Лопатна решітка турбомашини

Винахід відноситься до галузі турбомашин різного виду та призначення -компресорів, насосів, вентиляторів, гвинтів, вітряних коліс, турбін; осьових, діагональних та радіальних. Відома лопаткова решітка, яка має міжпрофільні канали та утворюючі їх лопатки, профільні перерізи яких мають S - подібну форму (див. SU 448176, FQ4 D 29/38, 1974). Відомі також лопатні решітки турбомашини, які мають міжпрофільні канали та утворюючі їх лопатки, профільні перерізи яких на меридіональних поверхнях мають вигнуту середню лінію, спрямовану своєю передньою точкою назустріч потоку робочого середовища, яка плавно від вершини зігнутості сходить до хорди, що з'єднує обидва кінці середньої лінії, при монотонному зменшенні кута нахилу між хордою і дотичними до середньої лінії до нульового значення при русі від передньої точки до вершини зігнутості (див. SU 1321838 А1, F01 D 5/12, 1987). Однак теорія та експериментальні дослідження показують, що потік безпосередньо за лопатками, створеними за загальноприйнятими правилами формоутворення їхніх профільних перетинів, характеризується явно вираженою кроковою градієнтністю швидкості і статичного тиску в області основного плину, що породжує додаткові втрати енергії, знижує стійкість обтікання лопаток. Таким чином, доцільно знижувати вихідну градієнтність потоку за лопатками. Задачею цього винаходу є зниження вихідної градієнтності потоку за лопатками, що приводить до підвищення ККД, зниженню віброактивності, підвищенню міцності лопаток. Поставлена задача вирішується тим, що в лопатній решітці турбомашини, яка має міжпрофільні канали й утворюючі їх лопатки, профільні перерізи яких у меридіональних перетинах мають вигнуту середню лінію, спрямовану своєю передньою точкою назустріч потоку робочого середовища, яка плавно від вершини зігнутості сходить до хорди, яка з'єднує обидва кінці середньої лінії, при монотонному зменшенні кута нахилу між дотичними до хорди і середньої лінії до нульового значення при русі від передньої точки до вершини зігнутості, відповідно до винаходу середня лінія профільних перетинів розташована по один бік щодо хорди і сполучена з останньою в задній точці профілю під гострим кутом нахилу, величина якого на ділянці від задньої точки до вершини зігнутості спочатку монотонно зростає, а потім плавно спадає, а профіль лопатки виконано симетричним щодо середньої лінії, при цьому хорда на меридіональній поверхні проведена як плавна лінія, що перерізає поточні меридіани даної поверхні під гострими кутами, а кут нахилу виміряється між дотичними, які перерізаються, проведеними до двох протилежно розташованих одна щодо другої точок, що лежать па хорді і середній лінії. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що величина гострого кута між хордою і поточними меридіанами виконана змінною: збільшується при зменшенні відстані від точки перерізу хорди з поточним меридіаном даної поверхні до осі цієї поверхні і зменшується при збільшенні зазначеної відстані. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що величина гострих кутів між хордою і поточними меридіанами виконана сталою. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що величина гострого кута між хордою і поточними меридіанами виконана змінною монотонно. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що хорда виконана найменшої довжини. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що потік робочого середовища в середній області вихідного перерізу міжпрофільного каналу вирівняно по швидкості, так що виявляються одночасно зниженими убік нуля значення, принаймні, перших двох часток похідних: dV/dy, d2V/dy2, де V-швидкість потоку, у- кроковий напрямок уздовж названого перерізу лопатної решітки. Поставлена задача вирішується за рахунок того, що потік робочого середовища в середній області вихідного перерізу міжпрофільного каналу вирівняно по швидкості, так що в центральній точці цієї області є рівними нулю значення одночасно, принаймні, перших двох часткових похідних: dV/dy=0, d2V/dy2 = 0. Поставлена задача вирішується також тим, що профіль лопатки виконано тонколистовим. Поставлена задача вирішується також тим, що вершина зігнутості виконана у формі ділянки, еквідистантної хорді. Поставлена задача вирішується також тим, що профільні перерізи лопатки розташовані на ділянці біля кореня пера лопатки. Поставлена задача вирішується також тим, що профільні перерізи лопатки розташовані на ділянці біля периферії пера лопатки. Поставлена задача вирішується також тим, що профільні перерізи лопатки розташовані на ділянках біля кореня і периферії пера лопатки. Поставлена задача вирішується також тим, що профільні перерізи лопатки розташовані в середній частині по висоті пера лопатки. Поставлена задача вирішується також