МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ВИХРЕВАЯ ТУРБОМАШИНА Российский патент 1995 года по МПК F04D5/00 

Изобретение относится к энергомашиностроению и может быть использовано, преимущественно, в вакуум-компрессорных установках для создания высокого разрежения, а также в гидровпнемодвигателях.

Известна многоступенчатая вихревая турбомашина, содержащая корпус с впускным и выпускным окнами и ротор с рабочими колесами, насаженными на вал. Проточная часть турбомашины состоит из последовательно соединенных перепускными каналами рабочих камер, каждая из которых образована полостями межлопаточных каналов рабочего колеса ступени и свободного (рабочего) канала, выполненного в корпусе статоре (авт. св. N 495452, кл. F 04 D 17/06, 1975; N 1566059, кл. F 01 D 13/00, 1990; N 1583644, кл. F 01 D 13/00, 1992; Nz 1657755, кл. F 04 D 17/06, 1992) в виде полуторообразной проточки. К недостаткам такой турбомашины можно отнести низкий КПД при работе в режиме вакуум-компрессора, что обусловлено, в основном, переточками рабочей среды из высоконапорного патрубка в низконапорный по кольцевым зазорам между поверхностями ротора и корпуса (статора).

Наиболее близкой к изобретению по совокупности признаков является многоступенчатая вихревая турбомашина, содержащая корпус с всасывающим и нагнетательным патрубками, в котором закреплен пакет профилированных колец статора, ротор, выполненный в виде пакета насаженных на вал дисков, каждый из которых расположен между кольцами статора с образованием рабочих камер, последовательно соединенных осевыми перепускными каналами, и смонтированные в корпусе опоры вала (Анохин В. Д. и Богатырев А. Г. Теория и расчет вихревых турбомашин. М. "Всесоюзный заочный машиностроительный институт". 1986, с. 59-61, рис. 5.3).

В этом устройстве, работающем в режиме вихревого вакуум-компрессора, значительно снижены обратные перетечки рабочей среды со стороны нагнетания в сторону всасывания по зазорам между статором и ротором благодаря их большой протяженности и сложной конфигурации. Однако наличие осевого усилия на роторе, которое возникает из-за разности давлений в крайних рабочих камерах и воспринимаемого опорами, относительная сложность профиля проточной части и трудоемкость монтажа, обусловленные особенностями конструктивного выполнения элементов статора и ротора, ограничивают надежность работы турбомашины.

Изобретение направлено на создание конструкции вихревой турбомашины с оптимальным использованием габаритного объема, эффективно и надежно работающей в режиме вакуум-компрессора.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в многоступенчатой вихревой турбомашине, содержащей корпус с всасывающим и нагнетательным патрубками, в котором закреплен пакет профилированных колец статора, ротор в виде пакета насаженных на вал дисков, каждый из которых размещен между кольцами статора с образованием рабочих камер, соединенных перепускными каналами, и смонтированные в корпусе опоры вала, всасывающий патрубок расположен в плоскости среднего поперечного сечения и сообщен с центральными рабочими камерами, а крайние рабочие камеры соединены соответственно с нагнетательными патрубками, диски ротора выполнены в виде двухстороннего рабочего колеса, разделенного радиальной проточкой, а между профилированными кольцами статора, которые, за исключением торцовых, имеют по два симметрично расположенных канала, дополнительно установлены плоские кольца, свободно входящие в радиальные проточки дисков ротора, при этом перепускные каналы рабочих камер каждой ступени расположены последовательно как в профилированных, так и в плоских кольцах статора и зеркально-симметрично относительно плоскости среднего поперечного сечения.

Кроме того, плоские и профилированные кольца статора, за исключением торцовых, выполнены разрезными, что существенно упрощает конструкцию и сборку вихревой турбомашины, а опоры вала могут быть расположены в торцовых крышках корпуса.

Предпочтительно, по крайней мере в одном нагнетательном патрубке установить глушитель шума.

Симметричное расположение рабочих камер и перепускных каналов относительно центрального всасывающего патрубка существенно снижает перетечки рабочей среды и осевое усилие на ротор, разгружая опоры, что повышает надежность и эффективность работы вихревой турбомашины, особенно в режиме вакуум-компрессора. При этом конструктивное выполнение дисков ротора с радиальными проточками и двухсторонним рабочим колесом, а статора с дополнительными плоскими кольцами, позволяет не только снизить массогабаритные параметры, но и улучшить характеристики проточной части.

