Подводящий патрубок радиальной турбомашины
Владельцы патента RU 2749936:
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "МЭИ" (ФГБОУ ВО "НИУ "МЭИ") (RU)
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при конструировании подводящих патрубков расширительных турбомашин. Подводящий патрубок радиальной турбомашины содержит спиральную камеру (1), которая состоит из двух половин и имеет разъем, проходящий через ее вертикальную ось. Вдоль спиральной камеры (1) размещено два продольных ребра (2 и 3), которые начинаются с угла развертки подводящего патрубка, равного 90°. Длина каждого продольного ребра составляет 5° развертки подводящего патрубка. Ребра (2, 3) расположены на среднем радиусе меридионального сечения симметрично осям X и Y, проходящим через центр меридионального сечения спиральной камеры (1). Расстояние от оси Y до стенки продольного ребра (2, 3) равно 0.5d-9.7, где d - диаметр меридионального сечения спиральной камеры (1). Ширина ребра (2,3) равна 0.3 мм, а высота 0.3b, где b - ширина выходного сечения подводящего патрубка. Изобретение направлено на повышение аэродинамической эффективности подводящего патрубка радиальной турбомашины. 1 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано при конструировании подводящих патрубков расширительных турбомашин радиального типа.
Известны турбомашины радиального типа с подводящим патрубком в виде спиральной камеры (Епифанова В. И. Компрессорные и расширительные турбомашины радиального типа: Учебное пособие. - Машиностроение, 1984).
Недостатком таких аппаратов является наличие парных вихрей вдоль стенок патрубка, которые в свою очередь являются источником дополнительных потерь энергии потока.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению является подводящий патрубок радиальной турбомашины, раскрытый в авторском свидетельстве SU №281958, опубл. 14.09.1970, МПК F01D 9/02 и содержащий спиральную камеру с продольным ребром, длина которого составляет от 90 до 270° развертки подводящего патрубка, а высота - 0,3-0,5 диаметра меридионального сечения спиральной камеры.
Основной недостаток данного технического решения заключается в низкой аэродинамической эффективности спиральной камеры, связанной с тем, что установка ребра вносит дополнительные потери на трение, которые выше, чем снижение потерь от подавления парного вихря.
Техническая задача, решаемая предлагаемым изобретением, заключается в уменьшении суммарных потерь, связанных с вихреобразованием потока и трением.
Технический результат заключается в повышении аэродинамической эффективности подводящего патрубка радиальной турбомашины.
Это достигается тем, что подводящий патрубок радиальной турбомашины, содержащий спиральную камеру и первое продольное ребро, дополнительно содержит второе продольное ребро, причем продольные ребра размещены в спиральной камере симметрично, смещены от продольной оси спиральной камеры на 0.5d-9.7, где d - диаметр меридионального сечения спиральной камеры, при этом длина каждого продольного ребра составляет от 90 до 95° развертки подводящего патрубка, ширина равна 0.3 мм, а высота 0.3b, где b - ширина выходного сечения подводящего патрубка.
Кроме того, спиральная камера содержит разъем, проходящий через вертикальную ось спиральной камеры.
Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображена одна из половин корпуса подводящего патрубка радиальной турбомашины с продольным ребром, на фиг. 2 приведено меридиональное сечение спиральной камеры в месте размещения продольных ребер, на фиг. 3 представлены линии тока в меридиональном сечении спиральной камеры прототипа, на фиг. 4 представлены линии тока в меридиональном сечении спиральной камеры заявляемого подводящего патрубка радиальной турбомашины с двумя продольными ребрами, и на фиг. 5 представлено распределение кинетической энергии турбулентности вдоль подводящего патрубка радиальной турбомашины.
Подводящий патрубок радиальной турбомашины содержит спиральную камеру 1, которая состоит из двух половин и имеет разъем, проходящий через вертикальную ось спиральной камеры. Вдоль спиральной камеры размещены идентичные первое ребро 2 и второе ребро 3, которые начинаются с угла развертки подводящего патрубка равному 90°. Продольные ребра 2 и 3 фиксируются (привариваются) на шпильках 4 и 5 соответственно, приваренных к корпусу спиральной камеры 1. Длина ребра составляет 5° развертки подводящего патрубка. Ребра расположены на среднем радиусе Rср меридионального сечения симметрично осям X и Y, проходящим через центр меридионального сечения спиральной камеры. Расстояние от оси Y до стенки ребра равно 0.5d-9.7, где d - диаметр меридионального сечения спиральной камеры. Ширина ребра равна 0.3 мм, а высота 0.3b, где b - ширина выходного сечения спиральной камеры.
Подводящий патрубок радиальной турбомашины работает следующим образом.
Рабочее тело поступает в спиральную камеру вдоль радиуса и, двигаясь к центру, поворачивается, входит в межлопаточные каналы радиальной турбины, после чего уходит из турбины в осевом направлении. Из-за наличия окружной и радиальной неравномерности полного давления в радиальных сечениях спиральной камеры появляются поперечные перетекания. Движение газа осуществляется вдоль стенок спиральной камеры от области, где давление максимально, в сторону пониженного давления.
Установка двух продольных ребер в спиральной камере позволяет значительно снизить вихреобразование в спиральной камере с 90 по 135°, а начиная с 180° полностью ликвидировать вторичные течения, что подтверждено численным путем и отражено на фиг. 3 и фиг. 4. Распределение кинетической энергии турбулентности, полученное численным путем, представленное на фиг. 5, показывает, что установка двух продольных ребер позволяет снизить кинетическую энергию турбулентности на 6.26%.
Использование изобретения позволяет уменьшить потери энергии в подводящем патрубке радиальной турбомашины на 10.66% за счет уменьшения вихревых структур и соответственно повысить аэродинамическую эффективность подводящего патрубка и всей радиальной турбомашины.
1. Подводящий патрубок радиальной турбомашины, содержащий спиральную камеру и первое продольное ребро, отличающийся тем, что дополнительно содержит второе продольное ребро, причем продольные ребра размещены в спиральной камере симметрично, смещены от продольной оси спиральной камеры на 0.5d-9.7, где d - диаметр меридионального сечения спиральной камеры, при этом длина каждого продольного ребра составляет от 90 до 95° развертки подводящего патрубка, ширина равна 0.3 мм, а высота 0.3b, где b - ширина выходного сечения подводящего патрубка.
2. Подводящий патрубок радиальной турбомашины по п. 1, отличающийся тем, что спиральная камера содержит разъем, проходящий через вертикальную ось спиральной камеры.
