Многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением

Авторы патента:

F01D1/06 - Машины и двигатели необъемного вытеснения, например паровые турбины (гидравлические машины и двигатели F03; насосы и компрессоры необъемного вытеснения F04D)

Владельцы патента RU 2654304:

Федеральное государственное бюджетное научное учреждение Федеральный научный агроинженерный центр ВИМ (ФГБНУ ФНАЦ ВИМ) (RU)

Изобретение относится двухвальным газотурбинным силовым установкам наземного применения, у которых в качестве двигателя используется турбокомпрессор от ДВС с внешней камерой сгорания. Многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением, содержащая на роторе диск с рабочими лопатками на выходе из турбины выполнена газовая полость. На диске, расположенном на валу ротора, размещены как минимум две ступени рабочих лопаток с лабиринтным уплотнением. Перед первой ступенью и между ступеней рабочих лопаток расположены и закреплены на турбокомпрессоре лопатки направляющего аппарата параллельно продольной оси ротора. Ротор под действием реактивных сил газового потока, движущегося из газовой полости через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки первой ступени, далее через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки второй ступени, производит вращение. Достигается повышение механического КПД ротора свободной силовой радиальной турбины и надежности. 2 ил.

Изобретение относится к двухвальным газотурбинным силовым установкам наземного применения, у которых в качестве двигателя используется турбокомпрессор от ДВС с внешней камерой сгорания и которые могут быть использованы для привода насосов, генераторов и другого механического оборудования.

Известна многоступенчатая силовая газовая турбина, ротор которой установлен консольно на подшипниках статора [С.А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей. – М.: Машиностроение, 1981, стр. 137, рис. 4 5 г.].

Недостатком такой конструкции является низкая ее надежность из-за повышенных температур дисков вследствие недостаточного их охлаждения.

Известна многоступенчатая силовая газовая турбина, диски с рабочими лопатками которой, расположены консольно на роторе [Ревзин Б.С. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. – М.: Недра», 1986, стр. 138, рис. 72].

Недостатком известной конструкции, является низкая ее надежность из-за повышенных температур дисков и повышенных усилий на подшипники турбины вследствие неудовлетворительного охлаждения дисков и отсутствия разгрузочного устройства от газовых сил, действующих на ротор турбины в осевом направлении.

Наиболее близкой по конструкции к заявляемой является многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением на роторе дисков с рабочими лопатками, на выходе из турбины выполнена разгрузочная полость, междисковые полости на входе соединены с разгрузочной полостью, а на выходе - с газовой полостью через кольцевые замкнутые полости, образованные установленными на периферии дисков фланцами, каналы под подошвами хвостовиков рабочих лопаток и щелевые полости между фланцами и ободами дисков со стороны входа в диск по потоку газа и между фланцами и хвостовиками рабочих лопаток со стороны выхода из диска по потоку газа, при этом F₁/F₂=2-20, где F₁ - площадь щелевых полостей между фланцами и ободами дисков со стороны входа в диск по потоку газа; F₂ - площадь щелевых полостей между фланцами и хвостовиками рабочих лопаток со стороны выхода из диска по потоку газа (патент RU №2263790).

Недостатком прототипа является низкая надежность подшипников качения, которые требуют для обеспечения заданного ресурса сложной маслосистемы с насосами подачи и откачки масла, а также высокой чистоты подаваемого масла.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение механического КПД ротора свободной силовой радиальной турбины и надежности.

Технический результат заключается в повышении механического КПД за счет использования как минимум двух ступеней свободной силовой радиальной турбины, долговечности за счет простоты конструкции цилиндрического ротора и надежности за счет размещения подшипниковых опор вне зоны действия горячего газового потока.

Технический результат достигается тем, что многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением, содержащая на роторе диск с рабочими лопатками, где на выходе из турбины турбокомпрессора выполнена газовая полость, а на роторе размещены как минимум две ступени рабочих лопаток с лабиринтным уплотнением, а перед первой ступенью и между ступенями рабочих лопаток расположены и закреплены на турбокомпрессоре лопатки направляющего аппарата, а ротор под действием реактивных сил газового потока, движущегося из газовой полости через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки первой ступени, далее через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки следующей ступени, производит вращение.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 представлена общая схема свободной силовой турбины. На фиг. 2 представлена двухступенчатая свободная силовая турбина в разрезе.

