Выходное устройство турбины



Выходное устройство турбины
Выходное устройство турбины

 


Владельцы патента RU 2491426:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное объединение "Сатурн" (ОАО "НПО "Сатурн") (RU)

Выходное устройство турбины содержит полые аэродинамические профилированные стойки. Стойки размещены в проточной части турбины за рабочим колесом последней ступени турбины и закреплены в положении, при котором средние линии выходных участков профилей направлены вдоль продольной оси турбины. Выходное устройство снабжено профилированными лопатками, выполненными с длиной хорды, равной 1/3-2/3 от длины хорды полой стойки. Лопатки установлены между стойками и закреплены в положении, при котором средние линии входных участков повернуты в сторону направления вращения рабочего колеса последней ступени турбины на угол 1-10° к ее продольной оси. Средние линии их выходных участков направлены вдоль продольной оси турбины, а средние линии входных участков профилированных стоек повернуты в сторону направления вращения рабочего колеса последней ступени турбины на угол 20-40° к продольной оси турбины. Количество лопаток, установленных между стойками, выбрано из соотношения расстояния между стойками к густоте решетки. При этом густота решетки определяется как отношение длины хорды лопатки к расстоянию между лопатками и составляет от 1 до 3. Изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия и исключить закрутку выходящего потока. 2 ил.

 

Изобретение относится к конструктивным элементам турбины, взаимосвязям между корпусом турбины и ее внутренними элементами, в частности, к конструкции опорных или установочных устройств выходного устройства турбины.

Известно выходное устройство турбины, содержащее полые аэродинамически профилированные стойки, стойки размещены в проточной части турбины за рабочим колесом последней ступени турбины и закреплены в положении, при котором средние линии выходных участков профилей направлены вдоль продольной оси турбины.

/US №3751990, НКИ 60/39.17, опубл. 14.08.1973 г./ /1/

Конструктивно такие стойки просты в исполнении, служат в качестве опорных силовых элементов турбины и позволяют использовать их в виде коллекторов для различных проводок в турбину и из нее.

К недостаткам турбин с такими выходными устройствами, следует отнести значительные, аэродинамические потери потока после турбины при попытке активизации и использования имеющегося энергетического потенциала последней ступени турбины.

Задача изобретения - создать выходное устройство турбины, обеспечивающее минимальные потери потока при активизации энергетического потенциала последней ступени турбины.

Ожидаемый технический результат - достижение оптимально возможного КПД последней ступени турбины при практически осевом потоке газа на выходе из турбины, повышение равномерности закрутки потока и минимизация сопротивления.

Технический результат достигается тем, что известное выходное устройство турбины, содержащее полые аэродинамически профилированные стойки, размещенные в проточной части турбины за рабочим колесом последней ступени турбины и закрепленные в положении, при котором средние линии выходных участков профилей направлены вдоль продольной оси турбины, по предложению, снабжено профилированными лопатками, лопатки выполнены с длиной хорды равной 1/3-2/3 от длины хорды полой стойки, установлены между стойками и закреплены в положении, при котором средние линии входных участков повернуты в сторону направления вращения рабочего колеса последней ступени турбины на угол 1-10° к ее продольной оси, средние линии их выходных участков направлены вдоль продольной оси турбины, а средние линии входных участков профилированных стоек повернуты в сторону направления вращения рабочего колеса последней ступени турбины на угол 20-40° к продольной оси турбины, при этом количество лопаток, установленных между стойками выбрано из соотношений: n=а/tb, tb=b/t=1÷3, где n - количество лопаток; tb - густота решетки; а - расстояние между стойками; в - длина хорды лопатки; t - расстояние между лопатками.

Сущность изобретения заключается в следующем.

