Турбодетандер

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51) 4 F 25 В 11 00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3909819/23-06 (22) 18.03.85 (46) 07.11.86. Бюл. № 41 (71) Научно-исследовательский институт технологии криогенного машиностроения (72) Б. М. Дворкин и В. Н. Гроссман (53) 621.57 (088.8) (56) Епифанова В. И. Низкотемпературные радиальные турбодетандеры. — М.: Машиностроение, 1974, с. 372. (54) ТУРБОДЕТАНДЕР (57) Изобретение относится к криогенной технике, в частности к турбодетандерам.

Цель изобретения — уменьшение теплопритоков к рабочему колесу турбодетандера.

Колесо выполнено в виде диска 3 с лопатками 5, снабженного на тыльной стороне, противоположной рабочей поверхности (РП) ÄÄSUÄÄ 1268903

4, теплоизолирующей накладкой (ТИН) 7.

Диаметр ТИН 7 (0,9 — 0,95) D», где О» диаметр колеса. Диск 3 снабжен также кольцеобразным теплоизолирующим элементом (ТИЭ) 8, большее основание которого контактирует с ТИН 7, а меньшее расположено в теле диска 3 на расстоянии

H=(0,35 — 0,4)Н» от его тыльной стороны и имеет диаметр (0,4 — 0,7) D, где Н» — высота колеса, 0 — диаметр диска 3 в плоскости расположения меньшего основания ТИЭ 8

Часть воздуха, просачивающаяся по зазору

14 в зазор 13, имеет температуру значительно выше температуры на РП 4 диска 3.

Приток тепла к РП 4 снижается ТИН 7, увеличивающей тепловое сопротивление колеса. ТИЭ 8 уменьшает теплоприток со стороны вала. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1268903

5 !

О !

20

Формула изобретения

1

Изобретение относится к криогенной технике, в частности к турбодетандерам криогенных систем.

Целью изобретения является уменьшение теплопритоков к рабочему колесу.

На фиг. 1 изображен предлагаемый турбодетандер; на фиг. 2 — разрез А — А на фиг. 1.

Турбодетандер содержит помещенные в корпус 1 направляющий аппарат 2 и рабочее колесо, представляющее собой диск 3, на рабочей поверхности 4 которого имеются образующие сопла лопатки 5. К тыльной поверхности 6 диска 3 прикреплена (например, приклеена или напылена) теплоизолирующая накладка 7, наружный диаметр которой D=0,95D<, где D< — — диаметр колеса. Имеется также дополнительный кольцеобразный теплоизолирующий элемент 8, расположенный в теЛе диска 3 концентрично ему (ось элемента 8 совпадает с осью 9 диска). При этом основание 10 теплоизолирующего элемента 8 примыкает к теплоизолирующей накладке 7, а основание 11 расположено в плоскости 12 диска, параллельной тыльной поверхности 6, на расстоянии Н от поверхности 6 (0,35 — 0,4) Н», где Н» — вы сота колеса (расстояние вдоль оси 9 от тыльной поверхности 6 до наиболее удаленных от нее точек лопаток 5). Диаметр D> основания 11 равен (0,4 — 0,7) D,,где В диаметр рабочей поверхности 4 в плоскости

12. Диаметр Di элемента 8 меньше или равен его диаметру D в любом поперечном сечении. В данном случае теплоизолирующий элемент 8 выполнен в виде конического кольца, т. е. D (Dz, Между тыльной поверхностью 6 и корпусом 1 имеется зазор 13, а между диском 3 и направляющим аппаратом 2 — зазор 14. Рабочее колесо насажено на вал 15, на котором установлено лабиринтное уплотнение 16 для уменьшения утечек продукта из зазора 13 в атмосферу. Накладка и элемент 8 выполнены толщиной, обеспечивающей уменьшение теплопритоков через них не менее чем на 90О .

Турбодетандер работает следуктщим образом.

Рабочую среду, например предваритепьно охлажденный воздух, подают на направляющий аппарат 2 турбодетандера, откуда она поступает на лопатки 5 рабочего колеса.

