[go: up one dir, main page]

RU2594832C1 - Method of removing heavy particles from air flow in axial compressor stage and device for axial stage, removing heavy particles - Google Patents

Method of removing heavy particles from air flow in axial compressor stage and device for axial stage, removing heavy particles Download PDF

Info

Publication number
RU2594832C1
RU2594832C1 RU2015103778/06A RU2015103778A RU2594832C1 RU 2594832 C1 RU2594832 C1 RU 2594832C1 RU 2015103778/06 A RU2015103778/06 A RU 2015103778/06A RU 2015103778 A RU2015103778 A RU 2015103778A RU 2594832 C1 RU2594832 C1 RU 2594832C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
stage
heavy particles
particles
axial
blade
Prior art date
Application number
RU2015103778/06A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Юрий Яковлевич Ситницкий
Алексей Юрьевич Ситницкий
Original Assignee
Юрий Яковлевич Ситницкий
Алексей Юрьевич Ситницкий
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Яковлевич Ситницкий, Алексей Юрьевич Ситницкий filed Critical Юрий Яковлевич Ситницкий
Priority to RU2015103778/06A priority Critical patent/RU2594832C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2594832C1 publication Critical patent/RU2594832C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Structures Of Non-Positive Displacement Pumps (AREA)

Abstract

FIELD: engines.
SUBSTANCE: method of removing heavy particles from air flow in an axial compressor stage and device for axial stage, removing heavy particles based on provision of main mass of heavy particles moving in air flow, pulse from rotating blades of impeller stages and their subsequent separation into area beyond radial size of straightening unit, that is distant from impeller at a certain distance. Device is supposed to be used in assembly of a multistage compressor as one of first of its stages, can be used both in aircraft gas turbine engines and surface transport and stationary gas turbine units.
EFFECT: reduced number of damaged blades from engines ahead of schedule, as well as reduced number of repairs of engines during operation, related to cleaning nicks on blades of compressor due to improved degree of air cleaning in axial compressor stage.
6 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к технике газотурбинного двигателестроения, а именно к способам и устройствам защиты газотурбинных двигателей (ГТД) от повреждений деталей их внутреннего тракта (лопаток компрессора) от поступающих вместе с воздушным потоком посторонних предметов (твердых, тяжелых частиц)1. 1(Примечание: В дальнейшем изложении будем использовать термины: «посторонние предметы» - при описании их вредного влияния на лопатки компрессора ГТД, «тяжелые частицы» - при описании процессов инерционной сепарации частиц.).The invention relates to techniques for gas turbine engine building, and in particular to methods and devices for protecting gas turbine engines (GTE) from damage to parts of their internal tract (compressor blades) from foreign objects (solid, heavy particles) coming in with the air stream 1 . 1 (Note: In the following we will use the terms: “foreign objects” when describing their harmful effects on the blades of a gas turbine compressor, “heavy particles” when describing the processes of inertial separation of particles.).

Известны устройства, в которых используют принципы инерционный сепарации тяжелых частиц, а также отражательные способы с целью очистки воздуха, поступающего в компрессор, описание подобных устройств приведено в нижеуказанных патентах, а также в описании отечественного авиационного двигателя ПС-90А:Known devices that use the principles of inertial separation of heavy particles, as well as reflective methods to purify the air entering the compressor, a description of such devices is given in the following patents, as well as in the description of the domestic aircraft engine PS-90A:

- RU 2045451. 05.03.1992 [1].- RU 2045451. 03/05/1992 [1].

- US 5123240. 23.06.1992 [2].- US 5123240. 06.23.1992 [2].

- RU 2198311. 03.01.2011 [3].- RU 2198311. 03.01.2011 [3].

- Двигатель ПС-90А ′′Руководство по технической эксплуатации′′. 1990 г., издание ОАО ′′Авиадвигатель′′ г. Пермь. [4].- Engine PS-90A ′ ′ Technical Operation Manual ′ ′. 1990, edition of OJSC ′ ′ Aircraft Engine ′ ′ Perm. [four].

В устройстве [1] очистку воздуха в осевой ступени компрессора производят путем отражения посторонних предметов к периферии на наклоненных лопатках спрямляющего аппарата ступени, по данным заявителя количество пропущенных частиц уменьшается в 2,5 раза, то есть остающийся пропуск (проскок) равен 40%, что нельзя считать приемлемым.In the device [1], air purification in the axial stage of the compressor is performed by reflecting foreign objects to the periphery on the tilted blades of the stage straightening apparatus, according to the applicant, the number of missing particles is reduced by 2.5 times, that is, the remaining gap (slip) is 40%, which cannot be considered acceptable.

В предложениях [2], [3] задача сепарации тяжелых частиц в осевой ступени подпорного компрессора вообще не решается, просто декларируется ее решение. Устройство для очистки воздуха от посторонних предметов с помощью осевой ступени применено в отечественном газотурбинном двигателе ПС-90А [4], но, как свидетельствует опыт эксплуатации данного двигателя, уровень очистки воздуха в нем является явно недостаточным. По данному двигателю имеется достаточно полная информация, и на основании сравнения совокупности существенных признаков данного аналога и заявляемого устройства двигатель ПС-90А принят в качестве прототипа заявляемого способа и устройства.In sentences [2], [3] the problem of separation of heavy particles in the axial stage of the booster compressor is not solved at all, its solution is simply declared. A device for purifying air from foreign objects using an axial stage is used in the PS-90A domestic gas turbine engine [4], but, as the operating experience of this engine shows, the level of air purification in it is clearly insufficient. For this engine there is quite complete information, and based on a comparison of the essential features of this analogue and the claimed device, the PS-90A engine is adopted as a prototype of the proposed method and device.

Главной причиной низкого уровня очистки воздуха в осевой ступени компрессора является то, что в большинстве своем для очистки используют стандартные осевые ступени, рассчитанные на сжатие воздуха, а не на сепарацию твердых частиц, используется геометрия отдельных элементов и компоновка, при которых невозможно получить эффективную очистку. В результате получается, что:The main reason for the low level of air purification in the axial stage of the compressor is that for the most part they use standard axial stages designed for air compression and not for separation of solid particles, the geometry of individual elements and the layout are used, in which it is impossible to obtain an effective cleaning. The result is that:

- большая доля тяжелых частиц не входит во взаимодействие с вращающимися лопатками, происходит пропуск частиц и они не получают импульса от вращающихся лопаток;- a large proportion of heavy particles does not enter into interaction with rotating blades, particles are skipped and they do not receive momentum from rotating blades;

- импульс, передаваемый частицам от рабочих лопаток колеса, недостаточен по величине и не направлен в сторону эффективной сепарации;- the momentum transmitted to the particles from the rotor blades of the wheel is insufficient in magnitude and is not directed towards effective separation;

- отсутствует пространство, необходимое для осуществления сепарационного процесса частиц после получения ими импульса от лопаток ступени;- there is no space necessary for the implementation of the separation process of the particles after they receive an impulse from the stage blades;

- не организованы места сбора и отвода отсепарированных тяжелых частиц.- The collection and removal sites of the separated heavy particles are not organized.

Технической задачей, на решение которой направлены заявляемые способ и устройство, является улучшение степени очистки воздуха в осевой ступени компрессора путем устранения вышеперечисленных недостатков, свойственных стандартным осевым ступеням. При этом также ставится задача не внести недопустимого ухудшения характеристик ступени и всего ГТД.The technical problem to be solved by the claimed method and device is to improve the degree of air purification in the axial stage of the compressor by eliminating the above disadvantages inherent in standard axial stages. At the same time, the task is not to introduce an unacceptable deterioration in the characteristics of the stage and the whole gas turbine engine.

