СПОСОБ ЦИРКУЛЯЦИИ ВОЗДУХА В КОМПРЕССОРЕ ТУРБИНЫ, КОНСТРУКЦИЯ КОМПРЕССОРА С ПРИМЕНЕНИЕМ ЭТОГО СПОСОБА, СТУПЕНЬ КОМПРЕССОРА И КОМПРЕССОР, СОДЕРЖАЩИЕ ТАКУЮ КОНСТРУКЦИЮ, И АВИАЦИОННЫЙ ДВИГАТЕЛЬ, ОБОРУДОВАННЫЙ ТАКИМ КОМПРЕССОРОМ
METHOD OF CIRCULATING AIR IN TURBINE COMPRESSOR, COMPRESSOR EXPLOITING THIS METHOD, COMPRESSOR STAGE OF AFORESAID DESIGN AND AIRCRAFT ENGINE INCORPORATING SAID COMPRESSOR

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к турбинам и, в частности, компрессорам авиационных двигателей.
Объектами изобретения являются: способ создания циркуляции воздуха в компрессоре турбины, конструкция компрессора для осуществления способа циркуляции воздуха, ступень компрессора, содержащая такую конструкцию компрессора, и авиационный двигатель, оборудованный таким компрессором.
Уровень техники
Как известно, турбинный компрессор содержит несколько ступеней компрессора, каждая из которых содержит подвижное лопаточное колесо и неподвижное лопаточное колесо и газовоздушный тракт, в котором находятся лопатки подвижного колеса и лопатки неподвижного колеса.
Контур может быть ограничен между наружным картером и внутренним картером или между наружным картером и центральной втулкой.
В газовоздушном тракте выполнен функциональный зазор между лопатками каждого подвижного колеса и стенкой наружного картера. Точно так же функциональный зазор выполнен между лопатками каждого неподвижного колеса и стенкой внутреннего картера или втулкой. Через эти функциональные зазоры проходят вторичные потоки, циркулирующие в направлении, противоположном (от выхода к входу) направлению основного потока (от входа к выходу), которые являются паразитными потоками. Как правило, специалисты стремятся устранить или уменьшить паразитные воздушные потоки, проявляющиеся внутри компрессора и негативно сказывающиеся на аэродинамических свойствах ступени компрессора. На практике конструкцию компрессора выполняют таким образом, чтобы свести к минимуму эти зазоры и, следовательно, паразитные потоки.
В плане улучшения работы компрессора хорошо также известно, что всасывание пограничного слоя основного потока в одном или нескольких местах профиля подвижных и неподвижных лопаток обеспечивает улучшение аэродинамической ситуации ступени компрессора, которая позволяет повысить степень сжатия ступени, не ухудшая производительности и предела помпажа компрессора. Это позволяет создать компрессор с меньшим числом ступеней для данной степени сжатия, чем у компрессора без всасывания на профилях.
В патенте GB 1 085 227-А раскрыты неподвижные лопатки или подвижные лопатки, в которых выполнены полости, сообщающиеся с поверхностью лопатки через отверстия. Эти отверстия находятся вблизи задней кромки лопаток и позволяют всасывать пограничный слой лопаток в их полость. Через канал, проходящий через основание каждой лопатки, полость этой лопатки сообщается с внутренним контуром компрессора, на котором установлен всасывающий насос. Регулируя таким образом потоки пограничного слоя, можно уменьшить завихрения внутри турбины, что позволяет снизить шум турбины.
В патенте FR 2 166 494-А описаны всасывающие отверстия, выполненные в стенке наружного картера компрессора, для устранения пограничного слоя, образующегося между лопатками двух последовательных ступеней компрессора. Эти всасывающие отверстия соединены со средством всасывания, таким, например, как диффузор и/или регулировочный вентиль. После этого всасываемый воздух удаляется в атмосферу или используется повторно.
В патенте FR 2 248 732-А описано усовершенствование конструкции, раскрытой в патенте FR 2 166 494-А, целью которого является устранение или уменьшение пограничного слоя потока вдоль наружного картера компрессора и пограничного слоя потока вдоль лопаток. В каждой лопатке выполнена ловушка для пограничного слоя, представляющая собой канал, соединенный со средством всасывания пограничного слоя. Канал выходит на спинку лопатки в зоне изменения кривизны. Средство всасывания, аналогичное описанному в патенте FR 2 166 494-А, находится в картере или во втулке компрессора. Предусмотрены также отверстия в стенке картера компрессора, как и в патенте FR 2 166 494-А.
В патенте WO 98/30802-A1 раскрыты неподвижные или подвижные лопатки, в которых выполнены полости. Отверстия, щели, пористые поверхности также выполнены в лопатках для всасывания пограничного слоя каждой лопатки в ее внутреннюю полость. Всасываемый воздух проходит через полость к концу лопатки и оттуда удаляется. Когда воздух проходит к концу подвижной лопатки, он удаляется за пределы компрессора через отверстие наружного картера компрессора, находящееся напротив этой подвижной лопатки и выходящее в коллектор, что позволяет избежать повторного попадания в компрессор удаляемого воздуха.
В патенте US 6 004 095-А описаны некоторые конструкции турбины, позволяющие продувать и/или всасывать воздух и заставлять циркулировать продуваемый или всасываемый воздух для снижения шума, производимого турбиной.
В конструкции, раскрытой в патенте US 6 004 095-А, подвижные лопатки содержат полости. Полости сообщаются с поверхностью лопатки при помощи отверстий, через которые всасывается воздух. Они соединены с внутренней камерой компрессора при помощи сквозного канала, выполненного в их основании, через который воздух всасывается в направлении другой части турбины. Всасывание обеспечивается насосом.
В другой конструкции, раскрытой в патенте US 6 004 095-А, подвижные лопатки содержат полости. Полости соединяются с поверхностью при помощи отверстий, через которые всасывается воздух. Они выполнены открытыми к своему концу на коллекторе, содержащем пористую стенку, через которую воздух всасывается в камеру, находящуюся за стенкой наружного картера, через отверстие, выполненное в упомянутой стенке. В стенке наружного картера перед подвижными лопатками также могут быть выполнены щели для всасывания пограничного слоя от стенки картера к упомянутой камере. Всасывание производится при помощи насоса.
В другой конструкции, раскрытой в патенте US 6 004 095-А, компрессор содержит направляющие лопатки на входе вентилятора. Воздух, поступающий от компрессора низкого давления за вентилятором подается через внутреннюю камеру в направляющие лопатки через их внутреннее основание и наружное основание. Согласно одному из вариантов выполнения эти направляющие лопатки могут также содержать одну или несколько полостей, сообщающихся с их поверхностью через отверстия и содержащих каналы, проходящие через их основание(я). Таким образом, всасываемый через отверстия воздух нагнетается внутри полости(ей) к втулке и/или к картеру ротора при помощи насоса.
Таким образом, вышеупомянутые документы раскрывают конструкции, содержащие средства для уменьшения или устранения потоков пограничного слоя, образующихся вокруг неподвижных или подвижных лопаток и/или вдоль наружного картера компрессора.
В этих конструкциях применяют насосы или аналогичные устройства в качестве средств всасывания воздуха.
