RU163055U1

RU163055U1 - ADJUSTABLE PARTIAL TURBO MACHINE

Info

Publication number: RU163055U1
Application number: RU2015120144/02U
Authority: RU
Inventors: Сергей Валентинович Чехранов; Рафаиль Равильевич Симашов
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2016-07-10

Abstract

Регулируемая парциальная турбомашина, содержащая сопловой аппарат с соплами по всей его окружности, рабочее колесо, рабочие лопатки которого установлены на части диска, поворотный кожух, выполненный по меньшей мере из двух соединенных между собой секторов, охватывающих рабочее колесо со стороны входных и выходных кромок рабочих лопаток по всей высоте последних, установленный соосно с рабочим колесом с возможностью совместного вращения и перемещения в окружном направлении относительно рабочего колеса и связанный с механизмом окружного перемещения кожуха, отличающаяся тем, что рабочее колесо выполнено по крайней мере с двумя секторами рабочих лопаток, причем лопатки в каждом секторе имеют равные геометрические параметры и отличаются от геометрических параметров рабочих лопаток другого сектора углами наклона входных и выходных кромок и пропускной способностью межлопаточных каналов, при этом поворотный кожух установлен с возможностью изменения положения, при этом частично или полностью закрывается ранее открытый сектор рабочего колеса и частично или полностью открывается сектор с лопатками других геометрических параметров, соответствующих изменившимся параметрам рабочего тела.An adjustable partial turbomachine containing a nozzle apparatus with nozzles around its circumference, an impeller, impellers of which are mounted on a disk part, a rotary casing made of at least two interconnected sectors, covering the impeller from the side of the input and output edges of the blades over the entire height of the latter, mounted coaxially with the impeller with the possibility of joint rotation and movement in the circumferential direction relative to the impeller and connected with the circumferential mechanism o moving the casing, characterized in that the impeller is made with at least two sectors of the working blades, and the blades in each sector have equal geometric parameters and differ from the geometric parameters of the working blades of another sector by the angles of inclination of the input and output edges and the bandwidth of the interscapular channels, while the rotary casing is installed with the possibility of changing position, while partially or completely closing the previously open sector of the impeller and partially or completely open yvaetsya sector with blades other geometric parameters corresponding to the changed parameters of the working fluid.

Description

Полезная модель относится к машиностроению в области регулирования турбомашин с частичным облопачиванием рабочего колеса.The utility model relates to mechanical engineering in the field of regulation of turbomachines with partial blading of the impeller.

Известна осевая парциальная турбина с частичным облопачиванием рабочего колеса, т.е. содержащая лопатки только на части окружности рабочего колеса. (Авторское свидетельство №1420190, F01D 1/04, опубл. 1988 г.)Known axial partial turbine with partial blading of the impeller, i.e. containing blades only on the circumference of the impeller. (Copyright certificate No. 1420190, F01D 1/04, publ. 1988)

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является регулируемая парциальная турбомашина с частичным облопачиванием рабочего колеса, содержащая сопловой аппарат с соплами по всей его окружности, рабочее колесо, рабочие лопатки которого установлены на части диска, а также кожух, установленный соосно с рабочим колесом с возможностью совместного вращения и подключенный к механизму перемещения, выполненный по меньшей мере из двух соединенных между собой секторов, охватывающих рабочее колесо со стороны входных и выходных кромок рабочих лопаток по всей высоте последних, и установленный с возможностью перемещения в окружном направлении относительно рабочего колеса под воздействием управляющего сигнала от автоматического, или иного регулирующего устройства. (Авторское свидетельство. №1724898, F01D 1/02, опубл. 1994 г.)Closest to the claimed technical solution is an adjustable partial turbomachine with partial blading of the impeller, comprising a nozzle apparatus with nozzles along its entire circumference, an impeller whose impellers are mounted on a part of the disc, and a casing mounted coaxially with the impeller with the possibility of joint rotation and connected to the movement mechanism, made of at least two interconnected sectors, covering the impeller from the side of the input and output edges rotor blades along the entire height of the latter, and installed with the possibility of movement in the circumferential direction relative to the impeller under the influence of a control signal from an automatic or other regulatory device. (Copyright certificate. No. 1724898, F01D 1/02, publ. 1994)

