ВХОДНОЕ УСТРОЙСТВО ЦЕНТРОБЕЖНОГО КОМПРЕССОРА

Полезная модель относится к газотурбинным двигателям (ГТД) и, более конкретно, к впускным устройствам для компрессоров газовых турбин.
Неравномерное распределение воздушного потока через впускной канал компрессора газотурбинного двигателя может снизить производительность двигателя. Эта проблема существенна для радиальных впускных устройств. Соответственно, существует потребность в простом устройстве, которое может обеспечить более равномерный поток воздуха для радиального входа.
Известно входное устройство осевой турбины по авторскому свидетельству на изобретение SU 1430609 A1, F04D 29/54, опубл. 15.10.1988. Устройство содержит кольцевой конфузор, установленный в радиальном патрубке, имеющем обечайку и боковые стенки. Входное сечение конфузора расположено к плоскости, перпендикулярной его оси, под острым углом, вершина которого обращена к патрубку. Входное сечение размещено от боковой стенки, расположенной со стороны входа патрубка, на минимальном расстоянии, не меньшем ширины последнего на входе. Недостатком устройства является технологическая и конструктивная сложность.
Недостатком является технологическая и конструктивная сложность.
Известно входное устройство по патенту ЕР 1733127 В1, F02C 7/055, опубл. 23.04.2014. Радиальное входное устройство содержит радиальный вход, выполненный с возможностью сообщаться по текучей среде с компрессором, и ограничивающий элемент, охватывающий радиальный вход и являющийся асимметричным по окружности. Ограничивающий элемент частично блокирует поток воздуха вокруг радиального входа, где воздушный поток больше, для более равномерного распределения потока воздуха по окружности. Недостаток устройства - это значительные потери полного давления на входе в компрессор.
Прототипом полезной модели является входное устройство двигателя АИ-450-МС [Вспомогательный газотурбинный двигатель АИ-450-МС. Руководство по технической эксплуатации двигателя 0020000000РЭ. Раздел: Турбина компрессора газогенератора]. Входное устройство содержит радиальный впускной элемент, имеющий противоположные стенки, образующие кольцевой канал, спрофилированный таким образом, чтобы поток воздуха входящий радиально направлять в осевом направлении в компрессор. Противоположные стенки жестко соединены между собой четырьмя радиальными стойками. На периферии стенок установлена защитная сетка, охватывающая радиальный вход.
Недостатком устройства-прототипа является наличие возмущающих факторов в кольцевом канале. Эти факторы вызваны наличием во входном устройстве радиальных стоек, имеющих значительную толщину, что вносит существенные возмущения в воздушный поток. Кроме того, конструкция со стойками технологически выполняется литьем, что накладывает существенные ограничения на точность выполнения поверхности стенок устройства. Низкая точность поверхности стенок и наличие радиальных стоек создает неравномерность потока на входе в рабочее колесо компрессора.
Задачей полезной модели является уменьшение неравномерности потока воздуха на входе в компрессор, за счет устранения возмущающих факторов на входе и в пограничном слое канала входного устройства.
Задача решается путем усовершенствования входного устройства содержащего радиальный впускной элемент, имеющий противоположные стенки, образующие кольцевой канал, спрофилированный таким образом, чтобы поток воздуха, входящий радиально, направлять в осевом направлении, и имеющего между стенками жесткие соединительные элементы, а на периферии стенок - защитную сетку, охватывающую радиальный впускной элемент.
В соответствии с полезной моделью соединительные элементы выполнены в виде фермы, расположенной на периферии стенок (на входе в кольцевой канал), причем ферма выполнена в виде треугольной решетки, раскосы которой имеют обтекаемый профиль, и равномерно распределены по периметру входного канала, а форма защитной сетки имеет П-образный профиль, кроме того, внутренняя поверхность стенки, формирующей воздушный тракт, выполняется с допустимым отклонением от теоретически заданного значения не более 0,02 мм.
В конкретном варианте осуществления полезной модели геометрия фермы имеет следующие параметры: величина угла между раскосами треугольной решетки имеет значение α=50-60°, а соотношение ширины раскосов к их максимальной толщине имеет значение
где b - ширина раскосов, мм;
Cmax - толщина раскоса в месте максимума, мм.
Отличительные признаки устройства, влияющие на технический результат, это конструктивное выполнение соединительных элементов стенок, точность выполнения профиля стенок и конструктивное выполнение защитной сетки. Выполнение соединительных элементов в виде фермы, расположенной на периферии стенок позволяет устранить возмущающие факторы в канале, возникающие при наличии радиальных стоек, кроме того, охватывая радиальный вход, ферма обеспечивает дополнительную жесткость и имеет функцию поддерживающего элемента при попадании крупных предметов. Параметры геометрии фермы являются наилучшими для достижения технического результата. Заявленная конструкция позволяет внутренние стенки выполнить методом механической обработки со строго заданной точностью, обеспечивающей сведение к минимуму возмущения в пограничном слое канала. Защитная сетка, имеющая П-образный профиль, имеет вертикальные элементы, что позволяет улучшить равномерность потока, особенно в условиях обледенения, т.к. горизонтальные участки подвержены обледенению раньше вертикальных.
Предложенное устройство поясняется следующими чертежами, где показан в качестве иллюстрации вариант осуществления полезной модели: фиг. 1 - частичный продольный разрез газогенератора ГТД по входному устройству; фиг. 2 - геометрия фермы - вид А на фиг. 1; разрез Б-Б на виде А.
Входное устройство (фиг. 1) содержит радиальный впускной элемент, имеющий противоположные стенки 1 и 2, образующие кольцевой канал 3. Конструкция входного устройства сборная, что дает возможность механической обработки внутренней поверхности стенок. Механическая обработка внутренней поверхности стенки 1, формирующей воздушный тракт, выполняется с допустимым отклонением от теоретически заданного значения не более 0,02 мм.
На периферии стенок расположены жесткие соединительные элементы в виде фермы 4 (фиг. 1, фиг. 2). Ферма выполнена равномерной по окружности, тип решетки фермы выполнен треугольным, раскосы фермы 4 имеют обтекаемый профиль (фиг. 3). В конкретном примере выполнения угол между раскосами может быть выполнен α=60°, ширина раскоса b=8 мм, максимальная толщина раскоса Cmax=20 мм.
К торцам стенок 1 и 2 (фиг. 1) с помощью кронштейнов крепится защитная сетка 5, охватывающая радиальный вход.
Во входном устройстве происходит изменение направления потока воздуха из радиального на входе в двигатель на осевой на входе в компрессор газогенератора. Воздух из атмосферы через люк, расположенный на фюзеляже, попадает в отсек двигателя и дальше во входное устройство (фиг. 1). Воздух проходит через защитную сетку 5 и поступает в кольцевой канал 3, где и происходит изменения потока воздуха из радиального в осевой.
Полезная модель разработана для конструкции турбовинтового двигателя со свободной турбиной, предназначенного для использования в составе силовой установки легких самолетов, но может быть использована в других конструкциях компрессоров. Применение полезной модели в конструкции входных устройств позволяет уменьшить возмущающие факторы в пограничном слое воздушного канала и, тем самым, уменьшить неравномерность потока воздуха на входе в компрессор.