Для обеспечения благоприятного обтекания потоком самих стоек, а также обтекания элементов конструкции двигателя, расположенных за затурбинным устройством по основному потоку, и течения с минимальными потерями в проточной части двигателя после затурбинного устройства, необходимо, чтобы поток газа на выходе из турбины был направлен практически вдоль продольной оси двигателя с малой окружной составляющей вектора скорости. Для этого приходится, вынуждено увеличивать угол выхода и снижать скорость потока в относительном движении на выходе из рабочего колеса последней ступени турбины.

Согласно формуле Эйлера, КПД турбины зависит от угла выхода потока. Оптимальное значение угла выхода потока составляет 20…40°. Использование этой зависимости для последней ступени турбины приводит к завышенным потерям полного давления в последующей за турбиной проточной части двигателя (форсажная камера, реактивное сопло) из-за сильной закрутки потока. Минимальные потери полного давления возможны только при осевом или близком к осевому.

Изменение угла закрутки потока после турбины осуществляется использованием профилированных стоек затурбинного устройства. Однако, определяющим геометрию стоек и их число являются не газодинамические параметры основного потока (их влияние на параметры не значительно), а параметры прочности и работоспособности стойки турбины. Через полые аэродинамически профилированные стойки в конструкции затурбинных устройств, проходят технологические трубопроводы, передающие турбине технологические среды. Для технического обслуживания турбины и размещения необходимого числа проводок в турбину и из нее достаточно 10-15 профилированных толстых стоек, что является недостаточным для поворота потока. Поворот потока на необходимый угол с минимальными потерями полного давления, можно получить путем добавления тонких дополнительных промежуточных профилированных лопаток (толщина лопаток значительно меньше, чем толщина основных стоек), то есть увеличением густоты решетки «профилей» (отношения длины хорды профиля к расстоянию между профилями в решетке - к шагу t). Для уменьшения суммарного веса добавленных лопаток, длина хорды лопаток должна составлять 1/3 -2/3 от длины хорды полой стойки. При длине хорды лопатки равной 1/3 от длины хорды полой стойки, средние линии входных участков профилированных лопаток повернуты в направлении вращения рабочего колеса последней ступени турбины на угол 1° к продольной оси, а при 2/3 от длины хорды на угол 10°. Угол наклона входных участков профилированных лопаток менее 1° или более 10° приводит к дополнительным потерям потока. Число лопаток, установленных между стойками, при которых поток гарантированно направляется вдоль продольной оси турбины, определяется из условия загроможденности тракта и по заявленным формулам.

На фиг.1 показан продольный разрез последней ступени турбины с выходным устройством.

На фиг.2 показан поперечный разрез по рабочим лопаткам последней ступени турбины и выходного устройства.

Выходное устройство турбины содержит профилированные стойки 1 и лопатки 2 корпуса 3, размещенные в проточной части 4 за рабочим колесом 5 последней ступени турбины с рабочими лопатками 6. Средние линии 7 и 8 выходных участков профилей стоек 1 и лопаток 2 направлены вдоль продольной оси 9 турбины, а средние линии 7 входных участков профилей стоек 1 повернуты к продольной оси 9 турбины на угол Θ1=20-40° в направлении вращения рабочего колеса 5 последней ступени турбины. Средние линии 8 входных участков профилей лопаток 2 повернуты к продольной оси 9 турбины на угол Θ1A=1-10° в направлении вращения рабочего колеса 5 последней ступени турбины.

При работе последнего колеса 5 турбины поток с рабочих лопаток 6 выходит с относительной средней скоростью w2 под углом β2 к фронту решетки из стоек 1. С учетом скорости вращения колеса 5 на выходе u2 абсолютная скорость потока будет равна с2 с углом α2 (фиг.2). Окружная составляющая скорости будет равна cu2=c2·cosα2. Если эта компонента будет отрицательной по отношению к направлению вращения, то при прочих равных условиях она будет давать приращение мощности N ступени, вычисляемой по формуле Эйлера:

N=m1u1cu1-m2u2cu2,

где m1 и m2 - расходы массы газа на входе и выходе из колеса; u1 и u2 -окружная скорость вращения колеса на входе и выходе потока из колеса; cu1 и cu2 - окружные составляющие абсолютных скоростей на входе и выходе потока из колеса.

