СТУПЕНЬ ТУРБИНЫ ЗАДНЕГО ХОДА Российский патент 2017 года по МПК F01D1/30 F01D9/02 F01D11/08 

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к реверсивным силовым судовым турбинам, содержащим турбину заднего хода.

Известна конструкция двухконтурной силовой турбины, состоящей из турбины прямого хода (ТПХ) и турбины заднего хода (ТЗХ) (Романов В.И., Кирзнер Ф.И. «Реверсивные газовые турбины», Судостроение, 1992, Санкт-Петербург, стр. 135). Ступень турбины заднего хода содержит сопловой аппарат, рабочие лопатки, подвижный П-образный экран, установленный над рабочими лопатками. Турбина прямого хода расположена в первом (нижнем) контуре, а ступень турбины заднего хода во втором (верхнем) контуре. Причем рабочая лопатка ТЗХ выполнена как единое целое с рабочей лопаткой ТПХ. На прямом ходу корабля газ поступает в проточную ТПХ и совершает полезную работу. На заднем ходу газ направляется в проточную ТЗХ, вращающуюся в обратную сторону относительно ТПХ, и корабль совершает маневр реверса.

На режиме прямого хода рабочая лопатка турбины заднего хода вращается в обратную сторону, работает как компрессорная и, сжимая газ, создает потери мощности турбины прямого хода. Для снижения потерь мощности от ТЗХ на прямом ходу в конструкции ТЗХ применяются секторы П-образных экранов над рабочими лопатками. На режиме прямого хода они прикрывают рабочую лопатку ТЗХ и снижают доступ рабочего тела к ней. На режиме обратного хода П-образный экран находится в выдвинутом положении и под ним образуется полость. Вследствие тангенциальной закрутки потока на выходе из сопловых лопаток и центробежных сил от вращения рабочих лопаток, имеет место снос потока к периферии проточной части с вылетом более 16% газа в полости, образующиеся над рабочей лопаткой под П-образным экраном и над П-образным экраном под корпусом турбины.

Недостатком такой конструкции является то, что при работе турбины заднего хода 16% рабочего тела (газа) не совершает полезной работы. Это приводит к потерям полезной мощности и ухудшает экономичность силовой турбины на заднем ходу.

Наиболее близкой является конструкция ступени турбины заднего хода (патент №2008437, МПК F01/D 1/30, опубл. 28.02.1994), содержащая сопловой аппарат, рабочие лопатки, подвижный П-образный экран, установленный над рабочими лопатками, в дне которого выполнены окна, в виде щелей. Над окнами П-образного экрана под углом 10-15° выполнены козырьки, которые сориентированы указанным острым углом по направлению вращения рабочего колеса, при этом окна размещены между рабочими лопатками, в результате чего рабочие лопатки установлены на роторе с перекрышей относительно сопловых лопаток. П-образный экран перекрывает вход и выход межлопаточных каналов в зоне перекрыши, что способствует снижению вентиляционных потерь энергии на режиме прямого хода.

Недостатком такой конструкции также являются повышенные утечки рабочего тела в полости, расположенные над рабочей лопаткой под П-образным экраном и над П-образным экраном под корпусом турбины, на режиме обратного хода.

Техническим результатом, на достижение которого направлено изобретение, является снижение вентиляционных потерь в турбине заднего хода от утечек газа над и под П-образным экраном на заднем ходу.

Технический результат достигается тем, что в ступени турбины заднего хода, содержащей сопловой аппарат, рабочие лопатки, подвижный П-образный экран, установленный над рабочими лопатками, в дне которого выполнены окна, в отличие от известной внутри П-образного экрана, над рабочими лопатками, установлена неподвижная статорная Т-образная надроторная вставка, снижающая перетечки под П-образным экраном, кроме этого, на передней относительно направления газового потока боковой стенке П-образного экрана выполнен наружный выступ, контактирующий с внутренней поверхностью наружной стенки соплового аппарата в выдвинутом положении П-образного экрана, соответствующем работе турбины заднего хода, снижающий перетечки над П-образным экраном.

Заявляемое решение поясняется чертежами, на которых изображены: фиг. 1 - продольный разрез турбины заднего хода; фиг. 2 - положение П-образного экрана и Т-образной надроторной вставки в положении закрыто (на режиме прямого хода); фиг. 3 - положение П-образного экрана и Т-образной надроторной вставки в положении открыто (на режиме обратного хода).

Ступень турбины заднего хода (фиг. 1) содержит сопловой аппарат 1, рабочие лопатки 2, подвижный П-образный экран 3, установленный над рабочими лопатками 2, в дне 4 которого выполнены окна 5. Внутри П-образного экрана 3, над рабочими лопатками 2, установлена неподвижная статорная Т-образная надроторная вставка 6. На передней относительно направления газового потока боковой стенке 7 П-образного экрана 3 выполнен наружный выступ 8, контактирующий с внутренней поверхностью наружной стенки 9 соплового аппарата 1 в выдвинутом положении П-образного экрана 3, соответствующем работе турбины заднего хода.

При работе турбины заднего хода (на обратном ходу) П-образный экран 3 перемещается в положение открыто (фиг. 3), при этом надроторная Т-образная вставка 6, представляющая собой статорную деталь, остается на месте, снижая перетекания рабочего тела через полость под П-образным экраном 3. П-образный экран 3, имеющий на передней боковой стенке 7 выступ 8, перемещаясь в верхнее положение, контактирует с ответной частью 9, выполненной заодно со статорной деталью турбины, перекрывая зазор над П-образным экраном 3 и снижая тем самым до минимума утечки рабочего тела в полость над П-образным экраном.

В результате за счет наличия в конструкции турбины заднего хода неподвижной статорной Т-образной надроторной вставки и наружного выступа на боковой стенке П-образного экрана, контактирующего с внутренней поверхностью наружной стенки соплового аппарата, при работе турбины заднего хода происходит снижение утечек рабочего тела (газа) в полости над и под П-образным экраном.

Таким образом, конструкция силовой турбины заднего хода обеспечивает наилучшую ее эффективность на обратном ходу за счет уменьшения потерь мощности в результате снижения вентиляционных потерь.

Изобретение относится к области турбостроения, в частности к реверсивным силовым судовым турбинам, содержащим турбину заднего хода. Ступень турбины заднего хода содержит сопловой аппарат, рабочие лопатки, подвижный П-образный экран, установленный над рабочими лопатками, в дне которого выполнены окна. Внутри П-образного экрана над рабочими лопатками установлена неподвижная статорная Т-образная надроторная вставка, снижающая перетечки под П-образным экраном. На передней относительно направления газового потока боковой стенке П-образного экрана выполнен наружный выступ, контактирующий с внутренней поверхностью наружной стенки соплового аппарата в выдвинутом положении П-образного экрана, соответствующем работе турбины заднего хода, снижающий перетечки над П-образным экраном. Достигается устранение вентиляционных потерь в турбине заднего хода от утечек газа над и под П-образным экраном на заднем ходу. 3 ил.

Ступень турбины заднего хода, содержащая сопловой аппарат, рабочие лопатки, подвижный П-образный экран, установленный над рабочими лопатками, в дне которого выполнены окна, отличающаяся тем, что внутри П-образного экрана над рабочими лопатками установлена неподвижная статорная Т-образная надроторная вставка, кроме этого, на передней относительно направления газового потока боковой стенке П-образного экрана выполнен наружный выступ, контактирующий с внутренней поверхностью наружной стенки соплового аппарата в выдвинутом положении П-образного экрана, соответствующем работе турбины заднего хода.