PL179810B1 - Maszyna wirnikowa z przeplywem osiowym PL - Google Patents

Abstract

1. Maszyna wirnikowa z przeplywem osiowym, z co najmniej jedna komora upustowa na jej korpusie obudowy, do której odprowadza- na jest przez otwory upustowe czesc medium sto- sowanego do napedu maszyny, znamienna tym, ze we wnetrzu komory upustowej (7) przy otwo- rze upustowym (6) jest umieszczony przebie- gajacy zasadniczo promieniowo dyfuzor (23), przy czym stosunek promieniowych odleglosci (R2/R1) dyfuzora (23) to jest promieniowej od- leglosci (R2) otworu wylotowego od osi obrotu do promieniowej odleglosci (R1) otworu wlotowe- go od osi obrotu, jest wiekszy od 1,3 [R2/R1 1.3], a dufuzor (23) jest opisany zasadniczo przez dlugosc jego profilu (L) i szerokosc upustu (H), przy czym stosunek dlugosci profilu (L) do szerokosci upustu (H) wynosi co najmniej dziesiec [L/H = 10]. Fig.2 PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest maszyna wirnikowa z przepływem osiowym, z co najmniej jedną komorą upustową najej korpusie obudowy, do której odprowadzana jest przez otwory upustowe część medium stosowanego do napędu maszyny.

Znane są maszyny wirnikowe z przepływem osiowym mające tego rodzaju komory upustowe. Maszyna wirnikowa składa się zasadniczo z wirnika, wyposażonego w wirujące wraz z nim łopatki, oraz z korpusu, w którym osadzone są łopatki kierujące. W każdy odstęp pomiędzy poszczególnymi pojedynczymi rzędami łopatek wirujących jest wprowadzony pojedynczy rząd łopatek kierujących. W celu odprowadzania z maszyny medium roboczego usytuowane zostały między rzędami łopatek kierujących otwory upustowe. Poprzez te otwory upustowe medium robocze może przechodzić do komory upustowej, usytuowanej w korpusie maszyny i przebiegającej obwodowo. Medium robocze jest następnie odprowadzane z komory upustowej i wykorzystywane dalej. Jeżeli medium robocze o dużej energii kinetycznej i przy przepływie odznaczającym się znacznym momentem pędu uchodzi do komory upustowej o znacznej szerokości w porównaniu z szerokością otworów upustowych, to energia kinetyczna ulega praktycznie całkowitemu rozproszeniu. Może to być powodem występowania znacznego zmniejszenia się energii. W wypadku przepływu z silnymi zawirowaniami może wystąpić dalsze zmniejszenie energii, spowodowane znacznymi przepływami ciepła wynikające z dobrego przenoszenia ciepła.

W szwajcarskim opisie patentowym nr CH 661 319 A5 otwór upustowy ukształtowany został w postaci dyfuzora, w którym co najmniej jedna ściana tego otworu jest odchylona od środka otworu, tak że uzyskuje się rozszerzenie otworu upustowego. Stosunek promieniowej odległości od osi obrotu otworu wylotowego do podobnej promieniowej odległości otworu wlotowego jest

179 810 jednak w tym dyfuzorze tak mały, że moment pędu przepływów z silnymi zawirowaniami nie zostaje zredukowany w dostatecznym stopniu. Uzyskuje się przez to bardzo niewielki współczynnik odzysku. Współczynnik odzysku określa udział odzyskanej energii kinetycznej i jest liczbą zawartą w przedziale od zera do jeden. Niejednorodności w dopływie do otworów upustowych mogą przy tym prowadzić w krótkim dyfuzorze do całkowitego oderwania strugi, w wyniku czego współczynnik odzysku maleje do zera.

Celem wynalazku jest uniknięcie zmniejszenia się energii w komorze upustowej w korpusie maszyny wirnikowej z przepływem osiowym, takiego typu jaki przedstawiono na wstępie.

