ДИФФУЗОР ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к области компрессоростроения, а именно к устройствам радиальных лопаточных диффузоров центробежных компрессоров.
Известен радиальный лопаточный диффузор с антипомпажным устройством, [патент RU 2273771, опубл. 10.04.2006], которое выполнено в виде кольцевой полости в корпусе компрессора, которая сообщена с проточной частью отверстиями, при этом одни отверстия расположены ниже по потоку, а другие - выше по потоку. Кольцевая полость и отверстия выполнены в зоне выходной части рабочего колеса, причем отверстия расположены по окружности и непосредственно сообщены с межлопаточными каналами рабочего колеса. Изобретение направлено на обеспечение газодинамической устойчивости. Недостатком конструкции является технологическая и производственная сложность.
Известен радиальный диффузор, являющийся прототипом полезной модели [Вспомогательный газотурбинный двигатель АИ-450-МС. Руководство по технической эксплуатации двигателя 0020000000РЭ. Раздел: Турбина компрессора газогенератора]. Диффузор выполнен сварным и содержит стенку заднюю с выполненными совместно с нею диффузорными лопатками, и стенку переднюю с передним фланцем, составляющими корпус диффузора. На стенке передней выполнены пазы под шипы диффузорных лопаток стенки задней. К верхнему фланцу стенки задней винтами крепится спрямляющий аппарат, представляющий собой лопатки, выполненные совместно с внутренним кольцом.
Недостатком прототипа является нестабильность геометрии диффузора, в том числе из-за его сварной конструкции и наличия фланцевого стыка между диффузором и спрямляющим аппаратом диффузора, что влияет на газодинамическую устойчивость компрессора.
Задачей полезной модели является повышение запаса газодинамической устойчивости компрессора за счет стабилизации зоны входной кромки диффузорных лопаток, исключения перетекания воздуха на входе в спрямляющий аппарат и стабилизации зазоров по торцам лопаток спрямляющего аппарата.
Задача решается тем, что в диффузоре центробежного компрессора содержащего стенку переднюю корпуса диффузора и стенку заднюю, соединенные таким образом, что между ними образован канал, имеющий радиальную часть и осевую часть, в радиальной части канала стенка задняя имеет выполненные совместно с нею диффузорные лопатки, а осевая часть канала содержит лопатки спрямляющего аппарата, соединенные с верхним фланцем стенки задней, согласно полезной модели:
- в зоне входной кромки диффузорных торцевых лопаток стенка задняя диффузора выполнена с утолщением, чем увеличена ее жесткость в зоне входной кромки лопатки диффузора для стабилизации вибрационного состояния;
- для стабилизации входной кромки диффузорных лопаток на их входных кромках выполнена удлиненная несимметричная фаска;
- осевая часть стенки задней диффузора (верхний фланец стенки задней) и часть с лопатками спрямляющего аппарата (далее по тексту - лопатки СА) выполнены единой деталью, чем исключен стык между диффузором и спрямляющим аппаратом, а в зоне входной кромки лопаток СА фланец стенки задней выполнен с утолщением и ребрами жесткости в зоне середины лопаток СА и выходной кромки лопаток СА, что в сочетании с гарантированным монтажным зазором обеспечивает стабильность при работе на минимальных зазорах за счет разницы тепловых расширений.
Кроме того, стенка задняя диффузора и стенка передняя корпуса диффузора скреплены между собой болтовым соединением, что обеспечивает стабильную геометрию диффузора, а также в диффузор введен тепловой экран, отражающий тепло от камеры сгорания и стабилизирующий тепловое состояние стенки задней диффузора.
Для пояснения сути полезной модели приводятся следующие чертежи. Фиг. 1 - меридиональное сечение диффузора. Фиг. 2 - вид А, сечение диффузора в зоне входной кромки диффузорных лопаток.
Диффузор (фиг. 1) состоит из стенки передней 1, стенки задней 2, на торцевой части которой расположены диффузорные лопатки 3, а на верхнем фланце расположены лопатки 4 СА, и экрана 5.
В зоне входной кромки диффузорных лопаток 3 (элемент А, фиг. 1) стенка задняя 2 выполнена с утолщением (Н) (фиг. 2). На входных кромках диффузорных лопаток выполнена удлиненная несимметричная фаска (S × L).
В зоне 6 (фиг. 1) входной кромки лопаток 4 СА верхний фланец стенки задней 2 выполнен с утолщением и имеет фланец для крепления экрана 5. Экран 5 крепится винтами. В зоне середины лопатки 4 и выходной кромки лопатки 4 верхний фланец стенки задней имеет ребра жесткости 7.
Радиальный диффузор является одним из основных элементов центробежного компрессора, и расположен на выходе из колеса центробежного. Диффузор образует проточную часть компрессора за колесом и обеспечивает с помощью лопаток СА осевой выход воздуха в камеру сгорания.
Рабочая среда, нагнетаемая колесом центробежного компрессора, попадает в безлопаточный диффузор, где происходит выравнивание параметров и первичное торможение потока после колеса центробежного. Затем поток рабочей среды набегает на диффузорные лопатки 3, где направляется профилем этих лопаток и расширяется. Поскольку в каналах с достаточной высокой степенью расширения существует вероятность вибрации задней стенки диффузора, в зоне входной кромки диффузорных лопаток участок (Н) выполнен с утолщением, что позволяет уменьшить вибрации, а выполненные на лопатках 3 удлиненные несимметричные фаски (S × L) обеспечивают стабильную работу входной кромки лопаток (без ее деформации) и устойчивую линию рабочих режимов для организации благоприятной структуры потока.
На входе в спрямляющий аппарат из-за вибраций и тепловых расширений может происходить перетекание воздуха в образующийся зазор над рабочими лопатками. Выполнение внутренней стенки утолщенной без стыков с ребрами жесткости позволяет в сочетании с гарантированным монтажным зазором обеспечить стабильный минимальный зазор в сопловом аппарате диффузора в процессе работы компрессора.
Экран 5 снижает тепловое расширение канала диффузора от воздействия тепла камеры сгорания. Болтовое соединение 8 стенок диффузора позволяет исключить деформацию деталей, вызванное процессом сварки.
Полезная модель разработана для конструкции турбовинтового двигателя со свободной турбиной, предназначенного для использования в составе однодвигательной силовой установки легких самолетов, но может быть использована в других конструкциях турбин.