Numerical and Experimental Study of the Effect of Circumferential Grooves on HPC Last Stage Performance

Abstract

Высокие степени повышения давления в современных осевых компрессорах приводят к уменьшению высоты проточной части и, следовательно, к уменьшению высоты лопаток в последних ступенях компрессора. Зазор на периферии лопатки не может быть снижен по отношению к высоте или длине хорды лопатки на такую же относительную величину, что и в первых ступенях. Более того, работа компрессора на переходных режимах может привести к увеличению зазоров на периферии, так что в последних ступенях значения зазоров будут заметно выше обычных. Это может повлиять на диапазон рабочих режимов и характеристики всего компрессора. Надроторное устройство лабиринтного типа может быть одним из средств парирования негативных последствий, связанных с увеличением зазора на периферии ротора. Объектом исследования данной работы является ступень Д-77М-крупногабаритная (1 м) модель последней ступени КВД, предназначенная для исследования особенностей течения в осевых ступенях с большим относительным диаметром втулкиd = 0,925. Она состоит из трехлопаточных венцов: входной направляющий аппарат с числом лопаток Z ВНА = 90, который создает закрутку, подобно закрутке в реальном компрессоре, рабочее колесо с числом лопаток Z РК = 82 и двухрядный направляющий аппарат с числом лопаток Z НА = 134 + 134. Ступень Д-77М имеет следующие проектные параметры: G пр = 15,4 кг/с; u пр = 264 м/с; π * = 1,24. Целью проектирования бороздок НРУ лабиринтного типа было восстановить запасы газодинамической устойчивости, величину степени повышения полного давления и максимальный уровень КПД, которые уменьшились из-за увеличения радиального зазора. Были рассмотрены два значения радиального зазора: а) d р = 0,4 ммпроектная высота радиального зазора и б) d р = 0,8 ммувеличенная величина радиального зазора. Ключевые слова: замыкающая ступень компрессора, надроторное устройство лабиринтного типа, радиальный зазор, КПД, газодинамическая устойчивость.