СТУПЕНЬ ТЕПЛОТУРБИНЫ Российский патент 1995 года по МПК F01D1/04 

Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано на тепловых электростанциях, в автомобильном и водном транспорте, в авиации и в других областях народного хозяйства.

Известна парциальная турбинная ступень, содержащая сопловой аппарат и рабочее колесо, с обеих сторон рабочих лопаток которого на неактивной части дуги окружности установлены защитные щитки, в которых выполнены расположенные в окружном направлении каналы в виде половины тора с входом у периферии, а выходом у корня рабочих лопаток (1).

Недостатком устройства является низкая надежность, обусловленная регулированием расхода рабочего тела посредством центрального вкладыша в окружном канале.

Наиболее близкой к изобретению по технической сущности и достигаемому результату является другая известная ступень теплотурбины, содержащая размещенные в полости корпуса ротор с рабочими лопатками, входное и выходное устройства, причем первое выполнено в виде сопел, установленных на одной из торцевых стенок корпуса, а второе в виде полости, образованной торцом ротора с лопатками и второй торцевой стенкой корпуса (2).

Недостатком ступени активной турбины является низкая степень использования энергии потока за счет свободного выхода из рабочего процесса, так как при свободном выходе потока с рабочих лопаток можно полезно использовать не более 50% энергии от части располагаемого теплоперепада.

Целью изобретения является повышение степени использования энергии потока.

В ступени теплотурбины, содержащей размещенные в корпусе входные сопла, установленные на одной из его торцевых стенок, выхлопную полость, примыкающую по второй торцевой стенке корпуса, и ротор, выполненный в виде размещенного на валу диска с рабочими лопатками, установленными между корневым и периферийным ободами, поставленная цель достигается тем, что выхлопная полость выполнена кольцевой, а вторая торцевая стенка корпуса, к которой примыкает эта полость, в виде диска с выходными окнами, сообщающими межлопаточные каналы с выхлопной полостью, и с перемычками между окнами, размещенными против сопел.

На фиг.1 изображен вид турбины в разрезе по оси; на фиг.2 вид со стороны поступления потока; на фиг.3 развертка проточного канала; на фиг.4 торцевая стенка корпуса с выходными окнами и перемычками между ними; на фиг.5 разрез А-А на фиг. 3, проточного канала; на фиг.6 разрез Б-Б на фиг.3, проточного канала; на фиг.7 разрез В-В на фиг.3, канала.

Ступень теплотурбины содержит неподвижный корпус 1 с торцевыми стенками 2 и 3, входные сопла 4 и ротор, выполненный в виде диска 5, размещенного на валу. Между корневым ободом 6 и периферийным ободом 7 установлены рабочие лопатки 8. Сопла 4 установлены на торцевой стенке 2 корпуса.

Ширина ободов 6, 7 может быть равна ширине лопаток 8, а торцевые стенки 2, 3 корпуса могут быть размещены на ширине ободов 6, 7. Торцевая стенка 3 корпуса выполнена в виде диска с выходными окнами 9 и с перемычками 10 между ними.

К торцевой стенке 3 корпуса примыкает выхлопная полость 11, выполненная кольцевой. Выходные окна 9 сообщают межлопаточные каналы с полостью 11. Проточный кольцевой канал 12 образован неподвижной и подвижной частями. В неподвижную часть входят торцевая стенка 2 с расположенными на ней соплами 4 и торцевая стенка 3 с выпускными окнами 9 и перемычками 10, расположенными против сопел 4. В неподвижную часть входят рабочие лопатки 8 и межлопаточные каналы, ограниченные ободами 6, 7.

Турбина работает следующим образом.

Поток пара или газа из сопел 4 поступает в зоне компрессии на рабочие лопатки 8, где скорость его движения понижается до окружной скорости лопатки, а сила потока сообщает ротору движение. Проходя переходную зону, где поток и рабочие лопатки движутся с одинаковой скоростью, поток не оказывает давления на рабочие лопатки 8. В зоне депрессии, которая через выходное окно 9 сообщается с выхлопной кольцевой полостью 11 и с окружающей средой, давление понижено до нуля, поэтому со стороны зоны депрессии на рабочую лопатку может оказывать влияние только конечное давление.

При движении ротора межлопаточные каналы, заполненные отработавшей средой, находившиеся в переходной зоне, подходят к выходным окнам 9 в торцевой стенке 3 и отработавшая среда выходит из турбины. Одновременно с этим с другой стороны межлопаточные каналы, освобожденные от отработавшей среды, входят в зону компрессии к срезу сопла 4, откуда поток поступает в эти каналы, где давление понижено до нуля, и за счет этого обеспечивается перепад давления от сопла и за соплом. При выполнении ободов шириной, равной ширине лопаток, и размещении торцевых стенок по ширине ободов, т.е. с перекрытием проточного канала поверхностью лопатки, обеспечивается возможность понижения скорости движения потока до нуля и до любой заданной окружной скорости лопатки, которую можно принимать независимо от абсолютной скорости движения потока и, наоборот, абсолютную скорость потока можно принимать независимо от окружной скорости потока, благодаря чему обеспечиваются условия для преобразования в полезную всей энергии потока от всего располагаемого теплоперепада в одной ступени турбины.

Повышение степени использования энергии в одной ступени в свою очередь существенно упрощает конструкцию турбины за счет исключения многоступенчатости и повышает надежность турбины в целом.

Использование: в турбинах на тепловых электростанциях, автомобильном и водном транспорте, в авиации. Сущность: ступень турбины содержит установленные в корпусе входные сопла, ротор с рабочими лопатками, последние установлены на диске и имеют периферийный обод. Выхлопная полость выполнена кольцевой, а примыкающий к ней торец корпуса выполнен в виде диска с выходными окнами и перемычками между ними. Выходные окна сообщают межлопаточные каналы с выхлопной полостью, перемычки расположены против сопел. 7 ил.

СТУПЕНЬ ТЕПЛОТУРБИНЫ, содержащая размещенные в корпусе входные сопла, установленные на одной из его торцевых стенок, выхлопную полость, примыкающую к второй торцевой стенке корпуса, и ротор, выполненный в виде размещенного на валу диска с рабочими лопатками, установленными между корневым и периферийным ободами, отличающаяся тем, что, с целью повышения эффективности путем интенсификации энергии потока, выхлопная полость выполнена кольцевой, а вторая торцевая стенка корпуса, к которой примыкает эта полость, в виде диска с выходными окнами, сообщающими межлопаточные каналы с выхлопной полостью, и с перемычками между окнами, размещенными против сопл.