[go: up one dir, main page]

RU2801253C1 - Axial compressor - Google Patents

Axial compressor Download PDF

Info

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
Application number
RU2022133831A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Сергеевич Попов
Александр Николаевич Черкасов
Юрий Павлович Беловодский
Original Assignee
Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации filed Critical Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации
Application granted granted Critical
Publication of RU2801253C1 publication Critical patent/RU2801253C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: aircraft engines.
SUBSTANCE: in the compressor housing, an additional casing is made above the two middle stages, forming a cavity with the surface of the compressor housing, which is divided by a partition into two parts with the end wall of the lower part above the axial clearance of the second stage made with a rounding, at least one slotted channel is made in the partition around the circumference near the said end wall, and a row of through slots is made in the compressor housing around the circumference, through channels are made in the compressor housing around the circumference in the area of the opposite end wall with access to the area above the impeller of the first stage or any previous stages, and the part of the casing enclosing the upper cavity is equipped with a bypass valve with a breather. The casing is made together with the compressor casing by casting from titanium or heat-resistant alloy. The use of the proposed invention will increase the overhaul life and increase the efficiency of the compressor, as well as ensure its gas-dynamic stability.
EFFECT: increased overhaul life of gas turbine engines, increased efficiency of compressors and gas-dynamic stability.
3 cl, 4 dwg

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 partition 6 into two parts, in the area of the rounded end wall 10, through slots 8 are made around the entire circumference of the compressor housing, located parallel to its axial line to ensure direct inlet of a near-wall dusty air flow with dust particles and water drops, which move by inertia along the rounded end wall 10, where, under the action of inertial and centrifugal forces, they are separated through rows of slotted channels 9 located at an angle that ensures their capture around the entire circumference of the compressor housing, and the purified air flow moves along the lower part of the cavity 7 of the casing 4 in the direction opposite to the direction of the main flow of the compressor to through channels 3 located around the entire circumference of the compressor casing with access to the area above the impeller of the first stage 1 of the two mentioned middle stages, at an angle of 1... 5° to the surface of the compressor housing [Patent No. 2582537, Russian Federation, IPC F04D 29/68 (2006.01). Axial compressor: No. 2014117379/06: App. 04/29/2014: publ. 11/10/2015 / Klepikov D.S., Alekseev I.I., Cherkasov A.N., Alekseev A.A., Sharafutdinov A.G., Zvonnikov V.I.; applicant VUNTS VVS "VVA". -11 s: ill. - Text: direct]. Air through through channels 3, entering the area above the impeller of the first stage 1 of the two middle stages mentioned, reduces secondary flows, which ensures irrotational flow in the interblade channel along the entire crown of the stage rotor and then communicates with the main compressor air flow. The separated particles passing through the rows of slot channels 9 enter the upper part of the cavity 5 of the casing 4 to trap the separated particles, where they are deposited and periodically, as they are filled, are released into the atmosphere in accordance with the control program through the bypass valve with a breather 2, and the casing is made by casting from titanium or heat-resistant alloy and is made together with the compressor.

Claims (3)

1. Осевой компрессор, состоящий из корпуса компрессора, рабочих колес и направляющих аппаратов, отличающийся тем, что 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 полости 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 ряд щелевых каналов, 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.1. An axial compressor, consisting of a compressor housing, impellers and guide vanes, characterized in that the compressor housing above the 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 of the lower part the cavity above the axial clearance 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 row of slotted channels, 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. 2. Осевой компрессор по п. 1, отличающийся тем, что сквозные каналы с выходом в область над рабочим колесом могут быть выполнены над любыми ступенями до ступени, в области которой выполнены сквозные щели и ряды щелевых каналов.2. Axial compressor according to claim 1, characterized in that through channels with access to the area above the impeller can be made above any stages up to the stage, in the area of which through slots and rows of slot channels are made. 3. Осевой компрессор по п. 1 или 2, отличающийся тем, что кожух выполнен совместно с корпусом компрессора методом литья из титанового или жаропрочного сплава.3. An axial compressor according to claim 1 or 2, characterized in that the casing is made together with the compressor casing by casting from a titanium or heat-resistant alloy.
RU2022133831A 2022-12-21 Axial compressor RU2801253C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2801253C1 true RU2801253C1 (en) 2023-08-04

Family

ID=

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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