В результате решения поставленной задачи ожидаемая степень очистки воздуха от посторонних частиц должна удовлетворить главному требованию - не пропускать в последующие ступени компрессора посторонние предметы, способные причинять его лопаткам забоины.As a result of the solution of the problem, the expected degree of purification of air from foreign particles should satisfy the main requirement - not to pass into the subsequent stages of the compressor foreign objects that can cause its shoulder blades.

В итоге, при эксплуатации ГТД с предлагаемой осевой ступенью, снижается количество досрочно снимаемых двигателей с поврежденными лопатками, а также сокращается количество ремонтов двигателей в эксплуатации, связанных с зачисткой забоин на лопатках компрессора.As a result, during the operation of a gas turbine engine with the proposed axial stage, the number of prematurely removed engines with damaged blades is reduced, and the number of engine repairs in operation associated with the cleaning of nicks on the compressor blades is also reduced.

Главными факторами, способствующими решению технической задачи, являются использование в способе и устройстве энергетических возможностей лопаток осевой ступени в силовом воздействии на тяжелые частицы, причем на основную массу частиц (находящихся в привтулочной зоне), которые необходимо переместить от центра к периферии на наибольшее расстояние, использование уже известных и широко применяемых в двигателестроении способов профилирования лопаток компрессора и размещения лопаток в решетке для обеспечения силового воздействия лопаток на тяжелые частицы, использование принципа передачи импульса тяжелым частицам и последующей инерционной сепарации частиц при движении их по инерции.The main factors contributing to the solution of the technical problem are the use in the method and device of the energy capabilities of the axial stage blades in the force action on heavy particles, and on the bulk of the particles (located in the sleeve zone), which must be moved from the center to the periphery to the greatest distance, use already known and widely used in engine building methods of profiling compressor blades and placing the blades in the grill to ensure the force impact of the shovels ok on heavy particles, using the principle of momentum transfer to heavy particles and subsequent inertial separation of particles when they move by inertia.

Поставленная задача достигается тем, что в предлагаемом способе основной массе тяжелых частиц, проходящих с воздушным потоком по межлопаточным каналам рабочего колеса (РК) ступени и подлежащих удалению из воздушного потока, организуют кинематику движения по межлопаточным каналам таким образом, что обеспечивают частицам контактное взаимодействие с поверхностью набегающей лопатки РК в широком диапазоне начальных условий входа частиц в межлопаточный канал (по месту входа, величине и направлению скорости движения частиц). В момент совершения указанного контактного взаимодействия (ударного и послеударного) тяжелым частицам придают импульс движения в тангенциально-осевом направлении, при этом в передаваемый импульс вкладывают, по возможности, большую тангенциальную составляющую, для чего силу воздействия со стороны лопатки на тяжелую частицу, действующую по нормали к поверхности лопатки, на выходном участке из межлопаточного канала ориентируют приблизительно параллельно плоскости вращения РК ступени. Контактное взаимодействие частиц в той кольцевой зоне межлопаточного канала, из которой требуется эффективная сепарация частиц (обычно это кольцевая привтулочная зона канала), обеспечивают путем использования в указанной зоне лопаток с большим (повышенным) изгибом профиля и с большей густотой лопаточной решетки.The problem is achieved in that in the proposed method, the bulk of the heavy particles passing with the air flow through the interscapular channels of the impeller (RK) of the stage and to be removed from the air stream, organize the kinematics of movement along the interscapular channels in such a way that they provide particles with contact interaction with the surface of the oncoming scapula of the RK in a wide range of initial conditions for the entry of particles into the interscapular canal (at the entry point, the magnitude and direction of the particle velocity). At the time of the specified contact interaction (shock and aftershock), heavy particles are given an impulse of movement in the tangential-axial direction, and, if possible, a large tangential component is put into the transmitted impulse, for which the force acting on the side of the blade on the heavy particle normal to the surface of the scapula, at the exit section from the interscapular channel, they are oriented approximately parallel to the plane of rotation of the stage of the stroke The contact interaction of particles in the annular zone of the interscapular canal, from which effective separation of particles is required (usually this is the annular coil-in zone of the canal), is achieved by using blades with a large (increased) profile bend and with a greater density of the scapular lattice.

Поскольку у тяжелых частиц траектории движения прямолинейны (без сноса воздушным потоком), в относительном движении эти частицы не обтекают поверхность лопатки, как воздух, а сталкиваются с поверхностью корытца набегающей лопатки, обеспечивая требуемый контакт.Since the trajectories of the particles are straightforward in heavy particles (without drift by the air flow), in relative motion these particles do not flow around the surface of the scapula like air, but collide with the surface of the trough of the oncoming scapula, providing the required contact.

Кинематику движения тяжелых частиц в межлопаточных каналах, обеспечивающую контактное взаимодействие частиц с поверхностью набегающей лопатки, формируют исходя из условия, что для широкого диапазона начальных условий входа тяжелых частиц в межлопаточный канал для них выполняется соотношение - время движения частицы по межлопаточному каналу в осевом направлении должно быть больше времени движения частицы в тангенциальном направлении по азимутальной ширине канала, от носка первой по вращению лопатки до хвостовика второй лопатки канала.The kinematics of the movement of heavy particles in the interscapular channels, providing contact interaction of particles with the surface of the oncoming blade, is formed on the basis of the condition that for a wide range of initial conditions for the entry of heavy particles into the interscapular channel, the following relation is fulfilled for them - the time of the particle’s movement along the interscapular channel in the axial direction should be longer than the time the particle moves in the tangential direction along the azimuthal width of the channel, from the tip of the first blade in rotation to the shank of the second channel blade a.

В предлагаемом способе предусматривается также, что в осевой ступени компрессора тяжелым частицам после выхода их из РК предоставляют возможность свободного движения по инерции от приобретенного импульса в пространстве, которое формируют между рабочим колесом (РК) и спрямляющим аппаратом (СА) ступени за счет того, что спрямляющий аппарат сдвигают назад по потоку воздуха на некоторое расстояние от РК. При совершении тяжелыми частицами движения по инерции в тангенциально-осевом направлении одновременно производят сепарацию частиц (процесс перемещения частиц в радиальном направлении) от центра к периферии, при этом расстояние, на которое отодвигают СА от РК, выбирают исходя из условия его достаточности для выполнения процесса сепарации тяжелых частиц из центральной (привтулочной) зоны до кольцевой зоны, примыкающей снаружи к венцу СА, в которую тяжелые частицы выводят из воздушного потока, а в СА ступени направляют воздушный поток, очищенный от тяжелых частиц.The proposed method also provides that in the axial stage of the compressor, heavy particles after they exit the RK are provided with the possibility of free movement by inertia from the acquired impulse in the space that is formed between the impeller (RK) and the rectifier (SA) of the stage due to the fact that the straightening apparatus is shifted backward through the air flow at a certain distance from the RC. When heavy particles perform inertial motion in the tangential-axial direction, particles are simultaneously separated (the process of moving particles in the radial direction) from the center to the periphery, while the distance by which the SA is moved away from the RC is selected based on the condition of its sufficiency for the separation process heavy particles from the central (prankcase) zone to the annular zone adjacent to the outside of the CA rim, into which heavy particles are removed from the air flow, and the air flow is directed into the CA steps, eyes heavy particles.

Указанное осевое расстояние между РК и СА формируют исходя из условия, что время движения тяжелых частиц в пространстве между ними в осевом направлении должно быть больше времени перемещения частиц в радиальном направлении от радиуса привтулочной зоны РК до радиуса внешнего кольца СА. Благодаря вышеописанному способу в осевой ступени становится возможным осуществить все необходимые процессы для получения эффективной очистки воздуха:The indicated axial distance between the RC and the CA is formed on the basis of the condition that the time of movement of heavy particles in the space between them in the axial direction should be longer than the time of movement of the particles in the radial direction from the radius of the RC shell zone to the radius of the outer ring of the CA. Thanks to the above method, in the axial stage, it becomes possible to carry out all the necessary processes to obtain effective air purification:

- обеспечивают столкновение основной массы тяжелых частиц с вращающимися лопатками РК;- provide a collision of the bulk of heavy particles with rotating blades of the Republic of Kazakhstan;

- придают частицам импульс движения от лопаток РК с максимально возможной составляющей в тангенциальном направлении;- give the particles an impulse of movement from the blades of the Republic of Kazakhstan with the maximum possible component in the tangential direction;

- обеспечивают осевое пространство и возможность инерционной сепарации частиц при их движении в тангенциально-осевом направлении;- provide axial space and the possibility of inertial separation of particles during their movement in the axial tangential direction;

- создают условия для отбора и удаления отсепарированных тяжелых частиц.- create conditions for the selection and removal of separated heavy particles.