Maszyny wirnikowa z przepływem osiowym, z co najmniej jedną komorą upustową na jej korpusie obudowy, do której odprowadzana jest przez otwory upustowe część medium stosowanego do napędu maszyny, według wynalazku charakteryzuje się tym, że we wnętrzu komory upustowej przy otworze upustowym jest umieszczony przebiegający zasadniczo promieniowo dyfuzor, przy czym stosunek promieniowych odległości dyfuzora to jest promieniowej odległości otworu wylotowego od osi obrotu do promieniowej odległości otworu wlotowego od osi obrotu, jest większy od 1,3 [R2/R1> 1.3], a dyfuzor jest opisany zasadniczo przez długość jego profilu i szerokość upustu, przy czym stosunek długości profilu do szerokości upustu wynosi co najmniej dziesięć [L/H > 10].

Korzystnie, w dyfuzorze przy jego wylocie usytuowana jest siatka odchylająca.

Korzystnie, dyfuzor jest utworzony przez ścianę komory upustowej i ścianę dyfuzora.

Korzystnie, ściana dyfuzora jest wstawiona w komorę upustową.

Korzystnie, ściana dyfuzora jest umieszczona w rowkach prowadzących.

Korzystnie, tworząca dyfuzor ściana komory upustowej jest ścianą komory upustowej znajdującą się po stronie wypływu.

Korzystnie, siatka odchylająca jest umieszczona na ścianie dyfuzora.

Zaletą rozwiązania według wynalazku stanowi między innymi to, że dzięki wybraniu promieniowego przebiegu dyfuzora i znacznej długości jego profilu zostają skutecznie zredukowane składowa normalna i styczne prędkości przepływu. Dyfuzor ma dlatego mocnąkonstrukcję, to znaczy jest niewrażliwy na warunki dopływu do otworu upustowego.

Celowe jest, zwłaszcza w wypadku małej wartości stosunku promieniowych odległości od osi obrotu otworu wylotowego i wlotowego, wbudowanie przed wylotem dyfuzora siatki odchylającej. Powoduje ona pełną likwidację składowej stycznej prędkości i prowadzi przez to do uzyskania możliwie największego współczynnika odzysku.

Dzięki temu, że jedną ze ścian dyfuzora jest ściana komory upustowej, omywana wypływającym medium, minimalne są przepływy ciepła przez ścianę komory. Minimalne są przy tym dzięki temu koszty konstrukcji, ponieważ należy wykonać tylko jedną ścianę dyfuzora.

Przedmiot wynalazku jest uwidoczniony w przykładzie wykonania na rysunku na którym fig. 1 przedstawia turbinę parową w częściowym przekroju poprzecznym, fig. 2 - szczegół II z fig. 1 w powiększeniu, a fig. 3 - wygięcie siatki odchylającej dyfuzora.

Na rysunku pokazano tylko zasadnicze elementy turbiny parowej, niezbędne do zrozumienia wynalazku. Nie są pokazane np. doprowadzenia i odprowadzenia pary jak również łożyska wału. Kierunek przepływu medium roboczego jest zaznaczony strzałkami.

Jak pokazano na fig. 1 wirnik 1 składa się z zespawanych razem tarczowych segmentów·, wyposażonych na obwodzie w łopatki wirujące 2, osadzone na nim w kilku rzędach 10,11,12 i 13. Wirnik 1 jest otoczony korpusem obudowy 3, dzielonym poosiowo i powiązanym nie pokazanymi kołnierzami. W korpusie obudowy 3 umieszczone są w kilku rzędach 14,15,16 i 17, odpowiednio względem łopatek wirujących 2, łopatki kierujące 4.

Para dociera do kanału dopływowego 5 w kształcie torusa w korpusie obudowy 3 poprzez nie pokazany przewód doprowadzający. Kształt torusa zapewnia właściwy podział strumienia pary na dwa strumienie, w postaci których przepływa przez turbinę. Para po oddaniu energii wirnikowi 1 przy współudziale łopatek kierujących 4 jest odprowadzana na zewnątrz.

Między rzędami 15 a 16 oraz 16 a 17 łopatek kierujących usytuowane są otwory upustowe 6. Poprzez te, zasadniczo szczelinowe, otwory upustowe 6, biegnące wokół całego korpusu, para

179 810 jest odprowadzana do otaczających wokół cały korpus komór upustowych 7, mającej zasadniczo kształt torusa. Przez każdy z tych otworów upustowych 6 uchodzi para o właściwej dla niej w danym miejscu temperaturze i odpowiednim ciśnieniu. Ta odprowadzana para jest gromadzona w komorach upustowych 7 i odprowadzana następnie nie pokazanym przewodem upustowym. Para ta może być wykorzystana na przykład do ogrzewania wody zasilającej kocioł w obiegu parowym.

