4.2 Патент №2(2184878). Рабочая лопатка осевого компрессора
Описание
Изобретение относится к конструированию и доводке турбомашины, а именно рабочих лопаточных венцов компрессоров, и способствует устранению вибрации, приводящей к поломкам рабочих лопаток лопаточного венца. Рабочая лопатка осевого компрессора содержит локальное утолщение на пере, которое размещено на выходной кромке у торца пера. Локальное утолщение предотвращает возникновение автоколебаний без изменения оптимальной геометрии лопатки и без бандажирования, загромождающего проходное сечение компрессора и ухудшающего его КПД. Объем и масса локального утолщения выбирают расчетным или экспериментальным путем для отстройки от изгибно-крутильной связности частот форм колебаний. 2 ил.
Изобретение относится к конструированию и доводке турбомашин, а именно рабочих лопаточных венцов компрессоров, и способствует устранению вибрации рабочих лопаток.
Известна рабочая лопатка многоступенчатого осевого компрессора [1].
Для каждого компрессора необходим набор рабочих лопаток со своей оптимальной расчетной хордой, кривизной, профилем, длиной пера в зависимости от ступени.
Для того чтобы избежать изгибно-крутильных автоколебаний, к которым склонны лопатки в этом наборе, на практике полностью меняют геометрию лопатки и она становится неоптимальной для данной ступени. Это приводит к уменьшению КПД, перераспределению напорности по ступеням и уменьшению запасов устойчивости.
Известна конструкция лопатки компрессора, где лопатка, содержащая локальное утолщение на пере [2] и локальное утолщение, представляет собой проволочный бандаж.
Недостатком данного конструкторского решения является то, что, во-первых, проволока для бандажирования не имеет хорошего обтекания и это приводит к дополнительным потерям КПД, вызванным загромождением сечения ступени, во-вторых, проволочный бандаж, имея подвижные соединения, сокращает ресурс работы лопаток и самого бандажа.
Наиболее близким техническим решением того же назначения является компрессорная лопатка, содержащая локальное утолщение на своем пере, где локальное утолщение представляет собой бандажную полку [3].
Недостатком данного технического решения является то, что бандажирование лопаточного венца загромождает проходное сечение, ухудшая КПД компрессора, что является особенно нежелательным на средних и последних ступенях компрессора. Кроме того, изготовление бандажированных лопаток уменьшает коэффициент использования материала, увеличивая их стоимость.
Задача изобретения - предотвратить автоколебания лопаточного венца, вызванного изгибно-крутильной связностью первой крутильной и второй изгибной форм колебаний, не загромождая проходное сечение и не изменяя геометрию лопаток, сделав это возможным уже на стадии проектирования с помощью стандартных расчетов.
Указанная задача достигается тем, что имеется рабочая лопатка осевого компрессора, содержащая локальное утолщение на своем пере и утолщение размещено на выходной кромке у торца пера.
Новым является то, что локальное утолщение размещено на выходной кромке у торца пера.
Этим мы освобождаем проточную часть ступени компрессора от загромождения бандажными полками и т.к. локальное утолщение находится на периферии лопаток в зоне срывного обтекания, то КПД ступени не изменяется.
При этом, снабдив рабочую лопатку осевого компрессора локальным утолщением на выходной кромке у торца пера, мы изменяем соотношение частот форм колебаний лопаток, т.к. вторая изгибная форма колебаний не зависит от добавления массы на периферии пера, и крутильная форма колебания уменьшается по частоте. В результате крутильная форма колебаний становится ниже по частоте второй изгибной формы, и во время работы компрессора происходит их раздвижка, т.е. более высокая по частоте изгибная форма колебаний лопатки с ростом частоты вращения ротора увеличивается и удаляется от крутильной формы, не зависящей от частоты вращения ротора.
Таким образом, мы отстраиваем лопаточный венец от одного из видов автоколебаний, приводящих к поломкам лопаток, не изменив геометрию лопаток и не загромождая проходное сечение ступени компрессора.
На рисунке 4.5 показана рабочая лопатка осевого компрессора, вид сбоку, на рисунке 4.6 показана рабочая лопатка осевого компрессора, вид сверху.
Рабочая лопатка осевого компрессора, содержащая локальное утолщение 1 на своем пере 2, размещенное на его выходной кромке 3 у свободного торца 4.
Устройство работает следующим образом: в поле центробежных сил благодаря локальному утолщению 1 на выходной кромке 3 у торца пера 4 мы избавляемся от изгибно-крутильной связности частот форм колебаний лопатки,
Рисунок 4.5 – Рабочая лопатка осевого компрессора (вид сбоку)
Рисунок 4.6 – Рабочая лопатка осевого компрессора (вид сверху)
происходит их раздвижка, в поле центробежных сил крутильная форма колебаний становится ниже второй изгибной формы.
Предлагаемое техническое решение представляет собой рабочую лопатку осевого компрессора с размещенным на выходной кромке у торца пера обтекаемым локальным утолщением в виде капли, массу и объем которой выбирают расчетным или экспериментальным путем из критериев того, чтобы соотношение крутильной формы колебаний и второй изгибной формы колебаний было таким, что частота первой крутильной формы колебаний была ниже, чем частота второй изгибной формы колебаний.
Из описания изобретения видно, что элемент, необходимый для реализации устройства, применяется в промышленности, что позволяет сделать вывод о промышленной применимости изобретения.
Формула изобретения
Рабочая лопатка осевого компрессора, содержащая локальное утолщение на своем пере, отличающаяся тем, что утолщение размещено на выходной кромке у торца пера.