В соответствии с вышеуказанным способом осевая ступень компрессора, удаляющая тяжелые частицы из воздушного потока, состоит из лопаточного венца входного направляющего аппарата (ВНА), в качестве которого может быть использован СА предыдущей осевой ступени компрессора, вращающегося рабочего колеса, представляющего собой диск с закрепленными на нем рабочими лопатками, и располагающегося сзади по потоку воздуха неподвижного спрямляющего аппарата, представляющего собой круговой венец из спрямляющих лопаток, закрепленных во внешнем и внутреннем кольцах. Предлагаемая осевая ступень выполняет функцию удаления тяжелых частиц из воздушного потока путем придания основной массе частиц сепарационного импульса от вращающихся рабочих лопаток РК, выполнения последующей инерционной сепарации их в радиальном направлении и выведении их из воздушного потока.In accordance with the above method, the axial stage of the compressor, which removes heavy particles from the air stream, consists of a blade rim of the inlet guide vane (VNA), which can be used as the SA of the previous axial stage of the compressor, a rotating impeller, which is a disk mounted on it working blades, and a stationary straightening apparatus located behind the air stream, which is a circular crown of straightening blades fixed in the external and external friction rings. The proposed axial stage performs the function of removing heavy particles from the air stream by giving the bulk of the particles a separation impulse from the rotating working blades of the Republic of Kazakhstan, performing subsequent inertial separation of them in the radial direction and removing them from the air stream.

Отличительной особенностью осевой ступени является то, что в радиально-кольцевой зоне проточного канала РК ступени, из которой должны эффективно удалятся тяжелые частицы, геометрия лопаток РК и их положение в лопаточной решетке выполнены таким образом, что угол изгиба средней линии профиля лопаток, густота лопаточной решетки, величина угла установки лопатки в решетке имеют повышенные значения, допускаемые изменением характеристик ступени компрессора.A distinctive feature of the axial stage is that in the radial-annular zone of the flow channel of the RK stage, from which heavy particles should be effectively removed, the geometry of the blades of the RK and their position in the scapular lattice are made in such a way that the angle of bending of the midline of the profile of the blades, the density of the scapular lattice , the angle of installation of the blades in the grill have elevated values allowed by changing the characteristics of the compressor stage.

Также в указанной зоне проточного канала РК ступени значение выходного угла профиля лопатки в решетке имеет значение, приближающееся или равное 90°, кроме того, в осевой ступени компрессора СА располагается на расстоянии от РК, которое равно осевой составляющей траектории движения тяжелой частицы при ее прямолинейном перемещении в тангенциально-осевом направлении от РК до выхода за радиальные габариты СА (за радиус внешнего кольца СА).Also, in the indicated zone of the flow channel of the RK stage, the value of the outlet angle of the blade profile in the grate has a value approaching or equal to 90 °, in addition, in the axial stage of the compressor CA is located at a distance from the RK, which is equal to the axial component of the trajectory of movement of the heavy particle during its rectilinear movement in the tangential-axial direction from the Republic of Kazakhstan to going beyond the radial dimensions of the CA (beyond the radius of the outer ring of the CA).

Между РК и СА выполнен кольцевой канал, образованный внешней и внутренней оболочками, расположенными между РК и СА, при этом внешняя оболочка кольцевого канала со стороны, примыкающей к СА, имеет диаметральный размер больше диаметра внешнего кольца СА. Между внешней оболочкой кольцевого канала и внешним кольцом СА образован кольцевой заборный канал, который является входом для приема и последующего удаления отсепарированных в кольцевом канале тяжелых частиц.An annular channel is formed between the SC and the CA, formed by the outer and inner shells located between the SC and the CA, while the outer shell of the annular channel from the side adjacent to the CA has a diametrical size larger than the diameter of the outer ring of the CA. Between the outer shell of the annular channel and the outer ring CA, an annular intake channel is formed, which is an input for receiving and subsequent removal of heavy particles separated in the annular channel.

Ниже приведены характерные значения некоторых параметров геометрии лопаток РК и их расположения в лопаточной решетке предлагаемой осевой ступени:Below are the characteristic values of some parameters of the geometry of the blades of the Republic of Kazakhstan and their location in the scapular lattice of the proposed axial stage:

- угол изгиба средней линии профиля 45±10°;- bending angle of the midline of the profile 45 ± 10 °;

- густота лопаточной решетки ≥1.5;- the density of the scapular lattice ≥1.5;

- угол установки лопатки в решетке ≥65°;- the angle of installation of the blades in the grill ≥65 °;

- выходной угол профиля лопатки в решетке 80°-90°.- the outlet angle of the profile of the blade in the lattice 80 ° -90 °.

Расстояние от СА до РК в первом приближении определяется исходя из допущения, что частицы выходят из межлопаточного канала ступени в прикорневой зоне лопаток, (в плоскости, перпендикулярной радиальному направлению) в тангенциально-осевом направлении под углом приблизительно 45° к оси, тогдаTo a first approximation, the distance from SA to RK is determined on the basis of the assumption that the particles leave the interscapular canal of the step in the root zone of the blades (in a plane perpendicular to the radial direction) in the tangential-axial direction at an angle of approximately 45 ° to the axis, then

Figure 00000001
Figure 00000001

где L - осевое расстояние от СА до РК;where L is the axial distance from CA to RK;

Rca - радиус внешнего кольца венца СА;Rca is the radius of the outer ring of the crown CA;

Rpк - радиус диска рабочего колеса (втулки);Rpк is the radius of the disk of the impeller (sleeve);

К - коэффициент, зависящий от начальных условий движения тяжелых частиц, геометрии кольцевого канала, в типовом случае при Rca≥Rpк К=0.5-1.0.K is a coefficient depending on the initial conditions for the motion of heavy particles, the geometry of the annular channel, in the typical case at Rca≥Rpк К = 0.5-1.0.

Сущность заявляемого способа и устройства поясняется схемами, на которых изображены:The essence of the proposed method and device is illustrated by diagrams, which depict:

на фиг. 1 - элементарная ступень осевого компрессора в соответствии с предлагаемым изобретением;in FIG. 1 - elementary stage axial compressor in accordance with the invention;

на фиг. 2 - разрез по А-А на фиг. 1;in FIG. 2 is a section along AA in FIG. one;

на фиг. 3 - сечение Б-Б на фиг. 1 по средней линии проточного канала типовой осевой ступени компрессора, типовая геометрия профиля рабочей лопатки, межлопаточного канала, траектории прохождения тяжелых частиц, треугольник скоростей движения тяжелых частиц;in FIG. 3 is a section BB in FIG. 1 along the midline of the flow channel of a typical axial stage of the compressor, typical geometry of the profile of the working blade, the interscapular channel, the trajectory of the passage of heavy particles, the triangle of the speeds of movement of heavy particles;

на фиг. 4 - сечение проточного канала осевой ступени компрессора в соответствии с предлагаемой осевой ступенью в радиально-окружной зоне канала, из которой требуется производить эффективное удаление тяжелых частиц, геометрия профиля лопатки, межлопаточного канала, траектории прохождения тяжелых частиц, треугольник скоростей движения тяжелых частиц. На этой же схеме штриховой линией показаны лопатки типовой лопаточной решетки в соответствии с фиг. 3;in FIG. 4 - section of the flow channel of the axial stage of the compressor in accordance with the proposed axial stage in the radial-circumferential zone of the channel, from which it is required to carry out effective removal of heavy particles, the profile geometry of the blade, the interscapular channel, the path of the passage of heavy particles, a triangle of the speeds of movement of heavy particles. In the same diagram, the dashed line shows the blades of a typical blade grid in accordance with FIG. 3;

на фиг. 5 - разрез по В-В на фиг. 2 траектории движения сепарируемых тяжелых частиц.in FIG. 5 is a section along BB in FIG. 2 trajectories of the separated heavy particles.

