Лопатка рабочего колеса высокооборотного осевого компрессора

Полезная модель относится к области авиационного двигателестроения, а конкретно к лопаткам рабочего колеса осевых высокооборотных вентиляторов или компрессоров авиационных газотурбинных двигателей.
Лопатки современных компрессоров должны с высокой вероятностью сохранить свою целостность в течение ресурса, достигающего, например, для газотурбинных двигателей гражданских авиалайнеров до 50000 часов. При этом лопатка рабочего колеса должна быть минимальной массы и с тонкими входными и выходными кромками. В таких условиях очень важно получить при работе компрессора на расчетных режимах допустимый уровень переменных напряжений в лопатках. За счет выбора формы лопатки достигается увеличение поперечной жесткости лопатки, перевод резонансных колебаний на нерасчетные режимы и снижение переменных напряжений на расчетных режимах.
При повышенных нагрузках лопатка рабочего колеса работает в проектной точке в условиях трансзвукового или сверхзвукового набегающего потока в средней и периферийной частях пера лопатки. При этом оптимальная форма профиля, используемая для торможения потока в межлопаточном канале лопаточного венца компрессора при работе на режимах с высокой величиной числа Маха набегающего потока, отличается от оптимальной формы, используемой для обеспечения поперечной жесткости лопатки.
По этой причине в процессе проектирования лопатки рабочего колеса выбирается компромиссный вариант между профилем, оптимальным для сверхзвукового потока, который обеспечивает достаточно высокий уровень КПД, и профилем, обеспечивающим достаточную поперечную жесткость лопатки рабочего колеса при сохранении ее массы. Для этого проектирование профиля лопатки проводят при условии исключения резонансных колебаний на рабочих режимах компрессора по основной пластиночной форме (U-форма) от возбуждения аэродинамическими следами от лопаток направляющих аппаратов, расположенных по потоку перед рабочим колесом и после него.
Известна лопатка рабочего колеса высокооборотного осевого компрессора, которая содержит признаки, совпадающие с существенными признаками описываемой полезной модели, а именно: содержащая основание и перо с входной и выходной кромками, выполненными в виде тороидальных поверхностей, и телесной формой, образованной поверхностями давления и разряжения, сопряженными с тороидальными поверхностями входной и выходной кромок, представляющей собой в поперечном сечении пера аэродинамические профили, боковые образующие которых выполнены симметричными относительно средней линии аэродинамического профиля, выполненной с изогнутой в окружном направлении осью лопатки, проходящей через центры отрезков средних линий аэродинамических профилей, ограниченных входной и выходной кромками, и полученной путем нанизывания на ось лопатки аэродинамических профилей поперечных сечений пера с нелинейным изменением значения конструктивного угла средней линии от входной кромки к выходной кромке (патент РФ 154906).
В известной лопатке ось выполнена изогнутой по всей высоте лопатки, что позволяет повысить эффективность работы рабочего колеса компрессора на режимах с пониженной частотой его вращения. Однако такое выполнение лопатки подразумевает для обеспечения ее поперечной жесткости утолщение аэродинамического профиля поперечного сечения пера у основания лопатки, что существенно повышает массу рабочего колеса компрессора и негативно влияет на эффективность его работы.
Известна лопатка рабочего колеса высокооборотного осевого компрессора, которая содержит признаки, совпадающие с существенными признаками описываемой полезной модели, а именно: содержащая основание и перо с входной и выходной кромками, выполненными в виде тороидальных поверхностей, и телесной формой, образованной поверхностями давления и разряжения, сопряженными с тороидальными поверхностями входной и выходной кромок, представляющей собой в поперечном сечении пера аэродинамические профили, боковые образующие которых выполнены симметричными относительно средней линии аэродинамического профиля, и состоящей по высоте лопатки из двух сопряженных между собой частей, первая из которых, прилегающая к основанию лопатки, выполнена с прямолинейной осью лопатки, проходящей через центры отрезков средних линий аэродинамических профилей, ограниченных входной и выходной кромками, и получена путем нанизывания на ось лопатки аэродинамических профилей поперечных сечений пера, а вторая часть лопатки, прилегающая к ее периферийной торцевой поверхности и сопряженная с базовым аэродинамическим профилем поперечного сечения первой части лопатки, выполнена с изогнутой в окружном направлении осью лопатки, проходящей через центры отрезков средних линий расчетных аэродинамических профилей, ограниченных входной и выходной кромками (патент US 8807951).