Сущность изобретения
Настоящее изобретение предназначено для применения в компрессоре, содержащем:
- несколько ступеней компрессора, каждая из которых содержит подвижное лопаточное колесо и неподвижное лопаточное колесо;
- наружный картер и внутренний картер, ограничивающие газовоздушный тракт, в котором находятся лопатки подвижного колеса и лопатки неподвижного колеса;
- наружную часть газовоздушного тракта, называемую «наружным трактом», соответствующую функциональным зазорам между наружным картером и лопатками подвижного колеса; и
- внутреннюю часть газовоздушного тракта, называемую «внутренним трактом», соответствующую функциональным зазорам между внутренним картером и лопатками неподвижного колеса.
Задачей настоящего изобретения является создание способа и конструкции компрессора турбины, которые отличаются эффективностью и невысокой стоимостью и предназначены для создания циркуляции воздуха в компрессоре и за его пределами без применения специальных средств всасывания, таких как всасывающие насосы, чтобы устранить или, по меньшей мере, уменьшить паразитные потоки пограничных слоев, проявляющиеся на стенках наружного и внутреннего трактов, и устранить или, по меньшей мере, уменьшить пограничные слои профилей подвижных и неподвижных лопаток.
Таким образом, становится возможным:
- отбирать вторичные потоки внутреннего тракта компрессора турбины, проходящие от выхода к входу в функциональных зазорах вдоль внутреннего картера компрессора; и направлять удаляемый таким образом воздух в системы питания, необходимые для работы турбины, такие, например, как система охлаждения горячих частей, система вентиляции полостей, системы отбора, не прибегая к использованию средств принудительного всасывания, таких как всасывающие насосы; и/или
- отбирать вторичные потоки наружного тракта компрессора турбины, проходящие от выхода к входу в функциональных зазорах вдоль наружного картера компрессора; и направлять удаляемый таким образом воздух в системы питания, необходимые для работы турбины, такие, например, как система охлаждения горячих частей, система вентиляции полостей, системы отбора, не прибегая к использованию средств принудительного всасывания, таких как всасывающие насосы; и/или
- отбирать пограничный слой профилей неподвижных лопаток и/или подвижных лопаток лопаточных колес компрессора; и направлять удаляемый таким образом воздух в системы питания, необходимые для работы турбины, такие, например, как система охлаждения горячих частей, система вентиляции полостей, системы отбора, не прибегая к использованию средств принудительного всасывания, таких как всасывающие насосы.
Первым объектом настоящего изобретения является способ создания циркуляции воздуха в компрессоре турбины, содержащем несколько ступеней компрессора, каждая из которых содержит подвижное лопаточное колесо и неподвижное лопаточное колесо; наружный картер и внутренний картер, ограничивающие газовоздушный тракт, в котором находятся подвижные лопатки подвижного колеса и неподвижные лопатки неподвижного колеса; наружную часть газовоздушного тракта, называемую «наружным трактом», соответствующую функциональным зазорам между наружным картером и лопатками подвижного колеса; и внутреннюю часть газовоздушного тракта, называемую «внутренним трактом», соответствующую функциональным зазорам между внутренним картером и лопатками неподвижного колеса.
Согласно первому варианту осуществления способ содержит, по меньшей мере, для первой ступени компрессора, содержащей неподвижное колесо, операцию всасывания, во время которой всасывают воздух, из внутреннего тракта, и направляют его, по меньшей мере, на одну неподвижную лопатку упомянутого неподвижного колеса; и, по меньшей мере, одну операцию отбора, во время которой воздух отбирают, по меньшей мере, из одной упомянутой неподвижной лопатки упомянутого неподвижного колеса и направляют его наружу компрессора.
Согласно второму, третьему и четвертому вариантам осуществления способ дополнительно содержит операцию всасывания, во время которой воздух всасывают, по меньшей мере, в одной подвижной лопатке, по меньшей мере, одного подвижного колеса, смежного с упомянутым неподвижным колесом, и направляют его, по меньшей мере, в одну неподвижную лопатку, по меньшей мере, одного упомянутого неподвижного колеса.
Согласно второму варианту осуществления способ дополнительно содержит операцию всасывания, в процессе которой воздух всасывают в наружном тракте и направляют его, по меньшей мере, на одну подвижную лопатку, по меньшей мере, одного подвижного колеса.
Согласно третьему варианту осуществления способ дополнительно содержит операцию всасывания, в процессе которой воздух всасывают на спинке профиля, по меньшей мере, одной упомянутой подвижной лопатки, по меньшей мере, одного упомянутого подвижного колеса и направляют его, по меньшей мере, в одну подвижную лопатку, по меньшей мере, одного упомянутого подвижного колеса; и воздух всасывают на спинке профиля, по меньшей мере, одной упомянутой неподвижной лопатки упомянутого неподвижного колеса и направляют его, по меньшей мере, в одну неподвижную лопатку упомянутого неподвижного колеса.
Согласно четвертому варианту осуществления способ дополнительно содержит операцию всасывания, в процессе которой воздух всасывают в наружном тракте и направляют его, по меньшей мере, в одну подвижную лопатку, по меньшей мере, одного подвижного колеса; воздух всасывают на спинке профиля, по меньшей мере, одной упомянутой подвижной лопатки, по меньшей мере, одного упомянутого подвижного колеса и направляют его, по меньшей мере, в одну подвижную лопатку, по меньшей мере, одного упомянутого подвижного колеса; и воздух всасывают на спинке профиля, по меньшей мере, одной упомянутой неподвижной лопатки упомянутого неподвижного колеса и направляют его, по меньшей мере, в одну неподвижную лопатку упомянутого неподвижного колеса.
Согласно второму, третьему и четвертому вариантам осуществления воздух всасывают, по меньшей мере, в одной подвижной лопатке подвижного колеса, находящегося перед упомянутым неподвижным колесом и смежного по отношению к нему, и направляют его, по меньшей мере, в одну неподвижную лопатку, по меньшей мере, одного неподвижного колеса. Воздух, циркулирующий между подвижным колесом и неподвижным колесом, проходит через внутреннюю камеру, ограниченную внутренним картером.
Согласно пятому варианту осуществления, который является альтернативой четвертому варианту осуществления, воздух всасывают, по меньшей мере, в одной подвижной лопатке подвижного колеса, находящегося за упомянутым неподвижным колесом и смежного по отношению к нему, и направляют его, по меньшей мере, в одну неподвижную лопатку, по меньшей мере, одного неподвижного колеса.
Согласно шестому варианту осуществления, являющемуся другой альтернативой четвертому варианту осуществления изобретения, воздух всасывают, по меньшей мере, в одной подвижной лопатке подвижного колеса, находящегося перед упомянутым неподвижным колесом и смежного по отношению к нему, а также, по меньшей мере, в одной подвижной лопатке подвижного колеса, находящегося за упомянутым неподвижным колесом и смежного по отношению к нему, и направляют его, по меньшей мере, в одну неподвижную лопатку упомянутого неподвижного колеса.
Согласно седьмому варианту осуществления, который является еще одной альтернативой четвертому варианту осуществления, воздух, циркулирующий между подвижным колесом и неподвижным колесом, проходит через промежуточную камеру, ограниченную между внутренним картером и промежуточным кольцом.