Типовая осевая ступень компрессора согласно [5], [6] состоит из лопаточного венца входного направляющего аппарата ВНА - поз. 1 на фиг. 1 (функции ВНА зачастую выполняет спрямляющий аппарат предыдущей ступени компрессора), вращающегося рабочего колеса РК, включающего в себя диск 2 и закрепленные на нем рабочие лопатки 3, располагающегося сзади от РК по потоку воздуха лопаточного венца спрямляющего аппарата СА - поз. 4. В типовой осевой ступени СА располагается на малом осевом расстоянии от РК, показан на фиг. 1 штриховой линией. В конструкции осевой ступени в соответствии с предлагаемым изобретением СА отстоит от РК на расстоянии L, определяющем сепарационный участок ступени, состоит из лопаток спрямляющего аппарата 4 - фиг. 1 и 2, закрепленных во внутреннем 7 и внешнем 9 кольцах. Между РК и СА выполнен кольцевой канал 5, образованный внешней 6 и внутренней 7 оболочками, при этом внутренняя оболочка 7 является продолжением внутреннего кольца 7 спрямляющего аппарата.A typical axial stage of a compressor according to [5], [6] consists of a blade rim of the VNA input guide vane - pos. 1 in FIG. 1 (VNA functions are often performed by the rectifier apparatus of the previous compressor stage) of the rotating impeller of the RK, which includes the disk 2 and the working blades 3 mounted on it, located behind the RK along the air flow of the blade rim of the straightening apparatus CA - pos. 4. In a typical axial stage, the CA is located at a small axial distance from the RC, shown in FIG. 1 dashed line. In the design of the axial stage in accordance with the invention, the CA is separated from the RK at a distance L defining the separation section of the stage, consists of blades of a straightening device 4 - FIG. 1 and 2, fixed in the inner 7 and outer 9 rings. An annular channel 5 formed by the outer 6 and inner 7 shells is made between the RC and the CA, while the inner shell 7 is a continuation of the inner ring 7 of the rectifier.

Внешняя оболочка 6 кольцевого канала имеет со стороны, примыкающей к СА, диаметральный размер больше диаметра внешнего кольца СА - 9. В радиальном пространстве между ними образован кольцевой заборный канал 8, который является входом для приема и последующего удаления отсепарированных в кольцевом канале 5 тяжелых частиц.The outer shell 6 of the annular channel has a diametrical dimension larger than the diameter of the outer ring CA - 9 from the side adjacent to the CA. In the radial space between them, an annular intake channel 8 is formed, which is the input for receiving and subsequent removal of heavy particles separated in the annular channel 5.

На фиг. 3 показано сечение (развертка) рабочего колеса типовой осевой ступени по средней линии Б-Б проточного канала фиг. 1, показаны сечения лопаток и обозначены некоторые элементы и параметры, используемые в дальнейшем описании:In FIG. 3 shows a cross-section (scan) of the impeller of a typical axial stage along the midline BB of the flow channel of FIG. 1, sections of the blades are shown and some elements and parameters used in the following description are indicated:

- средняя линия профиля лопатки 3 с углами β1 - входной, β2 - выходной (<90°);- the midline of the profile of the blade 3 with angles β1 - input, β2 - output (<90 °);

- угол изгиба профиля - θ (~30°);- profile bending angle - θ (~ 30 °);

- хорда профиля длиной - b;- profile chord length - b;

- шаг решетки (расстояние между соседними профилями) - 1;- lattice pitch (distance between adjacent profiles) - 1;

- густота установки лопаток в решетке - b/t (~1);- the density of the installation of the blades in the lattice - b / t (~ 1);

- угол установки профиля - υ (~55°).- profile installation angle - υ (~ 55 °).

На фиг. 4 показано аналогичное сечение лопаток рабочего колеса осевой ступени, выполненной в соответствии с заявляемым изобретением. Лопатки 3 имеют большие значения:In FIG. 4 shows a similar section of the blades of the impeller of the axial stage, made in accordance with the claimed invention. Blades 3 are of great importance:

- угла изгиба профиля θ~55°;- profile bending angle θ ~ 55 °;

- угла установки профиля υ~65°;- profile installation angle υ ~ 65 °;

- густота установки лопаток в решетке b/t~1.5 (шаг решетки t уменьшен);- the density of installation of the blades in the lattice b / t ~ 1.5 (the lattice pitch t is reduced);

- выходного угла профиля β2~90°.- output profile angle β2 ~ 90 °.

Приведенные рекомендации не противоречат применяющимся в практике проектирования лопаточных машин правилам, поэтому от их применения можно не ожидать каких-то недопустимых ухудшений характеристик ступени.The above recommendations do not contradict the rules used in the practice of designing blade machines, therefore, from their application, one can not expect any unacceptable deterioration of the characteristics of the stage.

Реализация способа удаления тяжелых частиц из воздушного потока в осевой ступени, выполненной в соответствии с предлагаемым изобретением, предусматривает, в первую очередь, определение радиально-окружной зоны проточного канала ступени, из которой предполагается производить эффективное удаление посторонних предметов. В общем случае при Rca>Rpк таковой зоной является привтулочное пространство в пределах от Rpк до Rca. В кольцевой зоне проточного канала, располагающейся на радиусе большем Rca, требования к сепарации тяжелых частиц уже не актуальны. В нашем случае Rpк=Rвнутр.ca (радиус внутреннего кольца 7 СА - фиг. 1) зоной, из которой требуется удаление тяжелых частиц, является весь проточный канал ступени.The implementation of the method of removing heavy particles from the air flow in the axial stage, made in accordance with the invention, provides, first of all, the definition of the radial-circumferential zone of the flow channel of the stage, from which it is supposed to carry out the effective removal of foreign objects. In the general case, for Rca> Rpk, such a zone is the back-up space ranging from Rpk to Rca. In the annular zone of the flow channel located at a radius greater than Rca, the requirements for the separation of heavy particles are no longer relevant. In our case, Rpк = R internal.ca (radius of the inner ring 7 CA - Fig. 1) the zone from which the removal of heavy particles is required is the entire flow channel of the stage.

