Малорасходная турбина

 

Использование: турбины с ограниченным расходом рабочего тела. Сущность изобретения: в малорасходной турбине, содержащей сопловой аппарат (СА) с выполненными на активной дуге основными соплами (С) и установленное относительно него с зазором рабочее колесо (РК), в СА на неактивной дуге выполнены вспомогательные С, имеющие больший относительный шаг, чем относительный шаг основных С, а отношение суммарной площади проходных сечений основных С к суммарной площади проходных сечений вспомогательных С равно 8...12. Кроме того. СА на неактивной дуге на поверхности, обращенной к РК, выполнена проточка, а величина зазора на неактивной дуге меньше или равна трем величинам зазора на активной дуге. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. Ј

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (s«s F 01 0 9/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛ6СТВУ (21) 4871705/06 (22) 19.07.90 (46) 23,09.92. Бюл. М 35 (71) Нижегородский политехнический институт (72) И.В.Котляр, Ю.П.Кузнецов и А.Б.Чуваков (56) Левенберг В,Д, Судовые малорасходные турбины. — Л,: Судостроение, 1976, с.192, Быков Н.H., Емин О.К. Выбор параметров и расчет маломощной турбины для привода агрегатов. — М.: Машиностроение, 1972, с.228.

Авторское свидетельство СССР

N 326370, кл. F 01 D 5/14, 1972. (54) МАЛОРАСХОДНАЯ ТУРБИНА

Изобретение относится к турбостроеwe, в частности к турбинам с ограниченным расходом рабочего тела.

Введение парциального подвода, т.е. подвод рабочего тела на части дуги соплового аппарата к рабочему классу, научно обосновано в (1,2). Такое конструирование соплового аппарата обусловлено понижением эффективности сопловых каналов при уменьшении их проходных сечений. Поэтому сопла выполняют на части дуги соплового аппарата, причем угол установки сопел

a>,высоту сопел h< и степень парциональности е выбирают по известным методикам из соображений минимума потерь энергии в лопаточном аппарате турбины.Одной иэ основных составляющих потерь яв„„5g „, 1763680 А1 (57) Использование: турбины с ограниченным расходом рабочего тела. Сущность изобретения: в малорасходной турбине, содержащей сопловой аппарат(СА) с выполненными на активной дуге основными соплами (С) и установленное относительно него с зазором рабочее колесо(PK), в СА на неактивной дуге выполнены вспомогательные С, имеющие больший относительный шаг, чем относительный шаг основных С, а отношение суммарной площади проходных сечений основных С к суммарной площади проходных сечений вспомогательных С равно 8...12. Кроме того, СА на неактивной дуге на поверхности, обращеннОй к РК, выполнена проточка, а величина зазора на неактивной дуге меньше или равна трем величинам зазора на активной дуге. 1 з.п,ф-лы, 3 ил. м ь г

Г ляются потери, связанные с парциальностью, включающие в себя:

ый — вентиляционные потери, обусловленные энергией, затрачиваемой на прокачку 0 застойного газа лопатками рабочего колеса () на неактивной дуге; 0 — краевые потери, обусловленные необ- кодимостью "выколачивания" неактивного газа, утечками рабочего тела в зазор между сопловым аппаратом и рабочим колесом, подсосом застойного газа иэ неактивной дуги.

Известна решетка турбомашины, в которой для уменьшения пульсаций газа на рабочем колесе выполнены лопатки, отличающиеся друг от друга конфигурацией (3}.

Данное изобретение подчерки«ает перспективность применения раэлйчних лопа1763680 ток, а, следовательно межлопаточных каналов нэ одном венце турбины, Известна турбина с многократным подводом рабочего тела, содержащая сопловой аппарат с удлиненными выходными кромками и систему перепускных каналов, обеспечивающую многократный подвод газа к рабочему колесу, при этом заданной ограниченный расход воздуха трижды заходит на рабочее колесо, постепенно расширяясь, и занимает при этом весь венец соплового аппарата (4). Такая конструкция ликвидирует потери от парционэльности, однако она сложна и громоздка, и, кроме того, не может быть применена в малогабаритных агрегатах, т.к, дополнительные потери в перепуск нйх-" каналах делают выйгрыш от ликвидации потерь, связанных с парциаль.Ностью, минимальными.

Известна центробежная парциэльйая турбина, содержащая сопловой аппарат с выполненными на активной дуге основными соплами и установленное относительно него с зазором рабочее колесо; которая выбрана эа прототип (5).

Сопла имеют малый угол вйходэ потока, а активная дуга занимает всю окружность соплового аппарата, В данной турбине потери в сопловых каналах значительно выше чем в пэрциальных турбичэх, выполненных с соплами, имеющими традиционное аэродинамически отработанное профилирование. Неравномерность газа нэ входе в рабочее колесо данной турбины иэза большого отйосительного шага coilëîâoro аппарата и рабочего колеса велика, что снижает эффективность работы рабочего колеса и увеличивает потери в нем. Кроме того весьма велика пульсация потока перед рабочим колесом, что увеличивает вибрацию ротора турбомашины.

Целью изобретения является повышение эффективности малорасходной турбины путем уменьшения потерь от парциальности.