При прохождении по образованным лопатками соплам рабочее тело (воздух) расширяется с совершением внешней работы, и

его температура падает. Часть воздуха просачивается по зазору 14 между диском 3 рабочего колеса и направляющим аппаратом

2 в зазор 13. Поскольку это воздух нерасширенный и дополнительно подсгретый, в результате трения о диск вращающегося рабочего колеса его температура значительно выше температуры на рабочей поверхности 4 диска 3 колеса. Под действием

2 этого градиента температур (приблизительно 40 — 60 К) происходит приток тепла к рабочей поверхности колеса, что уменьшает охлаждение воздуха, движущегося по соплам образованным лопатками 5. Теплоизолирую щая накладка 7, прикрепленная к тыльной поверхности 6 диска. 3, значительно увеличивает тепловое сопротивление рабочего коле са и, следовательно, снижает приток тепла к рабочей поверхности колеса.

Вал 15 турбодетандера вращается в подшипниках, температура масла в которых достигает 340 †3 К. В результате значительное количество тепла передается к рабочей поверхности колеса по валу 15.

Кроме того, по валу может передаваться тепло от применяющегося в некоторых видах турбодетандеров масляного тормоза.

Теплоизолирующий элемент 8 уменьшает теплоприток со сторонь. вала и, следовательно, обуславливаемый им подогрев воздуха, движущегося по образованным лопатками соплам.

Расстояние Н между основаниями 10 и 11 кольцеобразного теплоизолирующего элемента 8 должно быть равно не более 0,4 высоты колеса, а диаметр Di основания 11 должен лежать в пределах (0,4 — 0,7) диаметра рабочей поверхности 4 диска 3 в плоскости 12, поскольку при большей величине расстояния H между основаниями 10 и 11 (т. е. большей высоте элемента 8) либо при приближении элемента 8 к оси 9 или к рабочей поверхности 4 диска, обусловленном выполнением основания 11 с диаметром, меньшим или большим указанного, значительно уменьшается прочность рабочего колеса. Выполнение элемента 8 с расстоянием между основаниями меньшим

0,35D нецелесообразно, так как снижает эффект повышения КПД. Все это подтверждено экспериментально. Диаметр внешней теплоизолирующей накладки 7 выбирается исходя из следующих условий: увеличение диаметра приводит к повышению теплозащитных свойств элемента и в то же время к большим потерям КПД турбодетандера из-за увеличения толщины внешней кромки диска.

Ввиду того, что указанные факторы дей ствуют в разных направлениях, существует оптимальный диаметр наружного теплоизоли рующего элемента, соответствующий максимуму КПД турбодетандера. Экспериментально установлено, что этот максимум достигается при D=(0,92 — 0,925)0 . Практически этот диаметр принят равным (0,9 — 0,95)0 .

1. Турбодетандер, содержащий корпус с направляющим аппаратом и размещенное в корпусе рабочее колесо, установленное на валу и выполненное в виде диска с лопат1268903

Составитель A. Коломейцева

Техред И. Верес Корректор С. Черни

Тираж 482 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент>, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Редактор О. Юрковецкая

Заказ 6019/40 ками на рабочей поверхности, отличающийся тем, что, с целью уменьшения теплопритоков к рабочему колесу, диск на тыльной стороне, противоположной рабочей поверхности, снабжен теплоизолирующей накладкой, имеющей диаметр D=(0,9 — 0,95)D», где О» — диаметр колеса.

2. Турбодетандер по п. 1, отличающийся тем, что диск дополнительно снабжен кольцеобразным теплоизолирующим элементом, контактирующим большим основанием с теплоизолирующей накладкой, при этом меньшее основание элемента расположено в теле диска параллельно его тыльной стороне на расстоянии от нее Н=(0,35—

0,4)H» и имеет диаметр Di= (0;4 — 0,7) Вр, где H» — высота колеса; D — диаметр диска в плоскости расположения меньшего основания кольцеобразного теплоизолирующего элемента.