Тяжелые частицы после прохождения ВНА - поз. 1, фиг. 1 ступени поступают на вход РК поз. 1, 2 со скоростью С1 фиг. 3, направление которой в большой мере определяется лопатками ВНА. На фиг. 3 и 4 С1 показано со значением /C1/</U/ (где /U/ - модуль скорости вращения лопатки в точке контакта с тяжелой частицей) и с некоторой положительной закруткой (по направлению вращения РК). Складываясь с окружной скоростью лопаток U, тяжелые частицы входят в межлопаточный канал с относительной скоростью W2. Следуя в этом направлении, тяжелые частицы не поворачивают с потоком воздуха по криволинейным траекториям а-а′ и к-к′ (фиг. 3 и 4), а движутся по прямолинейным траекториям а-а′′, к-к′′ до столкновения с поверхностью корытца набегающей лопатки либо выходят из межлопаточного канала, не вступая в контакт с лопаткой, - траектория к-к′′′ на фиг. 4 при исходной геометрии лопаток, показанных штриховой линией. Именно с целью предотвращения пропуска (проскока) частиц через межлопаточный канал без взаимодействия с поверхностью лопатки в предлагаемой осевой ступени лопатки выполняют с большим углом изгиба профиля и устанавливают в решетке с меньшим шагом (с большей густотой).Heavy particles after passing VNA - pos. 1, FIG. 1 steps enter the input of the RK pos. 1, 2 at a speed C1 of FIG. 3, the direction of which is largely determined by the VNA blades. In FIG. 3 and 4, C1 is shown with the value / C1 / </ U / (where / U / is the modulus of the speed of rotation of the blade at the point of contact with the heavy particle) and with some positive twist (in the direction of rotation of the RC). Adding with the peripheral speed of the blades U, heavy particles enter the interscapular canal with a relative speed W2. Following in this direction, the heavy particles do not rotate with the air flow along the curved paths a-a ′ and k-k ′ (Figs. 3 and 4), but move along straight-line trajectories a-a ′ ′, k-k ′ ′ until the collision with the surface of the trough of the oncoming blade or either exit the interscapular canal without coming into contact with the shoulder blade — the trajectory k-k ′ ′ ′ in FIG. 4 with the initial geometry of the blades shown by the dashed line. It is in order to prevent the passage (leakage) of particles through the interscapular channel without interacting with the surface of the blade in the proposed axial stage of the blade with a large bending angle of the profile and installed in the lattice with a smaller step (with greater density).

При ударном столкновении с поверхностью лопатки относительная скорость частицы W1 проецируется на поверхность лопатки и получает некоторое значение меньше исходного. В приведенном построении треугольников скоростей это обстоятельство не учитывается, так как углы атаки при столкновении небольшие и принято, что /W2/=/W1/, где W2 - скорость частицы относительно лопатки при контакте ее с поверхностью лопатки. Следуя по поверхности лопатки, частица приобретает новое направление в относительном движении и выходит из контакта с лопаткой с относительной скоростью W2, с выходным углом β2 - фиг. 3, 4.In a collision with the surface of the blade, the relative velocity of the particle W1 is projected onto the surface of the blade and gets a certain value less than the original. In the above construction of velocity triangles, this circumstance is not taken into account, since the angles of attack in a collision are small and it is assumed that / W2 / = / W1 /, where W2 is the particle velocity relative to the blade when it contacts the surface of the blade. Following the surface of the blade, the particle acquires a new direction in relative motion and leaves contact with the blade with a relative speed W2, with an exit angle β2 - FIG. 3, 4.

Складываясь с переносной скоростью вращения, приобретенной в результате взаимодействия с лопаткой, скорость тяжелой частицы после окончания контакта с лопаткой имеет значение С2, фиг. 3, 4. Сравнивая С2 на фиг. 3 и С2 на фиг. 4 видно, что первая имеет направление, близкое к осевому, и малую тангенциальную составляющую.Adding to the portable rotational speed acquired as a result of interaction with the blade, the speed of the heavy particle after the end of contact with the blade has a value of C2, FIG. 3, 4. Comparing C2 in FIG. 3 and C2 in FIG. 4 shows that the first has a direction close to the axial, and a small tangential component.

Скорость С2, фиг. 4, имеет выраженную тангенциальную составляющую, равную окружной скорости лопатки. Причины малой закрутки С2 в исходном варианте ступени - малый выходной угол ά2, фиг. 3, и только частичное восприятие окружной скрости от лопатки, так как взаимодействие частицы с лопаткой происходит по нормали к поверхности корытца лопатки, поэтому частица приобретает только составляющую окружной скорости - UN - фиг. 3. На фиг. 4 показано, что выходная относительная скорость частицы W2 имеет выходной угол ά2~90° и к ней добавляется окружная составляющая, равная полной величине U, в итоге С2 получает максимально возможный импульс в боковом направлении и имеет выходной угол ά2~45°.Speed C2, FIG. 4, has a pronounced tangential component equal to the peripheral speed of the blade. The reasons for the small twist C2 in the initial version of the stage are the small output angle ά2, FIG. 3, and only a partial perception of peripheral velocity from the scapula, since the interaction of the particle with the scapula occurs normal to the surface of the scapular surface of the scapula, therefore, the particle acquires only a component of the peripheral speed - UN - FIG. 3. In FIG. Figure 4 shows that the output relative velocity of the particle W2 has an output angle of ά2 ~ 90 ° and a circumferential component equal to the total value of U is added to it; as a result, C2 receives the maximum possible momentum in the lateral direction and has an output angle of ά2 ~ 45 °.

Кинематика движения тяжелых частиц в РК показана на треугольниках скоростей фиг. 3 и 4, при этом на фиг. 4 для сравнения штриховой линией показана скорость С2, получающаяся в исходной геометрии решетки на фиг. 3.The kinematics of the movement of heavy particles in the RK is shown in the velocity triangles of FIG. 3 and 4, wherein in FIG. 4, for comparison, the dashed line shows the speed C2 obtained in the initial geometry of the lattice in FIG. 3.

При формировании геометрии межлопаточного канала с учетом кинематики движения тяжелых частиц с целью обеспечения (инициирования) контактного взаимодействия частиц с поверхностью лопатки и исключения пропуска (проскока) - бесконтактного прохода частиц через межлопаточный канал - необходимо выполнять условие: время движения частицы по межлопаточному каналу в осевом направлении должно быть больше времени движения частицы в тангенциальном (окружном) направлении по азимутальной ширине межлопаточного канала, от носка первой по вращению лопатки до выходной кромки последующей лопатки межлопаточного канала. Для основной массы тяжелых частиц это условие удается выполнить в широком диапазоне начальных условий входа частиц в межлопаточный канал, однако могут иметь место исключения, когда положительная закрутка скорости частицы на входе С1 имеет повышенное значение и осевая составляющая также велика. Возможный пропуск в этом случае обеспечивает частице выходную скорость С2, эквивалентную по величине и направлению скорости частицы, имевшей контактное взаимодействие с лопаткой, то есть такой пропуск не опасен. В этом плане более опасна ситуация с большой отрицательной закруткой скорости С1 частицы на входе, так как в этом случае формируется большое значение относительной скорости W1 на входе и, как следствие, на выходе - W2, в итоге абсолютная скорость С2 получается с большой осевой составляющей, что требует увеличенной длины сепарационного участка, гораздо большего, нежели при выходной скорости с выходным углом ά2~45°.When forming the geometry of the interscapular channel, taking into account the kinematics of the movement of heavy particles in order to ensure (initiate) the contact interaction of particles with the surface of the scapula and to exclude the passage (slip) - non-contact passage of particles through the interscapular channel - it is necessary to fulfill the condition: the time the particles move along the interscapular channel in the axial direction should be longer than the particle’s time in tangential (circumferential) direction along the azimuthal width of the interscapular canal, from the toe of the first in rotation l patki output to follow the blade edge interblade channel. For the bulk of heavy particles, this condition can be fulfilled in a wide range of initial conditions for particles to enter the interscapular channel, however, there may be exceptions when the positive velocity swirl of the particle at input C1 has an increased value and the axial component is also large. A possible pass in this case provides the particle with an output speed C2 equivalent in magnitude and direction to the speed of the particle that had contact with the blade, i.e. such a pass is not dangerous. In this regard, the situation with a large negative swirl of the particle velocity C1 at the input is more dangerous, since in this case a large value of the relative speed W1 at the input and, as a result, at the output W2 is formed, as a result, the absolute speed C2 is obtained with a large axial component, which requires an increased length of the separation section, much larger than at the output speed with the output angle ά2 ~ 45 °.

