнения выпускаются в атмосферу в соответствии с программой управления через перепускной клапан с суфлером 2, а кожух изготовлен методом литья из титанового либо жаропрочного сплава и выполнен совместно с компрессором.The essence of the invention lies in the fact that above the two middle stages the compressor is provided with a casing 4, forming a cavity, which is divided by a
Claims (3)
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2801253C1 true RU2801253C1 (en) | 2023-08-04 |
Family
ID=
Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4527387A (en) * | 1982-11-26 | 1985-07-09 | General Electric Company | Particle separator scroll vanes |
| WO1995010692A1 (en) * | 1993-10-15 | 1995-04-20 | United Technologies Corporation | Active tip flow bypass in stator vane channel |
| RU2132959C1 (en) * | 1998-04-14 | 1999-07-10 | Новицкий Сергей Михайлович | Separator-reflector of foreign objects into outer duct of double-flow turbo-jet engine |
| RU2192564C2 (en) * | 2000-05-15 | 2002-11-10 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Turbomachine overrotor device |
| RU2582537C2 (en) * | 2014-04-29 | 2016-04-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Axial-flow compressor |
| RU2594832C1 (en) * | 2015-02-05 | 2016-08-20 | Юрий Яковлевич Ситницкий | Method of removing heavy particles from air flow in axial compressor stage and device for axial stage, removing heavy particles |
Patent Citations (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4527387A (en) * | 1982-11-26 | 1985-07-09 | General Electric Company | Particle separator scroll vanes |
| WO1995010692A1 (en) * | 1993-10-15 | 1995-04-20 | United Technologies Corporation | Active tip flow bypass in stator vane channel |
| RU2132959C1 (en) * | 1998-04-14 | 1999-07-10 | Новицкий Сергей Михайлович | Separator-reflector of foreign objects into outer duct of double-flow turbo-jet engine |
| RU2192564C2 (en) * | 2000-05-15 | 2002-11-10 | Открытое акционерное общество "Авиадвигатель" | Turbomachine overrotor device |
| RU2582537C2 (en) * | 2014-04-29 | 2016-04-27 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Axial-flow compressor |
| RU2594832C1 (en) * | 2015-02-05 | 2016-08-20 | Юрий Яковлевич Ситницкий | Method of removing heavy particles from air flow in axial compressor stage and device for axial stage, removing heavy particles |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2685749C2 (en) | Support chamber of gas turbine engine | |
| US6139019A (en) | Seal assembly and rotary machine containing such seal | |
| EP0260234A2 (en) | Improved labyrinth seal | |
| GB1424925A (en) | Air cooling of turbine blades | |
| RU2010147814A (en) | CENTRIFUGAL AIR INTAKE IN THE ROTOR OF A COMPRESSOR OF A GAS TURBINE ENGINE | |
| EP2867538B1 (en) | Pump or compressor with anti-swirl device and associated method | |
| US20200400052A1 (en) | Accessory Gearbox | |
| EP2948639A2 (en) | Seal assembly including grooves in an inner shroud in a gas turbine engine | |
| CN107762963B (en) | A double radial sealing structure for compressor stages | |
| US10094390B2 (en) | Rotary assembly for an aviation turbine engine, the assembly comprising a separate fan blade platform mounted on a fan disk | |
| RU2801253C1 (en) | Axial compressor | |
| US3365124A (en) | Compressor structure | |
| EP2336492A1 (en) | Guide vane with a winglet for an energy converting machine and machine for converting energy comprising the guide vane | |
| JPH04228807A (en) | Turbine stage | |
| US7296964B2 (en) | Apparatus and methods for minimizing solid particle erosion in steam turbines | |
| US20070217916A1 (en) | Gas Turbine Vane | |
| RU2171386C2 (en) | Device for separating air from oil in gas-turbine engine | |
| RU155949U1 (en) | DEVICE FOR SEALING RADIAL GAP BETWEEN STATOR AND TURBO MACHINE ROTOR | |
| RU121524U1 (en) | RADIAL TURBINE | |
| RU2430274C1 (en) | Radial-swirl turbo-machine | |
| RU2509232C2 (en) | Gas turbine engine compressor cover with axial thrust | |
| RU2066402C1 (en) | Stage of axial-flow compressor | |
| RU2414602C1 (en) | Cylinder of medium pressure in steam turbine | |
| RU2582725C2 (en) | Method of sealing air channels | |
| RU2784635C1 (en) | Method for removal of moisture from peripheral zone of steam turbine and labyrinth shroud seal for stages of steam turbines operating in wet steam medium |