Регулируемая парциальная турбина Советский патент 1992 года по МПК F01D1/06 

«г

fe

Использование: в турбостроении, преимущественно в малоразмерных регулируемых парциальных турбинах для повышения их экономичности. Сущность изобретения: турбина снабжена устройством осевого перемещения соплового аппарата, выполненным в виде золотника с секторной проточкой. В корпусе выполнены осевой паз и винтовая проточка, а в последней размещен рычаг для обеспечения осевого перемещения золотника. Секторная проточка сообщена с соплами и впускным каналом турбины. На дисках рабочего колеса и соплового аппарата выполиэны расположенные напротив друг друга кольцевые канавки. 2 з.п.ф-лы, 15 ил.

Изобретение относится к турбостроению, в частности к регулируемым парциальным турбинам, преимущественно малоразмерным.

Известна пневмомашина с турбинным приводом, содержЈ щая дроссель, предназначенный для регу; ирования расхода газа через турбину. Дроссель располагается между штуцером подвода сжатого воздуха и сопловым аппаратом.

Так как дроссель в данной конструкции установлен в корпусе машины, то это увеличивает ее массу и осевой габарит (длину) на 20...30%.

Известна также регулируемая парциальная турбина, содержащая неподвижный сопловой аппарат и рабочее колесо, установленное соосно в корпусе, имеющем каналы для подвода рабочего вещества к соплам и дроссели, каждый из которых подключен к группе сопл неподвижного соплового аппарата

Конструктивно данная турбина сложна и обладает значительными габаритами.

В качестве прототипа выбрана регулируемая парциальная турбина, которая содержит установленный в корпусе поворотный сопловой аппарат с рычагом и соплами, последние из которых размещены в секторе диска соплового аппарата, рабочее колесо и впускной канал, сообщенный с сопловым аппаратом.

Недостатком данной конструкции является малая экономичность из-за недостаточной чувствительности регулировочного элемента, которым является поворотный сопловой аппарат, в режиме, близком к режиму полная нагрузка, т.е. в зоне работы ручного пневмоинструмента.

Цель изобретения - повышение экономичности.

Поставленная цель достигается тем, что регулируемая парциальная турбина, содерSI

ел о

00

жащая установленный в корпусе поворотный сопловой аппарат с рычагом и соплами, последние из которых размещены в секторе диска соплового аппарата, рабочее колесо и впускной канал, сообщенный с сопловым аппаратом, снабжена устройством осевого перемещения соплового аппарата, выполненным в виде золотника с секторной проточкой, сообщенной с соплами и впускным каналом, и размещенного перед сопловым аппаратом в корпусе, а последний выполнен с осевым пазом на внутренней поверхности для обеспечения осевого перемещения золотника и винтовой проточкой, причем в последней размещен рычаг. Секторная проточка выполнена с длиной дуги, равной длине дуги сектора сопел/Йа дисках рабочего колеса и соплового аппарата могут быть дополнительно выполнены расположенные, напротив друг друга кольцевые ка- иавки.

На фиг. 1 схематично изображена предлагаемая регулируемая парциальная турбина в положении Полная нагрузка, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг. 1; на фиг. 4 - вид В на рычаг, перемещающий диск соплового аппарата; на фиг. 5 - турбина в положении Частичная нагрузка, продольный разрез; на фиг. 6 - разрез Г- на фиг. 5; на фиг. 7 - разрез Д-Д на фиг. 5; на фиг, 8 - вид Е на рычаг; на фиг. 9 - турбина в положении Стоп, продольный разрез; на фиг, 10 - вид Ж-Ж на фиг. 9; на фиг. 11 - вид 3-3 на фиг. 9; на фиг. 12 - вид И на рычаг; на фиг. 13 - турбина с проточками в диске соплового аппарата и рабочем колесе в положении Полная нагрузка, продольный разрез; на фиг. 14 - то же, в положении Частичная нагрузка, продольный разрез; на фиг. 15 - график зависимости расхода (мощности) турбины от углового положения диска соплового аппарата для известной (прототипа) и предлагаемой турбин.

Регулируемая парциальная турбина со- держит корпус 1 с впускным каналом 2, диск 3 соплового аппарата и рычаг 4. На диск 3 насажен бандаж 5 с золотником 6, диск 3 скреплен винтом 7 и гайкой 8, а между наружной образующей золотника б и осевым пазом на внутренней поверхности корпуса 1 установлена шпонка 9. Соосно с диском 3 соплового аппарата на валу 10 установлено рабочее колесо 11, которое может иметь бандаж 12. В корпусе 1 выполнена винтовая проточка 13, в которой размещен рычаг 4. Угловая длина сектора сопл 14, расположенного на диске 3, равна угловой длине секторной проточки 15, выполненной в золотнике 6 (угольна фиг, 2 и 3) и сообщен ной

с соплами 14 и впускным каналом 2. Секторная проточка 15 выполнена с длиной дуги, равной длине дуги сектора сопл 14, причем на режиме Полная нагрузка указанные дуги совпадают. Золотник 6 с секторной проточкой 15 и шпонкой образуют устройство осевого перемещения соплового аппарата. Кроме того, на дисках рабочего колеса 11 и соплового аппарата 3 выполнены расположенные напротив друг друга кольцевые канавки 16 и 17.

