Спосіб регулювання осьової турбомашини за допомогою флюгерних лопаток

1 Спосіб регулювання осьової турбомашини, при якому лопатки повертають навколо осей їх обертання, які проходять від внутрішньої до зовнішньої поверхонь проточної частини осьового компресора, і встановлюють так, щоб величини кутів атаки вхідного потоку на лопатки були такими, при яких забезпечується поворот потоку після лопаток на потрібний кут без великих відривів потоку з лопаток, який відрізняється тим, що лопат Винахід відноситься до галузі машинобудування, а саме, до осьових турбомашин Відомий спосіб регулювання осьової турбомашини, при якому всі лопатки кожного лопаткового вінця, яким треба керувати, обертають навколо осей обертання лопаток, які проходять від внутрішньої до зовнішньої поверхонь проточної частини осьової турбомашини, і встановлюють так, щоб величини кутів атаки вхідного потоку на лопатки були такими, при яких забезпечується поворот потоку в кожному лопатковому ВІНЦІ на потрібний кут без великих відривів потоку з лопаток Регулювання здійснюють шляхом примусового повороту лопаток у кожному лопатковому ВІНЦІ, ЯКИМ треба керувати, на заданий програмно-задаючим пристроєм кут установки лопаток ВІДПОВІДНО залежності a =f (n, Тв), де а - кут установки лопаток у лопатковому ВІНЦІ, п - частота обертання ротора турбомашини, Тв - температура повітря на вході в турбомашину При цьому в якості задаючого параметра використовують приведену частоту обертання ротора турбомашини, яка залежить від фізичної частоти обертання ротора турбомашини і температури повітря на вході в турбомашину/1/ На розрахунковому режимі роботи турбомашини всі лопатки лопаткових ВІНЦІВ, ЯКИМИ треба керувати, повертають так, щоб величини кутів атаки вхідного потоку на лопатки були такими, при ки обертають від дії повної аеродинамічної сили, що діє на кожну лопатку 2 Спосіб регулювання осьової турбомашини за п 1, який відрізняється тим, що регулювання здійснюють для кожної лопатки окремо, без механічного зв'язку з іншими лопатками 3 Спосіб регулювання осьової турбомашини за п 1, який відрізняється тим, що вісь обертання кожної лопатки розташовують з боку и корита на заданих відстанях від носика і хвостика лопатки, величинами яких задають величину кута атаки вхідного потоку на лопатку, при якій забезпечується поворот потоку після лопатки на потрібний кут без великих відривів потоку з лопаток яких забезпечується поворот потоку в кожному лопатковому ВІНЦІ на потрібний кут без великих відривів потоку з лопаток При ЗМІНІ режиму або умов роботи турбомашини змінюються кути атаки на лопатках, що може викликати великі відриви потоку з цих лопаток У випадку, коли відбуваються такі зміни режиму або умов роботи турбомашини, які викликають зміну приведеної частоти обертання ротора турбомашини, за допомогою програмно-задаючого пристрою видають команду на пдро-підсилювач з метою змінити кути установки лопаток лопаткових ВІНЦІВ, ЯКИМИ треба керува ти, на задані кути ВІДПОВІДНО залежності a =f (n, Тв) /1/ Недоліками відомого способу є те, що зазначеному способу притаманна шерційність регулювання, що може призвести до небезпечних режимів роботи осьової турбомашини До недоліків відноситься й те, що залежність a =f (n, Тв), ВІДПОВІДНО ЯКІЙ здійснюють поворот лопаток, не врахо вує всіх експлуатаційних факторів, які можуть приводити до зміни кутів атаки на лопатках лопаткових ВІНЦІВ І викликати великі відриви потоку з них, наприклад, колову нерівномірність потоку, несподівану швидку зміну температури повітря на вході в осьову турбомашину, зменшення числа Рейнольдса нижче критичного, вогкість повітря та ІНШІ До недоліків відноситься й те, що для реалі о (О 61012 зацм відомого способу необхідний програмний регулятор лопаткових ВІНЦІВ, ЯКИЙ відзначається значною складністю конструкції, великою вартістю, громіздкістю і незадовільною надійністю Найбільш близьким технічним рішенням, що обрано за прототип, є спосіб регулювання осьової турбомашини, який використовують в системі автоматичного керування осьового компресора газотурбінного двигуна, яка виконується як програмний регулятор групи напрямних апаратів, що реалізує заданий закон керування ними і містить програмно-задаючий пристрій, пдро-підсилювач і гідравлічний привід повороту лопаток напрямних