УСТРОЙСТВО ДЛЯ ВЫПУСКА ГАЗОВ ИЗ ТУРБОМАШИНЫ Российский патент 2000 года по МПК F01D25/30 F04D29/54 

Изобретение относится к области турбостроения и предназначено для использования в установках промышленного назначения.

Известна конструкция выхлопной системы судовой газотурбинной установки с устройством для выпуска газов из турбомашины с диффузором, имеющим наружный и внутренний обтекатели (1).

Однако из-за больших потерь полного давления выхлопных газов устройство имеет низкий коэффициент полезного действия.

Наиболее близким к заявляемому является устройство для выпуска газов из турбомашины с кольцевым диффузором, содержащим осевую и радиальную части, образованные соответственно наружной и внутренней стенками, при этом наружная стенка радиальной части выполнена в виде дуги окружности (2).

Недостатком известного устройства является низкий КПД за счет больших потерь полного давления выхлопных газов.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в повышении КПД устройства за счет снижения потерь полного давления выхлопных газов турбомашины.

Сущность изобретения заключается в том, что в устройстве для выпуска газов из турбомашины с кольцевым диффузором, содержащем осевую и радиальную части, образованные соответственно наружной и внутренней стенками, при этом наружная стенка радиальной части выполнена в виде дуги окружности, согласно изобретению, при этом отношения радиуса R дуги окружности образующей наружного обтекателя к ширине H кольцевого зазора на выходе из осевой части диффузора равно 0,4 - 1,1, а Δ H/R < 1, где Δ H - разность между величинами ширины кольцевых зазоров на выходах радиальной и осевой частей диффузора, причем соотношение площадей входного (S1) и выходного (S2) сечений осевой части диффузора находится в интервале 1,5 - 2,0.

В заявляемом устройстве образующая наружного обтекателя выполнена в форме дуги окружности, отношение величины радиуса (R) которой к ширине (H) кольцевого зазора на выходе осевой части диффузора находится в интервале 0,4 - 1,1. В этом случае имеет место безотрывное течение газов на выходе из диффузора и минимальные потери полного давления. За границами заявляемого интервала происходит резкое увеличение потерь полного давления в выхлопной системе. По той же причине разность между величинами ширины кольцевых зазоров на выходах радиальной и осевой частей диффузора (Δ H), т.е. высота образующей обтекателя, не должна превышать радиус дуги окружности образующей наружного обтекателя (R).

Выбор отношения площадей входного (S1) и выходного (S2) сечений осевой части диффузора в интервале 1,5 - 2,0 обеспечивает эквивалентный угол диффузорности, не превышающий 16 - 18^o (3), а также необходимую длину осевой части диффузора. Если отношение S1/S2 и эквивалентный угол не укладываются в соответствующие интервалы, то невозможно обеспечить необходимую осевую длину диффузора, наблюдается отрыв потока воздуха от стенок диффузора, что приводит к увеличению потерь полного давления.

Изобретение иллюстрируется следующими фигурами.

На фиг. 1 показан частичный разрез заявляемого устройства, на фиг. 2 - поперечный разрез по сечению А-А.

Устройство содержит кольцевой диффузор 1, содержащий осевую часть, образованную внутренней 2 и наружной 3 стенками, переднюю стенку 4, улитку 5, которая образована передней 4, боковой 5 и задней 7 стенками. Радиальная часть устройства выполнена в виде внутреннего 2 и наружного 8 обтекателей. Образующая наружного обтекателя 8 имеет форму дуги окружности с радиусом R и высотой Δ H. Кольцевой зазор 9 на выходе осевой части диффузора 1 обозначен H. Выход осевой части диффузора 1 с площадью сечения S1 соединен с входной частью стоек 10 турбины. Выход радиальной части диффузора 1 с площадью S2 скреплен с кольцевым наружным обтекателем 8.

При работе выхлопной системы газотурбинной установки газ, выходящий из стоек 10 турбины, поступает в диффузор 1, проходит через осевую часть, снижая скорость потока, и поступает в улитку 5. Выходящий из осевой части диффузора 1 газ, благодаря известному из аэродинамики эффекту Коанда (4), течет вдоль стенки наружного обтекателя 8 и обеспечивает безотрывность потока вдоль наружной стенки диффузора по всему его сечению. В улитке 5 поток разворачивается на 90^o в сторону выхлопа. Благодаря такому характеру течения потока потери в выхлопной системе минимальны.

Источники информации:
1. Машунин Э.А. Газовые турбины: проблемы и перспективы. - М.: Энергоатомиздат, 1986, с. 106, рис. 4.1.

2. SU 436163A, F 01 D 25/30, 1974.

3. Дейч М. Е. , Зарянкин А.Е. Газодинамика диффузоров и выхлопных патрубков турбомашин. - М.: Энергия, 1970, с. 109.

4. Соколова И.Н. Исследование сверхзвукового течения Коанда. Ученые записки ЦАГИ. - 1985 N 2, с. 108.

Устройство для выпуска газов из турбомашины выполнено с кольцевым диффузором, содержащим осевую и радиальные части, образованные соответственно внутренней и наружной стенками. Наружная стенка радиальной части выполнена в виде дуги окружности. Отношение радиуса R дуги окружности к ширине Н кольцевого зазора на выходе из осевой части диффузора равно 0,4-1,1, a ΔH/R<1, где ΔН - разность между величинами ширины кольцевых зазоров на выходах радиальной и осевой части диффузора. Отношение площадей входного и выходного сечений осевой части диффузора находится в интервале 1,5-2,0. Такое выполнение устройства для выпуска газов из турбомашины приводит к уменьшению потерь. 2 ил.

Устройство для выпуска газов из турбомашины с кольцевым диффузором, содержащим осевую и радиальные части, образованные соответственно внутренней и наружной стенками, при этом наружная стенка радиальной части выполнена в виде дуги окружности, отличающееся тем, что отношение радиуса R дуги окружности к ширине H кольцевого зазора на выходе из осевой части диффузора равно 0,4 - 1,1, а ΔH/R < 1, где ΔH - разность между величинами ширины кольцевых зазоров на выходах радиальной и осевой части диффузора, причем отношение площадей входного и выходного сечений осевой части диффузора находится в интервале 1,5 - 2,0.