НАПРАВЛЯЮЩИЙ АППАРАТ ОСЕВОГО КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к компрессоростроению, конструированию газотурбинных двигателей, преимущественно конструированию узла статора осевого компрессора, в частности к конструкции направляющего аппарата осевого компрессора.
Известен направляющий аппарат осевого компрессора [Патент RU 2623631 C1, приор. 11.08.2016, опубл. 28.06.2017, F04D 29/44 (2006.01)], содержащий внешнее и бандажное кольцо, имеющие продольный разъем. Лопатки установлены во внешнее и бандажное кольцо без радиальных зазоров. Изобретение позволяет минимизировать перетечки воздуха через радиальный зазор между подвижными и неподвижными элементами за счет наличия дополнительного конструктивного элемента - внутреннего кольца - с запатентованным методом его крепления.
Недостатком известной конструкции является образование углового отрыва в месте стыка поверхности разряжения направляющей лопатки и поверхности бандажного кольца в виду отсутствия зазора между этими двумя элементами. Данное газодинамическое явление приводит к повышению неравномерности потока в окружном направлении, повышению динамического воздействия на рабочие лопатки и сужению площади ядра основного потока.
Техническая проблема, на решение которой направлена полезная модель, - образование углового отрыва в месте стыка поверхности разрежения направляющей лопатки и поверхности бандажного кольца, который приводит к сужению площади ядра потока.
Технический результат, достигаемый при реализации полезной модели, - повышение коэффициента полезного действия на переменных режимах и расширение диапазона устойчивой работы путем устранения углового отрыва потока в направляющем аппарате вблизи бандажного кольца при конструкции с его использованием.
Заявляемый направляющий аппарат осевого компрессора содержит направляющие лопатки, закрепленные между бандажным кольцом и внешним кольцом. Для достижения заявленного результата направляющие лопатки выполнены с радиальным зазором у бандажного кольца, который выполняют от входной кромки до первого места крепления бандажного кольца. Такая локализация позволяет создать перетечку воздуха, которая размывает угловой отрыв у корневого меридионального обвода и, таким образом, достигается повышение КПД на переменных режимах, расширение диапазона устойчивой работы.
Наибольшая эффективность достигается в случае, когда первое место крепления смещено до 1/2 хорды корневого профиля направляющей лопатки или до 1/3 хорды профиля для максимального результата.
Полезная модель позволяет снизить интенсивность отрыва потока в углу, образованном между стороной разряжения лопатки и поверхностью бандажа, за счет кинетической энергии струи газа, вытекающей из указанного зазора. Снижение области углового отрыва потока позволяет повысить эффективность процесса сжатия воздуха в компрессорной ступени, а также, позволяет снизить загромождение межлопаточных каналов данными вихревыми структурами и тем самым повысить газодинамическую устойчивость направляющего аппарата на режимах с повышенными углами атаки.
Сущность полезной модели поясняется фигурой, на которой изображен направляющий аппарат осевого компрессора.
Направляющий аппарат осевого компрессора содержит направляющие лопатки 1, закрепленные между бандажным кольцом 4 и внешним кольцом 3. Фиксация направляющих лопаток 1 в бандажном кольце 4 выполняется, например, с помощью клепки. При этом направляющие лопатки 1 выполнены с радиальным зазором 2 у бандажного кольца 1, предпочтительно от входной кромки до первого места крепления бандажного кольца 4.
Радиальный зазор 2 может быть расположен в корне со стороны входной кромки 5 направляющих лопаток 1.
При работе компрессора неблагоприятный градиент давления, являющийся причиной отрыва потока, в первую очередь достигается в углу между поверхностью разряжения направляющей лопатки 1 и бандажным кольцом 4. В связи с этим в этой области происходит зарождение области отрыва потока, которая возрастает по мере увеличения угла атаки на входе в направляющие лопатки 1. Таким образом, на переменных режимах рост области отрыва потока может привести к сильному пульсационному воздействию на рабочие лопатки следующей ступени, а также к потере газодинамической устойчивости.
Механизм работы предлагаемого решения заключается в передаче кинетической энергии от перетекающего через зазор 2 воздуха к воздуху в пограничном слое у бандажного кольца 4 направляющих лопаток 1. Это приводит к размыванию углового отрыва, что является положительным эффектом. Но также имеются и отрицательные стороны в виде повышения потерь и уменьшения расхода воздуха на номинальном режиме.
Для более эффективного применения данной полезной модели при обеспечении конструктивных требований радиальный зазор 2 под направляющими лопатками 1 необходимо размещать со стороны входной кромки 5 до первого места крепления 6 бандажного кольца 4.
Осевая длина зазора 2 может составлять меньше 1/2 от хорды корневого профиля направляющей лопатки 1, то есть первое место крепления смещено до 1/2 хорды корневого профиля направляющей лопатки. Дальнейшее увеличение длины зазора 2 приводит к увеличению потерь и уменьшению положительного эффекта. При данной осевой длине радиального зазора 2 достигается уменьшение зоны углового отрыва потока на выходе из межлопаточного канала направляющих лопаток 1 на 31%. Наибольший положительный эффект достигается при осевой длине радиального зазора 2 равной 1/3 хорды профиля и заключается в уменьшении площади загромождения межлопаточного канала на 54% по сравнению со ступенью без радиального зазора 2 в направляющих лопатках 1.
Таким образом, цель достигается за счет размещения радиального зазора 2 под входной частью направляющих лопаток 1. Радиальный зазор 2 расположен только на входной части направляющих лопаток 1. Воздух перетекает через радиальный зазор 2 со стороны давления на сторону разряжения и размывает образующийся угловой отрыв у бандажного кольца 4.