апаратів компресора/2/ Недоліками відомого способу, який обрано за прототип, є те, що програмним регуляторам напрямних апаратів притаманна шерційність регулювання, яка може викликати помпаж двигуна при зменшенні частоти його обертання До недоліків відомого способу, який обрано за прототип, відноситься й те, що програмні регулятори напрямних апаратів не враховують всіх експлуатаційних факторів, які можуть змінювати кути атаки на лопатках компресора і викликати великі відриви потоку з лопаток компресора, наприклад, колову нерівномірність потоку, несподівану швидку зміну температури повітря на вході в компресор, зменшення числа Рейнольдса нижче критичного, вогкість повітря та ІНШІ До недоліків відомого способу, який обрано за прототип, відноситься й те, що програмні регулятори напрямних апаратів відзначається значною складністю конструкції, великою вартістю, громіздкістю і незадовільною надійністю В основу винаходу поставлена технічна задача шляхом усунення недоліків прототипу забезпечити можливість безшерційного регулювання осьової турбомашини, безумовного врахування всіх експлуатаційних факторів, які можуть змінювати кути атаки на лопатках осьової турбомашини і викликати великі відриви потоку з них, а також можливість регулювання осьової турбомашини без використання програмних регуляторів Суть винаходу полягає в тому, що всі лопатки кожного лопаткового вінця, яким треба керувати, обертають від дії повної аеродинамічної сили, що діє на ці лопатки, навколо осей обертання лопаток, які проходять від внутрішньої до зовнішньої поверхонь проточної частини осьової турбомашини, і встановлюють так, щоб величини кутів атаки вхідного потоку на лопатки були такими, при яких забезпечується поворот потоку в кожному лопатковому ВІНЦІ на потрібний кут без великих відривів потоку з лопаток Суть винаходу полягає також в тому, що регулювання здійснюють для кожної лопатки лопаткового вінця, яким треба керувати, індивідуально, без механічного зв'язку з іншими лопатками Суть винаходу досягається тим, що вісь обертання кожної лопатки розташовують з боку и корита на заданих відстанях від носика і хвостика лопатки, величинами яких задають кут атаки, який буде зберігатись на будь-яких режимах роботи осьової турбомашини В результаті вирішення технічної задачі досягається технічний результат, який полягає в тому, що в будь-яких умовах експлуатації осьова турбомашина не буде виходити на небезпечні режими роботи, величини кутів атаки вхідного потоку на лопатки будуть такими, при яких забезпечується поворот потоку в кожному лопатковому ВІНЦІ на потрібний кут без великих відривів потоку з лопаток, конструкція системи регулювання осьової турбомашини, яка регулюється шляхом повороту лопаток лопаткових ВІНЦІВ, буде проста, недорога, компактна і надійна Порівняльний аналіз технічного рішення з прототипом дозволяє зробити висновок, що спосіб регулювання осьової турбомашини за допомогою флюгерних лопаток, який заявляється, відрізняється тим, що в якості задаючого параметра використовують величину куту атаки вхідного потоку на лопатки у кожному лопатковому ВІНЦІ, ЯКИМ треба керувати, при якій забезпечується поворот потоку в цьому ВІНЦІ на потрібний кут без великих відривів потоку з лопаток, для чого вісь обертання кожної із зазначених лопаток розташовують з боку и корита на заданих відстанях від носика і хвостика лопатки, величинами яких задають зазначену величину куту атаки, яка буде зберігатись на будь-яких режимах роботи осьової турбомашини, при цьому лопатки обертаються від дії повної аеродинамічної сили, що діє на кожну лопатку, а регулювання здійснюють для кожної зазначеної лопатки окремо, без механічного зв'язку з іншими лопатками Таким чином спосіб регулювання осьової турбомашини за допомогою флюгерних лопаток, який заявляється, відповідає критерію винаходу "новизна" Суть винаходу пояснюється за допомогою креслень, де на фіг 1 показаний лопатковий вінець, яким треба керувати, у площині решітки на усталеному режимі роботи осьової турбомашини, на фіг 2 показаний лопатковий вінець, яким треба керувати, у площині решітки на перехідному режимі роботи осьової турбомашини Для ілюстрації способу регулювання осьової турбомашини за допомогою флюгерних лопаток, який заявляється, на фіг 1-2 показані лопатки 1 