Радиально-осевое турбинное колесо гидротрансформатора

 

Изобретение относится к гидродинамическим передачам, конкретно к лопастям турбинных колес, и может быть применено при их проектировании. Цель изобретения - снижение потерь энергии при повышении преобразующих свойств гидротрансформатора , достигается тем, что турбинное колесо содержит корпус 4, заодно с которым выполнены лопасти 5, имеющие корытообразные профили. Проекция профиля лопасти по внутреннему тору на плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса, расположена внутри проекции на ту же плоскость профиля лопасти по наружному тору, это обеспечивает возможность изготовления турбинного колеса путем отливки его в металлической ли гейной фооме с осевым разъемом . Для повышения преобразующих СВОРОТЕ гидротрансформатора с таким турбинным колесом входная кромка 11 лопасти на указанной проекции выполнена в виде кривой линии, пересекающейся с линией спинки профиля по внутреннему тору под углом, при этом в средней части лопасти на входной части профиля со стороны корыта имеется участок обратной кривизны. 7 ил ел С

Г.ОКЛ СОВЕТСКИХ

« Ol (VlAJlVICTVI«IÅÑÊÈÕ

P F С П У Ь «"«И К (sIis F 16 Н 41/28

ГОСУДЛРСТВЕНН«ЧЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕ ЕНИЯМ И OTKPhlTI

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCKOMY СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4789468/29

{22) 06.02.90 (46 I 23.01.92, Бюл,¹3 (71) Це нтрал ьн ы и научно-исследовател ьский автомобильнь и и автомоторный институт (72) С.M.Tðóñîâ. П.И.Баженов и А.А.Гайнутдинов (53) 621.226.5(088,8) (56) Патент Великобритании ¹1440134, кл, Г 16 Н 41/28; 1976. (54) РАДИАЛЬНО-ОСЕВОЕ ТУРБИННОЕ

КОЛЕСО ГИДРОТРАНСФОРМАТОРА (57) Изобретение относится к гидродинамическим передачам, конкретно к лопастям турбинных колес, и может быть применено при их проектировании. Цель изобретения — снижение потерь энергии при повыь««внии преобразующих свойств гидротрансформаИзобретение относится к гидродинамическим передачам, конкретно к лопастям турбинных колес, и может быть пр.заменено при их проектировании.

Цель изобретения — снижение потерь энергии при повышении преобразующих свойств гидротрансформатора.

На фиг.1 показана рабочая полость гидротрансформатора, включающая радиально-осевые турбинное и насосное колеса, а также колесо реактора; на фиг.2 — радиально-осевое турбинное колесо, разрез, на фиг,3 — вид по стрелке А на фиг.2; на фиг.4— развертки профиля лопасти у внутреннего тора, по средней линии тока и у наружного тора; на фиг.5 — 7 показаны различные вари«Ы2 1707357 Al тора, достигается тем, что турбиннэе колесо содержит корпус 4, заодно с которым выполнены лопасти 5, имеющие корытообразные профили. Проекция профиля лопасти по внутреннему тору на плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса, расположена внутри проекции на ту же плоскость профиля лопасти по наружному тору, это обеспечивает воэможность изготовления турбинного колеса путем отливки его в металлической ли гейной фооме с осевым разъемом. Для повышения преобразующих свойств гидротоансформатора с таким турбинным колесом входная кромка 11 лопасти на указанной проекции выполнена в виде кривой линии, пересекающейся с линией спинки профиля по внутреннему тору под углом, при этом е средней части лопасти на входной части профиля со стороны корыта имеется участок обратной кривизны. 7 ил анты выполнения поверхности лопасти турбинного колеса.

Гидротрансформатор содержит радиально-осевое насосное колесо 1, радиальноосевое турбинное колесо 2 и колесо реактора 3. Радиально-осевое турбинное колесо 2, отлитое из алюминиевого сплава, включает корпус 4 (см.фиг.2) с выполненными с ним заодно путем литья в металлическую форму с осевым разьемом лопастями

5, имеющими корытообразные профили. На лопастях имеются выступы 6, на которых установлен направляющий экран 7, выполняющий функции внутреннего тора рабочей полости. при этом корпус 4 выполняет функции наружного тора.

