CZ280305B6

CZ280305B6 - Axiálně protékaná turbína

Info

Publication number: CZ280305B6
Application number: CS922612A
Authority: CZ
Inventors: Jozef Ing. Baets; Peter Elvekjaer
Original assignee: Asea Brown Boveri Ag
Priority date: 1991-09-19
Filing date: 1992-08-25
Publication date: 1995-12-13
Also published as: DE59205387D1; PL168648B1; CZ261292A3; CN1025062C; PL295860A1; KR930006317A; EP0532907B1; CN1070717A; EP0532907A1; JPH05195709A; RU2050439C1

Abstract

Turbína má alespoň jednu řadu přestavitelných lopatek (8) a alespoň jednu řadu oběžných lopatek (5) a je opatřena před přestavitelnými vodicími lopatkami (8) pevnou lopatkovou mříží. Přestavitelné vodicí lopatky (8) mají poměr tětivy (S) k rozteči (T) podstatně menší než je tento poměr u pevných vodicích lopatek (113). U výhodného provedení je tento poměr poloviční. Přestavitelné vodicí lopatky (8) mají přímou osu (14) skeletu se symetrickým profilem.ŕ

Description

Vynález se týká axiálně protékané turbíny s alespoň jednou řadou přestavítelných vodicích lopatek a alespoň jednou řadou oběžných lopatek.

Dosavadní stav techniky

Turbíny uvedeného druhu jsou dostatečně známé ze soustrojí turbokompresorů na odpadní plyny. Vedle možnosti přestavování vodicích lopatek v kompresoru se jako regulační zásah pro zlepšení zrychlení a průběhu kroutícího momentu používá i přestavování vodicích lopatek turbíny. Takové provedení je známé například z EP 253 234 Al. Pomocí stavitelných vodicích lopatek turbíny se dosáhne pro daný průtok většího spádu. Tím se zvýší výkon turbíny, frekvence otáčení turbíny a konečné plnicí tlak. Aby se přestavitelné lopatky při horkém provozu nezadřely, musí být zpravidla vestavěny s přiměřenou vůlí. Zvlášť v zavřeném stavu se může nevýhodně projevit štěrbinové proudění na hlavě a patě lopatek, což ovlivní nepříznivě hlavní proudění v kanálu. Protože navíc působí na přestavitelné lopatky v axiálním a obvodovém směru velké fluidní síly, musí být často lopatky upnuty jak na hlavě, tak i na patní části, pro odlehčeni přestavovacího hřídele.

Úkolem vynálezu je odstranit shora uvedené nevýhody zejména tím, že na axiálně protékané turbíně se provede opatření, pomocí něhož síly proudění působící na přestavitelné lopatky se zredukují, aby došlo ke zredukování i přestavovacích sil.

Podstata vynálezu

Uvedený úkol splňuje axiálně protékaná turbína s alespoň jednou řadou přestavítelných vodicích lopatek a alespoň jednou řadou oběžných lopatek, podle vynálezu, jehož podstatou je, že před přestavitelnými vodícími lopatkami je uspořádána pevná lopatková mříž, přičemž přestavitelné vodicí lopatky mají poměr tětivy k rozteči podstatně menší, než je tento poměr u pevných vodicích lopatek.

Je výhodné, když tento poměr tětivy k rozteči u přestavitelných vodicích lopatek odpovídá zhruba polovině poměru tětivy k rozteči u pevných vodicích lopatek a když přestavitelné vodicí lopatky mají délku tětivy alespoň přibližně stejnou jako pevné vodicí lopatky.

Za předpokladu, že lopatkování pevné vodici lopatkové mříže je provedeno z levných dílů ze sériové výroby, a že poměr roztečí je optimalizován pro příslušné plné zatíženi, spočívá výhoda vynálezu kromě jiného zejména v tom, že ve srovnání s pevnými vodícími lopatkami musí být upravena jako vodici lopatky pouze polovina. Dále jsou vzhledem k pouze mírnému obrácení proudu síly působící na přestavitelné lopatky malé, což příznivě působí na uspořádání přestavovacího zařízení. ,

-1CZ 280305 B6

Dále je výhodné, když mají vodicí lopatky přímou osu skeletu se symetrickým profilem. Tímto opatřením mohou být dostatečné známé vlastnosti takové mříže, tj. necitlivost při nabíhání, využity pro bezztrátové obrácení proudění.

Dále se doporučuje, aby přestavitelné vodicí lopatky byly v oblasti nábéžné hrany provedeny v radiálním směru kuželovité. Kuželovítost by měla zohledňovat maximální Machovo číslo. Tímto opatřením se zabrání vznikání rázových vln na špičce profilu nábéžné hrany lopatky.

Přehled obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže objasněn na připojených výkresech na příkladném provedení na jednostupňové turbíně turbokompresoru na odpadní plyny s axiálné/radiálním výstupem, kde na obr. 1 je dílčí podélný řez turbínou a na obr. 2 je část rozvinutí válcového řezu na středním průměru protékaného kanálu z obr. 1.

Pro snadnější pochopení vynálezu jsou znázorněny pouze podstatné prvky. Ze zařízení není znázorněn například kompresor, skříň, rotor s ložisky atd. Směr proudění pracovního média je naznačen šipkami.

Příklady provedení vynálezu

U plynové turbíny, znázorněné schematicky na obr. 1, jsou stěny protékaného kanálu 1 tvořeny jednak vnitřním nábojem 2 a jednak vnějším nosičem 3 lopatek. Nosič 3. lopatek je vhodným způsobem zavěšen ve skříni 4. V oblasti oběžných lopatek 5 je kanál 1 uvnitř omezen kotoučem 6 rotoru a směrem ven krytem 7.