У турбины с частичным облопачиванием рабочего колеса все лопатки одинаковы и в процессе регулирования мощности последовательно перекрываются кожухом, изменяя число лопаток, обтекаемых потоком рабочего тела. При таком способе регулирования мощность изменяется путем изменения расхода рабочего тела через ступень при неизменных параметрах рабочего тела перед ступенью турбины, поэтому менять профиль сопловых или рабочих лопаток нет необходимости.In a turbine with partial blading of the impeller, all blades are the same and, in the process of power control, are successively blocked by a casing, changing the number of blades streamlined by the flow of the working fluid. With this method of regulation, the power is changed by changing the flow rate of the working fluid through the stage with constant parameters of the working fluid in front of the turbine stage; therefore, it is not necessary to change the profile of nozzle or working blades.

Однако КПД таких турбомашин на переменных режимах может быть оптимальным только при условии неизменности теплоперепада на ступень, т.е. при неизменных параметрах рабочего тела. Это объясняется тем, что все лопатки рабочего колеса имеют одинаковые геометрические параметры, а изменение мощности происходит за счет изменения расхода рабочего тела через ступень при перекрытии кожухом части межлопаточных каналов рабочего колеса.However, the efficiency of such turbomachines in variable modes can be optimal only if the heat transfer to the stage remains unchanged, i.e. with constant parameters of the working fluid. This is because all the impeller blades have the same geometric parameters, and the change in power occurs due to a change in the flow rate of the working fluid through the stage when the casing covers part of the interscapular channels of the impeller.

Если же на переменных режимах работы турбомашины меняются параметры рабочего тела, то изменяются и треугольники скоростей турбинной ступени. На Фиг. 1 показано как при неизменном угле установки сопел α₁ изменение параметров рабочего тела приводит к изменению величин абсолютных и относительных скоростей потока c₁ и w₁ и, как следствие, к изменению угла входа потока на рабочие лопатки β₁. При неизменных геометрических параметрах лопаток рабочего колеса изменение угла входа потока β₁ приводит к увеличению потерь кинетической энергии от нерасчетного обтекания лопаток рабочего колеса и соответствующему падению КПД турбины.If, on variable operating modes of the turbomachine, the parameters of the working fluid change, then the speed triangles of the turbine stage also change. In FIG. Figure 1 shows how, at a constant nozzle installation angle α _{1, a} change in the parameters of the working fluid leads to a change in the absolute and relative flow velocities c ₁ and w ₁ and, as a result, to a change in the angle of entry of the flow onto the working blades β ₁ . With the geometric parameters of the impeller blades unchanged, a change in the angle of inlet of the flow β ₁ leads to an increase in the kinetic energy loss from an off-design flow around the impeller blades and a corresponding decrease in turbine efficiency.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является повышение эффективности турбомашин с частичным облопачиванием рабочего колеса на переменных режимах путем снижения потерь кинетической энергии потока от нерасчетного обтекания лопаток рабочего колеса.The problem the utility model aims to solve is to increase the efficiency of turbomachines with partial blading of the impeller in variable modes by reducing the loss of kinetic energy of the stream from the off-design flow around the impeller blades.

Для решения технической задачи предлагается конструкция парциальной турбомашины изменяемой геометрии, в которой геометрические параметры рабочего колеса соответствуют текущему режиму работы турбины.To solve the technical problem, a design of a partial turbomachine of variable geometry is proposed, in which the geometric parameters of the impeller correspond to the current mode of operation of the turbine.

Поставленная задача решается тем, что в известной регулируемой парциальной турбомашине содержащей сопловой аппарат с соплами по всей его окружности, рабочее колесо, рабочие лопатки которого установлены на части диска, кожух, выполненный, по меньшей мере, из двух соединенных между собой секторов, охватывающих рабочее колесо со стороны входных и выходных кромок рабочих лопаток по всей высоте последних, и установленный соосно с рабочим колесом с возможностью совместного вращения и перемещения в окружном направлении относительно рабочего колеса, и подключенный к механизму перемещения согласно полезной модели рабочее колесо выполнено по крайней мере, с двумя секторами рабочих лопаток, причем, каждый сектор внутри себя содержит лопатки равных геометрических параметров, отличающихся от геометрических параметров рабочих лопаток другого сектора различными углами наклона входных и выходных кромок и пропускной способностью межлопаточных каналов, а поворотный кожух установлен с возможностью менять положение под воздействием управляющего сигнала, при этом частично или полностью закрывается ранее открытый сектор рабочего колеса и частично или полностью открывается сектор с лопатками других геометрических параметров, соответствующих изменившимся параметрам рабочего тела.The problem is solved in that in a known adjustable partial turbomachine containing a nozzle apparatus with nozzles around its circumference, an impeller, impellers of which are mounted on a disk part, a casing made of at least two interconnected sectors covering the impeller from the side of the input and output edges of the blades over the entire height of the latter, and mounted coaxially with the impeller with the possibility of joint rotation and movement in the circumferential direction relative to the working wheels, and the impeller connected to the movement mechanism according to the utility model is made with at least two sectors of working blades, each sector containing blades of equal geometric parameters, different from the geometric parameters of the working blades of another sector with different angles of inclination of the input and output edges and the bandwidth of the interscapular channels, and the rotary casing is installed with the ability to change position under the influence of a control signal, while partially or completely Stu closes the previously open impeller sector and partially or fully open sector with blades other geometric parameters corresponding to the changed parameters of the working fluid.

