СВОБОДНАЯ СИЛОВАЯ РАДИАЛЬНАЯ ТУРБИНА С ЦИЛИНДРИЧЕСКИМ РОТОРОМ Российский патент 2016 года по МПК F01D1/32 

Изобретение относится к двухвальным газотурбинным силовым установкам наземного применения, у которых в качестве двигателя используется турбокомпрессор от ДВС с внешней камерой сгорания и которые могут быть использованы для привода насосов, генераторов и другого механического оборудования.

Известна многоступенчатая силовая газовая турбина, ротор которой установлен консольно на подшипниках статора [С.А. Вьюнов. Конструкция и проектирование авиационных газотурбинных двигателей, Москва, «Машиностроение», 1981, стр. 137, рис. 4.5 г].

Недостатком такой конструкции является низкая ее надежность из-за повышенных температур дисков вследствие недостаточного их охлаждения.

Также существует многоступенчатая силовая газовая турбина, диски с рабочими лопатками которой расположены консольно на роторе [Ревзин Б.С. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты, Москва, «Недра», 1986, стр. 138, рис. 72].

Недостатком известной конструкции является низкая ее надежность из-за повышенных температур дисков и повышенных усилий на подшипники турбины вследствие неудовлетворительного охлаждения дисков и отсутствия разгрузочного устройства от газовых сил, действующих на ротор турбины в осевом направлении.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением на роторе дисков с рабочими лопатками, в которой на выходе из турбины выполнена разгрузочная полость, междисковые полости на входе соединены с разгрузочной полостью, а на выходе - с газовой полостью через кольцевые замкнутые полости, образованные установленными на периферии дисков фланцами, каналы под подошвами хвостовиков рабочих лопаток и щелевые полости между фланцами и ободами дисков со стороны входа в диск по потоку газа и между фланцами и хвостовиками рабочих лопаток со стороны выхода из диска по потоку газа, при этом F₁/F₂=2-20, где F₁ - площадь щелевых полостей между фланцами и ободами дисков со стороны входа в диск по потоку газа; F₂ - площадь щелевых полостей между фланцами и хвостовиками рабочих лопаток со стороны выхода из диска по потоку газа (патент RU №2263790).

Недостатком прототипа является низкая надежность подшипников качения, которые требуют для обеспечения заданного ресурса сложной маслосистемы с насосами подачи и откачки масла, а также высокой чистоты подаваемого масла.

Задачей предлагаемого изобретения является упрощение конструкции, увеличение надежности и повышение эффективности ротора свободной силовой радиальной турбины.

Технический результат заключается в повышении надежности и долговечности свободной силовой центробежной турбины за счет простоты конструкции цилиндрического ротора и размещения подшипниковых опор вне зоны действия горячего газового потока, а повышение эффективности - за счет параллельного расположения рабочих щелевых прорезей.

Технический результат достигается тем, что свободная силовая центробежная турбина с консольным расположением, у которой на цилиндрическом роторе размещены рабочие щелевые прорези вдоль продольной оси турбины, суммарная площадь которых должна быть не менее площади соплового отверстия турбокомпрессора, и выполненные под углом 45-60° к их радиальным линиям, а со стороны соединительной муфты, прикрепленной к турбокомпрессору, имеется лабиринтное уплотнение, при этом цилиндрический ротор размещен на подшипниковых опорах в ступице, прикрепленной к кожуху с уплотнительным фланцем, который, в свою очередь, прикреплен к соединительной муфте.

Цилиндрический ротор под действием реактивных сил рабочего газового потока, движущегося из разгрузочной полости в кожух через рабочие щели, производит вращение.

Сущность изобретение поясняется фиг. 1 и 2.

На фиг. 1 - общая схема свободной силовой радиальной турбины с цилиндрическим ротором.

На фиг. 2 представлен цилиндрический ротор в разрезе. Свободная силовая радиальная турбина с цилиндрическим ротором фиг. 1 содержит цилиндрический ротор с валом 1, установленный на подшипниковых опорах 2 в ступице 3, цилиндрический ротор турбины 1 размещен консольно и имеет: разгрузочную полость 4, рабочие щелевые прорези 5, лабиринтные уплотнения 6 и фланцевые уплотнения 7, ротор, на противоположной стороне от турбокомпрессора, имеет шлицевой пояс 8, цилиндрический ротор 1 вставлен в кожух 9, который через соединительную муфту 10 прикреплен к турбокомпрессору 11.

Работает свободная силовая радиальная турбина с цилиндрическим ротором следующим образом.

Рабочий газовый поток из турбокомпрессора 11 от ДВС, через соединительную муфту 10, имеющую лабиринтные уплотнения 6, под давлением поступает в разгрузочную полость 4 цилиндрического ротора 1, который вращается на подшипниковых опорах 2 в ступице 3. После чего, рабочий газовый поток из разгрузочной полости 4 цилиндрического ротора 1 поступает через рабочие щелевые прорези 5 в кожух 9. Кожух 9, имеющий фланцевые уплотнения 7 и соединенный с соединительной муфтой 10, жестко прикреплен к соплу турбокомпрессора 11 от ДВС. При выходе рабочего газового потока из разгрузочной полости (фиг. 2) и проходя через рабочие щелевые прорези, возникает реактивная сила 12, которая создает момент вращения цилиндрического ротора по направлению 13.

Изобретение относится к двухвальным газотурбинным силовым установкам наземного применения и может быть использовано для привода насосов, генераторов и другого механического оборудования. Свободная силовая радиальная турбина содержит цилиндрический ротор с разгрузочной полостью. Вдоль продольной оси турбины на цилиндрическом роторе размещены рабочие щелевые прорези, суммарная площадь которых не менее площади соплового отверстия турбокомпрессора, и выполненные под углом 45-60° к их радиальным линиям. Со стороны соединительной муфты, прикрепленной к турбокомпрессору, имеется лабиринтное уплотнение. Цилиндрический ротор размещен на подшипниковых опорах в ступице, прикрепленной к кожуху с уплотнительным фланцем, который прикреплен к соединительной муфте. Изобретение позволяет повысить надежность и долговечность свободной силовой турбины. 2 ил.

Свободная силовая радиальная турбина с цилиндрическим ротором, содержащая разгрузочную полость, отличающаяся тем, что на цилиндрическом роторе размещены рабочие щелевые прорези вдоль продольной оси турбины, суммарная площадь которых должна быть не менее площади соплового отверстия турбокомпрессора, и выполненные под углом 45-60° к их радиальным линиям, а со стороны соединительной муфты, прикрепленной к турбокомпрессору, имеется лабиринтное уплотнение, при этом цилиндрический ротор размещен на подшипниковых опорах в ступице, прикрепленной к кожуху с уплотнительным фланцем, который, в свою очередь, прикреплен к соединительной муфте.