Для организации безударного натекания потока на полые стойки 1, необходимо обеспечить угол поворота входного участка θ1=90°-α2, или 20-40°. На участке проточной части 4 канала, образованного основными полыми стойками 1, поток частично поворачивается таким образом, что угол натекания потока на лопатки 2 с длиной хорды равной 1/3-2/3 от длины хорды полой стойки составляет 1-10° от продольной оси 9 турбины, что достаточно для безударного натекания потока на промежуточные тонкие лопатки 2.

Количество лопаток 2, расположенных между стойками 1, определяют по выражению: n=а/tb, где n - количество лопаток; a - расстояние между стойками; tb=b/t, tb - густота решетки, равная 1-3, b - длина хорды лопатки; t - расстояние между лопатками.

Доворот потока до осевого на выходе из выходного устройства турбины происходит в межлопаточных каналах, образованных основными стойками 1 и промежуточными лопатками 2.

Использование изобретения позволяет повысить КПД последней ступени турбины до 2% при практически осевом потоке газа на выходе из турбины и до минимума исключить закрутки выходящего потока оптимизировать сопротивление тракта.

Выходное устройство турбины, содержащее полые аэродинамические профилированные стойки, размещенные в проточной части турбины за рабочим колесом последней ступени турбины и закрепленные в положении, при котором средние линии выходных участков профилей направлены вдоль продольной оси турбины, отличающееся тем, что оно снабжено профилированными лопатками, лопатки выполнены с длиной хорды, равной 1/3-2/3 от длины хорды полой стойки, установлены между стойками и закреплены в положении, при котором средние линии входных участков повернуты в сторону направления вращения рабочего колеса последней ступени турбины на угол 1-10° к ее продольной оси, средние линии их выходных участков направлены вдоль продольной оси турбины, а средние линии входных участков профилированных стоек повернуты в сторону направления вращения рабочего колеса последней ступени турбины на угол 20-40° к продольной оси турбины, при этом количество лопаток, установленных между стойками, выбрано из соотношений:
N=a/tb, tb=b/t=1÷3,
где n - количество лопаток;
tb - густота решетки;
а - расстояние между стойками;
b - длина хорды лопатки;
t - расстояние между лопатками.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к турбомашиностроению, а именно, к устройствам для предотвращения утечек рабочего тела, и может быть использовано в авиационных газотурбинных двигателях (ГТД).

Изобретение относится к области авиационных газотурбинных двигателей, в частности к узлу, расположенному между турбиной высокого давления и турбиной низкого давления внутреннего контура двухконтурного авиационного двигателя.

Изобретение относится к ступице в сборе, входящей в состав задней опоры турбины низкого давления. .

Изобретение относится к конструкции выходного устройства турбины, а именно к элементам связи между корпусом турбины и ее внутренними элементами. .

Изобретение относится к элементам конструктивной связи между корпусом турбины авиационного газотурбинного двигателя и ее внутренними элементами, а именно к конструкции выходного устройства турбины.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к паровым машинам объемного расширения, а именно к пароводяным винтовым детандерам, предназначенным для преобразования энергии пара в механическую энергию.

Изобретение относится к области энергетики, преимущественно для сбросных систем пара тепловых электрических станций, например, выбросам пара при срабатывании главных предохранительных клапанов котлов, продувок пароперегревателей, растолок котлов и котлов-утилизаторов при расходах сбрасываемого пара более 30 т/ч и степени нерасчетности недорасширенной струи пара n=pa/pc>1, где pa - давление атмосферного воздуха, pc - статическое давление пара на срезе выхлопного трубопровода