Согласно восьмому варианту осуществления способ дополнительно содержит, по меньшей мере, для другой ступени компрессора, содержащей неподвижное колесо, дополнительную операцию всасывания, в процессе которой всасывают воздух, присутствующий во внутреннем тракте, и направляют его в промежуточную камеру; и дополнительную операцию отбора, в процессе которой воздух отбирают в упомянутой промежуточной камере и направляют его внутрь компрессора.
Согласно восьмому варианту осуществления способ также содержит дополнительную и факультативную операцию всасывания, в процессе которой воздух всасывают, по меньшей мере, в одной подвижной лопатке, по меньшей мере, одного подвижного колеса, смежного с упомянутым неподвижным колесом, и направляют его в промежуточную камеру.
Согласно восьмому варианту осуществления способ также содержит дополнительную и факультативную операцию всасывания, в процессе которой воздух всасывают в наружном тракте и направляют его, по меньшей мере, в одну упомянутую подвижную лопатку, по меньшей мере, одного упомянутого подвижного колеса.
Согласно восьмому варианту осуществления способ также содержит дополнительную и факультативную операцию всасывания, в процессе которой воздух всасывают на спинке профиля, по меньшей мере, одной упомянутой подвижной лопатки, по меньшей мере, одного упомянутого подвижного колеса и направляют его, по меньшей мере, в одну подвижную лопатку, по меньшей мере, одного упомянутого подвижного колеса; и воздух всасывают на спинке профиля, по меньшей мере, одной упомянутой неподвижной лопатки, по меньшей мере, одного упомянутого неподвижного колеса и направляют его, по меньшей мере, в одну неподвижную лопатку упомянутого неподвижного колеса.
Согласно альтернативе восьмому варианту осуществления воздух всасывают, по меньшей мере, в одной подвижной лопатке подвижного колеса, находящегося перед упомянутым неподвижным колесом и смежного с ним, и направляют его в упомянутую промежуточную камеру.
Согласно другой альтернативе восьмому варианту осуществления воздух всасывают, по меньшей мере, в одной подвижной лопатке подвижного колеса, находящегося за упомянутым неподвижным колесом и смежного с ним, и направляют его в упомянутую промежуточную камеру.
Согласно еще одной альтернативе восьмому варианту осуществления воздух всасывают, по меньшей мере, в одной подвижной лопатке каждого из двух подвижных колес, находящихся по обе стороны от упомянутого неподвижного колеса, и направляют его в упомянутую промежуточную камеру.
Вторым объектом настоящего изобретения является конструкция компрессора для осуществления способа циркуляции воздуха, являющегося первым объектом изобретения, при этом упомянутый компрессор содержит несколько ступеней компрессора, каждая из которых содержит подвижное лопаточное колесо и неподвижное лопаточное колесо; наружный картер и внутренний картер, ограничивающие газовоздушный тракт, в котором находятся подвижные лопатки подвижного колеса и неподвижные лопатки неподвижного колеса; наружную часть газовоздушного тракта, называемую «наружным трактом», соответствующую функциональным зазорам между наружным картером и подвижными лопатками подвижного колеса; и внутреннюю часть газовоздушного тракта, называемую «внутренним трактом», соответствующую функциональным зазорам между внутренним картером и неподвижными лопатками неподвижного колеса.
Согласно первому варианту выполнения конструкция компрессора содержит, по меньшей мере, для ступени компрессора, содержащей неподвижное колесо: первое средство всасывания, предназначенное для всасывания воздуха, присутствующего во внутреннем тракте, и для направления этого воздуха, по меньшей мере, в одну неподвижную лопатку упомянутого неподвижного колеса; и средство отбора, предназначенное для отбора воздуха, по меньшей мере, в одной упомянутой неподвижной лопатке упомянутого неподвижного колеса и для направления этого воздуха наружу компрессора.
Согласно второму, третьему и четвертому вариантам выполнения конструкция компрессора дополнительно содержит второе средство всасывания, предназначенное для всасывания воздуха, по меньшей мере, в одной подвижной лопатке, по меньшей мере, одного подвижного колеса, смежного с упомянутым неподвижным колесом, и для его направления, по меньшей мере, в одну неподвижную лопатку упомянутого неподвижного колеса.
Согласно второму варианту выполнения конструкция компрессора дополнительно содержит третье средство всасывания, предназначенное для всасывания воздуха в наружном тракте и для его направления, по меньшей мере, в одну подвижную лопатку, по меньшей мере, одного упомянутого подвижного колеса.
Согласно третьему варианту выполнения конструкция компрессора дополнительно содержит четвертое средство всасывания, предназначенное для всасывания воздуха на спинке профиля, по меньшей мере, одной неподвижной лопатки упомянутого неподвижного колеса и для его направления, по меньшей мере, в одну упомянутую неподвижную лопатку упомянутого неподвижного колеса; и пятое средство всасывания, предназначенное для всасывания воздуха на спинке профиля, по меньшей мере, одной подвижной лопатки, по меньшей мере, одного упомянутого подвижного колеса и для его направления непосредственно, по меньшей мере, в одну упомянутую подвижную лопатку, по меньшей мере, одного упомянутого подвижного колеса.
Согласно четвертому варианту выполнения конструкция компрессора содержит третье средство всасывания, предназначенное для всасывания воздуха в наружном тракте и для его направления, по меньшей мере, в одну подвижную лопатку, по меньшей мере, одного упомянутого подвижного колеса; четвертое средство всасывания, предназначенное для всасывания воздуха на спинке профиля, по меньшей мере, одной неподвижной лопатки упомянутого неподвижного колеса и для его направления, по меньшей мере, в одну упомянутую неподвижную лопатку упомянутого неподвижного колеса; и пятое средство всасывания, предназначенное для всасывания воздуха на спинке профиля, по меньшей мере, одной подвижной лопатки, по меньшей мере, одного упомянутого подвижного колеса и для его направления непосредственно, по меньшей мере, в одну упомянутую подвижную лопатку, по меньшей мере, одного упомянутого подвижного колеса.
Согласно второму, третьему и четвертому вариантам выполнения конструкция компрессора содержит второе средство всасывания, предназначенное для всасывания воздуха, по меньшей мере, в одной подвижной лопатке подвижного колеса, находящегося перед упомянутым неподвижным колесом и смежного с ним, и для его направления, по меньшей мере, в одну неподвижную лопатку упомянутого неподвижного колеса. Воздух, циркулирующий между подвижным колесом и неподвижным колесом, проходит через внутреннюю камеру, ограниченную внутренним картером.
Согласно пятому варианту выполнения, являющемуся альтернативой четвертому варианту выполнения, конструкция компрессора содержит второе средство всасывания, предназначенное для всасывания воздуха, по меньшей мере, в одной подвижной лопатке подвижного колеса, находящегося за упомянутым неподвижным колесом и смежного с ним, и для его направления, по меньшей мере, в одну неподвижную лопатку упомянутого неподвижного колеса.
Согласно шестому варианту выполнения, являющемуся другой альтернативой четвертому варианту выполнения, конструкция компрессора содержит второе средство всасывания, предназначенное для всасывания воздуха, по меньшей мере, в одной подвижной лопатке каждого из двух подвижных колес, находящихся по обе стороны от упомянутого неподвижного колеса, и для его направления, по меньшей мере, в одну неподвижную лопатку упомянутого неподвижного колеса.
