Малорасходная турбина Советский патент 1992 года по МПК F01D9/02 

Изобретение относится к турбостроению, в частности к турбинам с ограниченным расходом рабочего тела.

Введение парциального подвода, т.е. подвод рабочего тела на части дуги соплового аппарата к рабочему классу, научно обосновано в (1,2). Такое конструирование соплового аппарата обусловлено понижением эффективности сопловых каналов при уменьшении их проходных сечений. Поэтому сопла выполняют на части дуги соплового аппарата, причем угол установки сопел а,высоту сопел hc и степень парциональ- ности е выбирают по известным методикам из соображений минимума потерь энергии в лопаточном аппарате турбины.Од- йой из основных составляющих потерь являются потери, связанные с парциально- стью. включающие в себя:

-вентиляционные потери, обусловленные энергией, затрачиваемой на прокачку застойного газа лопатками рабочего колеса на неактивной дуге;

-краевые потери,обусловленные необходимостью выколачивания неактивного газа, утечками рабочего тела в зазор между сопловым аппаратом и рабочим колесом, подсосом застойного газа из неактивной дуги.

Известна решетка турбомашины, в которой для уменьшения пульсаций газа на рабочем колесе выполнены лопатки, отличающиеся друг от друга конфигурацией (3) Данное изобретение подчеркивает перспективность применения различных лопаXION СА) О 00 О

ток, а, следовательно межлопаточных каналов на одном венце турбины.

Известна турбина с многократным подводом рабочего тела, содержащая сопловой аппарат с удлиненными выходными кромка- 5 ми и систему перепускных каналов, обеспечивающую многократный подвод газа к рабочему колесу, при этом заданной ограниченный расход воздуха трижды заходит на рабочее колесо, постепенно расширяясь, 10 и занимает при этом весь венец соплового аппарата (4). Такая конструкция ликвидирует потери от парционэльности, однако она сложна и громоздка, и, кроме того, не может быть применена в малогабаритных агрега- 15 тах, т.к. дополнительные потери в перепуск- ных1 каналах делают выигрыш от ликвидации потерь, связанных с парциаль- ностью, минимальными.

Известна центробежная парциальная 20 турбина, содержащая сопловой аппарат с выполненными на активной дуге основными соплами и установленное относительно него с зазором рабочее колесо, которая выбрана за прототип (5).25

Сопла имеют малый угол выхода потока, а активная дуга занимает всю окружность соплового аппарата. В данной турбине потери в сопловых каналах значительно выше чем в парциальных турбинах, 30 выполненных с соплами, имеющими традиционное аэродинамически отработанное профилирование. Неравномерность газа на входе в рабочее колесо данной турбины из- за большого относительного шага соплово- 35 го аппарата и рабочего колеса велика, что снижает эффективность работы рабочего колеса и увеличивает потери в нем. Кроме того весьма велика пульсация потока перед рабочим колесом, что увеличивает вибра- 40 цию ротора турбомашины.

Целью изобретения является повышение эффективности малорасходной турбины путем уменьшения потерь от парциальное™.45

Эта цель достигается тем, что в малорасходной турбине, содержащей сопловой аппарат с выполненными на активной дуге основными соплами и установленное относительно него с зазором рабочее колесо, в 50 сопловом аппарате на неактивной дуге выполнены вспомогательные сопла, имеющие больший относительный шаг, чем относительный шаг основных сопел, а отношение суммарной площади проходных сечений ос- 55 новных сопел к суммарной площади проходных сечений вспомогательных сопел равно 8...12. Кроме того в сопловом аппарате на неактивной дуге на поверхности, обращенной к рабочу колесу,выполнена

проточка, а величина зазора на неактивной дуге меньше или равна трем величинам зазора на активной дуге.

На фиг. 1 представлена предлагаемая малорасходная турбина, продольный разрез; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1; на фиг. 3 - график зависимости КПД от (U/Сад), где U - окружная скорость рабочего колеса; Сад - скорость истечения газа из сопел,

Малорасходная турбина содержит сопловой аппарат 1, скрепленный винтами 2 с корпусом 3, подводящий патрубок 4, рабочее колесо 5 с бандажом 6, установленное на валу 7 с зазором относительно соплового аппарата. Hd активной дуге соплового аппарата выполнены основные сопла 8; на неактивной дуге соплового аппарата выполнены вспомогательные сопла 9.