Двигаясь в кольцевом канале 5, фиг. 2, со скоростью С2 в тангенциально-осевом направлении в плоскости В-В, фиг. 2 и 5, тяжелая частица одновременно перемещается (сепарируется) в радиальном направлении от центра к периферии. Если пересечь траекторию частицы набором меридиональных плоскостей d, е, f, g, h, фиг. 2, и сложить их в вертикальной плоскости на фиг. 1, то траектория частицы (показанная штриховой линией) будет отражена в этой плоскости набором точек пересечения траектории частицы с указанными плоскостями.Moving in the annular channel 5, FIG. 2, with a speed C2 in the axially tangential direction in the plane BB, FIG. 2 and 5, the heavy particle is simultaneously moving (separated) in the radial direction from the center to the periphery. If you cross the particle trajectory by a set of meridional planes d, e, f, g, h, FIG. 2 and fold them vertically in FIG. 1, then the particle trajectory (indicated by the dashed line) will be reflected in this plane by the set of points of intersection of the particle trajectory with the indicated planes.

Важно отметить, что сепарация частицы от корневого сечения лопатки РК до внешнего радиуса СА (входа в канал 8) происходит в пределах осевой длины L сепарационного участка, которая определяется, в первом приближении, как длина катета d′-h′ треугольника Od′h′, фиг 2, что является следствием равенства выходного угла скорости С2 ά2~45°. На фиг. 5 также видно, что длина сепарационного участка L является осевой составляющей длины траектории движения частицы, сепарируемой в плоскости корневого сечения В-В фиг. 2. На фиг. 5 показано, что частица, движущаяся со скоростью С2, изображенной штриховой траекторией, полученной в типовой осевой ступени, на принятой длине сепарационного участка L не достигает Rca расположения заборного канала 8. Необходимым условием при выполнении процесса сепарации тяжелых частиц в предлагаемой осевой ступени должно являться условие о том, что расстояние между РК и СА следует формировать так, чтобы время движения тяжелых частиц в пространстве между ними (на участке сепарации L) в осевом направлении было больше времени перемещения частиц в радиальном направлении от радиуса привтулочной зоны РК до радиуса внешнего кольца СА.It is important to note that the separation of the particle from the root section of the SC blade to the external radius CA (entrance to channel 8) occurs within the axial length L of the separation section, which is determined, to a first approximation, as the length of the leg d′-h ′ of the triangle Od′h ′ , Fig 2, which is a consequence of the equality of the output speed angle C2 ά2 ~ 45 °. In FIG. 5 also shows that the length of the separation section L is the axial component of the length of the particle’s trajectory separated in the plane of the root section BB of FIG. 2. In FIG. 5 it is shown that a particle moving at a speed C2, shown by a dashed trajectory obtained in a typical axial stage, on the accepted length of the separation section L does not reach Rca of the intake channel 8. A necessary condition for the separation of heavy particles in the proposed axial stage should be the condition that the distance between the RC and the SA should be formed so that the time of movement of heavy particles in the space between them (in the separation section L) in the axial direction is longer than the time of movement of cha particles in the radial direction of the radius RK privtulochnoy zone to the radius of the outer ring parser.

Одним из недостатков предлагаемой осевой ступени является увеличение осевого размера ступени за счет наличия у нее сепарационного участка, однако в некоторых широко распространенных типах ГТД, в частности вентиляторных ГТД с подпорными ступенями [2], [4] или при наличии у ГТД 2-х каскадного компрессора [3], в компоновках двигателей предусматриваются переходные кольцевые каналы между каскадами. Используя длину этих каналов, можно встраивать в компрессор предлагаемую в настоящем изобретении ступень без увеличения исходной длины двигателя.One of the drawbacks of the proposed axial stage is an increase in the axial size of the stage due to the presence of a separation section, however, in some widespread types of gas turbine engines, in particular fan-type gas turbine engines with retaining stages [2], [4] or when a gas turbine engine has a 2-stage compressor [3], in the layout of the engines transitional annular channels between the stages are provided. Using the length of these channels, it is possible to integrate the stage of the present invention into the compressor without increasing the initial engine length.

В этом случае также удобно объединить существующую в двигателе систему отбора воздуха в противопомпажную систему через кольцевую щель (как выполнено в [3], [4]) с кольцевым каналом приема отсепарированных частиц - 8 (фиг. 1, 2, 5). Немаловажным в данном случае является и то обстоятельство, что наружный диаметр РК ступени в указанных компоновках зачастую больше наружного диаметра смещенного назад СА - позиция 10, фиг. 1, в результате чего может существенно уменьшиться высота (ширина) привтулочной зоны ступени, из которой требуется эффективная очистка воздуха от посторонних предметов, и уменьшиться длина сепарационного участка (расстояние 1, фиг. 1).In this case, it is also convenient to combine the existing air intake system in the anti-surge system through an annular gap (as performed in [3], [4]) with an annular channel for receiving separated particles - 8 (Fig. 1, 2, 5). Also important in this case is the fact that the outer diameter of the stage RK in these configurations is often larger than the outer diameter of the backward displaced CA - position 10, FIG. 1, as a result of which the height (width) of the side-by-side zone of the step, from which effective cleaning of air from foreign objects is required, and the length of the separation section (distance 1, Fig. 1) can be significantly reduced.

Источники информацииInformation sources

1. Патент RU 2045451 - 05.03.92. Устройство для защиты внутреннего контура турбореактивного двухконтурного двигателя от попадания посторонних предметов.1. Patent RU 2045451 - 03/05/92. A device for protecting the internal circuit of a turbojet bypass engine from foreign objects.

2. Патент US 5123240 - 23.06.1992 Способ и устройство для удаления посторонних предметов из внутреннего контура ГТД.2. Patent US 5123240 - 06/23/1992 Method and device for removing foreign objects from the internal circuit of the gas turbine engine.

3. RU 2198311 - 03.01.2001. Газотурбинная установка.3. RU 2198311 - 01/03/2001. Gas turbine unit.

4. Двигатель ПС-90А. Руководство по технической эксплуатации 1990 г. Издание ОАО «Авиадвигатель», г. Пермь. 94-00-807РЭ. Книга 1, раздел 072.3300, стр. 2, п. 2.1 (улавливание и выброс в наружный контур посторонних предметов из внутреннего контура).4. Engine PS-90A. 1990 Technical Operation Manual. Publication of Aviadvigatel OJSC, Perm. 94-00-807RE. Book 1, section 072.3300, page 2, paragraph 2.1 (capture and release of foreign objects into the external circuit from the internal circuit).

5. Холщевников К.В. Теория и расчет авиационных лопаточных машин. - М.: Машиностроение, 1978 г. 5. Kholshchevnikov K.V. Theory and calculation of aircraft blade machines. - M.: Mechanical Engineering, 1978

6. Ю.А. Ржавин, О.Н. Емин, В.Н. Карасев. Лопаточные машины двигателей летательных аппаратов. - М.: МАИ-ПРИНТ, 2008.6. Yu.A. Rzhavin, O.N. Emin, V.N. Karasev. Blade engines of aircraft engines. - M .: MAI-PRINT, 2008.

