Многоступенчатая активная парциальная турбина Советский патент 1989 года по МПК F01D5/06 

J /2 /- , 4 75 15 15 -jlL I I /

ГЧ fj

,Т. 1--р;

Wl

4:

ч

«.

1Ь

Фие.1

Изобретение относится к турбомашико- строению и может быть использовано гфеимуществленно при регулировании турбин привода агрегатов с изменением мощности и частоты вращения в соответствии с потребностями приводимого агрегата и в конструкции таких турбин.

Цель изобретения - повыщение экономичности при изменении режима работы в диапазоне параметра нагрузки U/Co от 0,1 до 0,8 и степени парциальности от 0,015 до 0,4.

На фиг. 1 изображена принципиальная схема многоступенчатой турбины; на фиг. 2 -- соединение рабочих колес второй и последующих ступеней с корпусом и валом

10

вуют крутящему моменту в тех же случаях подачИ рабочего тела, но с отключением рабочих колес 4 и 5 обгонными муфтами 16 и 17, когда крутящий момент на соответствующем рабочем колесе 4 или 5 становится отрица- т ельным. Пунктирной кривой 30 (фиг. 4) показан КПД трехступенчатой турбины при подаче рабочего тела в секцию 8 соплового аппарата 6 без отключения рабочих колес 4 и 5, а двойной пунктирной кривой 31 - с отключением. Аналогично сплощной кривой 32 и двойной кривой 33 показаны КПД турбины без отключения и с отключением рабочих колес 4 и 5 при

турбины; на фиг. 3 - кривые зависи- подаче рабочего тела в секции 8 и 9 од- мостей крутящих моментов (М) на рабочихповременно. Кроме того, изображены кривая

колесах и на валу трехступенчатой турбины с отключением и без отключения рабочих колес от частоты вращения (f); на фиг. 4 - кривые зависимостей КПД (г) турбины с отключением и без отключения рабочих колес от параметра U/Co. Турбина содержит корпус 1, внутри которого на валу 2 установлены рабочие колеса 3-5, многосекционный сопловой аппарат 6 первой ступени 7 каждая секция 8 (9) которого снабжена клапанами 10 и 11 подачи рабочего тела, и направляющие аппараты 12 и 13 второй 14 и последующей 15 ступеней. Турбина дополнительно снабжена обгонными муфтами 16

(гипербола) 34 при изменении частоты вращения турбины и кривая 35.

Увеличение -частоты вращения от fi до f2 при постоянной мощности (фиг. 3)

20 соответствует, например, переходу от точки а к точке к, лежащей на гиперболе 34. В известной трехступенчатой турбине известный процесс перехода осуществляется по кривым, (характеристикам) 26 и 32 при по25 даче рабочего тела в секции 8 и 9 соплового аппарата 6. В предлагаемой турбине подают рабочее тело в секции 8 и 9, а по достижении частоты f4, когда крутящий момент на рабочем колесе 5 третьей ступени 15 становится тормозящим, рабои 17, посредством которых рабочие колеса зо чее колесо 5 третьей ступени 15 отклю- 4 и 5 второй 14 и последующих 15 ступеней сообщены с ва.том 2 для отключения указанных ступеней 14 и 15 при появлении крутящих усилий в последних, направленных в сторону торможения вала 2

чается от вала 2 обгонной муфтой 17 и дальнейщий разгон идет в соответствии с кривыми 28 и 33 на участке в-d до точки с, где достигается требуемая частота f2. Затем прекращается подача работурбины. Рабочее колесо 3 скреплено с ва- 35 чего тела в секцию 9 соплового аппаралом 2, установленным в подщипниках 18, а рабочие колеса 4 и 5 установлены на валу 2 в подщипниках 19.

На фиг. 3 нанесены кривые 20-29 за- висимоси моментов при постоянных давлении и температуре перед турбиной. Кривые 20-22 соответствуют крутящим моментам, развиваемым на рабочих колесах 3-5 первой 7, второй 14 и третьей 15 ступеней при подаче рабочего тела только в секта 6, отключается рабочее колесо 4 второй ступени 14 и турбина работает в режиме, соответствующем точке к на кривой 29 и точке m на кривой 31. На фиг. 4 видно, что . КПД турбины в точке m существенно больще КПД турбины в точке к, более того, переход к точке ш путем а-в-с-ш происходит при больщих значениях КПД, чем переход к точке к путем а-в-к.

Увеличение .мощности турбины при посцию 8 соплового аппарата 6 первой j тоянной частоте f2, например, соответст- ступени 7. Кривые 23-25 соответствуют крутящим моментам, возникающим на тех же рабочих колесах 3-5 при подаче рабочего тела в секции 8 и 9 соплового аппарата 6 одновременно. Кривые 26 и 27

вует увеличению крутящего момента от значения, соответствующего точке к, до значения, соответствующего точке с. При этом при подаче рабочего тела в секцию 8 включают подачу в секцию 9 и соеди0

вуют крутящему моменту в тех же случаях подачИ рабочего тела, но с отключением рабочих колес 4 и 5 обгонными муфтами 16 и 17, когда крутящий момент на соответствующем рабочем колесе 4 или 5 становится отрица- т ельным. Пунктирной кривой 30 (фиг. 4) показан КПД трехступенчатой турбины при подаче рабочего тела в секцию 8 соплового аппарата 6 без отключения рабочих колес 4 и 5, а двойной пунктирной кривой 31 - с отключением. Аналогично сплощной кривой 32 и двойной кривой 33 показаны КПД турбины без отключения и с отключением рабочих колес 4 и 5 при

подаче рабочего тела в секции 8 и 9 од- повременно. Кроме того, изображены кривая

(гипербола) 34 при изменении частоты вращения турбины и кривая 35.

