Периферийное устройство для снижения утечек теплоносителя

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в необандаженных ступенях паровых и газовых турбин. Периферийное уплотнение необандаженных турбинных ступеней, содержащее на внешнем обводе винтовые канавки в области радиального зазора необандаженной турбинной ступени. В периферийной зоне необандаженных турбинных ступеней установлены кольцевые электромагниты шлицевого типа, генерирующие в область радиального зазора электромагнитное поле в частотном диапазоне от 109 до 1013 Гц, а винтовые канавки выполнены под углом 75° к оси турбомашины. Достигается снижение утечек теплоносителя через радиальный зазор турбинных ступеней необандаженного типа и генерируемой при этом вибрации и звуковой энергии. 5 ил.

 

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в необандаженных ступенях паровых и газовых турбин.

В периферийной области необандаженной рабочей решетки турбинной ступени течения имеют явно выраженный трехмерный характер. Попадая в область внешнего обвода ступени, энергоноситель разделяется на основной межлопаточный поток, периферийный (в зоне радиального зазора между основным межлопаточным потоком и поверхностью внешнего обвода ступени) и щелевой (в пространстве между периферийной торцевой поверхностью рабочих лопаток и наружным обводом) потоки, обладающие высокой энергией. Взаимодействие у вершины рабочих лопаток щелевого, периферийного и основного потоков вызывает развитие у выпуклой поверхности лопаток вихревого слоя, который, закручиваясь в спираль, образует ядро вращающейся рабочей среды. Нестационарность входящего в рабочее колесо потока способствует неустойчивости течения в пограничном слое у периферии рабочей решетки и образованию местных срывных вихревых дорожек. В этих условиях движение газа сопровождается значительными потерями энергии, генерацией вибрационных процессов и мощного звукового давления.

Известно уплотнение радиального зазора турбомашины, содержащее установленное в корпусе кольцо, на обращенной к лопаткам поверхности которого выполнены кольцевые канавки, отличающиеся тем, что с целью повышения эффективности работы путем уменьшения концевых протечек теплоносителя уплотнение снабжено охватывающим кольцо вибратором, выполненным в виде пьезокерамического цилиндра с нанесенными на его внутренней и наружной поверхностях электродами, закрепленными по внутренней поверхности в кольце, а по торцам на корпусе (см. а.с. СССР, №1471661, кл. F01D 11/08, 1996). Недостатком данного устройства является дополнительное потребление энергии и создание вибронагрузки на элементы турбомашины, что может вызвать их резонанс.

Для снижения утечек рабочего тела может быть использовано надроторное устройство компрессора, содержащее ребра, расположенные в дополнительной кольцеобразной полости в корпусе компрессора, расположенной над рабочей лопаткой ступени компрессора и сообщающейся с проточной частью компрессора, под углом к продольной оси компрессора, оснащенное ребрами, которые расположены под одинаковым углом к поверхности, обращенной в сторону проточной части, в дополнительной кольцеобразной полости, соединены с ней в единое целое и имеют клинообразное заострение на концах (см. RU №2282754, кл. F04D 27/02, 2006). Недостатком данного устройства является его недостаточная эффективность в сравнении с предлагаемым конструктивным вариантом.

Задачей заявляемого изобретения является создание устройства для снижения утечек теплоносителя через радиальный зазор турбинных ступеней необандаженного типа и генерируемой при этом вибрации и звуковой энергии.

Данная задача достигается тем, что периферийное уплотнение необандаженных турбинных ступеней, содержащее винтовые канавки, находящееся в области радиального зазора необандаженной турбинной ступени, отличающееся тем, что в периферийной зоне необандаженных турбинных ступеней установлены кольцевые электромагниты шлицевого типа, генерирующие электромагнитное поле в частотном диапазоне от 109 до 1013 Гц, а винтовые канавки выполнены под углом 75° к оси турбомашины.

Данное изобретение предлагает создание на внешнем обводе рабочего колеса винтовых профильных канавок, обеспечивающих эффект "запирания" потока у периферии.

Дополнительно уменьшить интенсивность высокотурбуленного вихревого течения на внешнем обводе рабочих лопаток при высоких числах Рейнольдса возможно за счет ламинаризации потока - снижения уровня анизотропии жидкости в периферийном пограничном слое.