Claims (6)

1. Способ удаления тяжелых частиц из воздушного потока в осевой ступени компрессора, состоящей из лопаточного венца входного направляющего аппарата (ВНА), вращающегося рабочего колеса (РК), представляющего собой диск с закрепленными на нем рабочими лопатками, и располагающегося сзади по потоку воздуха лопаточного венца спрямляющего аппарата (СА), основанный на принципе инерционной сепарации тяжелых частиц в воздушном потоке, отличающийся тем, что основной массе тяжелых частиц, проходящих с воздушным потоком по проточному каналу ступени и подлежащих удалению из воздушного потока, организуют кинематику движения по межлопаточным каналам РК таким образом, что обеспечивают частицам контактное взаимодействие с поверхностью набегающей лопатки РК в широком диапазоне начальных условий входа частиц в межлопаточный канал по месту входа, величине и направлению скорости движения частиц, в момент совершения указанного контактного взаимодействия тяжелым частицам придают импульс движения в тангенциально-осевом направлении, при этом в передаваемый импульс вкладывают по возможности большую тангенциальную составляющую, для чего силу воздействия со стороны поверхности лопатки на тяжелую частицу на выходном участке из межлопаточного канала ориентируют приблизительно параллельно плоскости вращения РК ступени, кроме того, в указанной осевой ступени компрессора тяжелым частицам после выхода их из РК предоставляют возможность свободного движения по инерции от приобретенного импульса в пространстве, которое формируют между рабочим колесом и спрямляющим аппаратом ступени за счет того, что спрямляющий аппарат размещают сзади по потоку воздуха на некотором расстоянии от РК, при движении тяжелых частиц по инерции в тангенциально-осевом направлении одновременно производят перемещение частиц в указанном пространстве в радиальном направлении от центра к периферии, при этом расстояние, на которое отодвигают СА от РК, выбирают исходя из условия его достаточности для выполнения процесса перемещения тяжелых частиц из привтулочной зоны РК до кольцевой зоны, примыкающей снаружи к венцу СА.1. The method of removing heavy particles from the air flow in the axial stage of the compressor, consisting of a blade rim of the input guide vane (VNA), a rotating impeller (RK), which is a disk with working blades mounted on it, and located behind the blade air rim straightening apparatus (CA), based on the principle of inertial separation of heavy particles in the air stream, characterized in that the bulk of the heavy particles passing with the air stream through the flow channel of the stage to be removed from the air flow, they organize the kinematics of movement along the interscapular canals of the Republic of Kazakhstan in such a way that they provide particles with contact interaction with the surface of the oncoming blade of the Republic of Kazakhstan in a wide range of initial conditions for the entry of particles into the interscapular channel at the place of entry, the magnitude and direction of the particle velocity at the time of the specified contact interaction gives the heavy particles an impulse of movement in the tangential axial direction, while investing in the transmitted momentum as much as possible This is a large tangential component, for which the force of action from the side of the blade surface on the heavy particle at the exit section from the interscapular channel is oriented approximately parallel to the plane of rotation of the PK of the stage, in addition, in the indicated axial stage of the compressor, the heavy particles after they exit the PK provide the possibility of free movement along inertia from the acquired impulse in the space that is formed between the impeller and the stage rectifier due to the fact that the rectifier is they are rearward along the air flow at a certain distance from the RC, while moving heavy particles by inertia in the tangential-axial direction, particles are simultaneously moving in the indicated space in the radial direction from the center to the periphery, while the distance by which the SA is moved away from the RC is chosen based on from the condition of its sufficiency for carrying out the process of moving heavy particles from the side-by-side zone of the Republic of Kazakhstan to the annular zone adjacent to the CA rim outside. 2. Способ удаления тяжелых частиц из воздушного потока в осевой ступени компрессора по п. 1, заключающийся в том, что кинематику движения тяжелых частиц в межлопаточных каналах, обеспечивающую контактное взаимодействие частиц с поверхностью набегающей лопатки, формируют исходя из условия, что для реального диапазона начальных условий входа тяжелых частиц в межлопаточный канал для них выполняют соотношение - время движения частицы по межлопаточному каналу в осевом направлении должно быть больше времени движения частицы в тангенциальном направлении по азимутальной ширине межлопаточного канала, от носка первой по вращению лопатки до выходной кромки второй образующей канал лопатки.2. The method of removing heavy particles from the air flow in the axial stage of the compressor according to claim 1, which consists in the fact that the kinematics of the movement of heavy particles in the interscapular channels, providing contact interaction of particles with the surface of the oncoming blade, is formed on the basis of the condition that for a real range of initial the conditions for the entry of heavy particles into the interscapular channel for them fulfill the relation - the time of movement of the particle along the interscapular channel in the axial direction should be greater than the time of movement of the particle in the tangential the direction along the azimuthal width of the interscapular canal, from the toe of the first blade in rotation to the output edge of the second blade channel forming. 3. Способ удаления тяжелых частиц из воздушного потока в осевой ступени компрессора по п. 1, заключающийся в том, что длину расстояния между РК и СА формируют исходя из условия, что время движения тяжелых частиц в пространстве между ними в осевом направлении должно быть больше времени перемещения частиц в радиальном направлении от радиуса привтулочной зоны РК до радиуса внешнего кольца СА.3. The method of removing heavy particles from the air stream in the axial stage of the compressor according to claim 1, which consists in the fact that the length of the distance between the RC and the SA is formed on the basis that the time of movement of heavy particles in the space between them in the axial direction should be longer particle movement in the radial direction from the radius of the plenum zone of the Republic of Kazakhstan to the radius of the outer ring CA. 4. Осевая ступень компрессора, удаляющая тяжелые частицы из воздушного потока, состоящая из лопаточного венца входного направляющего аппарата, вращающегося рабочего колеса, представляющего собой диск с закрепленными на нем рабочими лопатками, и располагающегося сзади по потоку воздуха неподвижного спрямляющего аппарата, представляющего собой круговой венец из спрямляющих лопаток, закрепленных во внешнем и внутреннем кольцах, выполняющая функцию удаления тяжелых частиц из воздушного потока путем придания основной массе частиц импульса движения от вращающихся рабочих лопаток РК и выполнения последующей инерционной сепарации частиц в радиальном направлении с выведением их из воздушного потока, отличающаяся тем, что в радиально-кольцевой зоне проточного канала РК ступени, из которой должны эффективно удаляться тяжелые частицы, геометрия лопаток РК и их положение в лопаточной решетке выполнены таким образом, что угол изгиба средней линии профиля лопаток, густота лопаточной решетки, величина угла установки профиля лопатки в решетке имеют повышенные значения, допускаемые изменением характеристик ступени компрессора, также в указанной зоне проточного канала РК ступени значение выходного угла профиля лопатки в решетке имеет значение, приближающееся или равное 90°, кроме того, в осевой ступени компрессора СА располагается на расстоянии от РК, которое равно осевой составляющей траектории движения тяжелой частицы при ее прямолинейном перемещении в тангенционально-осевом направлении от РК до выхода за радиальные габариты СА - за радиус внешнего кольца СА, между РК и СА выполнен кольцевой канал, образованный внешней и внутренней оболочками, расположенными между РК и СА, при этом внешняя оболочка кольцевого канала со стороны, примыкающей к СА, имеет диаметральный размер больше диаметра внешнего кольца СА, между внешней оболочкой кольцевого канала и внешним кольцом СА образован кольцевой заборный канал, который является входом для приема и последующего удаления отсепарированных в кольцевом канале частиц.4. The axial stage of the compressor, which removes heavy particles from the air stream, consisting of a blade rim of the inlet guide vane, a rotating impeller, which is a disk with impellers fixed to it, and a stationary straightening vane, which is a circular rim from rectifier blades fixed in the outer and inner rings, performing the function of removing heavy particles from the air stream by imparting an impulse to the bulk of the particles the movement from the rotating working blades of the Republic of Kazakhstan and the subsequent inertial separation of particles in the radial direction with their removal from the air stream, characterized in that in the radial-annular zone of the flow channel of the RK of the stage from which heavy particles must be removed effectively, the geometry of the blades of the RK and their the position in the scapular lattice is made in such a way that the angle of bending of the midline of the profile of the blades, the density of the scapular lattice, the angle of installation of the profile of the scapula in the lattice have increased values, The change in the characteristics of the compressor stage, also in the specified zone of the flow channel of the RK stage, the value of the outlet angle of the blade profile in the grate has a value approaching or equal to 90 °, in addition, in the axial stage of the compressor CA is located at a distance from the RK, which is equal to the axial component of the trajectory of movement a heavy particle during its rectilinear movement in the tangential-axial direction from the RC to going beyond the radial dimensions of the CA — beyond the radius of the outer ring of the CA; an annular channel formed between the RC and the CA the outer and inner shells located between the RC and the CA, while the outer shell of the annular channel from the side adjacent to the CA has a diametrical size larger than the diameter of the outer ring CA, between the outer shell of the annular channel and the outer ring CA is formed an annular intake channel, which is an input for receiving and subsequent removal of particles separated in the annular channel. 5. Осевая ступень компрессора, удаляющая тяжелые частицы из воздушного потока в соответствии с п. 4, отличающаяся тем, что в радиально-кольцевой зоне проточного канала РК ступени, из которой должны удаляться тяжелые частицы, нижеуказанные параметры геометрии лопаток РК и их расположения в лопаточной решетке имеют следующие значения:
- угол изгиба средней линии профиля 35°±10°;
- густота лопаточной решетки ≥1,5;
- угол установки профиля лопатки в решетке ≥65°;
- выходной угол профиля лопатки в решетке 80°÷90°
5. The axial stage of the compressor, which removes heavy particles from the air stream in accordance with paragraph 4, characterized in that in the radial-annular zone of the flow channel of the RK stage, from which heavy particles must be removed, the following parameters of the geometry of the blades of the RK and their location in the scapular the lattice has the following meanings:
- bending angle of the midline of the profile 35 ° ± 10 °;
- the density of the scapular lattice ≥1.5;
- angle of installation of the profile of the blade in the grill ≥65 °;
- outlet profile angle of the blade in the grill 80 ° ÷ 90 °
6. Осевая ступень компрессора, удаляющая тяжелые частицы из воздушного потока, в соответствии с п. 4, в которой СА отстоит от РК на расстоянии, определяемом соотношением
L = K R 2 с а R 2 р к
Figure 00000002
,
где L - осевое расстояние от СА до РК;
Rca - радиус внешнего кольца СА;
Rpк - радиус диска рабочего колеса ступени;
K - коэффициент, зависящий от начальных условий движения частиц на участке сепарации, в типовом случае при Rca≥Rpк может иметь значения K=0,5-1.
6. The axial stage of the compressor that removes heavy particles from the air stream, in accordance with paragraph 4, in which the SA is separated from the RK at a distance determined by the ratio
L = K R 2 from but - R 2 R to
Figure 00000002
,
where L is the axial distance from CA to RK;
Rca is the radius of the outer ring CA;
Rpк is the radius of the disk of the impeller of the stage;
K is a coefficient depending on the initial conditions of particle motion in the separation section; in the typical case, when Rca≥Rpк, it can have values K = 0.5-1.
RU2015103778/06A 2015-02-05 2015-02-05 Method of removing heavy particles from air flow in axial compressor stage and device for axial stage, removing heavy particles RU2594832C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015103778/06A RU2594832C1 (en) 2015-02-05 2015-02-05 Method of removing heavy particles from air flow in axial compressor stage and device for axial stage, removing heavy particles

