СПОСОБ РАБОТЫ ГАЗОВОГО ПРИВОДА-РЕДУКТОРА ДЛЯ ТРАНСПОРТНОГО СРЕДСТВА Российский патент 2023 года по МПК F16H1/32 

Изобретение относится к энергетическому машиностроению, двигателестроению, в теплопреобразующих циклах которых, для получения механической энергии, используются газовые турбины, конструктивно объединяющие газовые турбины с планетарными зубчатыми передачами.

В известных газовых осевых турбинах [1], принятых за прототип, имеют ряд направляющих и рабочих лопаток которые называются ступенями.

Неподвижные лопатки, укрепленные на корпусе турбины образуют суживающиеся каналы и называются соплами. Каналы лопаток на подвижном рабочем колесе также обычно имеют суживающуюся форму.

Для работы ступени турбины нагретый газовый поток под давлением подают через направляющие каналы неподвижных лопаток закрепленных на корпусе в каналы лопаток подвижного колеса и, воздействуя на лопатки, отдают им часть своей энергии, заставляя подвижное колесо вращаться.

Определяющими факторами эффективности турбины является ее КПД, ресурс и шумность и все эти перечисленные факторы зависят от особенностей работы ступени турбины, а именно от прерывания струй потока газов выходящего из сопел неподвижных лопаток лопатками подвижного колеса. Прерывание струй, это следствие перехода струи сопла из одного канала в рабочем колесе в другой канал, что приводит к местным периодическим пульсациям давлений. Эти колебания передаются лопаткам в виде колебаний и как следствие снижают ресурс лопатки на усталость. А возникающий при этом шум снижает КПД турбины, так как нарушает сплошность течения струй вследствии чего отбирается часть полезной работы на колебательные процессы лопаток и потока газа.

Одним из возможных путей повышения эффективности работы газовой турбины, это обеспечить безударный, плавный вход струи из неподвижного сопла в канал лопаток подвижного колеса.

Цель изобретения повышение КПД энергетической установки с газовыми турбинами за счет создания благоприятных условий безударного входа нагретого газового потока в канал подвижного колеса, а также исключения эрозионных явлений на поверхности последних ступеней лопаток парогазовых турбин.

Это достигается тем, что одно сопло или несколько сопел, расположенных на неподвижном корпусе за счет тангенциального входа газового потока образуют вихрь в пространстве конструкции планетарного редуктора перед единственной лопаткой- сателлитом в виде конуса установленного на коленвале - водиле.

Газовый поток вихря образованного соплами плавно заходит и ввинчивается в канал образованный между конусом-сателлита и внутренней конусной поверхностью корпуса и при своем движении воздействует на конус - сателлит, что приводит его во вращение и заставляет его обкатываться по внутренней поверхности конического корпуса. Обкатывание внутреннего конуса- сателлита может быть с помощью трения сцепления или зубчатой передачи.

Это достигается тем, что одно сопло или несколько сопел расположенных на неподвижном корпусе за счет тангенциального входа газового потока образуют вихрь в пространстве конструкции планетарного редуктора [2] перед единственной лопаткой- сателлитом в виде конуса установленного на коленвале- водиле.

Степенью раскрытия канала винтообразного движения газа можно задавать степень реактивности процесса движения газового потока. Это может задаваться длиной конуса- сателлита и углом его раскрытия.

На фиг. 1 изображено устройство газового привода с планетарным редуктором.

Устройство газового привода редуктора состоит из конического корпуса 1 с внутренней поверхностью срезанного конуса. У вершины конического корпуса 1 имеется одно или несколько тангенциально расположенных сопел, для подвода нагретого газа с высоким давлением

На центральной оси конического корпуса установлены подшипники, -3 со стороны сопел и 4, - со стороны редуктора. Подшипник 4 установлен в опоре, которая жестко связана с коническим корпусом 1.

В опорах корпуса 1, на подшипниках 3 и 4 установлен коленвал-водило 5, на шейке которого, на подшипниках 6 и 7 установлен сателлит в виде усеченного конуса 8. Сателит 8 имеет возможность с помощью шестерни 9 обкатываться по шестерне 10, расположенной на внутренней поверхности корпуса 1 с сохранением зазора Δ в процессе обкатки.

Для уравновешивания центробежных сил на концах коленвала-водила 5 установлены балансиры 11 и 12.