Технический результат полезной модели - повышение экономичности парциальной турбомашины на переменных режимах, и достигается конструкцией, обеспечивающей снижение потерь кинетической энергии потока от нерасчетного обтекания лопаток рабочего колеса.The technical result of the utility model is to increase the efficiency of a partial turbomachine in variable modes, and is achieved by a design that provides a reduction in the kinetic energy loss from the off-stream flow around the impeller blades.

Сущность полезной модели поясняется чертежами, где:The essence of the utility model is illustrated by drawings, where:

на Фиг. 2 представлен разрез осевой турбины с одним из возможных устройств окружного перемещения вращающегося кожуха;in FIG. 2 shows a section through an axial turbine with one of the possible devices for the circumferential movement of a rotating casing;

на Фиг. 3 представлен разрез А-А по фиг. 2;in FIG. 3 shows a section AA in FIG. 2;

на Фиг. 4 показано положение диафрагмы на рабочем колесе на номинальном режиме работы ступени;in FIG. 4 shows the position of the diaphragm on the impeller at the nominal stage operation mode;

на Фиг. 5 показано положение кожуха на режиме регулирования;in FIG. 5 shows the position of the casing in the control mode;

на Фиг. 6 представлена развертка ступени.in FIG. 6 shows a scan of the step.

Парциальная турбомашина изменяемой геометрии содержит сопловой аппарат 1 с соплами, выполненными по всей его окружности, рабочее колесо 2, содержащее два облопаченных сектора, поворотный кожух 3, связанный с устройством окружного перемещения кожуха, которое содержит регулировочный поршень 4, штифт 5, скользящий по винтовому пазу, поршневую полость 6, пружину 7 и направляющие шпонки 8.Partial turbomachine of variable geometry contains a nozzle apparatus 1 with nozzles made around its circumference, an impeller 2 containing two bladed sectors, a rotary casing 3 connected to a device for circumferential movement of the casing, which contains an adjusting piston 4, a pin 5, sliding along a helical groove , piston cavity 6, spring 7 and guide keys 8.

Турбомашина работает следующим образом:The turbomachine works as follows:

Рабочее тело поступает в сопловой аппарат 1 и из него на лопатки рабочего колеса 2. после чего выбрасывается наружу. На номинальном режиме работы турбомашины поворотный кожух 3 занимает положение, при котором один из его секторов располагается на необлопаченной части диска рабочего колеса, а другой перекрывает лопаточный сектор с лопатками, имеющими геометрические параметры, отличающиеся от параметров лопаток открытого сектора. При изменении давления рабочего тела меняется величина управляющего сигнала, поступающего от измерительного органа регулирующего устройства на механизм окружного перемещения поворотного кожуха. В предлагаемом техническом решении возможно применение любого известного регулирующего устройства, обеспечивающего функцию окружного перемещения вращающегося кожуха с фиксацией его положения на рабочем колесе при отсутствии управляющего сигнала.The working fluid enters the nozzle apparatus 1 and out of it onto the blades of the impeller 2. Then it is thrown out. In the nominal operation mode of the turbomachine, the rotary casing 3 occupies a position in which one of its sectors is located on the non-bladed part of the impeller disk, and the other overlaps the blade sector with blades having geometric parameters that differ from the parameters of the open sector blades. When the pressure of the working fluid changes, the value of the control signal from the measuring body of the regulating device to the mechanism of the circumferential movement of the rotary casing changes. In the proposed technical solution, it is possible to use any known control device providing the function of the circumferential movement of the rotating casing with fixing its position on the impeller in the absence of a control signal.