Многоступенчатая газовая свободная силовая турбина с консольным расположением содержит: вал с цилиндрическим ротором 1 и шлицевым поясом 2, установленный через подшипниковые опоры 3 в ступицу 4, перед которой имеется газовая полость 5, с диском 6 на котором закреплены лопатки 8 первой и 7 последующей ступени с лабиринтным уплотнением 9, где перед лопатками первой ступени 8 размещены лопатки 10 направляющего аппарата 13, перед лопатками второй ступени 7 размещены лопатки второй ступени 11 направляющего аппарата 13, прикрепленного к турбокомпрессору 14, а снаружи имеется выпускной кожух 12, через который газовый поток 15 выходит наружу.

Работа свободной силовой турбины производится следующим образом.

Газовый поток 15 под давлением из турбокомпрессора 14 поступает в газовую полость 5 цилиндрического ротора, состоящего из диска 6 и закрепленных на нем рабочих лопаток первой ступени 8 и второй ступени 7, проходит через первый ряд лопаток 10 направляющего аппарата 13, формируя ему нужное направление, обеспечивающее необходимый угол воздействия на лопатки 7 первой ступени, где возникает реактивная сила, создающая вращательный момент, далее газовый поток 15 поступает в следующий ряд лопаток направляющего аппарата 11, который также формирует ему нужное направление, обеспечивающее необходимый угол воздействия на лопатки второй ступени 8, где тоже возникает реактивная сила, создающая дополнительный вращательный момент цилиндрического ротора, после чего газовый поток 15 выходит наружу из кожуха 12, закрепленного на турбокомпрессоре 14 и ступице 4.

Многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением, содержащая на роторе диск с рабочими лопатками, отличающаяся тем, что на выходе из турбины турбокомпрессора выполнена газовая полость, а на роторе размещены как минимум две ступени рабочих лопаток с лабиринтным уплотнением, а перед первой ступенью и между ступенями рабочих лопаток расположены и закреплены на турбокомпрессоре лопатки направляющего аппарата, а ротор под действием реактивных сил газового потока, движущегося из газовой полости через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки первой ступени, далее через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки следующей ступени, производит вращение.

Изобретение относится к турбостроению, в частности к радиальным турбинам, и может быть использовано в механических транспортных средствах и в установках для выработки механической и электрической энергии.

Турбина, включающая, по крайней мере, два полых объемных колеса, вложенных друг в друга // 2649163

Изобретение относится к турбине на воздушном или водном потоке. Турбина состоит, по меньшей мере, из двух полых объемных колес, вложенных одно в другое.

Ступень турбины заднего хода // 2636965

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.

Струйно-реактивная турбина // 2614946

Изобретение относится к турбостроению, а более конкретно к струйно-реактивной турбине (типа Сегнерова колеса), и может быть использовано в качестве силового ведущего элемента в приводах различного назначения.

Паровая турбина // 2614298

Изобретение относится к области теплоэнергетики, в частности к паровым турбинам малой мощности. Предложенная паровая турбина содержит корпус с горизонтальным разъемом, закрепленный на валу диск с реактивными рабочими лопатками, установленными в один ряд перпендикулярно цилиндрической поверхности диска и образующими венцы, две диафрагмы, одна из которых установлена перед реактивными рабочими лопатками и содержит направляющие лопатки и уплотнения, образующие входные окна, а вторая диафрагма установлена после реактивных рабочих лопаток и содержит уплотнения, которые образуют выходные окна, поворотные короба для изменения направления движения рабочего тела, установленные по всей окружности диска над реактивными рабочими лопатками на уплотнениях, образующих входное и выходное окна, охватывая входное и выходное окна, блок уплотнений, размещенный между корпусом и валом и состоящий из полнозапорных уплотнений и устройства для подвода и отвода рабочего тела.

Центростремительная турбина // 2612309

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.

Двигатель внутреннего сгорания // 2605994

Изобретение относится к области энергомашиностроения и может быть применено в энергетической отрасли, а также в автомобильной, судостроительной, авиационной и других транспортных отраслях.

Уплотнительный узел, уплотнительная вставка и способ уменьшения протечек // 2603871

Изобретение относится к уплотнительному узлу для ротационной машины. Уплотнительный узел содержит уплотнительную вставку, содержащую уплотнительные пластины, образующие С-образную или коробчатую уплотнительную вставку.

Свободная силовая радиальная турбина с цилиндрическим ротором // 2599454

Изобретение относится к двухвальным газотурбинным силовым установкам наземного применения и может быть использовано для привода насосов, генераторов и другого механического оборудования.

Двигатель внутреннего сгорания // 2597351

Изобретение относится к области двигателестроения и может быть применено в автомобильной, судостроительной и других транспортных отраслях. Двигатель внутреннего сгорания содержит первый корпус, воздухозаборный патрубок, вал, кинематически связанные с валом турбину и электрогенератор, камеру сгорания, инжектор топлива, компрессор, кольцевой рекуператор и выхлопной патрубок.