РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА Российский патент 1995 года по МПК F01D1/32 

Изобретение относится к энергетике, в частности к конструкциям турбин, и может применяться в области авиастроения и в конструкциях энергетических установок космических летательных аппаратов.

Известен узел рабочего колеса турбины, содержащий вращающееся рабочее колесо турбины с фрезерованными лопатками и смонтированное у периферии рабочего колеса сопло, направляющее рабочую среду на перифирийную часть рабочего колеса, имеющего фактически параллельные дугообразные лопатки в периферийной части. Выходное отверстие сопла обращено к боковой части поверхности периферии рабочего колеса, и кромки выходного отверстия совпадают с этой поверхностью. Недостатками этой конструкции являются значительные потери энергии на трение на периферии колеса и рассеивание потока рабочего тела в канале и как следствие снижение КПД.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является выбранная в качестве прототипа турбомашина, содержащая рабочее колесо с каналами, имеющими входной и выходной участки и сопловый аппарат.

Недостатками этой конструкции являются ограничение функциональных возможностей, невозможность за счет формы канала формировать поток рабочего тела с постоянными характеристиками его течения, кроме того, форма канала не реализует накопленное в канале статическое давление, и за счет высокой скорости потока рабочего тела в канале входная часть канала не работает как реактивное сопло после выхода из зоны соплового аппарата.

Целью изобретения является повышение эффективности, расширение функциональных возможностей и повышение надежности работы реактивной турбины.

Указанная цель достигается тем, что в турбомашине содержащей рабочее колесо с каналами, имеющими входной и выходной участки, и сопловой аппарат, каналы выполнены в виде цилиндрических отверстий с осями, параллельными оси рабочего колеса и с входными участками, расположенными тангенциально поверхности канала и рабочему колесу, причем входные участки каналов также тангенциальны рабочему колесу.

Входные и выходные участки каналов могут иметь одинаковое направление с выходами, обращенными к оси рабочего колеса или от нее. Кроме того, выходные участки каналов могут быть обращены к оси рабочего колеса, а входные от его оси или наоборот.

В просмотренной литературе не выявлено выполнение каналов такой конфигурации и расположения входных и выходных участков относительно друг друга, это позволяет предположить, что предлагаемое техническое решение обладает новизной и существенными отличиями.

На фиг. 1 показана реактивная турбина с каналами, имеющими входные и выходные участки одинакового направления, обращенные от оси рабочего колеса; на фиг. 2 реактивная турбина, вид сбоку; на фиг. 3 реактивная турбина с входными участками каналов, обращенными от оси рабочего колеса, а с выходными, обращенными к его оси; на фиг. 4 продольный разрез этого колеса; на фиг. 5 течение рабочего тела в канале.

Реактивная турбина состоит из рабочего колеса 1 с каналами 2, имеющими входной 3 и выходной 4 участки, и соплового аппарата 5 с направляющими лопатками 6. Каналы 2 заглушены кольцевыми крышками 7.

Турбина работает следующим образом.

Поток рабочего тела подается в сопловый аппарат 5, откуда лопатками 6 направляется во входные участки 3 каналов 2, а затем выходит через участок 4. Поток рабочего тела, попадая в канал 2, обладает кинетической энергией, которая переходит в энергию заторможенного потока, что приводит к увеличению давления и повышению температуры рабочего тела в канале 2. Движение потока рабочего тела через канал 2 показано на фиг. 5. Поток рабочего тела попадает во входной участок 3 канала 2, где идет турбулизация и торможение потока, затем происходит разворот потока рабочего тела и оно направляется в выходной участок 4.

Входные участки 3 после выхода из зоны уплотнения соплового аппарата 5 начинают работать так же, как и выходные участки 4, т.е. запасенный в канале 2 газ выбрасывается через входной участок и выходной одновременно, создавая реактивную тягу, вращающую рабочее колесо. Поток рабочего тела, совершив работу, выбрасывается в окружающее пространство, либо в сборный коллектор, из которого он может быть отобран для выполнения дополнительной работы. Вариант конструкции, приведенной на фиг. 3 и 4, работает аналогично, но рабочий поток, подведенный к входному участку 3, разделяется на два потока и выбрасывается в виде двух реактивных струй тангенциально, в сторону оси рабочего колеса. Такая турбина может быть выполнена более компактной по сравнению с вариантом, приведенным на фиг. 1 и 2. При установке соплового аппарата внутри рабочего колеса габариты реактивной турбины еще более сокращаются. Наиболее эффективно применение такой турбины в малых силовых установках, например, в энергетических установках КЛА, позволяющих реализовать почти полностью запас работоспособности газа (при малых его расходах) из-за отсутствия противодавления на выходе из турбины. Кроме того, при малых расходах газа известные турбины имеют большие потери на трение и рассеивание, предлагаемая же турбина позволяет расширить весь подведенный газ довольно эффективно.

Выполнение реактивной турбины с такой формой каналов позволит расширить функциональные возможности турбины и повысить эффективность ее работы.

Использование: в газотурбостроении. Сущность изобретения: реактивная турбина имеет рабочее колесо с цилиндрическими каналами, заглущенными по торцам и тангенциально наклоненными к поверхности рабочего колеса. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. РЕАКТИВНАЯ ТУРБИНА, содержащая рабочее колесо с цилиндрическими каналами с осями, параллельными оси рабочего колеса, имеющее входные и выходные участки с осями, тангенциально наклоненными к поверхности рабочего колеса, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности и расширения функциональных возможностей, цилиндрические каналы заглушены по торцам, а оси входных и выходных участков дополнительно тангенциально наклонены к осям цилиндрических каналов. 2. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что оси входных и выходных участков по ходу рабочего тела направлены в одну сторону и обращены к оси рабочего колеса. 3. Турбина по п.1, отличающаяся тем, что оси входных и выходных участков направлены в противоположные стороны, причем одни из них обращены к оси рабочего колеса.