Согласно седьмому варианту выполнения, являющемуся еще одной альтернативой четвертому варианту выполнения, воздух, циркулирующий между подвижным колесом и неподвижным колесом, проходит через промежуточную камеру, ограниченную между внутренним картером и промежуточным кольцом.
Первое средство всасывания содержит внутреннюю полость упомянутой неподвижной лопатки, сообщающуюся с внутренним трактом через отверстие.
Второе средство всасывания содержит внутреннюю полость упомянутой подвижной лопатки, сообщающуюся через отверстие на передней стороне и на задней стороне упомянутого подвижного колеса с внутренней камерой, ограниченной внутренним картером, и, по меньшей мере, одно сквозное отверстие внутреннего картера, соединяющее упомянутую внутреннюю камеру с внутренним трактом, по меньшей мере, в одном месте, находящемся напротив неподвижной лопатки упомянутого неподвижного колеса.
Третье средство всасывания содержит полость упомянутой неподвижной лопатки, сообщающуюся с наружным трактом через отверстие.
Четвертое средство всасывания содержит внутреннюю полость упомянутой неподвижной лопатки и, по меньшей мере, одно сквозное боковое отверстие, соединяющее спинку профиля упомянутой неподвижной лопатки с ее внутренней полостью, и пятое средство всасывания содержит внутреннюю полость упомянутой подвижной лопатки и, по меньшей мере, одно сквозное боковое отверстие, соединяющее спинку профиля упомянутой подвижной лопатки с ее внутренней полостью.
Средство отбора содержит сквозное отверстие, соединяющее внутреннюю полость упомянутой неподвижной лопатки с наружным пространством газовоздушного тракта.
Согласно восьмому варианту выполнения конструкция компрессора содержит дополнительное средство всасывания, соединяющее промежуточную камеру с внутренней камерой. Дополнительное средство всасывания содержит, по меньшей мере, один всасывающий канал, проходящий через внутренний картер.
Третьим объектом настоящего изобретения является ступень компрессора турбины, содержащая конструкцию компрессора, являющуюся вторым объектом изобретения.
Четвертым объектом настоящего изобретения является компрессор турбины, содержащий конструкцию компрессора, являющуюся вторым объектом изобретения.
Пятым объектом настоящего изобретения является авиационный двигатель, оборудованный компрессором, содержащим конструкцию компрессора, являющуюся вторым объектом изобретения.
В соответствии с настоящим изобретением из числа предложенных конструкций специалист может выбрать конструкцию, которая позволяет включить в состав турбины компрессор, в котором используется одно или несколько средств всасывания.
Предложенные конструкции при помощи коротких контуров и при незначительной потере напора позволяют выполнять все средства всасывания, предназначенные для повышения компрессии, для устранения или существенного ограничения паразитных утечек в компрессоре, которым не придавалось значения в конструкциях из предшествующего уровня техники.
Благодаря изобретению можно отказаться от систем принудительного всасывания, таких как всасывающие насосы или трубки Вентури, или другие энергоемкие системы всасывания.
Краткое описание чертежей
Настоящее изобретение будет более очевидно из нижеследующего подробного описания вариантов его осуществления, представленных в качестве не ограничительных примеров, со ссылками на прилагаемые чертежи, в числе которых:
фиг.1 изображает схематичный частичный вид в разрезе известной конструкции компрессора турбины;
фиг.2 - схематичный частичный вид в разрезе первого варианта осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.3 - схематичный частичный вид в разрезе второго варианта осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.4 - схематичный частичный вид в разрезе третьего варианта осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.5 - схематичный частичный вид в разрезе четвертого варианта осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.6 - схематичный частичный вид в разрезе пятого варианта осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.7 - схематичный частичный вид в разрезе шестого варианта осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.8 - схематичный частичный вид в разрезе седьмого варианта осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением;
фиг.9 - схематичный частичный вид в разрезе восьмого варианта осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением.
Подробное описание вариантов осуществления изобретения
На фиг.1 частично и схематично показан классический компрессор в продольном разрезе по плоскости, проходящей через неподвижные лопатки и подвижные лопатки. Он содержит центральную втулку (на чертеже не показана) с осью 2, по существу кольцевой внутренний картер 4, выполненный вокруг втулки и ограничивающий внутреннюю камеру 6 компрессора, и по существу кольцевой наружный картер 8, выполненный вокруг внутреннего картера 4.
Внутренний картер 4 и наружный картер 8 ограничивают между собой газовоздушный тракт 10, через который проходит основной воздушный поток, обозначенный на фиг.1 стрелкой 12. Стрелка 12 определяет направление потока от входа (слева на фиг.1) к выходу (справа на фиг.1).
Компрессор содержит подвижные колеса 14, каждое из которых содержит диск 16 с осью 2, продолженный подвижными лопатками 18, равномерно распределенными по его окружности. Подвижные колеса 14 располагают в компрессоре таким образом, чтобы подвижные лопатки 18 находились в газовоздушном тракте 10. Кроме того, подвижные колеса 14 соединены между собой при помощи внутреннего картера 4 по существу на уровне их основания 19, при помощи которого они закреплены на соответствующем диске 16. Со стороны газовоздушного тракта 10 на участках, расположенных между подвижными лопатками 18 и напротив неподвижных лопаток 22, внутренний картер 4 содержит выступы 20, образующие лабиринты, предназначенные для минимизации паразитных утечек через функциональные зазоры между неподвижными и подвижными частями.
Между подвижными лопатками 18 находятся неподвижные лопатки 22, закрепленные на наружном картере 8 своим основанием 24. Неподвижные лопатки 22 равномерно распределены на участке наружного картера 8, образуя неподвижные колеса 26.
На своей вершине 32, то есть на конце, противоположном основанию 24, неподвижные лопатки 22 жестко соединены с кольцом 110, ограничивающим внутренний тракт неподвижных колес 26. Подвижные колеса 14 и неподвижные колеса 26 чередуются между собой. Поэтому каждое подвижное колесо 14 находится между двумя неподвижными колесами 26, и каждое неподвижное колесо 26 находится между двумя подвижными колесами 14. Ступени 28 компрессора образованы подвижным колесом 14 и неподвижным колесом 26, смежным с этим подвижным колесом 14.
Длину подвижных лопаток 18 выбирают такой, чтобы их вершины 30 находились вблизи, но не соприкасались с наружным картером 8. Следовательно, функциональные зазоры, выполненные между вершинами 30 подвижных лопаток 18 и наружным картером 8, являются довольно существенными. Аналогично, диаметр кольца 110 выбирают таким, чтобы оно находилось вблизи, но не соприкасалось с выступами 20, образующими лабиринты внутреннего картера 4. Следовательно, существенными являются и функциональные зазоры между вершинами 32 неподвижных лопаток 22 и выступами 20 внутреннего картера 4.
Несмотря на небольшие размеры функциональные зазоры образуют каналы 34, 36, по которым проходят паразитные воздушные потоки 38, 40. Таким образом, вторичный поток наружного пограничного слоя, обозначенный на фиг.1 стрелками 38, проходит в наружном тракте 34, ограниченном между наружным картером 8 и вершинами 30 подвижных лопаток 18. Точно так же вторичный поток внутреннего пограничного слоя, обозначенный на фиг.1 стрелками 40, проходит во внутреннем тракте 36, ограниченном между внутренним картером 4 и вершинами 32 неподвижных лопаток 22.