Эта цель достигается тем, что в малорасходной турбйне, содержащей сопловой аппарат с выполненными на активной дуге основными соплами и установленное относительно него с зазором рабочее колесо, в сопловом аппарате на неактивной дуге выполнены вспомогательные сопла, имеющие больший относительный шаг, чем относительный шаг основных сопел, а отношение суммарной площади проходных сечений основных сопел к суммарной площади проходных сечений вспомогательных сопел равно 8...12. Кроме того в сопловом аппарате нэ неактивной дуге на поверхности, обращенной к рабочу колесу, выполнена проточка, а величина зазора на неактивной дуге меньше или равна трем величинам зазора на активной дуге.

На фиг. 1 представлена предлагаемая

5 малорасходная турбина, продольный разрез; на фиг. 2 — разрез А-А на фиг.1; на фиг.

3 — график зависимости КПД от (u/Ñàä), где

U —; С д — скорость истечения газа из сопел.

10 Малорасходная турбина содержит сопловой аппарат 1, скрепленный винтами 2 с корпусом 3, подводящий пэтрубок 4, рабочее колесо 5 с банда>ком 6, установленное на валу 7 с зазором относительно соплового

15 аппарата, На активной дуге соплового аппарата выполнены основные сопла 8; на неактивной дуге соплового аппарата выполнены вспомогательные сопла 9.

Вспомогательные сопла имеют боль20 ший относительный шаг, чем основные сопла. Отношение суммарной площади проходных сечений 5 э1 основных сопел ксуммарной площади проходных сечений:Я ар вспомогательных сопел равно

25 8...12.

При превышении предложенной величины (— >12) уменьшается часть pac Âl

Яа хода газа„проходящего через

30 впомогательные сопла, которые при этом не в состоянии разогнать газ, находящийся между лопатками рабочего колеса на неактивной дуге, и ликвидировать застойную зону, повысив тем самым КПД турбины.

35 Если турбина выполнена с соотношением меньше предложенного (<8) увелиЕЯ1

Еар чивается часть расхода газа, проходящая через вспомогательные сопла и натекающая на рабочее колесо под нерасчетным углом, в результате чего КПД турбины падает.

Для уменьшения пульсации газа на выходе из вспомогательных сопел и выравнивания потока газа перед рабочим колесом

45 на неактивной дуге в сопловом аппарате на поверхности, обращенной к рабочему колесу, выполнена проточка, а величина зазора д2 на неактивной дуге меньше или равна трем величинам зазора äl на активной дуге.

При превышении указанной величины газ протекает по зазору, не попадая на рабочее колесо на неактивной дуге и не ликвидируя застойную зону.

Турбина работает следующим образом, Рабочее колесо через подводящий патрубок 4 поступает нэ сопловой аппарат 1, затем, срабатываясь на рабочем колесе 5, выходит в атмосферу (фиг.1 и 2). При этом

80...85 газа подводится к рабочему колесу

1763680 на активной дуге через основные сопла с традиционными, аэродинамически отработанными профилями, à 10...15 газа поступает на рабочее колесо на неактивной дуге через специально спрофилированные вспомогательные сопла канального типа с увеличенным относительным шагом и малым углом выхода потока (Q ec 0ì. = 1„,5 ). Благодаря вспомогательным соплам удается устранить потери, возникающие на неактивной дуге парциальной турбины— вентиляционные и краевые, т.к, газ поступает на рабочее колеса по всей окружности.

Поэтому застойная зона на неактивной дуге, характерная для парциальных турбин, отсутствует, а именно наличие застойной зоны и обусловливает вышеперечисленн ые потери.

Следует особо отметить, что та часть газа, которая подводится на неактивную дугу, не является потерянной, Газ, проходя через вспомогательные сопла, поступает на рабочее колесо и срабатывается на нем, правда с несколько меньшей эффективностью чем газ, поступающий через основные сопла.

На фиг. 3 изображены зависимости КПД от (U/Ñaä) äëÿ парциальных турбин по (1,2) — 10; для прототипа — 11; для предложенной малорасходной турбины — 12.

Данное конструктивное решение позволяет повысить КПД малорасходных тур5 бин на 10...15 по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

1. глалорасходная турбина, содержащая сопловой аппарат с выполненными на ак10 тивной дуге основными соплами и установленное относительно него с зазором рабочее колесо,отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности путем уменьшения парциальных потерь, в со15 пловом аппарате на неактивной дуге выполнены вспомогательные сопла, имеющие больший относительный шаг, чем соответствующий относительный шаг основных сопл, отношение суммарной площади про20 ходных сечений основных сопл к суммарной площади проходных сечений вспомогательных сопл равно 8-12, 2. Гурбина по и l, от л и ч а ю ща я с я тем, что в сопловом аппарате на неактивной

25 дуге, на поверхности, обращенной к рабочему колесу, выполнена проточка, а величина зазора на неактивной дуге меньше или равна трем величинам зазора на активной дуге.

1763680 б

Составитель Ю.Кузнецов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор М .Андрушенко

Редактор

Г1роизводственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород. Ул.Гагарина. 101

Заказ 3439 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская нэб., 4/5