Радиально-осевое турбинное колесо гидротрансформатора Советский патент 1992 года по МПК F16H41/28 

Изобретение относится к гидродинамическим передачам, конкретно к лопастям турбинных колес, и может быть применено при их проектировании.

Цель изобретения - снижение потерь энергии при повышении преобразующих свойств гидротрансформатора.

На фиг.1 показана рабочая полость гидротрансформатора, включающая радиаль- но-осевые турбинное и насосное колеса, а также колесо реактора; на фиг.2 - радиаль- но-осевое турбинное колесо, разрез; на фиг.З - вид по стрелке А на фиг.2; на фиг.4 - развертки профиля лопасти у внутреннего тора, по средней линии тока и у наружного тора; на фиг.5 - 7 показаны различные варианты выполнения поверхности лопасти турбинного колеса.

Гидротрансформатор содержит ради- ально-осевое насосное колесо 1, радиально- осевое турбинное колесо 2 и колесо реактора 3. Радиально-осевое турбинное колесо 2, отлитое из алюминиевого сплава, включает корпус 4 (см.фиг.2) с выполненными с ним заодно путем литья в металлическую форму с осевым разъемом лопастями 5, имеющими корытообразные профили. На лопастях имеются выступы 6. на которых установлен направляющий экран 7. выполняющий функции внутреннего тора рабочей полости, при этом корпус 4 выполняет функции наружного тора.

XJ

О VI

00

ел VI

На фиг.2 показано меридиальное сечение рабочей полости турбинного колеса, которая ограничена наружной 8 и внутренней 9 торовыми поверхностями. Здесь же показана средняя линия тока 10, а также входная 11 и выходная 12 кромки лопасти.

Проекция профиля наружного тора на плоскость, перпендикулярную оси вращения (см.фиг,3), представляет собой контур 13, который будем называть следом профиля лопасти наружного тора.

Проекция профиля внутреннего тора на плоскость, перпендикулярную оси вращения, представляет собой контур 14, который будем называть следом профиля лопасти внутреннего тора.

След профиля внутреннего тора находится внутри следа профиля наружного тора, что обеспечивает выполнение условия размыкаемости металлических литейных форм с осевым движением их вставок, используемых при отливке турбинного колеса,

К особенностям профиля лопасти данного турбинного колеса с корытообразным профилем следует отнести увеличение толщины профиля лопасти по наружному тору в средней части. Поскольку обычно толщина лопасти радиально-осевых колес задается длиной дуги д, расположенной на окружности, ось которой совпадает с осью вращения, примем этот размер за характерный (см.фиг.3).

Для оценки толщины лопасти используем безразмерный параметр д - -,

максимальная длина дуги на профиле; Da - активный диаметр гидротрансформатора (см.фиг.3).

Рациональные значения углов наклона лопастей в радиально-осевых турбинных колесах на входе имеют значения fh 35 - 65°, на выходе /%2 145 - 155°, при этом угол поворота потока в турбинном колесе вп -(hi -/%i имеет значения 80 - 120°.

Развертки профилей лопастей по наружному тору 15, по средней линии тока 16 и по внутреннему тору 17 показаны на фиг.4. Здесь же показаны углы наклона лопастей Дгг и/fci, замеряемые между направлениями относительной скорости W и переносной скорости U. Для реализации указанных выше углов наклона лопастей величина о вы- полнена существенно больше чем в турбинных колесах, отливаемых с использованием песчаных стержней, причем рациональные значения о при использовании металлических литейных форм равны 0,033 -0,055. Кроме того, для реализации требуемых значений углов поворота потока жидкости Ол входная кромка 11 лопасти в проекции на плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса выполнена в виде кривой линии, пересекающейся с линией спинки про5 филя по внутреннему тору под тупым углом . Примерно под таким же углом входная кромка пересекается с линией корыта профиля. Выходная кромка лопасти 12 пересекается с линией спинки профиля по

0 внутреннему тору под тупым углом «/.Рациональные значения указанных углов находятся в пределах р - 105 - 160; р2 155 - 175°. При этом лопасть имеет плавные очертания по наружному и внутреннему то5 рам (см.фиг,4).

В средней части лопасть на входной части профиля со стороны корыта имеет участок 18 обратной кривизны. В средней части лопасть на выходной части профиля со сто0 роны корыта может иметь участок 19 обратной кривизны. Наличие указанных участков обратной кривизны на корыте лопасти в ее средней части дает возможность увеличить угол поворота потока по внутреннему тору и

5 одновременно удовлетворить технологические требования, связанные с размыканием металлической литейной формы при отливке турбинного колеса. Расстояние а между спинками профилей и b между входными и

0 выходными кромками и корытом наружного профиля выполнено с учетом обеспечения литейного уклона (с углами порядка 1 - 3°), что необходимо для размыкания частей литейной формы.

5Еще одна особенность этой лопасти заключается в том, что для уменьшения стеснения на выходном участке по наружному тору (см.фиг.3) профиль лопасти выполнен с участком обратной кривизны 20. Длина это0 го участка к показана на фиг 3 Относительная длина этого участка IK js находится в

Ua

пределах 1К 0,1 - С,2.