В известной лопатке участок оси первой части лопатки, примыкающей к основанию, выполнен наклонным в окружном направлении, противоположном направлению вращения рабочего колеса, а участок оси второй части лопатки изогнут в окружном направлении по направлению вращения рабочего колеса, а также в осевом направлении с получением острого угла стреловидности аэродинамического профиля периферийных поперечных сечений пера лопатки. Такое выполнение пера лопатки будет понижать частоту собственных колебаний лопаток по основной пластиночной форме (U-форма) и требует дополнительных мер по обеспечению поперечной жесткости пера, что влечет за собой повышение массы лопатки. Кроме того, смещение периферийного сечения в окружном направлении по направлению вращения рабочего колеса повышает вероятность контакта лопатки с корпусом на маневренных режимах и может привести к пластическим деформациям и даже разрушению лопатки.
Наиболее близким аналогом полезной модели является лопатка рабочего колеса высокооборотного осевого компрессора, которая содержит признаки, совпадающие с существенными признаками описываемой полезной модели, а именно: содержащая основание и перо с входной и выходной кромками, выполненными в виде тороидальных поверхностей, и телесной формой, образованной поверхностями давления и разряжения, сопряженными с тороидальными поверхностями входной и выходной кромок, представляющей собой в поперечном сечении пера аэродинамические профили, боковые образующие которых выполнены симметричными относительно средней линии профиля поперечного сечения пера, и состоящей по высоте лопатки, по меньшей мере, из двух сопряженных между собой частей, первая из которых, прилегающая к основанию лопатки, выполнена с прямолинейным участком оси лопатки, проходящей через центры отрезков средних линий профилей поперечного сечения пера, ограниченных входной и выходной кромками, и получена путем нанизывания на ось лопатки стандартных профилей поперечных сечений пера с линейным изменением значения конструктивного угла средней линии от входной кромки к выходной кромке, а вторая часть лопатки, прилегающая к ее периферийной торцевой поверхности и сопряженная с базовым стандартным профилем поперечного сечения пера первой части лопатки, выполнена с изогнутым в окружном направлении, противоположном направлению вращения рабочего колеса, участком оси лопатки, проходящей через центры отрезков средних линий расчетных профилей поперечных сечений пера, ограниченных входной и выходной кромками (патент US 6899526).
В известной лопатке в целях снижения аэродинамических потерь в периферийной части пера ось лопатки второй периферийной ее части изогнута и в окружном и в осевом направлениях, причем изгиб оси лопатки в процессе проектирования достигается изменением по высоте лопатки установочного угла «А», образованного между хордой аэродинамического профиля и осью «X».
Такое выполнение лопатки позволяет повысить аэродинамические характеристики лопатки за счет снижения перетекания потока через зазор между торцевой поверхностью лопатки и статором компрессора. Однако изгиб оси лопатки в осевом направлении предполагает выполнение пера лопатки с прямой стреловидностью, направленной навстречу потоку воздуха, как это показано на фиг. 1 описания патента. При таком выполнении лопатки технической проблемой является снижение поперечной жесткости периферийной части лопатки, поэтому для исключения резонансных колебаний на рабочих режимах компрессора по основной пластиночной форме (U-форма) от возбуждения аэродинамическими следами от лопаток направляющих аппаратов, расположенных по потоку перед рабочим колесом и после него, необходимо вместо оптимального аэродинамического профиля поперечного сечения пера использовать в периферийной части лопатки жесткий утолщенный профиль, что повышает весогабаритные характеристики рабочего колеса и, соответственно, снижает экономические показатели.