Вспомогательные сопла имеют больший относительный шаг, чем основные сопла. Отношение суммарной площади проходных сечений 2 ai основных сопел к суммарной площади проходных сечений 3 32 вспомогательных сопел равно 8...12.

превышении предложенной веПри

Ј31

личины () уменьшается часть рас2.&2

хода газа, проходящего через впомогательные сопла, которые при этом не в состоянии разогнать газ, находящийся между лопатками рабочего колеса на неактивной дуге, и ликвидировать застойную зону, повысив тем самым КПД турбины.

Если турбина выполнена с соотношением меньше предложенного (. 1 8) увелиЈ. 32

чивается часть расхода газа, проходящая через вспомогательные сопла и на гекающая на рабочее колесо под нерасчетным углом, в результате чего КПД турбины падает.

Для уменьшения пульсации газа на выходе из вспомогательных сопел и выравнивания потока газа перед рабочим колесом на неактивной дуге в сопловом аппарате на поверхности, обращенной к рабочему колесу, выполнена проточка, а величина зазора дг на неактивной дуге меньше или равна трем величинам зазора 5т на активной дуге.

При превышении указанной величины газ протекает по зазору, не попадая на рабочее колесо на неактивной дуге и не ликвидируя застойную зону.

Турбина работает следующим образом.

Рабочее колесо через подводящий патрубок 4 поступает на сопловой аппарат 1, затем,срабатываясь на рабочем колесе 5, выходит в атмосферу (фиг.1 и 2). При этом 80...85% газа подводится к рабочему колесу

на активной дуге через основные сопла с традиционными, аэродинамически отработанными профилями, а 10...15% газа посту- пает на рабочее колесо на неактивной дуге через специально спрофилированные вспо- могательные сопла канального типа с увеличенным относительным шагом и малым углом выхода потока (омвспом. 1...50). Благодаря вспомогательным соплам удается ус- транить потери, возникающие на неактивной дуге парциальной турбины - вентиляционные и краевые, т.к. газ поступает на рабочее колесо по всей окружности. Поэтому застойная зона на неактивной дуге, характерная для парциальных турбин, отсутствует, а именно наличие застойной зоны и обусловливает вышеперечисленные потери.

Следует особо отметить, что та часть газа, которая подводится на неактивную дугу, не Является потерянной. Газ, проходя через вспомогательные сопла, поступает на рабочее колесо и срабатывается на нем, правда с несколько меньшей эффективно- стыо чем газ, поступающий через основные сопла.

На фиг. 3 изображены зависимости КПД от (U/Сад) для парциальных турбин по (1,2)

- 10; для прототипа -11; для предложенной малорасходной турбины - 12.

Данное конструктивное решение позволяет повысить КПД малорасходных турбин на 10...15% по сравнению с прототипом.

Формула изобретения

1,Малорасходная турбина, содержащая сопловой аппарат с выполненными на активной дуге основными соплами и установленное относительно него с зазором рабочее колесо, отличающаяся тем, что, с целью повышения экономичности путем уменьшения парциальных потерь, в со- пповом аппарате на неактивной дуге выполнены вспомогательные сопла, имеющие больший относительный шаг, чем соответствующий относительный шаг основных сопл, отношение суммарной площади проходных сечений основных сопл к суммарной площади проходных сечений вспомогательных сопя раоно 8-12.

2.Турбина по п.1,отличающаяся тем, что в сопловом аппарате на неактивной дуге, на поверхности, обращенной к рабочему колесу, выполнена проточка, а величина зазора на неактивной дуге меньше или равна трем величинам зазора на активной дуге.

Использование: турбины с ограниченным расходом рабочего тела. Сущность изо- бретения: в малорасходной турбине, содержащей сопловой аппарат (СА) с выполненными на активной дуге основными соплами (С) и установленное относительно него с зазором рабочее колесо (РК), в СА на неактивной дуге выполнены вспомогательные С, имеющие больший относительный шаг, чем относительный шаг основных С, а отношение суммарной площади проходных сечений основных С к суммарной площади проходных сечений вспомогательных С равно 8...12. Кроме того. СА на неактивной дуге на поверхности, обращенной к РК, выполнена проточка, а величина зазора на неактивной дуге меньше или равна трем величинам зазора на активной дуге. 1 з.п.ф-лы, 3 ил. Ј

9

#

Фиг. 2

11

11

ю

Фие.З