Поверхность лопасти может быть вы5 полнена в нескольких вариантах. Наиболее просто поверхность лопасти выполнить линейчатой с прямыми линиями 21. расположенными параллельно одной и той же плоскости, проходящей через линию ОХ и

0 ось вращения колеса (см.фиг.5, на которой представлена проекция лопасти на плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса). При этом крайняя точка m входной кромки лопасти по наружному тору располо5 жена на вертикальной оси OY, Такое выполнение лопасти является наиболее простым с технологической точки зрения, однако в этом случае некоторые участки поверхности

лопдсти получаются недостаточно плавны-, ми. Это, в частности, относится к тем участкам. на-которых в соединяемых точках величины углов наклона лопастей /3 по наружному и внутреннему торам отличаются более чем на 8- 10°.

Для получения лопастей с более плав- ными поверхностями последние могут быть выполнены линейчатыми с прямолинейными образующими, имеющими переменный наклон к одной и той же плоскости, проходящей через линию ОХ и ось вращения турбин- ного колеса(см.фиг.6)т,е. лопасть,показанная на фиг.6, имеет линейчатую поверхность, образованную прямыми линиями 22. Однако в области входной и выходной кромок ввиду необходимости размещения следа профиля по внутреннему тору внутри следа профиля по наружному тору требования по соответствию углов /3 по наружному и внутреннему торам выполнить полностью нельзя.

По сравнению с первым вариантом та- кое выполнение лопастей с технологической точки зрения сложнее.

Еще более плавное выполнение лопастей может быть достигнуто, если в области входных и выходных кромок лопасти выпол- нить с криволинейными образующими, В данном случае поверхности лопастей в указанных областях имеет двоякую кривизну, а на остальной части - линейчатую поверхность.

Выполнение входного участка лопасти с применением наклонных 22 и криволинейных 23 образующих показано на фиг.7. По сравнению с первыми двумя вариантами выполнения лопастей третий вариант их вы- полнения, при котором лопасть в основной части выполнена линейчатой, а на входном и выходном участках имеет двоякую кривизну, с технологической точки зрения является наиболее сложным.

Работа радиально-осевого турбинного колеса осуществляется следующим образом. Рабочая жидкость из насосного колеса 1 под напором, создаваемым этим насосным колесом, поступает в турбинное колесо 2, а из турбинного колеса -. в колесо реактора 3. и далее опять в насосное колесо. Нппор преобразуется турбинным колесом с достаточно высокими энергетическими показателями благодаря реализации указанной совокупности признаков, определяющих конфигурацию лопасти.

Высокая чистота поверхностей межлопастных каналов турбинного колеса, э также их высокая размерная точность позволяют снизить потери энергии.

Изготавливают турбинное колесо следующим образом.

Корпус 4 из алюминиевого сплава совместно с лопастями 5 отливают в металлические формы с осевым разъемом. Затем направляющий экран 7 при помощи пазов устанавливают на выступах б лопастей и закрепляют путем оплавления выступов или их расклепкой. При этом с целью упрощения конструкции выступы могут быть выполнены не на всех лопастях, а лишь на их части. В целом изготовление данного турбинного колеса имеет меньшую трудоемкость по сравнению с другими известными способами jro изготовления, при этом исключаются трудоемкие ручные операции, улучшаются экологические условия труда.

Формула изобретения

Радиально-осевое турбинное колесо гидротрансформатора, содержащее корпус с выполненными заодно с ним лопастями, имеющими корытообразные профили, при этом проекция профиля лопасти по внутреннему тору на плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса, расположена внутри проекции на ту же плоскость профиля лопасти по наружному тору, отличающее- с я тем, что. с целью снижения потерь при повышении преобразующих свойств гидротрансформатора, входная кромка лопасти на указанной проекции выполнена в виде кривой линии, пересекающейся с линией спинки профиля по внутреннему тору под углом, а в средней части лопасть на входной части профиля со стороны корыта имеет участок с обратной кривизной.

Изобретение относится к гидродинамическим передачам, конкретно к лопастям турбинных колес, и может быть применено при их проектировании. Цель изобретения - снижение потерь энергии при повышении преобразующих свойств гидротрансформатора, достигается тем, что турбинное колесо содержит корпус 4, заодно с которым выполнены лопасти 5, имеющие корытообразные профили. Проекция профиля лопасти по внутреннему тору на плоскость, перпендикулярную оси вращения колеса, расположена внутри проекции на ту же плоскость профиля лопасти по наружному тору, это обеспечивает возможность изготовления турбинного колеса путем отливки его в металлической ли гейной фооме с осевым разъемом. Для повышения преобразующих СВОРОТЕ гидротрансформатора с таким турбинным колесом входная кромка 11 лопасти на указанной проекции выполнена в виде кривой линии, пересекающейся с линией спинки профиля по внутреннему тору под углом, при этом в средней части лопасти на входной части профиля со стороны корыта имеется участок обратной кривизны. 7 ил ел С

Фиг 2

15

фигМ

11

Фиг. 5

23

Фиг 7