На фиг.2-9 показаны частные варианты осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением. Во всех вариантах присутствует компрессор, показанный на фиг.1, поэтому одинаковые элементы обозначены одинаковыми цифровыми позициями, а некоторые цифровые позиции опускаются для упрощения чертежей.
На фиг.2 показан первый вариант осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением в продольном разрезе по плоскости, проходящей через неподвижные лопатки и подвижные лопатки.
На фиг.2 схематично показаны две ступени 28 компрессора, каждая из которых состоит из неподвижного колеса 26 и подвижного колеса 14, при этом неподвижное колесо 26 находится перед подвижным колесом 14.
Каждое из неподвижных колес 26 содержит внутреннюю полость 42. Внутренняя полость 42 сообщается с внутренним трактом 36 у вершины 32 неподвижной лопатки 22 через отверстие 44, выполненное по существу напротив выступов 20, образующих лабиринты на внутреннем картере 4 со стороны газовоздушного тракта 10. Каждая внутренняя полость 42 выходит в основание 24 неподвижной лопатки 22 через отверстие 46, сообщающееся со сквозным отверстием 48 наружного картера 8. Каждое сквозное отверстие 48, в свою очередь, выходит наружу наружного картера 8 в коллектор 50.
С учетом такой конструкции ступени компрессора воздух, поступающий от внутреннего пограничного слоя 36, всасывается в полости 42 через отверстия 44, как показано стрелками 52.
После этого воздух, всасываемый в полости 42, направляется внутри неподвижных лопаток 22 до их основания 24 и проходит последовательно через их отверстие 46 и соответствующее сквозное отверстие 48 наружного картера 8, с которым сообщается это отверстие 46. После этого, как показано стрелками 54, воздух накапливается в коллекторах 50, рабочее давление в которых ниже давления в отверстиях 44, 46 отбора воздуха, так как коллектор соединен с соответствующей камерой турбины.
На фиг.3 показан второй вариант осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением в продольном разрезе по плоскости, проходящей через неподвижные лопатки и подвижные лопатки.
На фиг.3 схематично показаны две ступени 28 компрессора, каждая из которых состоит из неподвижного колеса 26 и подвижного колеса 14, при этом неподвижное колесо 26 находится перед подвижным колесом 14.
Каждая из неподвижных лопаток 22 содержит внутреннюю полость 42. Внутренняя полость 42 сообщается с внутренним трактом 36 у вершины 32 неподвижной лопатки 22 через отверстие 44, выполненное по существу напротив выступов 20, образующих лабиринты на внутреннем картере 4 со стороны газовоздушного тракта 10. Каждая внутренняя полость 42 выходит в основание 24 неподвижной лопатки 22 через отверстие 46, сообщающееся со сквозным отверстием 48 наружного картера 8. Каждое сквозное отверстие 48, в свою очередь, выходит наружу наружного картера 8 в коллектор 50.
Кроме того, каждая из подвижных лопаток 18 содержит внутреннюю полость 60. Внутренняя полость 60 сообщается с наружным трактом 34 в вершине 30 подвижной лопатки 18 через отверстие 62, находящееся напротив наружного картера 8. Внутренняя полость 60 выходит в основание 19 подвижной лопатки 18 через отверстие 64, которое сообщается с внутренней камерой 6 с передней стороны подвижного колеса 14.
Каждая ступень компрессора содержит внутреннюю камеру 6. Таким образом, внутренние камеры 6 находятся под разным давлением и не должны сообщаться друг с другом. Для этого предусмотрена система герметизации 160, взаимодействующая с каждым из дисков 16.
Кроме того, внутренний картер 4 содержит сквозные отверстия 66, соединяющие внутренние камеры 6 с внутренним трактом 36 на уровне лабиринтов, находящихся напротив неподвижных колес 26 перед подвижными колесами 14. В представленном примере сквозные отверстия 66 выполнены в виде радиально направленных отверстий.
Из такой конструкции ступени компрессора следует, что воздух от наружного пограничного слоя 34 всасывается во внутренние полости 60 подвижных лопаток 18 через отверстие 62, как показано стрелкой 68.
Затем этот воздух всасывается (стрелка 68) внутри каждой подвижной лопатки 18 до основания 19, проходит через отверстие 64 подвижной лопатки 18 и попадает во внутреннюю камеру 6 перед подвижным колесом 14.
После этого воздух всасывается через сквозные отверстия 66 внутреннего картера 4 и попадает в полости 42 неподвижных лопаток 22 неподвижного колеса 26, находящегося перед подвижным колесом 14, через отверстия 44, как показано стрелкой 70.
Одновременно воздух от внутреннего пограничного слоя 36 всасывается в полости 42 через отверстия 44, как показано стрелками 52.
Затем воздух, всасываемый в полости 42 (стрелки 52 и стрелка 70), проходит внутри неподвижных лопаток 22 до их основания 24 и последовательно через их отверстие 46 и отверстие 48 наружного картера 8, с которым сообщается это отверстие 46. После этого воздух собирается, как показано стрелками 54, в коллекторах 50, рабочее давление в которых ниже давления в отверстиях 44, 46, 62, 64 отбора воздуха, так как этот коллектор 50 соединен с соответствующей камерой турбины.
На фиг.4 показан третий вариант осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением в продольном разрезе по плоскости, проходящей через неподвижные лопатки и подвижные лопатки.
На фиг.4 схематично показаны две ступени 28 компрессора, каждая из которых состоит из неподвижного колеса 26 и подвижного колеса 14, при этом неподвижное колесо 26 находится перед подвижным колесом 14.
Каждая из неподвижных лопаток 22 содержит внутреннюю полость 42. Внутренняя полость 42 сообщается с внутренним трактом 36 у вершины 32 неподвижной лопатки 22 через отверстие 44, выполненное по существу напротив выступов 20, образующих лабиринты на внутреннем картере 4 со стороны газовоздушного тракта 10. Каждая внутренняя полость 42 выходит в основание 24 неподвижной лопатки 22 через отверстие 46, сообщающееся со сквозным отверстием 48 наружного картера 8. Каждое сквозное отверстие 48, в свою очередь, выходит наружу наружного картера 8 в коллектор 50.
Кроме того, неподвижные лопатки 22 дополнительно содержат, по меньшей мере, одно сквозное боковое отверстие 56, выполненное на спинке профиля и соединяющее переднюю сторону неподвижной лопатки 22 с ее внутренней полостью 42.
Кроме того, каждая из подвижных лопаток 18 содержит внутреннюю полость 60. Внутренняя полость 60 не сообщается с наружным трактом 34 на вершине 30 подвижной лопатки 18. Внутренняя полость 60 выходит в основание 19 подвижной лопатки 18 через отверстие 64, которое сообщается с внутренней камерой 6 с передней стороны подвижного колеса 14.
Предусмотрена система герметизации 160, взаимодействующая с каждым из дисков 16.
Подвижные лопатки 18 дополнительно содержат, по меньшей мере, одно сквозное боковое отверстие 72, выполненное на спинке профиля, соединяющее переднюю сторону подвижной лопатки 18 с внутренней полостью 60.
Необходимо отметить, что на фиг.4, а также на других чертежах сквозные отверстия 56 и соответственно сквозные отверстия 72 и их положение показаны чисто схематично.