На фиг. 1 представлен общий вид многоступенчатой вихревой турбомашины; на фиг. 2 цилиндрическое сечение (развертка) на диаметре Д_с, поясняющее расположение перепускных каналов.

Вихревая турбомашина содержит корпус 1 с всасывающим патрубком 2, расположенным в плоскости среднего поперечного сечения А-А, и нагнетательными патрубками 3, в котором закреплен статор, собранный в виде пакета чередующихся профилированных колец 4 с рабочими каналами 5 и плоских колец 6, и ротор, выполненный в виде пакета насаженных на вал 7 дисков 8, представляющих собой двухстороннее рабочее колесо с лопатками 9, разделенными проточкой 10, в которую свободно (с зазором) входит соответствующее плоское кольцо 6 статора. Профилированные кольца 4 и плоские кольца 6 выполнены разрезными, т.е. составленными из нескольких секторов. Рабочие каналы 5 профилированных колец 4 каждой ступени снабжены отсекателями 11 и с примыкающими полостями межлопаточных каналов рабочих колес образуют рабочие камеры, которые сообщены между собой перепускными каналами 12, расположенными последовательно как в профилированных кольцах 4, так и в плоских кольцах 6 статора и зеркально-симметрично относительно плоскости среднего поперечного сечения А-А. При этом центральные рабочие камеры соединены с всасывающим патрубком 2, а крайние рабочие камеры, образованные торцовыми профилированными кольцами 13 с одним рабочим каналом, с нагнетательными патрубками 3. Вал 7 ротора установлен в опорах 14, размещенных в торцовых крышках 15 корпуса 1, а по крайней мере в одном из нагнетательных патрубков 3 смонтирован глушитель 16 шума.

Многоступенчатая вихревая турбомашина работает в режиме вакуум-компрессора следующим образом. При вращении ротора рабочая среда засасывается через всасывающий патрубок 2 и, разделяясь на два потока, поступает в центральные рабочие камеры, из которых по перепускным каналам 12 направляется к крайним рабочим камерам, и через нагнетательные патрубки 3 выбрасывается наружу. При этом рабочая среда под воздействием на нее лопаток 9 и стенок рабочего канала 5 совершает сложное спиралевидное движение в объеме рабочей камеры, обусловливающее последовательное повышение давления от всасывающего патрубка к перепускному каналу каждой следующей ступени.

Для работы вихревой турбомашины в режиме двигателя рабочая среда под давлением подается в нагнетательные патрубки 3.

Сущность: всасывающий патрубок расположен в плоскости среднего поперечного сечения турбомашины и сообщен с центральными рабочими камерами, а крайние рабочие камеры соединены с нагнетательными патрубками, диски ротора выполнены в виде двухсторонних колес, разделенных радиальными проточками, статор выполнен в виде профилированных колес и плоских колес, свободно входящих в радиальные проточки. В кольцах статора выполнены последовательно перепускные каналы, кроме того в профилированных кольцах статора выполнены рабочие каналы. 3 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. МНОГОСТУПЕНЧАТАЯ ВИХРЕВАЯ ТУРБОМАШИНА, содержащая корпус с всасывающим и нагнетательным патрубками, в котором закреплен пакет профилированных колец статора, ротор в виде пакета насаженных на вал дисков, каждый из которых размещен между кольцами статора с образованием рабочих камер, соединенных перепускными каналами, и смонтированные в корпусе опоры вала, отличающаяся тем, что всасывающий патрубок расположен в плоскости среднего поперечного сечения и сообщен с центральными рабочими камерами, а крайние рабочие камеры соединены соответственно с нагнетательными патрубками, диски ротора выполнены в виде двусторонних рабочих колес, каждое из которых разделено радиальной проточкой, а между профилированными кольцами статора дополнительно установлены плоские кольца, свободно входящие в радиальные проточки дисков ротора, при этом перепускные каналы рабочих камер каждой ступени расположены последовательно как в профилированных, так и в плоских кольцах статора и зеркально симметрично относительно плоскости среднего поперечного сечения, при этом профилированные кольца статора снабжены рабочими каналами, соответственно крайние одним, центральные двумя симметрично расположенными относительно поперечного сечения кольца. 2. Турбомашина по п.1, отличающаяся тем, что плоские и профилированные кольца статора, за исключением крайних, выполнены разрезными. 3. Турбомашина по пп.1 и 2, отличающаяся тем, что корпус снабжен торцевыми крышками, а опоры вала размещены в них. 4. Турбомашина по пп. 1 и 2, отличающаяся тем, что по крайней мере в одном нагнетательном патрубке установлен глушитель шума.