Выхлопное устройство турбомашины содержит корпус с входным отверстием, расположенным вокруг оси вращения турбины, диффузор, расположенное в наружной стенке корпуса выходное отверстие и дополнительную перегородку. Диффузор включает осевую и радиальную части, образованные соответственно внутренней и наружной трактовыми стенками, расположенными внутри корпуса вокруг оси вращения турбины. Дополнительная перегородка выполнена внутри корпуса устройства в плоскости, перпендикулярной оси вращения турбины, с периметром равным периметру параллельных ей стенок корпуса устройства. В дополнительной перегородке выполнено коаксиально оси вращения турбины отверстие, диаметр которого равен максимальному диаметру наружной трактовой стенки радиальной части диффузора. В нижней части дополнительной перегородки выполнены симметрично и «зеркально», относительно вертикальной оси указанной перегородки сквозные пазы. По периметру сквозных пазов неподвижно и герметично установлены полые короба, выполненные в виде усеченных пирамид с двумя криволинейными гранями. Меньшие по площади основания указанных усеченных пирамид направлены в сторону турбины устройства, пространство от верхней кромки дополнительной перегородки до верхней кромки стенки корпуса, содержащей входное отверстие устройства, закрыто герметичной плоской стенкой. Изобретение позволяет повысить эффективность устройства и к.п.д. газотурбинной установки. 3 ил.

Изобретение относится к конструкции опорных или установочных устройств выходного устройства турбины. Выходное устройство турбины содержит полые аэродинамические профилированные стойки, размещенные за рабочим колесом последней ступени турбины, а также аэродинамические профилированные контура. Контура образованы передними и задними лопатками, размещенными между стойками со смещением относительно друг друга. Средние линии входных участков контуров и входных участков профилированных стоек повернуты в направлении вращения рабочего колеса последней ступени турбины на угол 20-40° к ее продольной оси. Средние линии выходных участков контуров направлены вдоль продольной оси турбины. Лопатки установлены со смещением относительно друг друга на расстояние равное 0,03÷0,15 длины хорды передней лопатки. По длине хорды контура лопатки установлены в положение совмещения фронта выходной кромки передней лопатки и фронта входной кромки задней лопатки или смещены относительно него. Количество контуров установленных между стойками определено зависимостью защищаемой настоящим изобретением. Изобретение позволяет повысить коэффициент полезного действия последней ступени турбины, а также уменьшить закрутку выходящего потока. 3 ил.

Изобретение относится к выхлопным устройствам и может использоваться в составе газоперекачивающего агрегата с газотурбинной установкой. Выхлопное устройство содержит диффузор, переходник с разделяющими поток ребрами и шумоглушитель кассетного типа, размещенный под углом 30-60° к оси переходника. Каждая из кассет шумоглушителя состоит из силового каркаса, обшитого листами, полость между которыми заполнена звукопоглощающим материалом. Со стороны наклоненной к диффузору кассеты обшиты перфорированным листом, а с противоположной стороны - цельным. Изобретение позволяет повысить эффективность снижения шума в выходном устройстве за счет обеспечения равномерного движения потока. 2 ил.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано в выхлопном тракте газоперекачивающего агрегата или газотурбинной электростанции. Диффузор выхлопного тракта газотурбинной установки содержит обечайку с фланцами, кожух, охватывающий обечайку и звукоизоляцию, размещенную между обечайкой и кожухом. Обечайка выполнена из подвижных, телескопически соединенных частей с ограничителями перемещений. Кожух образован эластичным материалом, например тканью «Атом», закрепленным на обечайке. Изобретение позволит повысить надежность работы конструкции диффузора, а также снизить его металлоемкость. 3 ил.