Техническим результатом полезной модели является повышение поперечной жесткости лопатки рабочего колеса при сохранении ее массы для исключения резонансных колебаний на рабочих режимах компрессора по основной пластиночной форме (U-форма) от возбуждения аэродинамическими следами от лопаток направляющих аппаратов.
Указанный технический результат достигается тем, что лопатка рабочего колеса высокооборотного осевого компрессора содержит основание и перо с входной и выходной кромками, выполненными в виде тороидальных поверхностей, и телесной формой, образованной поверхностями давления и разряжения, сопряженными с тороидальными поверхностями входной и выходной кромок, представляющей собой в поперечном сечении пера аэродинамические профили, боковые образующие которых выполнены симметричными относительно средней линии аэродинамического профиля, и состоящей по высоте лопатки, по меньшей мере, из двух сопряженных между собой частей, первая из которых, прилегающая к основанию лопатки, выполнена с прямолинейным участком оси лопатки, проходящей через центры отрезков средних линий аэродинамических профилей, ограниченных входной и выходной кромками, и получена путем нанизывания на ось лопатки аэродинамических профилей поперечных сечений пера с линейным изменением значения конструктивного угла средней линии от входной кромки к выходной кромке, а вторая часть лопатки, прилегающая к ее периферийной торцевой поверхности и сопряженная с базовым аэродинамическим профилем поперечного сечения первой части лопатки, выполнена с изогнутым в окружном направлении, противоположном направлению вращения рабочего колеса, участком оси лопатки, проходящей через центры отрезков средних линий расчетных профилей, ограниченных входной и выходной кромками.
o
o
Согласно полезной модели конструктивные углы средней линии каждого расчетного профиля поперечного сечения пера второй части лопатки выполнены с нелинейным изменением их значения от входной кромки к выходной кромке, причем окружная координата Y(x,z) центров отрезков средних линий расчетных профилей поперечных сечений пера второй части лопатки определяется следующим соотношением:
o
o
2
1
расч
o
o
1
o
Y(x,z)=(X-X)×f(x,z)+Ω(z)×H, где
1
Х - осевая координата точки пересечения средней линии и входной кромки базового стандартного профиля поперечного сечения пера первой части лопатки, сопрягаемого с расчетным профилем поперечного сечения пера второй части лопатки;
2
Х - осевая координата точки пересечения средней линии и выходной кромки базового стандартного профиля поперечного сечения пера первой части лопатки, сопрягаемого с расчетным профилем поперечного сечения пера второй части лопатки;
paсч
o
o
f(x, z) - относительная окружная координата средней линии расчетных профилей поперечного сечения пера второй части лопатки;
о
х - относительная осевая координата средней линии базового стандартного профиля поперечного сечения пера первой части лопатки;
1
o
Ω(z) - величина смещения относительной окружной координаты средних линий расчетных профилей поперечного сечения пера второй части лопатки относительно средней линии базового стандартного профиля поперечного сечения пера первой части лопатки, без учета смещения за счет изменения величины конструктивного угла;
o
o
z - относительная координата по высоте оси второй части лопатки, определяемая соотношением z=h/Н, где
h - текущая координата центров отрезков средних линий расчетных профилей поперечного сечения пера по высоте лопатки;
Н - высота второй части лопатки по ее оси от периферийной поверхности пера лопатки до расчетного профиля поперечного сечения пера второй части лопатки, сопрягаемого с базовым стандартным профилем поперечного сечения пера первой части лопатки,
o
при этом относительная осевая координата x средней линии базового стандартного профиля определяется соотношением:
о
1
2
1
х=(х-Х)/(Х-Х), где
х - текущая осевая координата средней линии базового стандартного профиля поперечного сечения пера по длине лопатки,
