Главная страница  |  Описание сайта  |  Контакты
СТУПЕНЬ ТУРБОМАШИНЫ
СТУПЕНЬ ТУРБОМАШИНЫ

СТУПЕНЬ ТУРБОМАШИНЫ

Патент Российской Федерации
Суть изобретения: Ступень турбомашины содержит диафрагму с направляющими лопатками и рабочее колесо. Рабочие лопатки рабочего колеса расположены с осевым зазором относительно направляющих лопаток. Диафрагма выполнена в виде кольца, не полностью охватывающего по окружности вал турбины. Такое выполнение турбины повышает устойчивость ее работы и КПД. 2 ил.
Поиск по сайту

1. С помощью поисковых систем

   С помощью Google:    

2. Экспресс-поиск по номеру патента


введите номер патента (7 цифр)

3. По номеру патента и году публикации

2000000 ... 2099999   (1994-1997 гг.)

2100000 ... 2199999   (1997-2003 гг.)
Номер патента: 2128775
Класс(ы) патента: F01D9/04
Номер заявки: 96111663/06
Дата подачи заявки: 14.06.1996
Дата публикации: 10.04.1999
Заявитель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Контакт"
Автор(ы): Космынин А.В.; Виноградов В.С.
Патентообладатель(и): Общество с ограниченной ответственностью "Контакт"
Описание изобретения: Изобретение относится к турбостроению и может быть использовано при проектировании и модернизации пневмотурбомашин.
Уровень техники изобретения известен из устройства, содержащего диафрагму и рабочее колесо с рабочими лопатками, расположенными с осевым зазором относительно решетки направляющих лопаток, отношение количества направляющих лопаток к количеству рабочих лопаток составляет 0,75 - 0,9 при отношении осевого зазора на периферии к горлу решеток направляющих лопаток на периферии, равном 0,9 - 3,0 (авторское свидетельство N 1511437, F 01 D 1/02).
Известное устройство обеспечивает при оптимально выбранных заявленных отношениях надежную и экономичную работу.
Недостатком известного устройства является низкий коэффициент полезного действия (КПД) турбины, обусловленный потерями мощности на трение рабочей среды в ступени, которые не учитываются заявленными отношениями.
Потери мощности рабочей среды в ступени турбомашины складываются из потерь в каналах и потерь вне каналов (концевые потери). Потери в каналах подразделяются на профильные и вторичные, а потери концевые - на потери трения (на всех поверхностях, кроме образующих каналы) и на потери в зазоре. Таким образом, потери мощности рабочей среды в ступени равны
Пт = Ппр + Пвт + Пт + Пз,
где Пт - потери мощности рабочей среды в ступени турбомашины;
Ппр - потери профильные;
Пвт - потери вторичные;
Пт - потери трения газа о диск направляющего аппарата и рабочего колеса;
Пз - потери в зазорах.
Коэффициент полезного действия (КПД) турбины - отношение полезного эффекта к располагаемой работе - зависит от величины потерь мощности рабочей среды в ступени турбомашины. Потери мощности рабочей среды в каналах и зазорах зависят от геометрических параметров турбины и параметров, характеризующих режим работы (числа М и Ре).
В известном устройстве предусмотрено регулирование этих потерь геометрическими параметрами и учтено влияние геометрических параметров на экономичность и надежность работы устройства.
В известном устройстве также выявлено влияние величины относительного зазора на КПД турбины. Однако влияние потерь мощности рабочей среды от дискового трения на экономичность, надежность и КПД в известном устройстве не учитывается, несмотря на то, что в турбинах, имеющих количество дисковых поверхностей, более одной, эти потери значительны (20-25%), так как зависят от количества поверхностей (их суммарной площади).
Задачей изобретения является создание экономичной и технологичной турбомашины.
Технический результат, достигаемый при решении поставленной задачи, заключается в повышении КПД и устойчивости работы турбины.
Это достигается выполнением направляющего аппарата (диафрагмы) в виде кольца с направляющими лопатками, не полностью охватывающим по окружности вал турбины за счет наличия в диафрагме паза.
Существенные признаки, характеризующие ступень турбомашины: ограничительные - диафрагма с направляющими лопатками, рабочее колесо с рабочими лопатками, осевой зазор между решетками направляющих и рабочих лопаток; отличительные - диафрагма выполнена в виде кольца, не полностью охватывающего по окружности вал турбины.
Влияние заявляемой формы диафрагмы на повышение КПД турбины подтверждается экспериментально и в источниках общедоступной информации не обнаружено.
Для эксперимента были изготовлены ступени турбомашины с двумя рабочими колесами с установленной между ними диафрагмой различной формы: 1 - кольцо, полностью охватывающее по окружности вал турбины, 2 - кольцо, не полностью охватывающее по окружности вал турбины, за счет выполнения в диафрагме паза. Относительная ширина паза изменялась в диапазоне 0,08 - 0,7.
По результатам эксперимента получена зависимость относительной потери мощности газа от относительной ширины паза диафрагмы Δp (где Nf /Ne, - мощность трения газа о диски, Ne - эффективная мощность турбины).
На фиг. 1 представлен график, показывающий эффективность использования диафрагмы, имеющей форму кольца, не полностью охватывающего по окружности вал турбины. Точка "А" на графике соответствует относительной потере мощности на трение газа о диски в ступени турбомашины с диафрагмой, имеющей форму кольца, полностью охватывающего по окружности вал турбины. Как видно из графика, снижение потерь мощности на трение происходит при увеличении относительной ширины паза.
Другой технический результат - повышение устойчивой работы турбомашины - достигается снижением дисбаланса за счет уменьшения количества посадочных мест на валу турбины.
Это достигается тем, что вал турбины и два рабочих колеса выполняются за одно целое, а диафрагма, выполненная согласно изобретению, устанавливается на вал в процессе сборки ротора. Такой монтаж ротора снижает величину его дисбаланса и, следовательно, повышает устойчивость работы ступени турбомашины.
На фиг. 2 представлена ступень турбомашины и ее разрез по сечению А-А.
Ступень турбомашины содержит: корпус 1, рабочие колеса 2, диафрагму 3 (направляющий аппарат), вал турбины 4. Диафрагма имеет форму кольца, в котором выполнен паз со сторонами, перпендикулярными оси вала (один из вариантов выполнения паза), соединяющими наружную и внутреннюю окружности кольца.
При работе турбомашины рабочая среда из соплового аппарата (на фиг. не показан) поступает на первое рабочее колесо и через направляющие лопатки диафрагмы на второе рабочее колесо, обеспечивая вращение ротора. За счет наличия в диафрагме паза, уменьшается ее площадь поверхности. Таким образом, суммарная площадь поверхностей всех дисков, от которых возникает дисковое трение, также уменьшается, что способствует уменьшению суммарных потерь мощности в ступени турбомашины в процессе ее работы.
Кроме того, дополнительный технический результат, достигаемый в процессе решения поставленной задачи, заключается в упрощении технологии сборки ротора турбомашины за счет снижения количества технологических операций, связанных с изготовлением и балансировкой ротора.
Формула изобретения: Ступень турбомашины, содержащая диафрагму с направляющими лопатками и рабочее колесо, рабочие лопатки которого расположены с осевым зазором относительно направляющих лопаток, отличающаяся тем, что диафрагма выполнена в виде кольца, не полностью охватывающего по окружности вал турбины.