Отсек осевой турбомашины

 

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к осевым паровым и газовым турбинам, может быть использовано в ступенях давления многоступенчатых осевых турбин для тепловых и атомных электростанций и позволяет повысить КПД турбомашины. Отсек содержит последовательно установленные в корпусе 1 рабочее колесо 2 и направляющую решетку 5, сопловые лопатки 8 которой выполнены со скосом 12 со стороны выходных кромок 9 рабочих лопаток 10 в зоне входного участка. Скос 12 плавно сопряжен с лопаткой 8 по ее длине L, а лопатки 8 в пределах скоса 12 выполнены с переменным профилем. Скос 12 может быть выполнен на периферии 14 на расстоянии 16 от внутренней радиальной поверхности 17 обода 7, составляющем от 0,05 до 0,1 длины лопатки 8, а также по всей длине L лопатки 8, при этом угол скоса 12 может быть переменным. Наличие скоса на входном участке сопловых лопаток 8 позволяет обеспечить безударное натекание потока рабочего тела, выходящего из рабочего колеса 2. При безударном натекании основного потока и надбандажной протечки снижаются потери энергии из-за исключения отрыва потока и более полного использования энергии надбандажной протечки, что повышает КПД направляющей решетки 5 и турбомашины в целом. 4 з.п. ф-лы, 10 ил.

союз советсних социАлистичесних

РЕСПУБЛИН (51)5 F 01 D 9/02, 5/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К A BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

С5

CO

Сл

CO

Ю.ФЦ

Б

Ф 5

- ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ пО изОБРетениям и ОТНРытиям

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4629202/24-06 (22) 02.01.89 (46) 07.11.90. Бюл. № 41 (71) Производственное объединение атомного турбостроения «Харьковский турбинный завод» им. С. М. Кирова и Харьковский политехнический институт им. В. И. Ленина (72) А. lI. Кантемир, В. Л. Гродзинский,.

Б. И. Фролов, Ю. Ф. Косяк, В. Ю. Иоффе и В. Д. Хантов (53) 621.438 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 1154488, кл. F 01 D 5/14,,1983. (54) ОТСЕК ОСЕВОЙ ТУРБОМДШИНЫ (57) Изобретение относится к турбостроению, в частности к осевым паровым и газовым турбинам, может быть использовано в ступенях давления многоступенчатых осевых турбин для тепловых и атомных электростанций и позволяет повысить КПД турбомашины. Отсек содержит последовательно установленные в корпусе 1 рабочее коле„,5U„„1605002 со 2 и направляющую решетку 5, сопловые лопатки 8 которой выполнены со скосом 12 со стороны выходных кромок 9 рабочих лопаток 10 в зоне входного участка. Скос 12 плавно сопряжен с лопаткой 8 по ее длине С, а лопатки 8 в пределах скоса 12 выполнены с переменным профилем. Скос 12 может быть выполнен на периферии 14 на расстоянии 16 от внутренней радиальной поверхности 17 обода 7, составляющем 0,05 — 0,1 длины лопатки 8, а также по всей длине f лопатки 8, при этом угол скоса 12 может быть переменным. Наличие скоса на выходном участке сопловых лопаток 8 позволяет обеспечить. безударное натекание потока рабочего тела, выходящего из рабочего колеса 2. При безударном натекании основного потока и надбандажиой протечке снижаются потери энергии из-за исключения отрыва потока и более полного использования энергии надбандажной протечки, что повышает КПД, направляющей решетки 5 и турбомашины в целом.

4 з. и. ф-лы,10 ил.

1605002 з

Изобретение относится к турбостроению, в частности к осевым паровым и газовым турбинам, и может быть использовано в конструкциях ступеней давления многоступенчатых турбин для атомных и тепловых электр ост ан ц ий.

Цель изобретения — повышение экономичности турбомашины без снижения ее надежности за счет уменьшения потерь; возникающих при нерасчетном натекании на сопловые лопатки направляющей решетки как в зоне струи надбандажной протечки, так и по всей длине лопаток, имеющих якорный участок.

