ДИАГОНАЛЬНАЯ СИЛОВАЯ ТУРБИНА Российский патент 1998 года по МПК F01D1/30 

Изобретение относится к газотурбинным двигателям для транспортных машин, а точнее к газовым турбинам радиального и диагонального типов для транспортных двигателей.

Радиальные и диагональные силовые турбины наиболее часто в настоящее время применяются для газотурбинных двигателей морского флота с целью получения реверсивной мощности.

Известно, что реверсивная и тормозная мощность получается путем поворота лопаток соплового аппарата (см. рис. 8.2, с.171. Розенберг Г.Ш. Судовые центростремительные турбины. Л.: Судостроение, 1964).

Все транспортные двигатели и судовые силовые установки в настоящее время проектируются и изготавливаются с применением регулируемого соплового аппарата для силовой турбины.

Недостатком применения регулируемого соплового аппарата для силовых турбин является малая тормозная и реверсивная мощность.

Известно техническое решение с выпуском газа в радиальном направлении из рабочего колеса радиальной турбины, которое является прототипом изобретения [2] . Эта турбина имеет безлопаточный сопловый аппарат и предназначена для привода компрессора в турбонагнетателе.

Целью изобретения является увеличение расхода через турбину свыше расчетного путем выпуска газа из рабочего колеса, что возможно при применении безлопаточного соплового аппарата, который не имеет критического сечения.

Турбина по патенту имеет между внешними концами лопастей выходной части рабочего колеса и корпусом кольцевую полость, в которой соосно с рабочим колесом установлено подвижное в осевом направлении кольцо. Когда кольцо прижато к корпусу, весь газ идет через выходное сечение рабочего колеса. В перемещенном положении часть газа выходит из колеса в радиальном направлении. Это изобретение не может быть использовано для увеличения тормозной и реверсивной мощности даже при замене безлопаточного соплового аппарата на регулируемый сопловой аппарат потому, что диаметр выходного сечения колеса значительно меньше входного диаметра и рабочее колесо имеет плоские входные участки лопастей.

Технической задачей изобретения является повышение тормозной и реверсивной мощности путем выпуска газа в радиальном направлении из рабочего колеса радиальной или диагнональной турбины.

Решение технической задачи осуществляется за счет того, что при подводе механической энергии к рабочему колесу, что соответствует режиму торможения, полное давление газа за рабочим колесом больше полного давления газа перед колесом. Для этого турбина выполняется диагональной с выходным диаметром, равным среднему выходному диаметру. Рабочее колесо имеет выходные участки лопастей, выполненных так, что средние линии сечений лежат на винтовой поверхности, которая определена вращением и осевым перемещением с шагом, определяемым углом выхода потока из колеса на среднем диаметре, прямолинейной образующей. Входные участки лопастей выполнены так, что средние линии сечений лежат на конической поверхности с радиусами не менее длины проекции передней кромки лопасти на ось колеса и плавно сопрягаются со средними линиями сечений выходного участка.

Турбина имеет регулируемый сопловой аппарат.

В отличие от прототипа диагональная силовая турбина имеет над лопастями подвижное кольцо, внутренний диаметр которого равен среднему входному диаметру.

Новый режим работы диагональной турбины выполняется только при перемещении кольца вниз по потоку, когда открывается выпуск газа из колеса в радиальном направлении.

При открытии выпуска средний входной и выходной диаметры становятся равными. Направление движения потока в этом случае определяется профилем лопастей рабочего колеса, а приращение энергии газа определяется окружной скоростью.

В турбине прототипа вследствие меньшего выходного диаметра такой режим течения невозможен.

На режиме реверсирования, когда турбина противовращается, выпуск газа в радиальном направлении уменьшает выходной крутящий момент рабочего колеса, что увеличивает реверсивный крутящий момент. С увеличением выходного диаметра возрастает величина реверсивного крутящего момента.

На фиг. 1 приведен продольный разрез диагональной силовой турбины транспортного газотурбинного двигателя; на фиг. 2 рабочее колесо диагональной турбины.

Изобретение основывается на рабочем колесе по упомянутой заявке и является дальнейшим совершенствованием силовой турбины транспортного двигателя.

Силовая диагональная турбина имеет рабочее колесо 1, которое фиксируется подшипником 2. Газовая полость отделяется от полости подшипника уплотнением 3. Тыльная сторона рабочего колеса сопрягается со стенкой 4, к которой крепится регулируемый сопловой аппарат.

Регулируемый сопловой аппарат состоит из поворотных лопаток 5 с роликовым подшипником 6, шариковым подшипником 7, зубчатым колесом 8, а также из корпуса 9 и зубчатого колеса 10.

Привод регулируемого соплового аппарата осуществляется поворотом зубчатого колеса 10. Рычаг поворота зубчатого колеса не показан. При повороте зубчатого колеса 10 поворачиваются все лопатки соплового аппарата.

Устройство выпуска газа из рабочего колеса состоит из корпуса 11, кольца 12, из шести коленчатых валиков 13 и синхронизирующего кольца 14.

При повороте кольца 14 вращаются валики 13. При этом кольцо 12 перемещается в осевом направлении с небольшим вращательным движением.

В положении, прижатом к корпусу, между кольцом и рабочим колесом имеется радиальный рабочий зазор.

В положении, отодвинутом от корпуса, имеется выход газа из рабочего колеса в радиальном направлении. После выхода из колеса газ обтекает кольцо и коленчатые валики, которые выполняются из жаропрочного материала.

Необходимость использования изобретения определяется потребностью в большой тормозной и реверсивной мощности тяжелых гусеничных машин.

Большая тормозная и реверсивная мощность придают тяжелой машине необходимую маневренность.

Изобретение используется на разрабатываемом двигателе.

Использование: в газотурбинных двигателях для транспортных машин, точнее в газовых турбинах радиального и диагонального типов. Сущность изобретения: диагональная силовая турбина содержит регулируемый силовой аппарат, рабочее колесо и установленное в корпусе подвижное в осевом направлении кольцо с механизмом его перемещения, при этом внутренний диаметр кольца равен среднему диаметру на входе в рабочее колесо, а механизм перемещения выполнен в виде установленных на корпусе коленчатых валиков с синхронизирующим кольцом. Изобретение обеспечивает повышение тормозной и реверсивной мощности путем выпуска газа в радиальном направлении из рабочего колеса радиальной или диагональной турбины. 2 ил.

Диагональная силовая турбина, преимущественно транспортного двигателя, содержащая регулируемый силовой аппарат, рабочее колесо и установленное в корпусе подвижное в осевом направлении кольцо с механизмом его перемещения, отличающаяся тем, что внутренний диаметр кольца равен среднему диаметру на входе в рабочее колесо, а механизм перемещения выполнен в виде установленных на корпусе коленчатых валиков с синхронизирующим кольцом.