Вихревая турбина Советский патент 1989 года по МПК F01D15/06 F01D1/08 

«Л

ю

:л

D

Nd

х :п

SD

-ь)

Изобретение относится к турбино- и машиностроению и может быть использовано в малоразмерных турбоприводах преимущественно средств обеспечения технологических производственных процессов , в частности, ручных пневмомашин. Цель изобретения - обеспечить реверс вращения ротора вихревой турбины внутренними газодинамическими средствами при улучшении регулирования характеристик. В корпусе 1 размещены по крайней мере две поворотные втулки (ПВ) 3. Ось 5 вращения каждой ПВ 3 направлена вдоль одной из осей прямоугольной координатной системы, в свою очередь одна из осей которой параллельна оси вращения ротора 7. В каждой ПВ 3 выполнен сквозной сопловой канал (СК) 8, ось 11 которого лежит в плоскости, содержащей ось 5 вращения ПВ 3, либо перпендикулярной таковой. СК 8 сообщены с впускным патрубком 2 и рабочими лопатками 9 посредством отверстий 10 в корпусе 1, а ПВ 3 снабжены приводом 4 поворота. Выпускные каналы расположены по дуге между поворотными втулками 3. Поворотом ПВ 3 приводом 4 осуществляется изменение угла наклона оси 11 СК 8 по отношению рабочих лопаток 9, обеспечивающего прямое или обратное вращение ротора 7 и регулирование моментных и мощностных характеристик. 14 ил.

, 2

31502

щены по крайней мере две поворотные втулки (ПВ) 3. Ось 5 вращения кажлой ПВ 3 направлена вдоль одной из осей прямоугольной координатной системы, в свою очередь одна из осей которой параллельна оси вращения ротора 7. В каждой ПВ 3 выполнен сквозной сопловой канал (СК) 8, ось 11 которого лежит в плоскости, содержащей ось 5 .вращения ПВ 3, либо перпендикулярной таковой. СК 8 сообщены с впускным

25

Изобретение относится к турбино- и мащиностроению и может быть использовано в турбоприводах вспомогательных машин и механизмов преимуществен- но для транспортных средств и средств обеспечения технологических производственных процессов, в частности ручных пневмомашин.

Цель изобретения - обеспечение регулирования моментных и мощностных характеристик и реверса вращения ротора вихревой турбины.

На фиг. 1 представлена (в меридиональной плоскости) турбина с радиаль- ным подводом рабочей среды с осью вращения поворотной втулки, перпендикулярной оси вращения ротора, и расположением оси соплового канала в плос кости, содержащей ось вращения пово- 35 ротной втулки, продольньй разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - турбина с радиальным подводом с осью вращения поворотной втулки параллельной оси вращения ротора, и 40 расположениями оси соплового канала в плоскости, перпендикулярной оси вращения поворотной втулки; на фиг. 4 - сечение Б-Б на фиг. 3; на фиг. 5 - турбина с радиальным подводом с осью ДЗ вращения поворотной втулки, перпендикулярной оси вращения ротора, и рас- положением оси соплового канала в плоскости, содержащей ось вращения поворотной втулки; на фиг. 6 - сече- ние В-В на фиг. 5; на фиг. 7 - турбина с боковым подводом с осью вращения поворотной втулки, параллельной оси вращения ротора, и расположением оси соплового канала в плоскости, держащей ось вращения поворотной втулки; на фиг. 8 - сечение Г-Г на фиг. 7; на фиг. 9 - турбина с выдвинутым рабочими лопатками соплом; на

патрубком 2 и рабочими лопатками 9 посредством отверстий 10 в корпусе 1, а ПВ 3 снабжены приводом 4 поворота. Выпускные каналы расположены по дуге между поворотными втулками 3. Поворотом ПВ 3 приводом 4 осуществляется изменение угла наклона оси 11 СК 8 по отношению рабочих лопаток 9, обеспечивающего прямое или обратное вращение ротора 7 и регулирование момент- ных и мощностных характеристик. 14 ил

5

50 З ij

фиг. 10 - сечение Д-Д на фиг. 9; на фиг. 11 - турбина с боковым подводом с осью вращения поворотной втулки, перпендикулярной оси вращения ротора и расположением оси соплового канала в плоскости, перпендикулярной оси вращения поворотной втулки; на фиг. 12 - сечение Е-Е на фиг. 11; на фиг.13- турбина с боковым подводом с осью вращения поворотной втулки, параллельной оси вращения ротора и расположением оси соплового канала в плоскости, содержащей ось вращения поворотной втулки; на фиг. 14 - сечение л{-Ж на фиг. 13.

Вихревая турбина содержит корпус

Iс впускным патрубком 2 и размещенные в корпусе 1 реверсивное устройство, выполненное в виде по крайней мере двух поворотных втулок 3, снабженных приводом 4 поворота. Ось 5 вращения каждой поворотной втулки 3 направлена вдоль одной из осей прямоугольной координатной системы, в свою очередь одна из осей котброй параллельна оси 6 вращения ротора 7.

