ОДНОВЕНЕЧНАЯ ТУРБИНА СО СТУПЕНЯМИ ДАВЛЕНИЯ Российский патент 2005 года по МПК F01D9/00 

Изобретение относится к машиностроению, в частности к турбостроению, и может найти применение в одновенечных паровых и газовых турбинах со ступенями давления и повторным подводом рабочего тела. Данные турбины могут быть использованы в качестве привода электрогенераторов и других механизмов для собственных нужд котельной, теплоэлектростанции (вентилятор, сетевой насос, питательный насос, дымосос), а также на газораспределительных станциях.

Известна одновенечная турбина со ступенями давления (с многократным подводом рабочего тела), содержащая сопло для подвода свежего рабочего тела, активные рабочие лопатки и перепускной аппарат, содержащий перепускные каналы и сопла, расположенные на выходе перепускных каналов, причем перепускной канал первый ступени выполнен с двумя выходными частями, направлениями в противоположные стороны, а последующие ступени давления расположены по обе стороны от сопла для подвода свежего рабочего тела [1].

Однако известная турбина имеет невысокий КПД. Данный недостаток связан с тем, что профиль перепускных каналов имеет большой угол поворота и вызывает турбулизацию потока рабочего тела, из-за чего перепускной аппарат обладает высоким аэродинамическим сопротивлением.

Известна также одновенечная турбина со ступенями давления, содержащая сопло для подвода свежего рабочего тела, активные рабочие лопатки и перепускной аппарат для последовательного подвода рабочего тела от ступени к ступени, содержащий перепускные каналы, выполненные с последовательным увеличением размеров от первой ступени до последней, и сопла, установленные на выходе перепускных каналов, при этом перепускные каналы выполнены с подобными профилями и состоят из входной и выходной частей, выполненных с профилем в виде цилиндра, главная и вспомогательная профильные стенки которых перпендикулярны плоскости вращения рабочих лопаток, и поворотной части, соединяющей входную и выходную части и выполненной с криволинейным симметричным профилем, главная и вспомогательная профильные стенки которой имеют конфигурацию центральной кривой [2].

Однако известная турбина обладает недостаточно высоким КПД и достаточно сложной конструкцией. Недостаточно высокий КПД связан с профильными потерями кинетической энергии потока рабочего тела в перепускном аппарате из-за геометрической формы профиля перепускных каналов, вызывающего сильную турбулизацию и создающего высокое аэродинамическое сопротивление в поворотной части, а также с профильными потерями в соплах перепускного аппарата. Достаточная сложность конструкции связана с тем, что перепускной аппарат содержит сопла.

Задача изобретения состоит в повышении КПД турбины за счет снижения профильных потерь кинетической энергии рабочего тела в перепускном аппарате путем снижения турбулизации потока рабочего тела и аэродинамического сопротивления перепускных каналов и путем устранения профильных потерь, связанных с соплами перепускного аппарата, а также в упрощении конструкции ступени за счет исключения необходимости в соплах перепускного аппарата.

Сущность изобретения заключается в том, что для решения поставленной задачи в одновенечной турбине со ступенями давления, содержащей сопло для подвода свежего рабочего тела, активные рабочие лопатки и перепускной аппарат для последовательного подвода рабочего тела от ступени к ступени, состоящий из перепускных каналов, выполненных с последовательным увеличением размеров от первой ступени до последней, отличием является то, что турбина дополнительного содержит диафрагму для закрепления перепускного аппарата, перепускные каналы состоят из поворотной части, непосредственно присоединенной к входному отверстию, выполненному в диафрагме, и выходной части, при этом поворотная часть выполнена с профилем в виде криволинейного асимметричного конфузора, выходная часть с профилем в виде прямолинейного асимметричного диффузора с углом наклона профильных стенок, соответствующим входному углу рабочих лопаток, а перепускной аппарат дополнительно содержит дефлекторы, установленные в поворотной части перепускных каналов. Причем главная профильная стенка поворотной части перепускных каналов выполнена с конфигурацией в зависимости от размеров перепускного канала на данной ступени давления и определяется по системе уравнений:

для перепускного канала первой ступени давления

для перепускных каналов промежуточных ступеней давления

для перепускных каналов последней ступени давления

где:

R₁, R₂, R₃ - радиусы кривых, составляющих конфигурацию главной профильной стенки;

ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃, δ₁, δ₂ - углы радиусов R₁, R₂ и R₃, соответственно;

δ - угол перепускного канала;

α₁ - угол выхода потока рабочего тела из перепускного канала;

α - угол радиуса R₂;

δ_ст - толщина стенки перепускного канала;

L_ch - длина прямого участка выходной части;

R_кб - базовый радиус корневого сечения перепускного канала.

Изобретение поясняется чертежами: фиг.1 - развертка турбины; фиг.2 - главная профильная стенка перепускного канала, вид сбоку; фиг.3 - главная профильная стенка перепускного канала, вид сверху.

Одновенечная турбина со ступенями давления содержит сопло 1 для подвода свежего рабочего тела, активные рабочие лопатки 2, диафрагму 3, перепускной аппарат для последовательного повода рабочего тела от ступени к ступени и выхлопной патрубок 4.

Перепускной аппарат содержит перепускные каналы 5, закрепленные на диафрагме 3, которые состоят из поворотной части 6 и выходной части 7 и дефлекторов 8, установленных в поворотной части 6.