1
o
величина смещения Ω(z) относительной окружной координаты средних линий расчетных профилей поперечного сечения пера второй части лопатки определяется как:
1
o
1
o
o
2
o
o
o
3
o
o
2
3
3
2
3
2
Ω(z)=C(3z-2z)+C(z-2z+z)+C(z-z), где:
1
С - константа первого слагаемого, выбираемая в пределах 0,10-0,30;
2
С - константа второго слагаемого, выбираемая в пределах от - 0,10 до 0,10;
3
С - константа третьего слагаемого, выбираемая в пределах 0,20-0,75,
расч
o
o
а относительная окружная координата f(x,z) средних линий расчетных профилей поперечного сечения пера второй части лопатки определяется как:
pacч
o
o
1
o
o
2
o
o
f(x,z)=f(x,z)+Ω(x,z), где
1
o
o
f(x,z) - относительная окружная координата средней линии базового стандартного профиля первой части лопатки;
2
o
o
Ω(x,z) - величина смещения относительной окружной координаты средней линии расчетного профиля поперечного сечения пера относительно средней линии базового профиля за счет изменения значения конструктивного угла, причем эта величина определяется по формуле:
2
o
o
o
o
1
o
2
o
m
n
2
Q(x,z)=(x×n-x×m)/(n-m)×(Bz+Bz), где
1
В - константа первого слагаемого формулы, которая выбирается в пределах от 0 до 0,05;
2
В - константа второго слагаемого формулы, которая выбирается в пределах 0,07 - 0,20;
m - показатель степени распределения кривизны средней линии расчетного профиля, который выбирается в пределах 1,2-2,4;
n - поправочный показатель степени распределения кривизны средней линии, который выбирается в пределах 2,6-5,0.
Выполнение лопатки рабочего колеса компрессора в соответствии с описанными выше соотношениями позволяет обеспечить достаточную поперечную жесткость пера лопатки без существенного увеличения весогабаритных характеристик рабочего колеса и сохранить оптимальные аэродинамические характеристики поперечного сечения пера лопатки по всей ее высоте.
Сущность полезной модели поясняется чертежами, где
на фиг. 1 представлено меридиональное сечение компрессора с двумя статорными венцами и одним рабочим колесом;
на фиг. 2 представлен общий вид лопатки в аксонометрии;
на фиг. 3 представлен вид пера лопатки со стороны периферийной торцевой поверхности;
на фиг. 4 представлен вид пера лопатки в системе координат X-Z;
на фиг. 5 представлен вид пера лопатки в системе координат Y-Z;
на фиг. 6 показаны графики распределения по высоте лопатки величины относительного смещения в окружном направлении центров отрезков средних линий расчетных профилей пера;
на фиг. 7 показана диаграмма линий постоянного уровня статических напряжений со стороны поверхности разряжения лопатки;
на фиг. 8 показана диаграмма Кэмпбелла для описываемой лопатки в сравнении с лопаткой аналога;
на фиг. 9 представлены диаграммы линий постоянного уровня U-формы, соответствующих частотам собственных колебаний лопатки аналога и описываемой лопатки.
Рабочий венец высокооборотного осевого компрессора содержит рабочее колесо 1 с лопатками 2, имеющими основание 3 и перо 4 с входной кромкой 5 и выходной кромкой 6, выполненными в виде тороидальных поверхностей, и телесной формой 7, образованной поверхностью давления 8 и поверхностью разряжения 9, сопряженными с тороидальными поверхностями входной кромки 5 и выходной кромки 6.
b
Телесная форма 7 лопатки 2 представляет собой в поперечном сечении пера 4 аэродинамические профили 10, боковые образующие 11 которых выполнены симметричными относительно средней линии 12 аэродинамического профиля 10, и состоит по высоте лопатки 2, по меньшей мере, из двух сопряженных между собой частей. Первая часть 13 лопатки 2, прилегающая к основанию 3, выполнена с прямолинейной осью 14 лопатки, проходящей через центры 15 отрезков средних линий 12 стандартных профилей 10, ограниченных входной и выходной кромками 5 и 6, и получена путем нанизывания на ось 14 лопатки стандартных профилей 10 поперечных сечений пера 4, которые выполнены с линейным изменением значения конструктивного угла β средней линии 12 от входной кромки 5 к выходной кромке 6.
