Турбинное колесо гидротрансформатора Советский патент 1986 года по МПК F16H41/28 

Изобретение относится к энергетическому ма1ииностроению и может быть использовано в нроизБодстве гидротрансформаторов.

Цель изобретения - снижение гидравлических нотерь устранения диффузор- ных участков в ме,хлопастных каналах.

На фиг. 1 представлено турбинное колесо, разрез; на фиг. 2 - развертки лопастей; на фиг. 3 - примеры известного (пунктирные линии) и предлагаемого (сплошные линии) построении меридионального сечения рабочей полости; на фиг. 4 - графики изменения значений относительных геометрических параметрОЕ : ширины (Ь) и нлоп1ади но 1еречных сечений (F) рабочей полости, су.м.марпой нлощади сечений мсжлопастных каналов (F) и углов лопастей () в турбинном колесе с известным вы пол пением рабочей полости; на фи1 . 5 - то же, в турбинном колесе с нредлагаемым выполнением рабочей НОЛости.

Турбинное колесо гидротрансформатора содержит наружный 1 и внутренний 2 торы, образующие рабочую полость 3 со средней линией 4 тока. Между торами размендепы . юнасти 5 постоянной толщины, образуюпи е межлонастные каналы 6, ограниченные но- верхностями смежных лонастей 5 и торов 1 и 2. Средние углы лонастей / изменяются от значения на входных кромках 7 до jbj, на выходных кромках 8, принимая в одном из средних сечений 9 значение А 90°, причем sin г. существенно меньше, чем sin А. Плон1адь поперечного сечения рабочей полости 3 определяется как и зависит от его ншрины b и среднего радиуса г. Причем как илонтадь F, так и Н1ирина b рабочей иолости 3 на участке от входной кромки 7 до сечения 9 с углом лопасти 90° уменьн1аются. При этом нлоп1ади сечений .межлонастных каналов 6, нор.мальных к векторам относительных скоростей W, определяющих степень конфузорности потока, изменяются следуюпшм образом.

Плоп1.адь сечения одного канала FV a.-b зависит от его пшрины Q и ширины рабочей полости Ь. Ширина кана.та определяется выражением

a-Zf-isinfi/Zji -S ,

где Z -число лонастей колеса; S -толщина одной лонастн. Суммарная нлон1адь Р-у/ всех сечений межлонастных каналов 6 колеса связана с площадью F рабочей по- .чости 3 соотношением

Zf F siti ь .

что FW

откуда, ввиду малости S , следует, зависит в основном от F и sin f .

При равных или мало отличаюпдихся площадях F на входе и выходе площадь Р за счет ве.пичины sin/S имеет на выходе значительно .меньн1ее значение, чем па входе.

Эти.м обеспечивается конфузорность канала в целом между входной 7 и выходной 8 кромками. Площадь F сечения 9 имеет существенно .меньщее значение, чем соответствующие площади сечений на входе и выходе колеса. При это.м обводы наружного 1 и внутреннего 2 торов выполнены в меридиональном разрезе колеса с щириной рабочей полости в сечении 9 с А 90°, определяемой из следующего соотнон епия:

fcc (0,8 -1,0) ,5ш;5, -A)/(V -д),

5

5

0

где

0

0

угла лопасти

bi

При

среднее значение на входе колеса; ширина поперечного сечепия рабочей полости на входе колеса; Ti -средний радиус на входе колеса; г „средний радиус сечепия колеса с

углом лопасти равным 90°; Д -коэффипиент, учитывающий су.м- марную толщину лопастей ко. са,. -толщина одной лопасти; 2л -- чис:10 лопастей колеса.

вьпюлнепии этого соотношения с коэффициентами 0,8-1,0, связанны.ми с конструктивными особенностями турбинных колес гидротрансформаторов, сум.марная площадь нормальных к относительным ско- ростя.м сечений межлопастных каналов Fi tie превышает в сечении 9 соответствующей площади на входе колеса. Этим обеспечивается бездиффузорное течение на входных участках каналов.

Верхний предел (1,0) приведенного соотноп1ения соответствует равенству таких площадей на входе и в сечении 9; нри его превышении входные участки каналов приобретают диффузорность.

Нижний предел (0,8) обеспечивает сох- ранение необходимой конфузорности кана- ,:iOB между сечение.м 9 и выходной кромкой 8 KOJieca. Наружный 1 и внутренний 2 торы очерчивают в меридиональном сечении колеса но заданным зпачения.м ширины входного bi, выходного Ьг и среднего Ь; сечений. В точках пересечения средней линии 4 тока с этими сечениями проводят окружности.

диаметры которых определяются н иринои соответствуюндих сечений. Торы 1 и 2 вы- ПО.1НЯЮТ огибающими эти окружности г,тад- кими кривыми, выдерживая непрерывность производных и плавные сопряжения в среднем сечении 9, при этом обеспечивается монотонное уменьшение плошади поперечно- 14) сечепия рабочей нолоети 3 между входной кромкой 7 и данным сечение.м (фиг. 1 и 3).

Турбинное колесо гидротрансфор.матора работает следуюпш.м образом.

Поток жидкости входит в колесо с относительной скоростью Wi, в межлопастпых каналах отдает энергию колесу и покидает его с относительпой скоростью Wj. Нредлагае.мая геометрия проточной части

колеса обеспечивает постепенное, от сечения входных кромок 7 к среднему сечению 9 и далее к сечению выходных кромок 8, уменьшение суммарной площади сечений межлопастных каналов FV и соответствующее увеличение относительных скоростей: W(, W Wc где We, - относительная скорость в сечении 9.

Графики (фиг. 4 и 5) отражают изменение значений относительных геометрических параметров турбиндого колеса, определяемых как F , где bi, PI, P vji - соответствующие геометрические параметры на входе колеса, в зависимости от относительной длины средней линии тока в меридиональном сечении, определяемой как S S/Sn, где Sj S -соответственно

текущее и максимальное значения длин средней линии тока в меридиональном сечении. При выполнении обводов рабочей полости в соответствии с изобретением полностью устраняется диффузорность входных участков межлопастных каналов, величина суммарной площади межлопастиых каналов 1 при этом монотонно снижается по всей длине каналов.

Таким образом, использование изобретения позволяет получать турбинные колеса гидротрансформаторов с лопастями постоянной толщины с улучщенной проточной частью, лишенной участков диффузорного течения, обуславливаюплих повыщенные гидравлические потери.

S