Кроме того, внутренний картер 4 содержит сквозные отверстия 66, соединяющие внутренние камеры 6 с внутренним трактом 36 на уровне лабиринтов, находящихся напротив неподвижных колес 26 перед подвижными колесами 14.
Из такой конструкции ступени компрессора следует, что воздух от пограничного слоя спинки каждой подвижной лопатки 18 всасывается во внутреннюю полость 60 через сквозное(ые) отверстие(я) 72, как показано стрелками 74.
Затем этот всасываемый воздух проходит внутри каждой подвижной лопатки 18 до ее основания 19, направляется через отверстие 64 подвижной лопатки 18 и попадает во внутреннюю камеру 6 перед подвижным колесом 14.
После этого воздух всасывается через сквозные отверстия внутреннего картера 4 и всасывается в полости 42 неподвижных лопаток 22 неподвижного колеса 26, находящегося перед подвижным колесом 14, через отверстия 44, как показано стрелкой 70.
Одновременно воздух от внутреннего пограничного слоя 36 всасывается в полости 42 через отверстия 44, как показано стрелками 52.
Одновременно воздух от пограничного слоя спинки каждой неподвижной лопатки 22 всасывается в ее внутреннюю полость 42 через сквозное(ые) отверстие(я) 56, как показано стрелками 58.
Затем воздух, всасываемый в полости 42 (стрелки 52, стрелка 70 и стрелки 58), проходит внутри неподвижных лопаток 22 до их основания 24 и последовательно через их отверстие 46 и отверстие 48 наружного картера 8, с которым сообщается это отверстие 46. После этого воздух собирается, как показано стрелками 54, в коллекторах 50, рабочее давление в которых ниже давления в отверстиях 44, 46, 56, 64, 72 отбора воздуха, так как этот коллектор 50 соединен с соответствующей камерой турбины.
На фиг.5 показан четвертый вариант осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением в продольном разрезе по плоскости, проходящей через неподвижные лопатки и подвижные лопатки.
На фиг.5 схематично показаны две ступени 28 компрессора, каждая из которых состоит из неподвижного колеса 26 и подвижного колеса 14, при этом неподвижное колесо 26 находится перед подвижным колесом 14.
Каждая из неподвижных лопаток 22 содержит внутреннюю полость 42. Внутренняя полость 42 сообщается с внутренним трактом 36 у вершины 32 неподвижной лопатки 22 через отверстие 44, выполненное по существу напротив выступов 20, образующих лабиринты на внутреннем картере 4 со стороны газовоздушного тракта 10. Каждая внутренняя полость 42 выходит в основание 24 неподвижной лопатки 22 через отверстие 46, сообщающееся со сквозным отверстием 48 наружного картера 8. Каждое сквозное отверстие 48, в свою очередь, выходит наружу наружного картера 8 в коллектор 50.
Кроме того, неподвижные лопатки 22 содержат, по меньшей мере, одно сквозное боковое отверстие 56, выполненное на спинке профиля и соединяющее переднюю сторону неподвижной лопатки 22 с внутренней полостью 42.
Кроме того, каждая из подвижных лопаток 18 содержит внутреннюю полость 60. Внутренняя полость 60 сообщается с наружным трактом 34 на вершине 30 подвижной лопатки 18 через отверстие 62, находящееся напротив наружного картера 8. Внутренняя полость 60 выходит в основание 19 подвижной лопатки 18 через отверстие 64, которое сообщается с внутренней камерой 6 с передней стороны подвижного колеса 14.
Предусмотрена система герметизации 160, взаимодействующая с каждым из дисков 16.
Подвижные лопатки 18 дополнительно содержат, по меньшей мере, одно сквозное боковое отверстие 72, выполненное на спинке профиля, соединяющее переднюю сторону подвижной лопатки 18 с внутренней полостью 60.
Кроме того, внутренний картер 4 содержит сквозные отверстия 66, соединяющие внутренние камеры 6 с внутренним трактом 36 на уровне лабиринтов, находящихся напротив неподвижных колес 26 перед подвижными колесами 14.
Из такой конструкции ступени компрессора следует, что воздух от пограничного слоя спинки каждой подвижной лопатки 18 всасывается во внутреннюю полость 60 через сквозное(ые) отверстие(я) 72, как показано стрелками 74.
Одновременно воздух от наружного пограничного слоя 34 всасывается во внутренние полости 60 подвижных лопаток 18 через отверстия 62, как показано стрелкой 68.
Затем всасываемый воздух (стрелки 74 и стрелка 68) проходит внутри каждой подвижной лопатки 18 до ее основания 19 и попадает через отверстие 64 подвижной лопатки 18 во внутреннюю камеру 6 впереди подвижного колеса 14.
Затем воздух всасывается через сквозные отверстия 66 внутреннего картера 4 и попадает в полости 42 неподвижных лопаток 22 неподвижного колеса 26, находящегося перед подвижным колесом 14, через отверстия 44, как показано стрелкой 70.
Одновременно воздух от внутреннего пограничного слоя 36 всасывается в полости 42 через отверстия 44, как показано стрелками 52.
Одновременно воздух от пограничного слоя спинки каждой неподвижной лопатки 22 всасывается в ее внутреннюю полость 42 через сквозное(ые) отверстие(я) 56, как показано стрелками 58.
Затем воздух, всасываемый в полости 42 (стрелки 52, стрелка 70 и стрелки 58), проходит внутри неподвижных лопаток 22 до их основания 24 и последовательно через их отверстие 46 и отверстие 48 наружного картера 8, с которым сообщается это отверстие 46. После этого воздух собирается, как показано стрелками 54, в коллекторах 50, рабочее давление в которых ниже давления в отверстиях 44, 46, 56, 62, 64, 72 отбора воздуха, так как этот коллектор 50 соединен с соответствующей камерой турбины.
На фиг.6 показан пятый вариант осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением в продольном разрезе по плоскости, проходящей через неподвижные лопатки и подвижные лопатки.
На фиг.6 схематично показаны две ступени 28 компрессора, каждая из которых состоит из неподвижного колеса 26 и подвижного колеса 14, при этом неподвижное колесо 26 находится перед подвижным колесом 14.
Этот пятый вариант выполнения является альтернативой четвертому варианту выполнения. Он отличается тем, что внутренняя полость 60 подвижных лопаток 18 выходит в основание 19 подвижной лопатки 18 через отверстие 64, сообщающееся с внутренней камерой 6 с задней стороны подвижного колеса 14, а не с его передней стороны.
На фиг.7 показан шестой вариант осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением, представленной в продольном разрезе по плоскости, проходящей через неподвижные лопатки и подвижные лопатки.
На фиг.7 схематично показаны две ступени 28, 28″ компрессора, каждая из которых состоит из неподвижного колеса 26, 26″ и подвижного колеса 14, 14″, при этом неподвижное колесо 26, 26″ находится перед подвижным колесом 14, 14″.