1707357

На фиг.2 показано меридиальное сечение paGo ей полости турбинного колеса, которая ограничена наружной 8 и внутренней

9 торовыми поверхностями. Здесь же показана средняя линия тока 10, а также входная 5

11 и выходная 12 кромки лопасти, Проекция профиля наружного тора на плоскосгь. перпендикулярную оси вращения (см.фиг,3), представляет собой контур

13, который будем называть следом профи- 10 ля лопасти наружного тора, Проекция профиля внутреннего тора на плоскость, перпендикулярную оси вращения, представляет собой контур 14, который будем называть следом профиля лопасти 15 внутреннего тора.

След профиля внутреннего тора находится внутри следа профиля наружного тора, что обеспечивает выполнение условия размыкаемости металлических литейных 20 форм с осевым движением их вставок, uclloRüçóåìûõ при отливке турбинного колеса.

К особенностям профиля лопасти данного турбинного колеса с корытообраэным профилем следует отнести увеличение тол- 25 щины профиля лопасти по наружному тору в средней части. Поскольку обычно толщина лопасти радиально-осевых колес задается длиной дуги д, расположенной на окружности, ось которой совпадает с осью враще- 30 ния, примем этот размер за харак ерный (см. фи r.3).

Для оценки толщины лопасти использудмам ем безразмерный параметр д =- —, Da 35 гдед,ак — максимальная длина дуги на профиле; Оа — активный диаметр гидротрансформатора (см.фиг.3).

Рациональные значения углов наклона лопастей в радиально-осевых турбинных ко- 40 лесах на входе имеют значения g> = 35—

65, на выходе Pz - 145 — 155, при этом угол поворота потока в турбинном колесе

64 =/Ьг — Pzi имеет значения 80 — 120 .

Развертки профилей лопастей по на- 45 ружному тору 15, по средней линии тока 18 и по внутреннему тору 17 показаны на фиг.4.

Здесь же показаны углы наклона лопастей

Дг и jh>, замеряемые между направлениями относительной скорости W и переносной скорости U. Для реализации указанных выше углов наклона лопастей величина 8 выполнена существенно больше чем в турбинных колесах, отливаемых с использованием песчаных стержней, причем рацио- 55 нальные значения д при использовании металлических литейных форм равны 0,033 — 0,055. Кроме того, для реализации требуемых значений углов поворота потока жидкости О входная кромка 11 лопасти в проекции на плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса выполнена в виде кривой линии, пересекающейся r. линией спинки профиля по внутреннему тору под тупым углом

,. Примерно под таким же углом входная кромка пересекается с линией корыта профиля, Выходная кромка лопасти 12 пересекается с линией спинки профиля по внутреннему тору под тупым углом р2. Рациональные значения укаэанных углов находятся в пределах p> = 105 — i60; pg - 155 — 175, При этом лопасть имеет плавные очертания по наружному и внутреннему торам (см.фиг,4), В средней части лопасть на входной части профиля со стороны корыта имеет участок 18 обратной кривизны, В средней части лопасть на выходной части профиля со стороны корыта может иметь участок 19 обратной кривизны. Наличие укаэанных участков обратной кривизны на корыте лопасти в ее средней части дает возможность увеличить угол поворота потока по внутреннему тору и одновременно удовлетворить технологические требования, связанные с раэмыканием металл, ческой литейной формы при отливке турбинного колеса. Расстояние а между спинками профилей и Ь между входными и выходными кромками и корытом наружного профиля выполнено с учетом обеспечения литейного уклона (с углами порядка 1 — 3 ), что необходимо для размыкания частей литейной формы, Еще одна особенность этои лопасти заключается в том, что для уменьшения стеснения на выходном. участке по наружному тору (см.фиг.3) профиль лопасти вь полнен с участком обратной кривизны 20. Длина этого участка!к показана на фиг ", Стноситель1 ная длина этого участка I, = — находится в