Ściana 20 dyfuzorajest na fig. 2 pokazana jako łącząca się w komorze upustowej 7 bezpośrednio z otworem upustowym 6. Wyznacza ona, łącznie ze znajdującą się po stronie wypływu, omywanej wypływającym medium, ścianą 9 komory upustowej, granice dyfuzora 23 z jego wylotem 26. Temperatura znajdującej się po stronie wypływu, omywanej wypływającym medium, ściany 9 komory upustowej jak również stopy łopatki kierującej 4 odpowiada zasadniczo temperaturze upuszczanej pary. Do mocowania ściany 20 dyfuzora służą nacięte wokół przy otworze upustowym 6 rowki prowadzące 21 i rowki prowadzące 22 w żeberkach 8. Większa liczba tych żeberek 8 jest rozmieszczona równomiernie na obwodzie korpusu 3.

Ściana 20 dyfuzora jest wykonana przykładowo za pomocą obróbki plastycznej z blachy jako dwuczęściowa, odpowiednio do dwuczęściowego korpusu obudowy 3. Dzięki temu ściana 20 dyfuzora może zostać wsunięta kołowo w rowki prowadzące 21 i 22. Dyfuzor 23 jest opisany stosunkiem L/H to jest długości L jego profilu do szerokości H upustu w otworze upustowym 6, stosunkiem R2/R1, to jest stosunkiem promieniowej odległości R2 otworu wylotowego od osi obrotu do promieniowej odległości R1 od tej osi otworu wlotowego, jak również stosunkiem A2/A1 to jest stosunkiem powierzchni A2 wylotu 26 dyfuzora do powierzchni A1 jego wlotu w otworze upustowym 6. Ażeby w znacznym stopniu zredukować składowe normalną i styczną prędkość wpadającego przepływu stosunek długości L profilu do szerokości H upustu wynosi korzystnie co najmniej dziesięć (L/H > 10). Na figurze 2, dla uzyskania możliwie dużego współczynnika odzysku, stosunek długości L profilu do szerokości H upustu dobrano większy od piętnastu. Dyfuzor 23 jest znacznie wydłużony promieniowo, tak że stosunek promieniowych odległości R2/R1> 1,3. Efektem tego jest zmniejszenie się składowej stycznej prędkości wylotowej przepływu w dyfuzorze 23 przy jego wylocie 26 w porównaniu ze składową styczną prędkości wlotowej w szczelinowym otworze upustowym 6. Stosunek przekroju poprzecznego wylotu A2 do przekroju poprzecznego wlotu Al jest dobrany oczywiście odpowiednio do ogólnie znanych wymagań w stosunku do dyfuzorów, w których nie występuje w trakcie przepływu zjawisko odrywania strugi od jego ścian. Przy stosunku długości L profilu do szerokości H upustu wynoszącym co najmniej dziesięć osiąga się stosunek powierzchni przekroju poprzecznego wylotu A2 do powierzchni przekroju poprzecznego wlotu Al wynoszący około trzy lub większy. Jeżeli przykładowo przy równoodległym położeniu ściany 20 dyfuzora względnym ściany 9 komory upustowej nie można uzyskać pożądanego stosunku powierzchni A2/A1, to rowek prowadzący 22 jest sytuowany po prostu dalej lub bliżej względem ściany 9 komory upustowej. Można w ten sposób uzyskać dowolne stosunki powierzchni przekroju poprzecznego wylotu do powierzchni przekroju poprzecznego wlotu.

Przy wylocie dyfuzora 23 można umieścić dodatkowo na jego ścianie 20 siatkę odchylającą 24. Powoduje ona redukowanie resztkowej składowej stycznej prędkości. Prowadzi to w związku z tym do dalszego wzrostu odzyskiwania ciśnienia i redukcji przepływu ciepła w komorze upustowej.