Увеличение -частоты вращения от fi до f2 при постоянной мощности (фиг. 3)

20 соответствует, например, переходу от точки а к точке к, лежащей на гиперболе 34. В известной трехступенчатой турбине известный процесс перехода осуществляется по кривым, (характеристикам) 26 и 32 при по25 даче рабочего тела в секции 8 и 9 соплового аппарата 6. В предлагаемой турбине подают рабочее тело в секции 8 и 9, а по достижении частоты f4, когда крутящий момент на рабочем колесе 5 третьей ступени 15 становится тормозящим, рабозо чее колесо 5 третьей ступени 15 отклю-

чее колесо 5 третьей ступени 15 отклю-

чается от вала 2 обгонной муфтой 17 и дальнейщий разгон идет в соответствии с кривыми 28 и 33 на участке в-d до точки с, где достигается требуемая частота f2. Затем прекращается подача рабочего тела в секцию 9 соплового аппара35 чего тела в секцию 9 соплового аппарата 6, отключается рабочее колесо 4 второй ступени 14 и турбина работает в режиме, соответствующем точке к на кривой 29 и точке m на кривой 31. На фиг. 4 видно, что . КПД турбины в точке m существенно больще КПД турбины в точке к, более того, переход к точке ш путем а-в-с-ш происходит при больщих значениях КПД, чем переход к точке к путем а-в-к.

Увеличение .мощности турбины при тоянной частоте f2, например, соответст-

тоянной частоте f2, например, соответст-

вует увеличению крутящего момента от значения, соответствующего точке к, до значения, соответствующего точке с. При этом при подаче рабочего тела в секцию 8 включают подачу в секцию 9 и соеди

Изобретение относится к турбомашиностроению, может быть использовано преимущественно при регулировании турбин привода агрегатов с изменением их частоты вращения и мощности и позволяет повысить экономичность в диапазоне параметра нагрузки U/C₀ от 0,1 до 0,8 и степени парциальности от 0,015 до 0,4. Турбина снабжена обгонными муфтами 16 и 17, посредством которых рабочие колеса 4 и 5 второй и последующих ступеней 14 и 15 сообщены с валом 2. Секции 8 и 9 многосекционного соплового аппарата 6 имеют клапаны 11 и 12 подачи рабочего тела. При появлении крутящих усилий в ступенях 14 и 15, направленных в сторону торможения вала, рабочие колеса 4 и 5 ступеней 14 и 15 отключают с помощью обгонных муфт 16 и 17 от вала 2. Такое отключение в указанных диапазонах параметра нагрузки и степени парциальности обеспечивает регулирование по частоте вращения и мощности, а также повышение экономичности. 4 ил.

соответствуют крутящему моменту,развивае- 50 няют автоматически срабатывающей обгонмому на валу 2 при подаче тела в секции 8 и 9 и только в секцию 8 соответственно, без отключения рабочих колес 4 и 5 обгонными муфтами 16 и 17, т. ,е. являются суммами моментов всех рабочих колес 3-5, что соответствует характеристикам обычной трехступенчатой турбины при изменении парциальности. Кривые 28 и 29, изображенные двойными линиями, соответстной муфтой 16 рабочее колесо 4 второй ступени 14 с валом 2 турбины, переходя в точку с на кривых 28 и 33. В известной турбине для того, чтобы увеличить крутящий момент и мощность до требуе- 55 мой величины известными способами потребовалось бы поднять давление перед турбиной или подать дополнительное количество рабочего тела через дополнительную

ной муфтой 16 рабочее колесо 4 второй ступени 14 с валом 2 турбины, переходя в точку с на кривых 28 и 33. В известной турбине для того, чтобы увеличить крутящий момент и мощность до требуе- 55 мой величины известными способами потребовалось бы поднять давление перед турбиной или подать дополнительное количество рабочего тела через дополнительную

секцию соплового аппарата (не показаны), т. е. перейти на кривую 35, что менее экономично.

Для расширения диапазона регулирвания увеличение частоты вращения от значения f2. до значения fs при мощности, соответствующей точке к (фиг. 3), Б известной турбине практически невозможно из-за ограничения давления или производительности источника рабочего тела. В предлагаемой турбине такое регулирвание осуществляется включением подачи рабочего тела в секцию 9 соплового аппарата 6. При этом осуществляется разгон по пути кривых 28 и 33.

В режимах работы турбины обеспечивается регулирование по частоте вращения и мощности, а также повыщение экономичности в указанных диапазонах пара.метра нагрузки и степени парциальности.

/;

Г25 2 2 фиг.З

Формула изобретения

Многоступенчатая активная парциальная турбина, содержащая корпус, внутри которого на валу установлены рабочие колеса,

многосекционный сопловой аппарат первой ступени, каждая секция которого снабжена клапанами подачи рабочего тела, и направляющие аппараты второй и последующих ступеней, отличающаяся тем, что, с

o целью повь1щения экономичности при изме- нени и режима работы в диапазоне параметра нагрузки б /Со от 0,1 до 0,8 и степени парциальности от 0,015 до 0,4, турбина дополнительно снабжена обгонными муфтаг ми посредством которых рабочие колеса, второй и последующих ступеней сообщены с валом, для отключения указанных ступеней при появлении крутящих усилий в последних, направленных в сторону торможения вала турбины.

J5J

0.8 и/Со