Этот шестой вариант выполнения является еще одной альтернативой четвертому варианту выполнения. Согласно шестому варианту выполнения внутренние полости 60, 60″ подвижных лопаток 18, 18″ выходят в основание 19, 19″ соответствующей подвижной лопатки 18, 18″ через отверстие 64, 64″, сообщающееся с внутренней камерой 6. Согласно этому варианту выполнения отверстие 64 передней подвижной лопатки 18 выходит с задней стороны переднего подвижного колеса 14, тогда как отверстие 64″ задней подвижной лопатки 18″ выходит с передней стороны заднего подвижного колеса 14″.
Из такой конструкции следует, что воздух от отверстия 64″ заднего подвижного колеса 14″ всасывается через сквозные отверстия 66″ внутреннего картера 4, находящиеся напротив лабиринтов, выполненных на уровне заднего неподвижного колеса 26″, как показано стрелкой 70″, аналогично описанным выше вариантам выполнения. Из этой конструкции также следует, что воздух от отверстия 64 переднего подвижного колеса 14 всасывается через те же сквозные отверстия 66″, выполненные на уровне заднего неподвижного колеса 26″, как показано стрелкой 70. Таким образом, воздух, одновременно поступающий от задних подвижных лопаток 18″ и передних подвижных лопаток 18, всасывается через задние сквозные отверстия 66″ в полости 42″ неподвижных лопаток 22″ заднего неподвижного колеса 26″.
На фиг.8 схематично показан седьмой вариант осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением в продольном разрезе по плоскости, проходящей через неподвижные лопатки и подвижные лопатки.
Этот седьмой вариант выполнения является еще одной альтернативой четвертому варианту выполнения. Он может комбинироваться с описанными выше пятым или с шестым вариантами выполнения. Ниже будут приведены отличия седьмого варианта выполнения от предыдущих вариантов выполнения.
На фиг.8 схематично показаны две ступени 28 компрессора, каждая из которых состоит из неподвижного колеса 26 и подвижного колеса 14, при этом неподвижное колесо 26 находится перед подвижным колесом 14.
Этот седьмой вариант выполнения специально предусмотрен для компрессоров, подвижные колеса 14 которых содержат моноблочные лопаточные диски 168, в которых диск 16 и подвижная лопатка 18 выполнены в виде единой детали.
Моноблочные лопаточные диски 168 соединены между собой по существу под основанием 19 подвижных лопаток 18 при помощи колец 80, соединенных между собой центральным плоским сварочным швом 82. Эти сваренные между собой кольца 80 образуют, таким образом, внутренний картер 4, который вместе с каждой парой двух моноблочных лопаточных дисков 168 представляет собой ротор компрессора.
Промежуточное кольцо 84, расположенное между внутренним картером 4 и наружным картером 8, выполнено по обе стороны от моноблочного диска 168 и ограничивает вместе с внутренним картером 4 промежуточную камеру 86. Газовоздушный тракт 10 сформирован согласно этому седьмому варианту выполнения между наружным картером 8 и основанием неподвижных лопаток 22 и подвижных лопаток 18. Выступы 20, образующие лабиринты, выполнены на промежуточном кольце 84 со стороны газовоздушного тракта 10 на участках, расположенных напротив неподвижных лопаток 22. На уровне этих лабиринтов промежуточный картер 84 содержит сквозное отверстие 67, выполненное в представленном примере в виде непрерывной радиально направленной щели 67. Это сквозное отверстие 67 выполняет функцию, аналогичную сквозным отверстиям 66 внутреннего картера 4 описанных выше вариантов выполнения.
Из этой конструкции следует, что воздух от отверстия 64 подвижной лопатки 18 поступает в промежуточную камеру 86 перед подвижным колесом 14. Затем этот воздух всасывается через сквозное отверстие 67 промежуточного картера 84 и поступает в полости 42 неподвижной лопатки 22, как показано стрелкой 70.
Согласно этому варианту выполнения промежуточные камеры 86 конструктивно выполнены независимыми по давлению от одной ступени компрессора к другой. Следовательно, нет необходимости предусматривать систему герметизации 160, присутствующую в предыдущих вариантах выполнения.
На фиг.9 показан восьмой вариант осуществления способа циркуляции воздуха и выполнения конструкции компрессора в соответствии с настоящим изобретением, изображенной в продольном разрезе по плоскости, проходящей через неподвижные лопатки и подвижные лопатки.
Этот восьмой вариант является возможной версией седьмого варианта выполнения. Его можно комбинировать с описанными выше пятым и шестым вариантами выполнения.
На фиг.9 схематично показаны две ступени 28, 28′ компрессора, каждая из которых состоит из неподвижного колеса 26, 26′ и подвижного колеса 14, 14′, при этом неподвижное колесо 26, 26′ находится перед подвижным колесом 14, 14′.
Этот восьмой вариант выполнения специально предусмотрен для компрессоров, подвижные колеса 14, 14′ которых содержат моноблочные лопаточные диски 168, 168′, в которых диск 16, 16′ и подвижная лопатка 18, 18′ выполнены в виде единой детали.
Моноблочные лопаточные диски 168, 168′ соединены между собой по существу под основанием 19, 19′ подвижных лопаток 18, 18′ при помощи колец 80, 80′.
Аналогично седьмому варианту выполнения промежуточное кольцо 84, выполненное между внутренним картером 4 и наружным картером 8, соединяет между собой подвижные лопатки 18, 18′ по существу на уровне их основания 19, 19′ и формирует вместе с основаниями 19, 19′ подвижных лопаток 18, 18′ и с внутренним картером 4 промежуточную камеру 86. Газовоздушный тракт 10 сформирован между наружным картером 8 и промежуточным кольцом 84. Выступы 20, 20′, образующие лабиринты, выполнены на промежуточном кольце 84 со стороны газовоздушного тракта 10 на участках, находящихся напротив неподвижных лопаток 22, 22′. На уровне этих лабиринтов промежуточное кольцо 84 содержит непрерывные сквозные отверстия 67, 67′, выполненные по существу напротив каждой неподвижной лопатки 22, 22′.
В ступени 28 компрессора, показанной на фиг.9 слева, кольца 80 соединены между собой плоским сварочным швом 82 аналогично описанному выше седьмому варианту выполнения.
В ступени 28′ компрессора, показанной на фиг.9 справа, кольца 80′, находящиеся между моноблочными лопаточными дисками 168, 168′, соединены между собой соединительными фланцами 88′.
Все кольца 80 и соответственно 88′, расположенные между моноблочными лопаточными дисками 168, 168′, образуют внутренний картер 4.
Соединительные фланцы 88′ крепятся друг к другу при помощи крепежных средств 89′, например винтами, и ограничивают между собой радиальный всасывающий канал 83′. Всасывающий канал 83′ по существу находится напротив сквозного отверстия 67′. Он соединяет промежуточную камеру 86 с внутренней камерой 6 между моноблочными лопаточными дисками 168, 168′.
Обе ступени 28, 28′ компрессора работают по-разному в силу своих разных конструкций.
В ступени 28 компрессора, показанной на фиг.9 слева, аналогично седьмому варианту выполнения воздух от пограничного слоя подвижной лопатки 18 всасывается во внутреннюю полость 60 через сквозное(ые) отверстие(я) 72, как показано стрелками 74.
Одновременно воздух от наружного пограничного слоя 34 всасывается во внутренние полости 60 подвижных лопаток 18 через отверстия 62, как показано стрелкой 68.