Вторая часть 16 лопатки 2, прилегающая к ее периферийной торцевой поверхности 17, сопрягается с базовым стандартным профилем 18 поперечного сечения пера 4 первой части 13 лопатки на высоте 1/3 общей высоты лопатки 2 от основания 3 до периферийной торцевой поверхности 17. Вторая часть 16 лопатки 2 выполнена с изогнутым в окружном направлении, противоположном направлению вращения рабочего колеса, участком оси 14 лопатки 2, проходящей через центры 19 отрезков средних линий 20 расчетных профилей 21 поперечного сечения пера 4, ограниченных входной и выходной кромками 5 и 6.
b
o
o
Конструктивные углы β средней линии 19 от входной кромки 5 к выходной кромке 6 каждого расчетного профиля 21 второй части 16 лопатки 2 выполнены с нелинейным изменением их значения, причем окружная координата Y(x,z) центров 19 отрезков средних линий 20 расчетных профилей 21 поперечных сечений пера 4 второй части 16 лопатки 2 определяется следующим соотношением:
o
o
2
1
pacч
o
o
1
o
Y(x,z)=(Х-Х)×f(x,z)+Ω(z)×Н, где
1
Х - осевая координата точки пересечения средней линии 12 и входной кромки 5 базового стандартного профиля 18 поперечного сечения пера 4 первой части 13 лопатки 2, сопрягаемого с расчетным профилем 21 поперечного сечения пера 4 второй части 16 лопатки 2;
2
Х - осевая координата точки пересечения средней линии 12 и выходной кромки 6 базового стандартного профиля 18 поперечного сечения пера 4 первой части 13 лопатки 2, сопрягаемого с расчетным профилем 21 поперечного сечения пера 4 второй части 16 лопатки 2;
paсч
o
o
f(x,z) - относительная окружная координата средних линий 20 расчетных профилей 21 поперечных сечений пера 4;
o
x - относительная осевая координата средней линии 12 базового стандартного профиля 18 поперечного сечения пера 4 первой части 13 лопатки 2;
1
o
р
Ω(z) - величина смещения относительной окружной координаты средних линий 20 расчетных профилей 21 поперечного сечения пера 4 второй части 16 лопатки 2 относительно средней линии 12 базового стандартного профиля 18 поперечного сечения пера 4 первой части 13 лопатки 2, без учета смещения за счет изменения величины конструктивного угла β;
o
o
z - относительная координата по высоте оси 14 второй части 16 лопатки 2, определяемая соотношением z=h/Н, где
h - текущая координата центров 19 отрезков средних линий 20 расчетных профилей 21 поперечного сечения пера 4 по высоте лопатки 2;
Н - высота второй части 16 лопатки 2 по оси 14 от периферийной поверхности 17 лопатки 2 до расчетного профиля 21 поперечного сечения пера 4 второй части 16 лопатки 2, сопрягаемого с базовым стандартным профилем 18 поперечного сечения пера 4 первой части лопатки 13.
o
Относительная осевая координата x средней линии 12 базового стандартного профиля 18 определяется соотношением:
o
1
2
x=(х-Х)/(Х-Х,), где
х - текущая осевая координата средней линии 12 базового стандартного профиля 18 поперечного сечения пера 4 по длине лопатки 2.
1
o
Величина смещения Ω(z) относительной окружной координаты средних линий 20 расчетных профилей 21 поперечного сечения пера 4 второй части 16 лопатки 2 определяется как:
1
o
1
o
o
2
o
o
o
3
o
o
2
3
3
2
3
2
Ω(z)=C(3z-2z)+C(z-2z+z)+C(z-z), где:
1
1
o
С - константа первого слагаемого, равная значению функции Ωпри z=1, выбирается в пределах 0,10-0,30;
2
1
o
С - константа второго слагаемого, равная первой производной функции Ω при z=0, выбирается в пределах от - 0,10 до 0,10;
3
1
o
С - константа третьего слагаемого, равная первой производной функции Ω при z=1, выбирается в пределах 0,20-0,75.