Da пределах 4 = 0,1 — С,"-, Поверхность лопасти может быть выполнена в нескольких вариантах. Наиболее просто поверхность лопасти выполнить линейчатой с прямыми линиями 21, расположенными параллельно одной и той же плоскости, проходящей через линию QX u ось вращения колеса (см.фиг.5, на которой представлена проекция лопасти на плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса). При этом крайняя точка гп входнои кромки лопасти по нару;кному тору расположена на вертикальной оси ОУ, Такое выполнение лопасти является наиболее простым с технологической точки зрения, однако в этом случае некоторые участки поверхности лопасти получаются недостаточно плавны-. ми, Это, в частности, относится к тем участкам. на которых в соединяемых точках Bpllvlчины углов наклона лопастей Рпо наружному и внутреннему торам отличаются более чем на 8 — 10".

Для получения лопастей с более плав- 5 ными поверхностями последние могут быть выполнены линейчатыми с прямолинейными образующими, имеющими переменный наклон к одной и той же плоскости, проходящей через линию ОХ и ось вращения турбин- 10 ного колеса(см.фиг.б)т,е, лопасть, показанная на фиг,6, имеет линейчатую поверхность, образованную прямыми пиниями 22. Однако в области входной и выходной кромок ввиду необходимости размещения следа профиля 15 по внутреннему тору внутри следа профиля по наружному тору требования по соответствию углов по наружному и внутреннему торам выполнить полностью нельзя.

По сравнению с первым вариантом та- 20 кое выполнение лопастей с технологической точки зрения сложнее.

Еще более плавное выполнение лопастей может быть достигнуто, если в области входных и выходных кромок лопасти выпол- 25 нить с криволинейными образующими, В данном случае поверхности лопастей в указанных областях имеет двоякую кривизну, а на остальной части -- линейчатую поверхность. 30

Выполнение входного участка лопасти с применением наклонных 22 и криволинейных 23 образующих показано на фиг.7. По сравнению с первыми двумя вариантами выполнения лопастей третий вариант их вы- >5 полнения, при котором лопасть в основной части выполнена линейчатой, а на входном и выходном участках имеет двоякую кривизну, с технологической точки зрения является наиболее сложным. 40

Работа радиально-осевого турбинного колеса осуществляется следующим образом. Рабочая жидкость из насосного колеса

1 под напором, создаваемым этим насосным колесом, поступает в турбинное колссо 45

2, а иэ турбинного колеса —. в колесо реактора 3, и далее опять в насосное колесо. Напор преобразуется турбинным колесом с достаточно высокими энергетическими показателями благодаря реализации укаэанной совокупности признаков, определяющих конфигурацию лопасти, Высокая чистота поверхностей межлопастных каналов турбинного колеса, а также их высокая размерная точность позволяют снизить потери энергии.

Изготавливают турбинное колесо следующим образом.

Корпус 4 иэ алюминиевого сглава совместно с лопастями 5 отливают в металлические формы с осевым разъемом, Затем направляющий экран 7 при помощи пазов устанавливают на выступах 6 лопастей и закрепляют путем оплавления выступов или их расклепкой. При этом с целью упрощения конструкции выступы могут быть выполнены не на всех лопастях. а лишь на их части.

В целом изготовление данного турбинного колеса имеет меньшую трудоемкость по сравнению с другими известными способами го изготовления, при этом исключаются трудоемкие ручные операции, улучшаются экологические условия труда.

Формула изобретения

Радиально-осевое турбинное колесо гидротрансформатора, содержащее корпус с выполненными заодно с ним лопастями, имеющими корытообразнь.е профили, при это проекция профиля лппасти по внутреннему тору на плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса, расположена внутри проекции на ту же плоскость профиля лопасти по наружному тору, и т л и ч а ю щ е ес я тем, что. с целью сних ения потерь при повышении преобразующих свойств тидротрансформатора, входная кромка лопасти на укаэанной проекции выполнена в виде кривой линии, пересекающейся с линией спинки профиля по внутреннему тору под уггом, а в средней части лопасть на входнои части профиля со стороны корыта имеет участок с обратной кривизной.

1707357

1707357

1707. 357

Фиг. б

1707357

Составитель Е.Цуканов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор В. Гирняк

Редактор А.Бер

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 255 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5