Для формирования изотропной формы течения энергоносителя в области радиальных зазоров рабочих колес турбин следует организовать внешнее воздействие на молекулы газа в пограничном слое переменным магнитным полем с частотным диапазоном от 109 до 1013 Гц, что адекватно частоте их собственных колебаний.

Реализовать этот метод гашения виброакустической активности газа возможно созданием переменного магнитного поля. С этой целью в области радиального зазора турбинной ступени следует установить кольцевой электромагнит шлицевого типа.

Предлагаемое изобретение позволит ламинаризировать периферийный поток, уменьшив протечки рабочего тела через радиальный зазор и тем самым повысить эффективность работы турбины, значительно сократить уровень излучаемой звуковой энергии, исключить срывные явления в зоне периферийных радиальных зазоров необандаженных рабочих решеток, что повысит вибронадежность и экономичность турбомашин.

Предлагаемое изобретение проиллюстрировано.

На фиг. 1 изображено периферийное уплотнение с винтовыми канавками на внешнем обводе рабочего колеса.

На фиг. 2 представлены профильные канавки винтового типа (вид Б на фиг. 1).

На фиг. 3 представлена схема течения рабочего тела внутри винтовой канавки.

На фиг. 4 представлена схема течения рабочего тела у внешнего обвода ступени, оснащенного винтовыми канавками, выполненными под углом αк (75°) к оси машины (вид А на фиг. 1).

На фиг. 5 представлена зависимость КПД ступени от конструкции внешнего обвода.

Устройство для снижения утечек через радиальный зазор в (фиг. 1) необандаженной турбинной ступени, состоящей из направляющего аппарата 1 и рабочего колеса 2, представляет собой профильные канавки винтового типа 3 и установленный на внешнем обводе 4 компрессора кольцевой электромагнит шлицевого типа 5.

Устройство работает следующим образом: в процессе взаимодействия щелевого и основного потоков ядро вращающейся рабочей среды, попадая внутрь профильной канавки винтового типа 3 (фиг. 1, 2, 3), оказывает влияние на основной поток, протекающий у периферии под определенным углом к оси ротора, заставляет его смещаться в сторону межвенцевого зазора ступени, снижая тем самым величину периферийных утечек теплоносителя (фиг. 4).

Исследования эффективности работы такого вида уплотнительных устройств были выполнены на динамическом воздушном стенде с использованием моделей высоконагруженного турбинного отсека.

Испытания турбинных ступеней выполнялись при пяти углах наклона канавок уплотнения αк рабочего колеса 2 (по отношению к оси машины) αк=82°, 78°, 75°, 71° и 68° и величине радиального зазора δ=0,5 мм (фиг. 1).

Зависимость КПД ступени от конструкции внешнего обвода представлены на фиг. 5: 6 - для гладкого кольца; 7 - для кольца с винтовой канавкой при αк=75°.

КПД исходного варианта турбинной ступени (с гладким периферийным кольцом) имел значение ηисх=0,82 на оптимальном режиме работы (фиг. 1, 5).

Исследования турбинного отсека при наличии винтовых канавок 3 на периферийном обводе позволили установить, что наибольшее увеличение КПД ступени получено при αк=75°, где его прирост составил 0,8% (фиг. 5). В этих условиях зарегистрированы и минимальные уровни вибрации и шума, генерируемые в турбинном отсеке.

Для дополнительного снижения протечек рабочего тела и виброакустической активности ступени следует оснастить периферийный обвод конструкции кольцевым магнитным устройством 5 шлицевого типа с соответствующими электромагнитными характеристиками (фиг. 1).

Настройку магнитной системы следует производить в процессе доводки энергоблока при стендовых испытаниях турбинного отсека.

Таким образом, использование в необандаженных турбинных ступенях периферийных обводов, оснащенных винтовыми канавками с углом наклона 75° и электромагнитом, генерирующим магнитное поле частотой 109…1013 Гц, позволит ламинаризировать течение в области радиальных зазоров рабочих колес, существенно повысить их экономичность и вибронадежность, значительно сократить уровень излучаемой звуковой энергии.

Периферийное уплотнение необандаженных турбинных ступеней, содержащее на внешнем обводе винтовые канавки в области радиального зазора необандаженной турбинной ступени, отличающееся тем, что в периферийной зоне необандаженных турбинных ступеней установлены кольцевые электромагниты шлицевого типа, генерирующие в область радиального зазора электромагнитное поле в частотном диапазоне от 109 до 1013 Гц, а винтовые канавки выполнены под углом 75° к оси турбомашины.