Siatkę odchylającą 24 stanowią według fig. 3 łopatki 25, których kształt jest podany jedynie przykładowo. Łopatki 25 mogą być wykonane na przykład z blachy. Są one mocowane na ścianie 20 dyfuzora przed jej kołowym zamontowaniem w komorze upustowej 7, na przykład przez zgrzewanie lub nitowanie.

179 810

Przez wbudowanie dyfuzora do komory upustowej 7 można uniknąć znacznych strat energii. Przedstawione to zostanie poniżej na podstawie przybliżonych obliczeń. W wypadku powyższego dyfuzora 23 wobec pary wlotowej winny obowiązywać następujące warunki:

- ciśnienie wejściowe s 250 mbar (25 kPa)

- entalpia wejściowa s 2600 kJ/kg

- prędkość na wejściu s 250 m/s

Przy tych parametrach dla pojedynczej komory upustowej bez dyfuzora 23 dochodzi do zmniejszenia się energii z 180 kW. Odpowiada to zmniejszeniu się energii o 1 MW w wypadku dwustrumieniowej niskociśnieniowej turbiny parowej z trzema komorami upustowymi 7. Dzięki dyfuzorowi 23 można przy tym uniknąć dalszego, nie dającego się określić ilościowo, zmniejszenia energii, związanego z przepływem bez zawirowań i wynikającego stąd obniżonego przenoszenia ciepła.

Wynalazek nie ogranicza się oczywiście do przedstawionego i opisanego przykładu wykonania. Wbudowanie dyfuzora do komory upustowej może być zrealizowane w każdej maszynie wirnikowej z przepływem osiowym ze znaczną energią przepływu w komorze upustowej. Dyfuzor może być również zbudowany z dwóch własnych ścian, bez wykorzystywania ściany komory upustowej. Mocowanie ściany dyfuzora może być naturalnie zrealizowane także dowolnym innym sposobem. Kształt (kąt odchylenia, długość cięciwy i podziałka) i położenie siatki odchylającej są określone przez dany przepływ omywający wylot dyfuzora.

179 810

22 26

Η 6 4

Fig.2

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (7)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Maszyna wirnikowa z przepływem osiowym, z co najmniej jedną komora upustową na jej korpusie obudowy, do której odprowadzana jest przez otwory upustowe część medium stosowanego do napędu maszyny, znamienna tym, że we wnętrzu komory upustowej (7) przy otworze upustowym (6) jest umieszczony przebiegający zasadniczo promieniowo dyfuzor (23), przy czym stosunek promieniowych odległości (R2/R1) dyfuzora (23) to jest promieniowej odległości (R2) otworu wylotowego od osi obrotu do promieniowej odległości (R1) otworu wlotowego od osi obrotu, jest większy od 1,3 [R2/R1 > 1.3], a dufuzor (23) jest opisany zasadniczo przez długość jego profilu (L) i szerokość upustu (H), przy czym stosunek długości profilu (L) do szerokości upustu (H) wynosi co najmniej dziesięć [L/H > 10].
2. 2. Maszyna wirnikowa według zastrz. 1, znamienna tym, że w dyfuzorze (23) przy jego wylocie (26) usytuowana jest siatka odchylająca (24).
3. 3. Maszyna wirnikowa według zastrz. 1, znamienna tym, że dyfuzor (23) jest utworzony przez ścianę (9) komory upustowej (7) i ścianę (20) dyfuzora.
4. 4. Maszyna wirnikowa według zastrz. 3, znamienna tym, że ściana (20) dyfuzora jest wstawiona w komorę upustową (7).
5. 5. Maszyna wirnikowa według zastrz. 4, znamienna tym, że ściana (20) dyfuzora (23) jest umieszczona w rowkach prowadzących (21, 22).
6. 6. Maszyna wirnikowa według zastrz. 3, znamienna tym, że tworząca dyfuzor ściana (9) komory upustowej jest ścianą komory upustowej znajdującą się po stronie wypływu.
7. 7. Maszyna wirnikowa według zastrz. 2 albo 3, znamienna tym, że siatka odchylająca (24) jest umieszczona na ścianie (20) dyfuzora.