Многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением Российский патент 2018 года по МПК F01D1/06 

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. – М.: Машиностроение, 1981, стр. 137, рис. 4 5 г.].

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

Известна многоступенчатая силовая газовая турбина, диски с рабочими лопатками которой, расположены консольно на роторе [Ревзин Б.С. Газотурбинные газоперекачивающие агрегаты. – М.: 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 близкой по конструкции к заявляемой является многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением на роторе дисков с рабочими лопатками, 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 повышение механического КПД ротора свободной силовой радиальной турбины и надежности.

Технический результат заключается в повышении механического КПД за счет использования как минимум двух ступеней свободной силовой радиальной турбины, долговечности за счет простоты конструкции цилиндрического ротора и надежности за счет размещения подшипниковых опор вне зоны действия горячего газового потока.

Технический результат достигается тем, что многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением, содержащая на роторе диск с рабочими лопатками, где на выходе из турбины турбокомпрессора выполнена газовая полость, а на роторе размещены как минимум две ступени рабочих лопаток с лабиринтным уплотнением, а перед первой ступенью и между ступенями рабочих лопаток расположены и закреплены на турбокомпрессоре лопатки направляющего аппарата, а ротор под действием реактивных сил газового потока, движущегося из газовой полости через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки первой ступени, далее через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки следующей ступени, производит вращение.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 представлена общая схема свободной силовой турбины. На фиг. 2 представлена двухступенчатая свободная силовая турбина в разрезе.

Многоступенчатая газовая свободная силовая турбина с консольным расположением содержит: вал с цилиндрическим ротором 1 и шлицевым поясом 2, установленный через подшипниковые опоры 3 в ступицу 4, перед которой имеется газовая полость 5, с диском 6 на котором закреплены лопатки 8 первой и 7 последующей ступени с лабиринтным уплотнением 9, где перед лопатками первой ступени 8 размещены лопатки 10 направляющего аппарата 13, перед лопатками второй ступени 7 размещены лопатки второй ступени 11 направляющего аппарата 13, прикрепленного к турбокомпрессору 14, а снаружи имеется выпускной кожух 12, через который газовый поток 15 выходит наружу.

Работа свободной силовой турбины производится следующим образом.

Газовый поток 15 под давлением из турбокомпрессора 14 поступает в газовую полость 5 цилиндрического ротора, состоящего из диска 6 и закрепленных на нем рабочих лопаток первой ступени 8 и второй ступени 7, проходит через первый ряд лопаток 10 направляющего аппарата 13, формируя ему нужное направление, обеспечивающее необходимый угол воздействия на лопатки 7 первой ступени, где возникает реактивная сила, создающая вращательный момент, далее газовый поток 15 поступает в следующий ряд лопаток направляющего аппарата 11, который также формирует ему нужное направление, обеспечивающее необходимый угол воздействия на лопатки второй ступени 8, где тоже возникает реактивная сила, создающая дополнительный вращательный момент цилиндрического ротора, после чего газовый поток 15 выходит наружу из кожуха 12, закрепленного на турбокомпрессоре 14 и ступице 4.

Изобретение относится двухвальным газотурбинным силовым установкам наземного применения, у которых в качестве двигателя используется турбокомпрессор от ДВС с внешней камерой сгорания. Многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением, содержащая на роторе диск с рабочими лопатками на выходе из турбины выполнена газовая полость. На диске, расположенном на валу ротора, размещены как минимум две ступени рабочих лопаток с лабиринтным уплотнением. Перед первой ступенью и между ступеней рабочих лопаток расположены и закреплены на турбокомпрессоре лопатки направляющего аппарата параллельно продольной оси ротора. Ротор под действием реактивных сил газового потока, движущегося из газовой полости через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки первой ступени, далее через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки второй ступени, производит вращение. Достигается повышение механического КПД ротора свободной силовой радиальной турбины и надежности. 2 ил.

Многоступенчатая газовая силовая турбина с консольным расположением, содержащая на роторе диск с рабочими лопатками, отличающаяся тем, что на выходе из турбины турбокомпрессора выполнена газовая полость, а на роторе размещены как минимум две ступени рабочих лопаток с лабиринтным уплотнением, а перед первой ступенью и между ступенями рабочих лопаток расположены и закреплены на турбокомпрессоре лопатки направляющего аппарата, а ротор под действием реактивных сил газового потока, движущегося из газовой полости через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки первой ступени, далее через лопатки направляющего аппарата и рабочие лопатки следующей ступени, производит вращение.