лопаткового вінця, кожна з яких закріплена на платформі 2, яка разом з лопаткою 1 обертається на осі обертання 3, яка розташована з боку корита лопатки 1 на заданих відстані 4 від носика і відстані 5 від хвостика лопатки 1, величинами яких задають величину куту атаки 6 вхідного потоку 7 на лопатки 1, при якій забезпечується поворот вхідного потоку 7 в цьому ВІНЦІ на потрібний кут повороту 8 без великих відривів вихідного потоку 9 з лопаток 1 ЛІНІЯ ДІЇ 10 повної аеродинамічної сили 11, що діє на кожну лопатку 1, розташована відносно осі обертання 3 на відстані, яка називається плече 12, при цьому обертовий момент 13, який примушує обертатися лопатку 1 навколо осі обертання З дорівнює добутку скалярної величини повної аеродинамічної сили 11 і плеча 12 У випадку, коли ЛІНІЯ дії 10 буде проходити через вісь обертання З, величина плеча 12, а значить і величина обертового моменту 13, будуть дорівнювати нулю Спосіб регулювання осьової турбомашини за допомогою флюгерних лопаток, який заявляється, здійснюється наступним чином На усталеному режимі роботи осьової турбомашини ЛІНІЯ дії 10 повної аеродинамічної сили 11, що діє на кожну лопатку 1 лопаткових ВІНЦІВ, ЯКИМИ 61012 треба керувати, проходить через вісь обертання лопатки 3, при цьому величина плеча 12, а значить і величина обертового моменту 13 на лопатці 1 дорівнює нулю, всі лопатки 1 осьової турбомашини стоять нерухомо, кут атаки 6 вхідного потоку 7 на лопатки 1 має таку величину, при якій в кожному лопатковому вінці забезпечується потрібний кут повороту 8 без великих відривів вихідного потоку 9 з лопаток 1. При зміні режиму роботи осьової турбомашини змінюється положення лінії дії 10 повної аеродинамічної сили 11, що діє на кожну лопатку 1 лопаткових вінців, якими треба керувати, при цьому величина плеча 12, а значить і величина обертового моменту 13 на кожній лопатці 1 не дорівнюють нулю, лопатка 1 під дією свого обертового моменту 13 починає обертатися навколо власної осі обертання 3, при цьому лінія дії повної аеродинамічної сили 11, що діє на кожну лопатку 1, наближається до осі обертання лопатки 3, обертовий момент 13 зменшується і стає рівним нулю, коли лінія дії 10 повної аеродинамічної сили 11, що діє на кожну лопатку 1, буде проходити через вісь обертання лопатки 3, при цьому обертовий момент 13 на лопатці 1 буде дорівнювати нулю, всі лопатки 1 знову будуть стояти нерухомо, кут атаки 6 вхідного потоку 7 на лопатки 1 матиме таку величину, при якій в кожному лопатковому вінці забезпечується потрібний кут повороту 8 без великих відривів вихідного потоку 9 з лопаток 1. Спосіб регулювання осьової турбомашини за допомогою флюгерних лопаток, який заявляється, дійсно МОЖЛИВО реалізувати, тому, що конструктивно можливо встановити в корпус осьової турбомашини лопатки лопаткового вінця, кожна з яких обертається на власній осі обертання, яка розташована з боку її корита на заданих відстанях від носика і хвостика лопатки, величинами яких задають величину куту атаки вхідного потоку на лопатки, при якій забезпечується поворот вхідного потоку в цьому вінці на потрібний кут повороту без великих відривів вихідного потоку з лопаток. Підвищення ефективності застосування способу регулювання осьової турбомашини за допомогою флюгерних лопаток, який заявляється, у порівнянні з прототипом, досягається тим, що в якості керуючого параметра використовується кут атаки вхідного потоку на лопатки. Підвищення ефективності застосування способу регулювання осьової турбомашини за допомогою флюгерних лопаток досягається й тим, що регулювання осьової турбомашини здійснюється без використання програмних регуляторів, яким притаманна інерційність регулювання, складність конструкції, велика вартість, громіздкість і незадовільна надійність. ДЖЕРЕЛА ІНФОРМАЦІЇ 1. Климентовский Ю.А. Системы автоматического управления силовыми установками летательных аппаратов. — Київ: КВІЦ, 2001. — 400 с. — аналог. 2. Терещенко Ю.М., Мітрахович М.М. Авіаційні газотурбінні двигуни. — Київ: КВІЦ, 2001. — 312 с. — прототип. 11 10 61012 1 12 4 ІЗ 5 2 з 9 Фіг. 2 Комп'ютерна верстка Н. Кураєва Підписне Тираж39 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м. Київ, МСП, 04655, Україна ДП "Український інститут промислової власності", вул. Сім'ї Хохлових, 15, м. Київ, 04119