Přestavitelné vodicí lopatky 8 jsou provedeny s výhodou s příslušným přestavovacím hřídelem 9 z jednoho kusu. Hřídel 9 je uložen v pouzdru 10, které prochází skříní 4 a nosičem 3 lopatek. Na svém konci, vystupujícím z pouzdra 10, je hřídel 9 spojen s otočnou pákou 11. Tato páka 11 je pomocí čepu 12 spojena s neznázorněným přestavovacím kroužkem.

Před přestavitelnou lopatkovou mříží je uspořádána klasická pevná vodicí lopatková mříž. Její lopatky 13 jsou optimalizovány na plné zatížení jednak svým počtem a jednak svým poměrem tětivy S ku rozteči T. Tyto lopatky 13 dodávají proudění točivost, takže v následující přestavitelné vodicí lopatkové mříži nedochází v podstatě k žádnému obracení proudění.

Přestavitelné vodicí lopatky 8 mají přibližné stejnou délku tětivy S jako pevné vodicí lopatky 13. Vzhledem k velmi mírnému obracení proudění jsou tyto oběžné lopatky 8 uspořádány v mříži s přibližně dvojitou roztečí, takže jejich počet zhruba odpovídá asi polovině počtu pevných vodicích lopatek 13,. Mají symetrický profil s přímou osou 14 skeletu. Ve znázorněném provedení turbokompresoru na odpadní plyny může být na výstupu z pevné vodicí lopatkové mříže překročeno Machovo číslo 1. Za tím účelem probíhá nábéžná hrana 15 přestavitelných vodicích lopatek 8 v radiálním směru kuželovité, aby se zabránilo vzniku rázových vln na špičce profilu.

-2CZ 280305 B6

Vlastní přestavování vodicích lopatek 8 v mříži se provádí tyčovým ústrojím s otočnou pákou 11 s čepem 12, uloženou ve skříni 4 pomocí neznázornéného ovládacího prostředku, známého z konstrukce kompresoru. Přestavování se provádí s výhodou automaticky jako funkce provozních parametrů, jako je plnicí tlak, frekvence otáčení atd.

Rozvinutý válcový řez na obr. 2 znázorňuje ve zvětšeném měřítku rozložení lopatek 5, 2, 13 uvažované turbíny. Pro názornost se uvádějí u příkladného provedení následující údaje: poměr tloušťky profilu k tětivě S činí u přestavitelných vodicích lopatek 8 0,25. Poměr tětivy S k rozteči 2? činí u pevných vodicích lopatek 5 asi 1,20, u přestavitelných vodicích lopatek 8 asi 0,6. Podle odborné literatury (například TRAUPEL, Thermische Turbomaschinen, 1. svazek, 1966, str. 364, obr. 8.4.1) jsou tím dosaženy optimální poměry roztečí pro obě za sebou zařazené vodicí mříže, přičemž byly současně zohledněny obvyklé vstupní a výstupní poměry turbín turbokompresorů na odpadní plyny.

Vodicí lopatky 8 jsou nabíhány za stejných podmínek, za kterých proud opouští vodicí lopatky 13,. Jsou nastaveny tak, že pracují v necitlivém rozsahu. Odpadní plyny opouštějí přestavítelnou mříž při plném zatížení pod úhlem asi 15 až 20 ·. Rozsah přestavení vodicích lopatek 8 činí s výhodou 5 až 10 · na obě strany.

Rozumí se, že v praxi se poměr rozteče T k tětivě S optimalizuje vzhledem k významu dílčího zatížení, s kterým zatěžovaný stroj pracuje.

Vynález samozřejmé není omezen na znázorněný a popsaný příklad provedení. Na rozdíl od tohoto provedení může být tvar skeletu přestavitelných vodicích lopatek i zakřivený, což však samozřejmé způsobuje podstatné zdražení výroby, pokud se nejedná o odlitky. U přestavitelných vodicích lopatek může být obrys jejich špičky a paty vytvarován zakřivené podle příslušných protilehlých částí skříně, aby při natáčení lopatek byla velikost štěrbiny stále stejná. A konečné není řešení podle vynálezu v žádném případě omezeno pouze na turbíny turbokompresorů.

Claims

1. Axiálně protékaná turbína s alespoň jednou řadou přestavitelných vodicích lopatek (8) a alespoň jednou řadou oběžných lopatek (5), vyznačující se tím, že před přestavítelnými vodícími lopatkami (8) je uspořádána pevná lopatková mříž, přičemž přestavitelné vodicí lopatky (8) mají poměr tětivy (S) k rozteči (T) podstatné menší, než je tento poměr u pevných vodicích lopatek (13).

2. Axiálně protékaná turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že poměr tětivy k rozteči (S/T) přestavitelných vodicích lopatek (8) je zhruba polovinou poměru tětivy (S) k rozteči (T) pevných vodicích lopatek (13).

-3CZ 280305 B6

3. Axiálně protékaná turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že přestavitelně vodicí lopatky (8) mají délku tětivy (S) alespoň přibližné stejnou jako pevné vodicí lopatky (13).

4. Axiálně protékaná turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že přestavitelně vodicí lopatky (8) mají přímou osu (14) skeletu se symetrickým profilem.

5. Axiálně protékaná turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že přestavitelně vodicí lopatky (8) mají v oblasti náběžné hrany (15) v radiálním směru kuželový průběh.

6. Axiálně protékaná turbína podle nároku 1, vyznačující se tím, že průtočný kanál (1) turbíny má v oblasti přestavitelných vodicích lopatek (8) válcový průběh.