На фиг. 1 представлена схема отсека турбомашины с сопловыми лопатками со скосом на периферии; на фиг. 2 — диаграмма распределения углов,а набегающего потока по длине Lлопатки в сечениях А-А, Б-Б, В-В, Г-Г на фиг. 1; на фиг. 3 — профили сопловых лопаток в сечениях А-А, Б-Б, В-В и Г-Г на фиг. 1; на фиг. 4 — сопловая лопатка в аксонометрии со скосом, выполненным на периферии; на фиг. 5 — профили сопловых лопаток со скосом входного участка, выполненным со стороны корыта для лопатки с удлиненным входным участком; на фиг. 6 — то же, для лопатки с нормальным входным участком; на фиг. 7 — профиль сопловой лопатки со скосом входного участка, выполненным со стороны спинки; на фиг. 8— сопловая лопатка со скосом, выполненным по всей длине с углом скоса постоянным по длине, аксонометрия; на фиг. 9 — то же, с углом скоса (90 — а), переменным по длине лопатки; на фиг. 10 — сопловая лопатка со скосом, выполненным со стороны корыта (верхняя часть) и со стороны спинки (внизу), аксонометрия.

Отсек осевой турбомашины содержит последовательно установленные в корпусе 1 рабочее колесо 2, периферийное уплотнение 3 которого имеет сужения 4, и направляющую решетку 5, между телом 6 и ободом 7 которой закреплены сопловые (направляющие) лопатки 8. Каждая лопатка 8 со стороны выходных кромок 9 рабочих лопаток 10 в зоне входного участка 11 выполнена со скосом 12, который плавно сопряжен с профилем 13 сопловой лопатки 8 по ее длине 3.

Сопловые лопатки .8 в пределах скоса 12 выполнены с переменным профилем 13. Скос

12 по периферии (периферийной части) 14 выполнен со стороны корыта 15 на расстоянии 16 от внутренней радиальной поверхности 17 обода 7, составляющем 0,05 — 0,1 длины 0 сопловой лопатки 8. Касательная к скосу 12 в точке его пересечения с входным участком 11 образует с осевым направлением 18 угол, плавно изменяющийся по длине 3 от (90 — а) в начале (сечение А-А до -0 в конце (сечение В-В) скоса 12.

Угол а в сечении А-А удовлетворяет условию 0,3(siп Й6(0,7, где z — количество сужений 4 периферийного уплотнения 3 ра10 бочего колеса 2. В рабочих колесах 2 без бандажа 19 величина z=1.

Нижний предел соответствует коротким ступеням с отношением среднего диаметра D к длине 8лопатки 10, равного 30 с реактивностью 0,05 — 0,1, а верхний предел — ступеням с D/Û5 — 7 с реактивностью 0,3 — 0,4.

Выход за указанные интервальные значения приводит к снижению эффективности отсека (ступени) из-за несоответствия углов натекания потока и углов входных участков 11 лопаток 8.

На периферии 14 протяженностью 005—

0,1 от длины Клопатки 8 угол ар набегающего потока (фиг. 2) плавно изменяется от

160 в сечении А-А до т90 в основном потоке (в сечении В-В). Поэтому скос 12 выполнен на периферии 14 (в сечениях А-А, Б-5, В-В) с переменными по высоте углами (90 — а) .

Расстояние (протяженность) скоса 12

20 на периферии 14 обусловлена тем, что на него натекает струя надбандажной протечки рабочего тела после рабочего колеса 2.

Нижний предел (0,05) соответствует ступеням D/f5 — 8, а верхний (0,1) ступеням с

D/3=30 — 40. Отклонение от данных значений при выполнении скоса 12 на периферии 14 приводит к несовпадению углов натекания потока протечки и входных углов лопаток 8.

Скос 12 может быть выполнен не только

30 на периферии 14, но и по всей длине 3лопатки 8 как со стороны корыта 15 (фиг. 8 и 9), так и со стороны спинки 20 (фиг. 7).

Такое выполнение направляющей решетки 5 целесообразно в том случае, когда перед ней расположена ступень с неоптимальЗ5 ным отношением U/Co и углом выхода потока, значительно отклоняющимся от осевого направления !8 в одну или другую сторону.