Выпускной патрубок для использования с турбиной, включающей множество ступеней, выполнен с возможностью направления пара из турбины в конденсатор и содержит опорный конус, окружающий ротор турбины, направляющую и колпак направляющей. Направляющая расположена радиально снаружи опорного конуса, при этом направляющая и опорный конус выполнены с возможностью направления текучей среды из турбины. Колпак направляющей проходит от края и задней поверхности направляющей к турбине и содействует предотвращению образования вихрей текучей среды в выпускном патрубке. Другое изобретение группы относится к паровой турбине, включающей указанный выше выпускной патрубок. Группа изобретений позволяет увеличить производительность турбины. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к энергетике. Часть низкого давления паровой турбины, включающая регулирующий орган на входе, группу ступеней с промежуточными камерами и выхлопной патрубок, соединенный с конденсатором, разделенным трубной системой на входной и выходной объемы, при этом выходной объем конденсатора соединен с промежуточной камерой, например, перед последней ступенью, посредством перепускной трубы с клапаном. Заявляемое техническое решение основано на особенности работы последней ступени низкого давления при малых расходах пара, когда ее рабочее колесо не вырабатывает мощности, а получает ее от ротора, затрачивая на перекачку пара в сторону выхлопа. При таком «компрессорном» режиме работы давление перед последней ступенью оказывается ниже, чем в конденсаторе. Это позволяет направить в камеру перед последней ступенью пар, охлажденный трубной системой конденсатора при протекании из его входного объема в выходной объем. Заявленное изобретение позволяет повысить надежность и экономичность паровой турбины при малых расходах пара через группу ступеней части низкого давления за счет снижения вентиляционного нагрева проточной части и устранения его последствий без использования охлаждающих впрысков влаги, усиливающих эрозию, и без увеличения расхода рабочего пара, сокращающего отпуск тепла и электроэнергии. 1 ил.

Выпускное устройство (400) для двухпоточной паровой турбины (401) обеспечивает отдельный внешний выпускной канал (320) из верхней части (316) выпускного отверстия (315) первой секции (305) турбины и отдельный внешний выпускной канал (325) из нижней части (317) выпускного отверстия первой секции (305) турбины, ведущие к первому конденсатору (330). Также предусмотрен отдельный внешний выпускной канал (420) из верхней части (416) выпускного отверстия (415) второй секции (405) турбины и отдельный внешний выпускной канал (425) из нижней части (417) выпускного отверстия (415) второй секции (405) турбины. Достигается создание отдельных внешних каналов диффузора для верхней половины и нижней половины кольцевого выпускного отверстия для выпуска пара из турбины, таким образом обеспечивая благоприятное распределение отдельно верхней и нижней половины выпуска турбины по внешним выпускным каналам, не ограниченным традиционным выхлопным патрубком, и, кроме того, обеспечивая выход из внешних выпускных каналов к нескольким конденсаторам. 8 з.п. ф-лы, 11 ил.

Изобретение относится к теплоэнергетике и может быть использовано на тепловых электростанциях (ТЭС) с конденсационными паровыми турбинами, в том числе имеющими отбор на теплофикацию. Предложена часть низкого давления паровой турбины, включающая входной трубопровод с регулирующим органом и группы ступеней низкого давления с промежуточными камерами, расположенные в отдельных цилиндрах и соединенные выхлопными патрубками с конденсатором. Промежуточные камеры перед последними ступенями одного цилиндра соединены с выхлопным патрубком соседнего цилиндра посредством трубопровода с клапаном. Заявляемое техническое решение позволяет повысить надежность и экономичность паровой турбины при малых расходах пара в цилиндре низкого давления за счет снижения вентиляционного нагрева его проточной части и устранения негативных последствий этого нагрева. 1 ил.

Изобретение относится к энергетическим установкам, предназначенным для выработки механической, тепловой или электрической энергии. Выхлопное устройство энергетической установки содержит корпус, преобразующий горизонтальное движение потока выхлопных газов в вертикальное. Устройство содержит вертикальную цилиндрическую шахту и шумоглушитель, установленный в ней. Шумоглушитель выполнен в виде установленных радиально кассет, содержащих пустотелый корпус, стенки которого перфорированы отверстиями. Полость кассет частично заполнена катализатором, при этом кассеты установлены под углом. Техническим результатом изобретения является обеспечение качественной очистки выхлопных газов, снижение шума и повышение КПД. 8 з.п. ф-лы, 25 ил.
Наверх