pacч
o
o
Относительная окружная координата f(x,z) средних линий 20 расчетных профилей 21 поперечного сечения пера 4 второй части 16 лопатки 2 определяется как:
pacч
o
o
1
o
o
2
o
o
f(x,z)=f(x,z)+Ω(x,z), где
1
o
o
f(x,z) - относительная окружная координата средней линии 12 базового стандартного профиля 18 первой части 13 лопатки 2;
2
o
o
p
Ω(x,z) - величина смещения относительной окружной координаты средней линии 20 расчетного профиля 21 относительно средней линии 12 базового стандартного профиля 18 за счет изменения значения конструктивного угла β, определяемая по формуле:
2
o
o
o
o
1
o
2
o
m
n
2
Ω(x,z)=(x⋅n-х⋅m)/(n-m)⋅(Bz+Bz), где
1
В - константа первого слагаемого формулы, которая выбирается в пределах от 0 до 0,05;
2
В - константа второго слагаемого формулы, которая выбирается в пределах 0,07 - 0,20;
m - показатель степени распределения кривизны средней линии 20 расчетного профиля 21, который выбирается в пределах 1,2-2,4;
n - поправочный показатель степени распределения кривизны средней линии 20, который выбирается в пределах 2,6-5,0.
На стадии профилирования лопатки 2 рабочего колеса 1 компрессора определяется геометрия профиля ее поперечного сечения, которая должна обеспечивать на выходе из лопатки 2 требуемое распределение по высоте лопатки 2 значений степени повышения полного давления, расхода воздуха и эффективности происходящих в межлопаточных каналах процессов. В начале профилирования лопатки 2 определяют пространственную форму ее скелетной поверхности нулевой толщины, построенной по высоте пера 4 в первой части 13 лопатки 2 средними линиями 12 стандартного профиля 10 поперечного сечения пера 4.
b
b1
b2
Форма средних линий 12 определяется значениями конструктивных углов β, изменяющихся линейно от входного угла β на входной кромке 5 до выходного угла β на выходной кромке 6. Затем с помощью известных методов - расчетным или табличным, с учетом заданного значения скорости потока, оптимальных аэродинамических характеристик, статической прочности лопатки 2 и ее массовой характеристики определяются стандартные аэродинамические профили 10 поперечного сечения телесной формы 7, ограниченные боковыми образующими линиями 11.
Стандартные профили 10 центрами 15 отрезков средних линий 12, ограниченных входной и выходной кромками 5 и 6, нанизываются на прямолинейный участок оси 14 лопатки 2 вдоль ее высоты, в результате чего образуется телесная форма 7 первой части 13 лопатки, образованная поверхностью давления 8 и поверхностью разряжения 9, сопряженными с тороидальными поверхностями входной кромки 5 и выходной кромки 6. Для увеличения поперечной жесткости и уменьшения продольной жесткости лопатки 2 вторая часть лопатки 16 выполняется со смещением расчетных средних линий 20 аэродинамических профилей 10 вдоль тангенциальной оси Y, так что проекция оси 14 лопатки 2 на плоскость YZ становится изогнутой, как это показано на фиг. 5.
1
2
1
3
o
1
o
Изменение общей величины смещения расчетных средних линий 20 по высоте лопатки 2 вдоль тангенциальной оси, т.е. в окружном направлении, противоположном направлению вращения рабочего колеса, задается суммой величин смещений Ω и Ω. При выборе величины смещения Ω, определяющей смещение линий профилей постоянное по хорде, наиболее эффективным с точки зрения увеличения поперечной жесткости лопатки является выбор значения константы третьего слагаемого С в пределах от 0,20 до 0,75, при величине относительной координаты по высоте оси второй части лопатки z равной 1. Для перераспределения уровня возбуждения от аэродинамических следов направляющих лопаток при резонансных колебаниях по изгибным и крутильным формам при сохранении аэродинамических параметров рабочего колеса значение константы первого слагаемого C выбирается в пределах от 0,1 до 0,3 при величине относительной координаты по высоте оси второй части лопатки z равной 1.