В каждой поворотной втулке 3 выполнен сквозной сопловой канал 8, сооб- щенньв г с впускным патрубком 2 и рабочими лопатками 9 посредством дополнительных отверстий 10 в корпусе. Ось

I1соплового канала 8 расположена в плоскости, содержащей ось 5 вращения поворотной втулки 3, либо перпендикулярна таковой (фиг. 3 и 10). В кор- rtyce 1 выполнено ycTpoiicTBo 12 выпуска отработавшей среды, сообщенное вьтускными каналами 13 с рабочими лопатками 9. В случае выпуска отработавшей среды непосредственно в атмосферу устройство 12 выпуска отсутствует (фиг. 7, 9, 11 и 12).

51

Предлагаемая конструкция может быть реализована как в вихревых турбинах с радиальным подводом рабочей среды (фиг. 1, 3 и 5), так и в турбинах с боковьм поводом (фиг. 7, 9, 11 и 12) рабочей среды. Использование указанных на фиг. 1-14 вариантов исполнения поворотных втулок 3 определяется в основном условиями технологичности изготовления и эксплуатации .

Сопловой канал 8 (ось 11 соплового канала В) по отношению к рабочим лопаткам 9 устанавливается под углом с/ наклона в требуемом интервале его изменения от определенных значений сС до 180 -оС . Геометрия сопловых каналов В и рабочих лопаток 9 (проточной части) может быть вьпюлнена одинаковой для прямого и обратного вращения ротора 7.

При работе турбины рабочая среда через впускной патрубок 2 и располо- женньш в поворотной втулке 3 сопловой канал В поступает на рабочие лопатки 9. В результате энергообмена с рабочими лопатками 9 на роторе 7 создается крутящий момент. Отработавшая среда через выпускные каналы 13 поступает в устройство 12 выпуска отработавшей среды или непосредственно в атмосферу (фиг. 7, 9, 11 и 13).

В зависимости от варианта исполнения вихревой турбины поворотом втуло 3, осуществляемым приводом 4 поворота, осуществляется либо только изменение угла с наклона оси 1 1 соплового канала 8 по отношению к рабочим лопаткам 9 от значения угла о ,обеспечивающего прямое вращение (+ k)) ротора 7 турбины, до противоположног значения угла 180°-с, обеспечивающего обратное (- и) ) вращение ротора (фиг. 1, 5, 7, 9 и 13), либо изменение угла наклона оси 11 соплового канала 8 с любым требуемым интервалом его изменения от пС до 180-о((Фиг. 3 и 11), обеспечивая тем самьм не только реверс вращения ротора 7 турбины, но и регулирование ее моментных и мощностных характеристик, одинаковых при прямом и обратном вращении ротора 7.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

Подвод рабочей среды через две поворотные втулки 3 по сопловым каналам 8 обеспечивает стабильность рабочего процесса и рациональную длину рабочей дуги между поворотными втулками 3.

Регулирование моментных и мощност- ных характеристик производится внутренними газодинамическими средствами, что повышает маневренность турбины, ;например увеличит скорость разгона ротора 7 от нулевой частоты вращения до номинальной (рабочей) пцимерно в 2,3-J,5 раза. При этом увеличение кр-у- тящего момента на пусковом режиме и при малых частотах вращения достигается путем уменьшения угла « наклона соплового канала 8 при постоя1 ном расходе рабочей среды, максимальная величина которого лимитирована критическим значением. Регулирование работы вихревой турбины в целом может осуществляться без изменения параметров и расхода pa6o4evi среды, что упрощает систему регулирования пред- включенных по газовому тракту узлов установки, например генератора рабочей среды (не показаны).

Формула изобретения

Вихревая турбина, содержащая кор- нус с впускным патрубком, в котором размещено двухстороннее рабочее колесо с лопатками, подключенными к сопловым каналам и устройству выпуска отработавшей ср.еды, отличающаяся тем, что, с целью регулирования характеристик, турбина снабжена по меньшей мере двумя поворотными втулками, ось вращения каждой из которых расположена по направлению одной из осей прямоугольной координатной системы, другая из осей последней параллельна оси вращения рабочего колеса, сопловьгй канал выполнен в каждой поворотной втулке и сообщен с BnycKHbjM патрубком и через дополнительно вьтолненные отверстия в корпусе - с рабочими лопатками, а ось соплового каняла расположена в плоскости оси вращения втулки или перпендикулярной ей, при этом втулки снабжены приводом поворота.

ю

-1л}

Ф(гЛ

Фи9.7

502852

.Й

Ю

-О/

.6

фие.8

фие.З

4(J

. П

A-fl.

3 7 .;.

Фие.12

3

SS