Рабочее колесо центростремительной турбины Советский патент 1983 года по МПК F01C11/00 F01D5/04 

Изобретение относится к энергетике, в частности к центростремительным турбинам и микрогурбодетандерам. Изёестны рабочие колеса, выполняемые с определенным числом лбпаток. Количество лопаток выбираете в зависимости от размеров колеса и техйологии его изготовления. Существует оптимальное число лопаток, определяемое по формуле - , при котором исключаются вихреобразования в межлопаточных каналах колеса, ко- Ю торые проводят к повышенным гидравлическим потерям 1. Однако при уменьщении размеров колеса выдержать оптимальное количество лопаток не представляется возможным из-за ограничений технологии изготовления и вибропрочности лопаток. Поэтому при малых размерах рабочего колеса выполняют лопатки с двухъярусным облопачиванием: часть лопаток в меридианальяом направлении имеет полную протяженность от вхо- 20 да в колесо до его выхода, а часть лопаток имеет частичную протяженность. Известны рабочие колеса центростремительных турбин, содержащие несущий диск с рабочими лопатками на его меридианальной поверхности, образующими лопаточные каналы. Количество лопаток на входе в. колесо увеличено в сравнении с рабочим колесом, имеющим лопатки одной длины, а выход из колеса не изменен 2. Недостатком этих колес является то, о что наличие дополнительных коротких лопаток все же не дает возможность обеспечить оптимальное количество лопаток, поэтому полностью не устраняет вихреобразование в межлопаточных каналах и, следовательно, потери, связанные с отрывом пото- 35 ка от поверхности лопаток, остаются, что снижает эффективность рабочего колеса. Цель изобретения - снижение гидравлических потерь путем уменьшения потерь, связанных со срывом потока от поверхности лопатки и от обратных токов газа в межлопаточных каналах. Указанная цель достигается тем, что в рабочем колесе центростремительной турбины, преимущественно микротурбодетандера, содержащем несущий диск с рабочими 45 лопатками на его меридианальной поверхности, образующими лопаточньш каналы, на меридианальной поверхности несущего диска в зоне межлопаточных каналов выполнены открытые микроканалы постоянного по всей длине сечения. Кроме того, при выполнении колеса с покрывным диском на поверхности по1059250 17 слёднего, обращенной к лопаточным каналам, также выполнены микроканалы, зеркально повторяющие профиль микроканалов йесуш,его диска. На фиг. 1 показано рабочее колесо центростремительной турбины полуоткрытого типа; на фиг. 2 - часть развертки входа в межлопаточные каналы полуоткрытого колеса; на фиг. 3 - часть развертки входа в межлопаточные каналы закрытого колеса. Полуоткрытое колесо, изображенное на фиг. 1 и 2, состоит из лопаточного диска 1, рабочих лопаток 2 и микроканалов 3, выполненных между лопатками 2 с шагом L и высотой в Микро«аналы 3 глубину а и щаг В, определяемый имеют ношения -f- 0,05-0,5. из соотношения -j На фиг. 3 изображена часть развертки входа в закрытое колесо, имеющее лопаточный диск1 и покрывной диск 4, в котором микроканалы 3 расположены в межлопаточных каналах на лопаточном 1 и покрывном 4 дисках. В покрывном диске 4 микроканалы 3 зеркально повторяют профиль микроканалов лопаточного диска 1. Оптимальные соотнощения 4- (отношение шага микроканала к шагу основных лопаток) выбраны из условий технологии изготовления. Шаг микроканала определяется диаметром фрезы. При изготовлении колес малого диаметра 0 10-30 мм конструкция колеса не позволяет применение фрез большого диаметра, так как расстояние между выходными кромками лопаток рабочего колеса сравнительно мало. Из условия прочности инструмента минимально возможный диаметр фрезы 0 0,6 мм. В колесах большего диаметра это соотношение возрастает, так как возможно применение инструмента большего диаметра. Из этого следует предел изменения относительного шага 0,05-0,5. Глубина канала так же определяется из условий технологии, Специальных, экспериментальных исследований, выя итяющих оптимальные соотношения, не проводилось. При работе турбины или турбодетандера расширяемая рабочая среда,, попадая рабочее колесо, отдает свою кинетическую и потенциальную энергию как рабочим лопаткам 2 колеса, так и стенкам микроканалов 3, расположенным на лопаточном 1 и покрывном 4 дисках. Наличие микроканалов препятствует бихреобразованию, снижает гидравлические потери и повышает эффективность колеса и, следовательно, турбины в целом.

//

7 2

фиг.З

J (Pt/z.2

t

z.

1. РАБОЧЕЕ КОЛЕСО ЦЕНТРОСТРЕМИТЕЛЬНОЙ ТУРБИНЫ, преимущественно микротурбодетандера, содержащее несущий диск с рабочими лопатками на его меридианальной поверхности, образующими лопаточные каналы, отличающееся тем, что, с целью снижения гидравлических потерь, на меридианальной поверхности несущего диска в зоне межлопаточных каналов выполнены открытые микроканалы постоянно по всей длине сечения. 2. Колесо по п. 1, отличающееся тем, что при его выполнении с покрывным диском на поверхности последнего, обращенной к лопаточным каналам, также выполнены микроканалы, зеркально повторяющие профиль микроканалов несущего диска. S ел Х) ю