Отвод энергии L₁ вращательного движения сателлита 8 относительно своей оси осуществляется посредством шестерни 13 соосно соединенной с сателлитом жесткой связью 14 и обкатывающейся по внутренней шестерне 15 ступицы 16 и установленной в подшипнике 4.

Для отвода потока газа низкого давления Р₂ в корпусе 1 имеются окна 17, расположенные по его окружности.

Газовый привод редуктор работает следующим образом.

В сопло 2 или несколько сопел расположенных на неподвижном корпусе 1 подается газовый поток с высоким давлением Р₁, который за счет тангенциального входа образуют вихрь в пространстве конструкции планетарного редуктора перед единственной лопаткой- сателлитом 8 в виде конуса установленного на коленвале - водиле 5.

Газовый поток вихря образованного соплами 2 плавно заходит и ввинчивается в канал образованный между конусом-сателлита 8 и внутренней конусной поверхностью корпуса 1 и при своем движении, расширяясь воздействует на конус- сателлит 8, что приводит его во вращение и заставляет обкатываться по внутренней поверхности конического корпуса 1. Выход газового потока низкого давления осуществляется через окна 17 корпуса 1. Обкатывание внутреннего конуса-сателлита 8 может быть с помощью трения сцепления или зубчатого колеса 9 по внутренней поверхности шестерни 10 корпуса 1.

В процессе обкатывания конуса- сателлита 8 по внутренней поверхности корпуса 1 образуется два вращательных движения. Энергия одного движения L₂ связана с поворотом коленвала - водила, которое снимается с колен вала водила 5, а энергия L₁ второго движения от поворота конуса сателлита 8 вокруг своей оси, передается через шестеренчатую передачу 13 и 15 и выводится с помощью ступицы 16 посредством полого вала 18.

Коэффициент редуцирования определяется соотношением зубьев шестерен 13 и 15, которое в точности соответствует соотношению зубьев шестерен 9 и 10 и задается зазором канала Δ.

Рабочим телом могут быть газовая или парогазовая среда.

Использованные источники.

1. Кириллин В.А., Сычев В.В., Шейдлин А.Е., Техническая термодинамика, М., "Энергия", 1968.

2. Патент РФ №2478848.

Изобретение может быть использовано в энергетическом машиностроении. Способ работы ступени газовой турбины редуктора заключается в образовании вихря в пространстве планетарного редуктора. Одно сопло (2) или несколько сопел (2), расположенных на неподвижном корпусе (1) в виде усеченного конуса за счет тангенциального входа газового потока у его вершины образуют вихрь перед единственной лопаткой-сателлитом в виде усеченного конуса, установленного на коленвале-водиле (5). Газовый поток вихря, образованного соплами (2), плавно заходит и ввинчивается в канал, образованный между конусом-сателлитом (8) и внутренней конусной поверхностью корпуса (1), и при своем продвижении расширяется и воздействует на конус-сателлит (8). Воздействие потока на конус-сателлит (8) приводит его во вращение и заставляет его обкатываться по внутренней поверхности конического корпуса (1) с помощью трения сцепления или зубчатой передачи с дальнейшей передачей вращения зубчатой передаче с выходом на потребителя энергии вращения. Технический результат заключается в обеспечении безударного входа нагретого газового потока в канал подвижного колеса, а также в исключении эрозионных явлений на поверхности последних ступеней лопаток парогазовых турбин. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ работы ступени газовой турбины редуктора, заключающийся в том, что одно сопло (2) или несколько сопел (2), расположенных на неподвижном корпусе (1) в виде усеченного конуса, за счет тангенциального входа газового потока у его вершины образуют вихрь в пространстве конструкции планетарного редуктора перед единственной лопаткой-сателлитом в виде усеченного конуса, установленного на коленвале-водиле (5), в результате чего газовый поток вихря, образованного соплами (2), плавно заходит и ввинчивается в канал, образованный между конусом-сателлитом (8) и внутренней конусной поверхностью корпуса (1), и при своем продвижении расширяется и воздействует на конус-сателлит (8), что приводит его во вращение и заставляет его обкатываться по внутренней поверхности конического корпуса (1) с помощью трения сцепления или зубчатой передачи с дальнейшей передачей вращения зубчатой передаче с выходом на потребителя энергии вращения.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в сопла газовой турбины редуктора подается парогазовый поток.