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015103778/06A RU2594832C1 (en) 2015-02-05 2015-02-05 Method of removing heavy particles from air flow in axial compressor stage and device for axial stage, removing heavy particles

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2594832C1 true RU2594832C1 (en) 2016-08-20

Family

ID=56697285

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015103778/06A RU2594832C1 (en) 2015-02-05 2015-02-05 Method of removing heavy particles from air flow in axial compressor stage and device for axial stage, removing heavy particles

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2594832C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2671256C1 (en) * 2017-09-28 2018-10-30 Юрий Яковлевич Ситницкий Air-intake device for a helicopter gas turbine engine removing air sand particles, dust and other imparents from air
RU2672196C2 (en) * 2017-04-06 2018-11-12 Юрий Яковлевич Ситницкий Device for removing foreign objects from air flow in first stage of axial compressor or sub-zone of gas turbine engine fan
RU2725034C1 (en) * 2019-10-31 2020-06-29 Юрий Яковлевич Ситницкий Device for air cleaning from foreign objects in compressor of double-flow turbojet engine
RU2779727C1 (en) * 2018-11-13 2022-09-12 Термодин САС Inertial filter for an integrated motor-driven compressor unit

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2131882A (en) * 1982-11-26 1984-06-27 Gen Electric Gas turbine engine air inlet particle separator
RU2045451C1 (en) * 1992-03-05 1995-10-10 Военно-воздушная инженерная академия им.проф.Н.Е.Жуковского Device for protection of inner flow of double-flow turbojet engine against foreign matter
RU2132959C1 (en) * 1998-04-14 1999-07-10 Новицкий Сергей Михайлович Separator-reflector of foreign objects into outer duct of double-flow turbo-jet engine
JP2006029126A (en) * 2004-07-13 2006-02-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Impeller

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2131882A (en) * 1982-11-26 1984-06-27 Gen Electric Gas turbine engine air inlet particle separator
RU2045451C1 (en) * 1992-03-05 1995-10-10 Военно-воздушная инженерная академия им.проф.Н.Е.Жуковского Device for protection of inner flow of double-flow turbojet engine against foreign matter
RU2132959C1 (en) * 1998-04-14 1999-07-10 Новицкий Сергей Михайлович Separator-reflector of foreign objects into outer duct of double-flow turbo-jet engine
JP2006029126A (en) * 2004-07-13 2006-02-02 Matsushita Electric Ind Co Ltd Impeller

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
СТЕЧКИН Б.С. и др. Теория реактивных двигателей. Лопаточные машины. М.: Гос. изд. оборонной промышленности, 1956, с. 214, фиг. 144. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2672196C2 (en) * 2017-04-06 2018-11-12 Юрий Яковлевич Ситницкий Device for removing foreign objects from air flow in first stage of axial compressor or sub-zone of gas turbine engine fan
RU2671256C1 (en) * 2017-09-28 2018-10-30 Юрий Яковлевич Ситницкий Air-intake device for a helicopter gas turbine engine removing air sand particles, dust and other imparents from air
RU2779727C1 (en) * 2018-11-13 2022-09-12 Термодин САС Inertial filter for an integrated motor-driven compressor unit
RU2725034C1 (en) * 2019-10-31 2020-06-29 Юрий Яковлевич Ситницкий Device for air cleaning from foreign objects in compressor of double-flow turbojet engine
RU2801253C1 (en) * 2022-12-21 2023-08-04 Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Axial compressor

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10837361B2 (en) Gas turbine engine inlet
US8303258B2 (en) Fan platform fin
US8945254B2 (en) Gas turbine engine particle separator
RU2594832C1 (en) Method of removing heavy particles from air flow in axial compressor stage and device for axial stage, removing heavy particles
JP6030853B2 (en) Turbine blade and axial turbine
JP6254181B2 (en) Angel Wing of Turbine Blade with Pump Mechanism
JPS5936119B2 (en) Diffuser for centrifugal compressor
EP2778431A2 (en) Centrifugal compressors and methods of designing diffuser vanes for the same
KR102403377B1 (en) Exhaust diffuser
US20210033108A1 (en) Compressor rotor casing with swept grooves
CA2877222C (en) Multistage axial flow compressor
EP2620595A1 (en) Turbine packing deflector
JP6268315B2 (en) Turbine blade and steam turbine
RU2429386C2 (en) Fan unit with free radial wheel rotor
CN110778532B (en) Air gap fin for a turbine engine compressor
JP7266610B2 (en) Turbomachinery having flow separating slats with serrated profiles
JP6745233B2 (en) Turbine and gas turbine
EP3369982A1 (en) Bend pipe and fluid machine comprising same
CN107624150B (en) Guide vane, radial compressor, exhaust gas turbocharger
RU2646984C1 (en) Radial impeller grate of centrifugal wheel
JP6866187B2 (en) Turbine nozzle and radial turbine equipped with it
JP6715941B2 (en) Compressor blades, compressors, and methods for contouring compressor blades
JPH11173104A (en) Turbine blade
JPS6036702A (en) Multi-stage turbo machine
JP6867189B2 (en) Turbine nozzle and radial turbine equipped with it

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190206