Затем этот всасываемый воздух (стрелки 58 и 68) проходит внутри подвижной лопатки 18 до основания 19, проходит через отверстие 64 подвижной лопатки 18 и поступает в промежуточную камеру 86 перед моноблочным лопаточным диском 168.
После этого воздух всасывается через сквозное отверстие 67 промежуточного кольца 84 и поступает в полости 42 неподвижных лопаток 22 неподвижного колеса 26, находящегося непосредственно перед моноблочным лопаточным диском 168, через отверстия 44, как показано стрелкой 70.
Одновременно воздух от внутреннего пограничного слоя 36 всасывается в полости 42 через отверстия 44, как показано стрелками 52.
Одновременно воздух от пограничного слоя спинки каждой неподвижной лопатки 22 всасывается в ее внутреннюю полость 42 через сквозное(ые) отверстие(я) 56, как показано стрелками 58.
Затем воздух, всасываемый в полости 42 (стрелки 52, стрелка 70 и стрелки 58) проходит внутри неподвижных лопаток 22 до их основания 24 и направляется последовательно через их отверстие 46 и отверстие 48 наружного картера 8, с которым сообщается это отверстие 46. После этого воздух собирается, как показано стрелками 54, в коллекторе 50, рабочее давление которого ниже давления в отверстиях 44, 46, 56, 64, 72 отбора воздуха, так как коллектор 50 соединен с соответствующей камерой турбины.
В ступени 28′ компрессора, показанной на фиг.9 справа, воздух от пограничного слоя подвижной лопатки 18′ всасывается в ее внутреннюю полость 60′ через сквозное(ые) отверстие(я) 12′, как показано стрелками 74′.
Одновременно воздух из наружного пограничного слоя 34 всасывается во внутренние полости 60′ подвижных лопаток 18′ через отверстия 62′, как показано стрелкой 68′. Затем этот всасываемый воздух (стрелки 74′ и 68′) проходит внутри подвижной лопатки 18′ до ее основания 19′ и направляется через отверстие 64′ подвижной лопатки 18′, как показано стрелкой 90′, и попадает в промежуточную камеру 86 перед моноблочным лопаточным диском 168′.
Одновременно воздух от внутреннего пограничного слоя 36 всасывается через сквозное отверстие 67′ промежуточного кольца 84, как показано стрелкой 96′, и поступает в промежуточную камеру 86.
Одновременно воздух от пограничного слоя спинки каждой неподвижной лопатки 22 всасывается в ее внутреннюю полость 42 через сквозное(ые) отверстие(я) 56, как показано стрелками 58′. Затем воздух, всасываемый в полости 42′ (стрелки 58′), проходит внутри неподвижных лопаток 22′ до их вершины 32′. После этого воздух всасывается через сквозное отверстие 67′ промежуточного кольца 84, как показано стрелкой 98′, и поступает в промежуточную камеру 86.
Затем воздух одновременно от подвижных лопаток 18′, внутреннего пограничного слоя 36 и неподвижных лопаток 22′ всасывается, как показано стрелкой 92′, через каналы 83′, выполненные между соединительными фланцами 88′ колец 80′, и попадает во внутреннюю камеру 6, откуда он может направляться в различные части турбины, как показано стрелкой 94′.
В этой конструкции двух ступеней 28, 28′ компрессора согласно восьмому варианту выполнения воздух, всасываемый на уровне ступени 28 компрессора, показанной на фиг.9 слева, удаляется наружу компрессора, а воздух, всасываемый на уровне ступени 28′ компрессора, показанной на фиг.9 справа, направляется внутрь компрессора.
Восьмой вариант выполнения описан для случая, когда воздух, всасываемый в промежуточную камеру 86, поступает одновременно от:
- внутреннего пограничного слоя (стрелки 96′);
- наружного пограничного слоя (стрелки 68′) через полости 60′ подвижных лопаток 18′ (стрелки 90′);
- пограничного слоя спинки подвижных лопаток (стрелки 74′) через полости 60′ подвижных лопаток (стрелки 90′);
- пограничного слоя неподвижных лопаток (стрелки 58′) через полости 42′ неподвижных лопаток (стрелки 98′).
Первая альтернатива (отдельно не показана) этого восьмого варианта выполнения касается случая, когда неподвижные лопатки 22′ не содержат сквозных отверстий 56′, а подвижные лопатки 18′ не содержат сквозных отверстий 72′. Воздух, всасываемый в промежуточную камеру 86, поступает в этом случае только от внутреннего пограничного слоя (стрелки 96′) и от наружного пограничного слоя (стрелки 68′).
Вторая альтернатива (отдельно не показана) этого восьмого варианта выполнения касается случая, когда подвижные лопатки 18′ не содержат отверстия 62′ в своей вершине. Воздух, всасываемый в промежуточную камеру 86, поступает в этом случае только от внутреннего пограничного слоя (стрелки 96′), от пограничного слоя спинки подвижных лопаток (стрелки 74′) и от пограничного слоя спинки неподвижных лопаток (стрелки 98′).
Третья альтернатива (отдельно не показана) этого восьмого варианта выполнения касается случая, когда неподвижные лопатки 22′ не содержат сквозных отверстий 56′, а подвижные лопатки 18′ не содержат сквозных отверстий 72′ и отверстия 62′ в своей вершине. Воздух, всасываемый в промежуточную камеру 86, поступает в этом случае только от внутреннего пограничного слоя (стрелки 96′).
В описанных выше вариантах выполнения от третьего до восьмого сквозные отверстия 56 и/или 72 могут быть выполнены в виде отверстий или щелей, или пористой стенки, или в виде любого известного специалистам средства для всасывания пограничного слоя, образующегося вокруг лопаток. Их число определяют в зависимости от размеров газовоздушного тракта 10 и от размеров неподвижных лопаток 22 и/или подвижных лопаток 18.
Во всех описанных выше вариантах выполнения размеры внутренней полости 42 неподвижной лопатки 22 и соответственно внутренней полости 60 подвижной лопатки 18 увеличивают, когда в эту неподвижную лопатку 22 и соответственно в подвижную лопатку 18 воздух всасывается через сквозное(ые) отверстие(я) 56 соответственно через сквозное(ые) отверстие(я) 72 дополнительно к воздуху, поступающему от внутреннего пограничного слоя 36 и соответственно от наружного пограничного слоя 38. В варианте полости 42 неподвижных лопаток 22 могут быть многосекционными, и/или полости 60 подвижных лопаток 18 могут быть многосекционными, что позволяет адаптировать конструкцию компрессора для различных возможных уровней давления.
Кроме того, во внутренней полости 42 неподвижной лопатки 22 и соответственно во внутренней полости 60 подвижной лопатки 18 разные всасываемые воздушные потоки могут смешиваться или проходить через упомянутую полость 42, 60 по отдельным каналам.
Во всех описанных выше вариантах выполнения, а также в их различных версиях воздух, находящийся в коллекторах 50, может впоследствии направляться в другую часть турбины, уровень давления в которой позволяет его использовать, например, в контур охлаждения турбины низкого давления или в систему питания находящихся под давлением камер, или в направлении воздухозаборников, или использоваться по другому назначению.
Настоящее изобретение не ограничивается описанными вариантами выполнения и их версиями и может применяться в их комбинациях. Кроме того, компрессор может содержать одну или несколько ступеней, содержащих конструкцию в соответствии с настоящим изобретением.