 

Похожие патенты:

Лопатка (10) статора компрессора турбомашины, имеющая главное радиальное направление R относительно главной оси турбомашины. Лопатка содержит радиально внутреннюю часть (12), называемую ножкой лопатки, радиально внешнюю часть (14), называемую головкой лопатки, и радиально среднюю часть (16).

Лопатка (4) вентилятора для авиационного турбореактивного двигателя, содержащая перо (6), аксиально проходящее между передней кромкой (18) и задней кромкой (20), и содержащая множество сечений пера (S), уложенных радиально между сечением ножки (Spied) и сечением вершины ().

Изобретение относится к вентилятору для создания воздушного потока, содержащему корпус, содержащий впускной воздуховод, и сопло, соединенное с корпусом. Сопло содержит внутренний проход для приема воздушного потока из корпуса и воздуховыпускное отверстие, через которое воздушный поток испускается из вентилятора.

Турбонагнетатель содержит корпус, проточный канал внутри корпуса, рабочее колесо компрессора, содержащее основную лопасть и выполненное с возможностью вращения для сжатия всасываемого воздуха, а также кольцевой элемент срыва потока на корпусе.

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при сборке валопроводов газоперекачивающих агрегатов, в которых роторы соединены парами фланцев.

Изобретение относится к машиностроению. В вентиляторе, установленном на раме, на которой в опорах установлен вал, на одном из концов которого расположено рабочее колесо вентилятора, жестко закрепленное на валу, причем вал получает вращение через клиноременную передачу от электродвигателя, расположенного на раме, к раме жестко прикреплен каркас из уголков для крепления к нему через упругие прокладки корпуса вентилятора с входным и выходным патрубками, а корпуса опор вала установлены на раме через упругие прокладки, а подшипники вала установлены в корпусах опор посредством упругих втулок, причем в качестве упругих виброизолирующих прокладок могут использоваться прокладки, изготовленные из ковриков типа КВ-1 или КВ-2 или другого виброизолирующего материала, а в качестве упругих втулок могут использоваться втулки из полиуретана или других виброизолирующих эластомеров.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано при балансировке сборных роторов в ходе изготовления центробежных компрессоров. Способ заключается в том, что определяют начальные дисбалансы и максимальное радиальное биение поверхности вала, уравновешивают и балансируют сборный ротор, обеспечивая направление остаточных дисбалансов участков вала и насадных элементов сборного ротора в сторону, противоположную максимальному радиальному биению поверхности вала.

Изобретение относится к машиностроению. В малошумном вентиляторе, выполненном в виде рамы, на которой в опорах установлен вал, на одном из концов которого расположено рабочее колесо вентилятора, жестко закрепленное на валу, причем вал получает вращение через клиноременную передачу от электродвигателя, расположенного на раме, к раме жестко прикреплен каркас из уголков для крепления к нему через упругие прокладки корпуса вентилятора с входным и выходным патрубками, а корпуса опор вала установлены на раме через упругие прокладки, а подшипники вала установлены в корпусах опор посредством упругих втулок, причем в качестве упругих виброизолирующих прокладок могут использоваться прокладки, изготовленные из ковриков типа КВ-1 или КВ-2 или другого виброизолирующего материала, а в качестве упругих втулок могут использоваться втулки из полиуретана или других виброизолирующих эластомеров.

Турбомашина содержит статор, имеющий кожух, ротор, а также щеточное и лабиринтное уплотнения. Ротор включает рабочее колесо, расположенное внутри кожуха, а щеточное уплотнение расположено между рабочим колесом и кожухом.

Изобретение относится к кожуху (10) для блиска (20) турбомашины (1), содержащему внутреннее покрытие (11), изготовленное из истираемого материала, и множество периферийных щелей (12), расположенных в указанном покрытии (11) из истираемого материала, причем кожух дополнительно содержит периферийную полость (13), образованную в покрытии (11) из истираемого материала, полость, в которую ведут щели (12), при этом щели (12) ведут в полость (13) и проходят между полостью (13) и внутренней поверхностью (15) кожуха (10).