Кроме того, скос 12 может быть выполнен одновременно и со стороны корыта 15 на периферии 14 и со стороны спинки 20 у кор40 ня (в корневой части) лопатки 8 (фиг. 10).

Этот вариант направляющей решетки 5 целесообразен в том случае, когда перед ней расположена ступень с уменьшенным градиентом реактивности за счет «обратной»

45 закрутки и навала сопловых лопаток 8. 3а такой ступенью угол потока на периферии

14 больше 90, а у корня меньше 90 . При этом скос 12 может быть выполнен с переменным по длине лопаток 8 углом между касательной к скосу 12 в точке его пересечения

60 с входным участком 11 и осевым направлением 18 решетки 5. Такой вариант направляющей решетки 5 целесообразен в том, случае, когда перед ней расположен отбор (не показан) рабочего тела, обусловливающий радиальную неравномерность парамет55 ров (неравномерность углов потока по длине 8 лопатки 8).

Отсек осевой турбомашины работает следующим образом.

1605002

Формула изобретения о 2

9и 120 150 180

Фиг. 2

Поток рабочего тела, выходящий из рабочего колеса 2, имеет переменный по высоте 8 лопатки 8 (по высоте рабочей лопатки 10) угол а (фиг. 2). Наличие скоса 12 на входном участке 11 сопловых лопаток 8 позволяет подстроить их входную часть (входной участок) 11 под безударное натекание потока. Это позволяет снизить потери энергии, поскольку из-за отсутствия ударного натекания не происходит отрыв потока.

Возможно подстраивать лопатку 8 под безударный вход набегающего на нее потока при сильном местном изменении его углов, что имеет место, например, в зоне надбандажной протечки. Обтекание лопаток 8 происходит с более полным использованием энергии струи надбандажной протечки при уменьшении потерь от нерасчетного натекания по всей длине 3 лопаток 8, а также не только со стороны спинки 20, но и со стороны корыта 15, что повышает КПД направляющей решетки 5, отсека и всей турбомашины и позволяет получать дополнительную мощность и, следовательно, вырабатывать дополнительную электроэнергию.

1. Отсек осевой турбомашины, содержащий последовательно установленные в корпусе рабочее колесо, периферийное уплотнение которого имеет сужения, н направляющую решетку, между телом и ободом которой закреплены сопловые лопатки, каждая из которых со стороны выходных кромок рабочих лопаток выполнена со скосом, сопряженным с профилем, имеющим спинку и корыто, отличающийся тем, что, с целью повышения экономичности турбомашины с сопловыми лопатками, входной участок лопаток выполнен со скосом, который плавно сопряжен с сопловой лопаткой по ее длине, а сопловые лопатки в пределах скоса выполнены переменного профиля.

2. Отсек по п. 1, отличающийся тем, что скос выполнен по периферии со стороны корыта на расстоянии от внутренней радиальной поверхности обода, составляющем от

0,05 — 0,1 длины сопловой лопатки, а касательная к скосу в точке его пересечения с входным участком образует с осевым направлением угол, плавно изменяющийся по длине лопатки от (90 — а) в начале до -0 в конце скоса, при этом угол а, удовлетворяет условию 0,3(sirjl6(0,7, где z — ко 0 личество сужений периферийного уплотнения рабочего колеса.

3. Отсек по п. 1, отличающийся тем, что скос выполнен со стороны корыта или спинки по всей длине сопловой лопатки.

4. Отсек по п. 1, отличающийся тем, что скос по периферии и у корня выполнен соответственно со стороны корыта и спинки.

5. Отсек по пп. 1, 3 и 4, отличающийся тем, что скос выполнен с переменным по. длине лопатки углом между касательной к

30 скосу в точке его пересечения с входным участком н осевым, направлением.

1605002

Фиг. Ф (90- u) Фаг. 8

1605002

Сюс со

СтаРаНЫ ворюга

Скос со с поронь

СПанки

Фиг. 10

Составитель В. Гуторов

Редактор А. Мотыль Те хред А. Кра вчу к Корректор Л. Патай

Заказ 3442 Тираж 430 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат «Патент», r Ужгород, ул. Гагарина, 101