тим, що профільні перерізи лопатки розташовані по усій висоті пера лопатки. На фіг.1 зображена лопатка турбомашини і перерізаючої її одна з меридіональних поверхонь. На фіг.2 представлена лопатна решітка турбомашини на меридіональній поверхні. На фіг.3 показано типовий розподіл швидкості в середній частині потоку в перетині на виході з міжпрофільного каналу для випадків відомих решіток турбомашин. На фіг.4 показано розподіл швидкості в середній частині потоку в перерізі на виході з міжпрофільного каналу у запропонованій лопатній решітці турбомашини. На фіг.5 показано профільний перетин лопатки, у якому середня лінія має вершину зігнутості у формі ділянки, еквідистантної хорди. На фіг.6 показано експериментальні графіки змін коефіцієнту статичного тиску в робочому середовищі в перетині уздовж кроку безпосередньо за вихідними кромками лопаток на середній по висоті лопатки меридіональній поверхні, де: крива 1 відноситься до компресорної лопатки звичайної конструкції з С-подібними профілями; вона показує, що крокова градієнтність потоку, що витікає у даному лопатковому апараті дуже істотна; крива 2 відноситься до лопатки спеціального профілювання з видозміненою середньою лінією профілю відповідно до пропонованого винаходу; вона показує, що шагова градієнтність потоку, що витікає знижена до свого граничного рівня - нульового. Лопатна решітка турбомашини містить міжпрофільні канали 1 та лопатки 2, що їх утворюють. Профільні перетини 3 лопаток 2 на меридіональних поверхнях 4 мають вигнуту середню лінію 5, спрямовану своєю передньою точкою назустріч потоку робочого середовища, що плавно від вершини зігнутості 6 сходить до хорди 7. Хорда 7 з'єднує обидва кінці середньої лінії 5 при монотонному зменшенні кута нахилу 8 між дотичними до хорди 7, що перерізаються і середньої лінії 5 - які проведені з протилежно розташованих одна щодо другої точок 9 і 10 відповідно хорди 7 і середньої лінії 5 - до нульового значення при русі від передньої точки до вершини зігнутості 6. Середня лінія 5 профільних перетинів 3 розташована по одну сторону щодо хорди 7 і сполучена з останньою в задній точці профілю під гострим кутом нахилу 8а, величина якого на ділянці від задньої точки до вершини зігнутості 6 спочатку монотонно зростає, а потім плавно спадає. При цьому профіль З лопатки 2 виконано симетричним щодо середньої лінії 5, а хорда 7 на меридіональній поверхні 4 проведена як плавна лінія, що перетинає поточні меридіани 11 даної поверхні під гострими кутами 12. Величина гострого кута 12 між хордою 7 і поточними меридіанами 11 може бути виконана перемінною - яка збільшується при зменшуваній відстані 13 від точки 14 перерізу хорди 7 з поточним меридіаном 11 даної поверхні до осі 15 цієї поверхні і, навпаки, що зменшується при збільшенні зазначеної відстані. Хорда 7 може бути проведена і за умовою сталості величини гострих кутів 12 між нею і поточними меридіанами. Крім того, величина гострого кута 12 між хордою 7 і поточними меридіанами 11 може бути виконана такою, що змінюється монотонно. Крім того, хорда 7 може бути проведена відповідно до умови забезпечення найменшої її довжини. При цьому потік робочого середовища в середній області 16 вихідного перерізу міжпрофільного каналу 1 вирівняний по швидкості, так що виявляються одночасно зниженими убік нуля значення, принаймні, перших двох часток похідних: dV/dy, d2V/dy2, де V - швидкість потоку, у - шаговий напрямок уздовж названого перерізу лопатної решітки. Потік робочого середовища в середній області 16 вихідного перерізу між профільного каналу 1 може бути вирівняний по швидкості, так що в центральній точці цієї області виявляються рівними нулю значення одночасно, принаймні, перших двох часток похідних: dV/dy=0, d2V/dy2=0. Профіль 3 лопатки 2 може бути виконаний тонколистовим. Вершина зігнутості 6 може бути виконана у формі площадки 20, еквідистантній хорді 7. Профільні перетини 3 можуть розташовуватися на ділянках біля кореня 17, периферії 18 і одночасно на тій і іншій ділянках пера лопатки 2. Профільні перетини 3 лопатки 2 можуть бути розташовані в середній частині 19 по висоті лопатки. Профільні перетини 3 лопатки так само можуть бути розташовані по усій висоті пера лопатки 2. У робочому процесі потік, що натікає на лопатки вінця з вектором швидкості V1, зазнає повороту у міжпрофільних каналах 1 лопатного вінця і випливає з вектором швидкості V2 при зниженому аж до граничного кульового - значенні шагової градієнтності його середньої області 16 у вихідному перетині міжпрофільного каналу 1. Винахід дозволяє зменшити крокову градієнтність основного потоку за лопатними вінцями газових, парових і рідинних турбомашин осьового, діагонального і радіального типів, тим самим підвищити стійкість обтікання лопаток, їх міцність та ККД.