1
1
Выбор конкретного значения константы С в указанных пределах определяется в зависимости от удлинения лопаток (отношение высоты лопатки к хорде), относительной максимальной толщины лопатки, а также от величины необходимой частоты U-формы, которая определяется максимальной частотой вращения и числом соседних лопаток направляющего аппарата. На фиг. 6 линии показывают предельные формы оси лопаток при задании величины смещения Ω.
2
р1
р2
При выборе величины смещения Ω, определяющей смещение линий профилей за счет нелинейного изменения конструктивного угла от входного угла β до выходного угла β, увеличение поперечной жесткости лопатки добиваются с учетом сохранения оптимальных аэродинамических параметров рабочего колеса.
Для выявления возможности достижения технического результата полезной модели по сравнению с аналогом были смоделированы четыре лопатки с одинаковыми базовыми профилями на всех радиусах по высоте лопатки. Одна из лопаток, выполненная согласно полезной модели с минимальной величиной смещения в окружном направлении, соответствует линии 22 на фиг. 6, другая лопатка, выполненная согласно полезной модели с промежуточной величиной смещения в окружном направлении, соответствует линии 23, третья лопатка, выполненная согласно полезной модели с максимальной величиной смещения в окружном направлении, соответствует линии 24, а четвертая лопатка выполнена со смещением оси лопатки в окружном и осевом направлениях с получением углов стреловидности и двугранных углов согласно аналогу.
1
2
1
2
2
Вариант выполнения лопатки, соответствующий граничному значению с наибольшими смещениями Ω и Ω в окружном направлении (линия 24), ограничен величиной допустимых статических напряжений 37 кГ/мм, изолинии которых показаны на фиг. 7 со стороны поверхности разряжения. Увеличение смещений Ω и Ω в окружном направлении за пределы линии 24 вызовет необходимость увеличения толщины лопатки в зоне максимальных напряжений, что приведет к снижению аэродинамических параметров и увеличению массы компрессора.
1
2
Уменьшение смещений Ω и Ω в окружном направлении за пределы линии 22 вызовет уменьшение частоты колебаний по U-форме и приведет к недостаточному запасу по частоте колебаний. Для иллюстрации этого построена диаграмма Кэмпбелла (фиг. 8), на которой изображены графические зависимости частоты собственных колебаний, соответствующих U-форме для каждой лопатки, от частоты вращения компрессора. Наклонными линиями показаны две гармоники (изменение возбуждающей частоты от частоты вращения), соответствующие числам лопаток спереди и сзади стоящих направляющих аппаратов.
На построенной диаграмме Кэмпбелла видно, что лопатка согласно аналогу (штрихпунктирная линия 25) имеет на режиме малого газа (вертикальная линия МГ-М) высокочастотные резонансные колебания по U-форме (фиг. 9А) от возбуждения гармоникой, соответствующей числу лопаток сзади стоящего направляющего аппарата (показано точкой 26 в месте пересечения линии МГ-М и наклонной линии).
1
2
Лопатки, полученные согласно полезной модели с минимальной и промежуточной величиной смещений Ω и Ω оси лопатки (сплошные линии 27 и 28 с маркерами соответственно), имеют эти резонансные колебания на проходных режимах (показано точками 29 и 30 в месте пересечения линии изменения частот и наклонной линии), так как частоты по U-форме (фиг. 9Б) стали больше на 8-9% максимальной возбуждающей частоты на режиме малого газа.
Кроме того, при прохождении резонансных колебаний по U-формам (фиг. 9) уровень динамических напряжений должен быть меньше в лопатке согласно полезной модели, так как в U-форме фиг. 9Б в отличие от U-формы фиг. 9А, есть смена знака вдоль входной кромки, что обычно снижает возбудимость лопатки аэродинамическими следами от лопаток направляющих аппаратов.
Этот технический эффект - высокая поперечная жесткость второй части лопатки, получен за счет оптимизации формы лопатки без увеличения ее весогабаритных показателей.