Регулируемая парциальная турбина работает следующим образом.

Воздух через впускной канал 2 попадает в полость между золотником б и корпусом 1, затем через секторную проточку 15 - к соплам 14 и срабатывается на рабочем колесе 11.

При работе турбины в режиме Полная нагрузка секторная проточка 15 золотника 6 находится в положении, при котором все сопла открыты (фиг.З). Диск 3 соплового аппарата расположен на расчетном расстоянии д от рабочего колеса 11. При вра- щении рабочего колеса 11 воздух, находящийся между лопаток на неактивной дуге (360°- р). совершает вентиляцион- ные течения (на фиг. 5 показано стрелками).

Уменьшение расхода (мощности) турбины осуществляется перемещением рычага 4 по секторной проточке 13. При этом происходит поворот диска 3 и одновременно его продольное перемещение в сторону от рабочего колеса 11. При перемещении диска 3 приводится в движение скрепленный с ним золотник 6, при этом шпонка 9, двигаясь по осевому пазу на внутренней поверхности корпуса 1, удерживает его от проворота. В результате этого изменяется взаимное расположение сектора, занятого соплами 14, и секторной проточки 15 в золотнике 6, и часть сопел перекрывается (фиг.7). При дальнейшем перемещении рычага 4 до положения Стоп сектор, занятый соплами, полностью перекрывается золотником 6 (фиг.10 и 11). Происходит остановка турбины.

Регулирование турбины (как и в прототипе) осуществляется за счет плавного перекрытия сопел при перемещении диска соплового аппарата 3. Отличие предлагаемой конструкции заключается в том, что при изменении режима работы происходит не только сопловое регулирование, но и изменение взаимного положения диска 3 соплового аппарата и рабочего колеса 11. Так, при измерении режима от Полной нагрузки к Частичной нагрузке перекрывается ряд

крайних сопел, что уменьшает расход газа. Одновременно с этим увеличивается зазор (1,что резко повышает потери течения активного газа через рабочее колесо и утечки газа в радиальный зазор. Одновременно возрастают потери от дискового трения и вентиляции на неактивной дуге.

Для изменения режима работы турбины в зоне, близкой к Полной нагрузке, требуется значительно меньшее перемещение рычага 4 АХ и ДХ1 на фиг.15). Это делает турбомашину удобной в работе, улучшает ее эксплуатационные качества, что в итоге увеличивает ее экономичность.

Кольцевые канавки 16 и 17 дополни- тельно повышают чувствительность турбины при ее регулировке, так как при режиме Полная нагрузка кольцевые канавки лишь незначительно увеличивают потери на дисковое трение (на фиг. 13 показано стрелка- ми), а при перемещении соплового аппарата на режим Частичная нагрузка благодаря расположенным напротив друг друга канавкам 16 и 17 увеличение массы воздуха в зазоре между диском 3 соплового аппарата и рабочим колесом 11 вызывает дополнительные потери на дисковое трение и вентиляцию (на фиг. 14 показано стрелками). Благодаря кольцевым канавкам 16 и 17 для изменения режима работы тур- бины в зоне, близкой к Полной нагрузке, требуется еще меньшее перемещение рычага 4 ( А Ха на фиг. 15), чем в турбине без проточек, что дополнительно повышает эксплуатационные качества и экономичность турбомашины.

(тт

График (фиг.15) иллюстрирует рабочий процесс регулирования: кривая 18 - для прототипа; кривая 19 - для турбины по п.1; кривая 20 - для турбины с проточками по п.2.

Для возможности обеспечения режима Стоп длины дуг выходного окна золотника и сопел не должны быть больше 180°.

Формула изобретения

9и&1

А-А

Фиг

Ладная нагрузка

123 М515 ij i

6-6

8ид&

ШЗ

Фиг.У

.Г

15 ij i

6

Фиг.5

нагрузка

Фиг. 8

Ж-Ж

Щиг:10

1359 -68 7 3

ЩигЛ

tl Мф

Dxcfie/гвн I

tfuHt/ОЦ Ч

ИВЩ

1863Ш

fe#