Изобретение относится к авиадвигателестроению и может быть использовано в конструкциях узла уплотнения турбин авиационных газотурбинных двигателей и газотурбинных установках наземного применения.

Изобретение относится к авиадвигателестроению и может быть использовано в конструкциях узла уплотнения турбин авиационных газотурбинных двигателей и газотурбинных установках наземного применения.

Охлаждающий бандажный узел турбины для газотурбинной установки содержит внешний и внутренний бандажные элементы. Внешний бандажный элемент расположен внутри турбинной секции газотурбинной установки вблизи корпуса турбинной секции и имеет, по меньшей мере, один воздуховод для введения в этот элемент охлаждающей текучей среды.

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к реверсивным силовым судовым турбинам, содержащим турбину заднего хода. Ступень турбины заднего хода содержит сопловой аппарат, рабочие лопатки, подвижный П-образный экран, установленный над рабочими лопатками, в дне которого выполнены окна.

Группа изобретений относится к уплотнению, уплотнению турбинного двигателя и способу изготовления уплотнения. Материал основы уплотнения имеет первый участок с первой степенью истираемости и второй участок со второй степенью истираемости, причем первый участок имеет меньшую степень истираемости, чем второй участок, и включает упрочняющее покрытие.

Изобретение относится к энергетическому, транспортному и авиационному двигателестроению и может быть использовано в технических объектах, где в качестве источника энергии целесообразно использовать высокотемпературную высокооборотную центростремительную турбину с небольшим объемным расходом рабочего тела.

Уплотнительный узел применяется в ротационной машине. Ротационная машина содержит корпус статора, имеющий радиально внутреннюю поверхность, ограничивающую полость внутри указанного корпуса, и ротор, расположенный в указанной полости и отстоящий во внутреннем направлении от внутренней поверхности статора.

Уплотнительный узел для турбомашины содержит по меньшей мере одну дугообразную пластину, поджимающий элемент и по меньшей мере один сегмент уплотнительного кольца.

Настоящее изобретение предназначено для обеспечения перемещения крышки центробежного компрессора так, чтобы зазор между крышкой и лопастями колеса компрессора оставался постоянным и наименьшим.

Осевой компрессор (10) газотурбинного двигателя содержит корпус (12), который имеет внутреннюю стенку, образующую аэродинамическую базовую поверхность для канала для прохода газа, и в котором смонтировано рабочее колесо (14), имеющее радиальные лопатки (18).

Турбина // 2645892
Турбина реактивного двигателя содержит корпус турбины, лопатки турбины, кожух. Корпус турбины имеет цилиндрическую форму. Лопатки турбины выполнены с возможностью вращения вокруг оси корпуса турбины. Кожух включает в себя множество сегментов кожуха, расположенных кольцеобразно вдоль внутренней периферийной поверхности корпуса турбины и окружающих лопатки турбины. Каждый из сегментов кожуха выполнен с первой зацепляющей частью, и второй зацепляющей частью. Сегмент кожуха прикреплен к корпусу турбины посредством зацепления первой зацепляющей части с корпусом турбины в осевом направлении корпуса турбины и зацепления второй зацепляющей части с корпусом турбины в радиальном направлении корпуса турбины. На сегменте кожуха выполнена ступенчатая часть для восприятия радиального в направлении от периферии к центру усилия от инструмента для устранения состояния зацепления второй зацепляющей части с корпусом турбины на этапе отделения сегмента кожуха от корпуса турбины. Обеспечивается возможность легкого выполнения работ по разборке при одновременном обеспечении уменьшения снижения характеристик двигателя и уменьшения термической усталости корпуса турбины. 4 ил.

Изобретение относится к области турбостроения и может быть использовано в необандаженных ступенях паровых и газовых турбин. Периферийное уплотнение необандаженных турбинных ступеней, содержащее на внешнем обводе винтовые канавки в области радиального зазора необандаженной турбинной ступени. В периферийной зоне необандаженных турбинных ступеней установлены кольцевые электромагниты шлицевого типа, генерирующие в область радиального зазора электромагнитное поле в частотном диапазоне от 109 до 1013 Гц, а винтовые канавки выполнены под углом 75° к оси турбомашины. Достигается снижение утечек теплоносителя через радиальный зазор турбинных ступеней необандаженного типа и генерируемой при этом вибрации и звуковой энергии. 5 ил.

Наверх