Поворотная часть 6 выполнена с профилем в виде криволинейного асимметричного конфузора, выходная часть 7 с профилем в виде прямолинейного асимметричного диффузора с углом наклона профильных стенок, соответствующим входному углу рабочих лопаток 2.

Конфигурация главной профильной стенки поворотной части 6 (фиг.2 и фиг.3) выполнена в зависимости от размеров перепускного канала 5 на данной ступени давления и определяется по системе уравнений [1] - для перепускного канала первой ступени давления; по системе уравнений [2] - для перепускных каналов промежуточных ступеней давления; по системе уравнений [3] - для перепускного канала последней ступени давления. В связи с увеличением линейных размеров главной профильной стенки по высоте диаметра, для сопряжения двух криволинейных участков главной профильной стенки поворотной части 6 перепускных каналов 5 с радиусами R₂ и R₃, применяют прямолинейный участок 9 (фиг.2).

Изобретение работает следующим образом. Свежее рабочее тело (пар или газ) через сопло 1 подает к активным рабочим лопаткам 2, на которых кинетическая энергия рабочего тела преобразуется в механическую работу вращения рабочих лопаток 2, за счет силового воздействия на них. Выйдя из канала рабочих лопаток 2, рабочее тело поступает в перепускной канал 5 первой ступени давления, который повторно подводит рабочее тело к рабочим лопаткам 2, где кинетическая энергия рабочего тела повторно преобразуется в механическую работу вращения.

Пройдя ступени давления, рабочее тело с последней ступени давления через выхлопной патрубок 4 выводят в паропровод отработавшего пара, который далее подают соответствующему потребителю или на подогреватель сетевой воды. Количество ступеней давления зависит от теплоперепада, срабатываемого в турбине, и от геометрических характеристик турбины: высоты рабочих лопаток, среднего диаметра рабочего колеса.

К числу достоинств данной турбины можно отнести возможность организации производственного отбора из любого перепускного канала 5, проделав в соответствующем перепускном канале отверстие в главной профильной стенке. Возможность замены перепускных аппаратов на другие, в которых размещены перепускные каналы 5, позволяет иметь на одной и той же турбине различные единичные мощности.

1. Авт. св. СССР №421783, F 01 ol 1/12, публ. 1974 г.

2. Патент Великобритании №1119287, F 01 ol 1/12, публ. 1968 г.

Одновенечная турбина со ступенями давления содержит сопло для подвода свежего рабочего тела, активные рабочие лопатки и перепускной аппарат для последовательного подвода рабочего тела от ступени к ступени, состоящий из перепускных каналов, выполненных с последовательным увеличением размеров от первой ступени до последней. Турбина дополнительно содержит диафрагму для закрепления перепускного аппарата. Перепускные каналы состоят из поворотной части, непосредственно присоединенной к входному отверстию, выполненному в диафрагме, и выходной части. Поворотная часть выполнена с профилем в виде криволинейного асимметричного конфузора. Выходная часть выполнена с профилем в виде прямолинейного асимметричного диффузора с углом наклона профильных стенок, соответствующим входному углу рабочих лопаток. Перепускной аппарат дополнительно содержит дефлекторы, установленные в поворотной части перепускных каналов, причем главная профильная стенка поворотной части перепускных каналов выполнена с конфигурацией в зависимости от размеров перепускного канала данной ступени давления и определяемой по системе уравнений, защищаемых настоящим изобретением. Изобретение позволяет снизить турбулизацию потока рабочего тела и аэродинамического сопротивления перепускных каналов. 3 ил.

Одновенечная турбина со ступенями давления, содержащая сопло для подвода свежего рабочего тела, активные рабочие лопатки и перепускной аппарат для последовательного подвода рабочего тела от ступени к ступени, состоящий из перепускных каналов, выполненных с последовательным увеличением размеров от первой ступени до последней, отличающаяся тем, что турбина дополнительно содержит диафрагму для закрепления перепускного аппарата, перепускные каналы состоят из поворотной части, непосредственно присоединенной к входному отверстию, выполненному в диафрагме, и выходной части, при этом поворотная часть выполнена с профилем в виде криволинейного асимметричного конфузора, выходная часть - с профилем в виде прямолинейного асимметричного диффузора с углом наклона профильных стенок, соответствующим входному углу рабочих лопаток, а перепускной аппарат дополнительно содержит дефлекторы, установленные в поворотной части перепускных каналов, причем главная профильная стенка поворотной части перепускных каналов выполнена с конфигурацией в зависимости от размеров перепускного канала данной ступени давления и определяемой по системе уравнений:

для перепускного канала первой ступени давления:

для перепускных каналов промежуточных ступеней давления:

для перепускных каналов последней ступени давления:

где

R₁, R₂, R₃ - радиусы кривых, составляющих конфигурацию главной профильной стенки;

ϕ₁, ϕ₂, ϕ₃, δ₁, δ₂, δ₃ - углы радиусов R₁,R₂ и R₃ соответственно;

α₁ - угол выхода потока рабочего тела из перепускного канала;

α - угол радиуса R2;

δ - угол перепускного канала;

В_ст - толщина стенки перепускного канала;

L_ch - длина прямого участка выходной части;

R_кб - базовый радиус корневого сечения перепускного канала.