Для демонстрации принципа работы предлагаемого технического решения на фиг. 2 показана одна из возможных конструкций регулирующего устройства. Здесь управляющим сигналом является изменение давления рабочего тела в поршневой полости 6, соединенной с источником рабочего тела. Поршень 4, вращающийся синхронно с рабочим колесом благодаря скользящему шпоночному соединению, перемещается под воздействием изменившегося давления продольно по направляющим шпонкам 8 и своим штифтом 5 воздействует на поверхность винтового паза, выполненного во втулочной части кожуха 3. При этом кожух поворачивается относительно рабочего колеса в окружном направлении. Перемещаясь, сектор кожуха перекрывает межлопаточные каналы открытого сектора 9 рабочего колеса, как со стороны входа, так и со стороны выхода, одновременно открывая рабочие лопатки другого сектора 10 с геометрическими параметрами, отличными от геометрических параметров лопаток сектора 9. Поворот кожуха происходит до тех пор, пока сила давления рабочего тела на поршень не уравновесится силой сжатия пружины 7. При этом на рабочем колесе будут открыты те лопатки, геометрические параметры которых наиболее соответствуют новому режиму работы и обеспечивающие наименьший уровень потерь кинетической энергии от нерасчетного обтекания рабочих лопаток рабочего колеса при данных геометрических параметрах.To demonstrate the principle of operation of the proposed technical solution in FIG. 2 shows one of the possible designs of the regulating device. Here, the control signal is the change in the pressure of the working fluid in the piston cavity 6 connected to the source of the working fluid. The piston 4, rotating synchronously with the impeller due to the sliding key connection, moves longitudinally along the guide keys 8 under the influence of the changed pressure and, with its pin 5, acts on the surface of the screw groove made in the sleeve part of the casing 3. At the same time, the casing rotates in the circumferential direction relative to the impeller . Moving, the casing sector overlaps the interscapular channels of the open sector 9 of the impeller, both from the input side and from the output side, while simultaneously opening the working blades of another sector 10 with geometrical parameters different from the geometric parameters of the blades of sector 9. The casing is rotated until until the pressure force of the working fluid on the piston is balanced by the compression force of the spring 7. At the same time, those blades will be opened on the impeller, the geometric parameters of which most correspond to the new operating mode providing the lowest level of kinetic energy loss of off-design flow impeller with blades working data geometric parameters.

Направление перемещения кожуха изначально согласуется с отклонением давления рабочего тела в большую, или меньшую сторону от номинального. В этом случае положение поворотного кожуха на рабочем колесе, а следовательно, и открытый сектор лопаток, всегда будет соответствовать текущим параметрам рабочего тела перед турбиной.The direction of movement of the casing is initially consistent with the deviation of the pressure of the working fluid to a greater or lesser side from the nominal. In this case, the position of the rotary casing on the impeller, and therefore the open sector of the blades, will always correspond to the current parameters of the working fluid in front of the turbine.

Вывод:Output:

Предлагаемая конструкция позволяет повысить эффективность работы турбомашины за счет уменьшения потери кинетической энергии потока от нерасчетного обтекания лопаток рабочего колеса при изменении параметров рабочего тела.The proposed design allows to increase the efficiency of the turbomachine by reducing the loss of kinetic energy of the stream from the off-design flow around the impeller blades when changing the parameters of the working fluid.

Claims

An adjustable partial turbomachine containing a nozzle apparatus with nozzles around its circumference, an impeller, impellers of which are mounted on a disk part, a rotary casing made of at least two interconnected sectors, covering the impeller from the side of the input and output edges of the blades over the entire height of the latter, mounted coaxially with the impeller with the possibility of joint rotation and movement in the circumferential direction relative to the impeller and connected with the circumferential mechanism o moving the casing, characterized in that the impeller is made with at least two sectors of the working blades, and the blades in each sector have equal geometric parameters and differ from the geometric parameters of the working blades of another sector by the angles of inclination of the input and output edges and the bandwidth of the interscapular channels, while the rotary casing is installed with the possibility of changing position, while partially or completely closing the previously open sector of the impeller and partially or completely open yvaetsya sector with blades other geometric parameters corresponding to the changed parameters of the working fluid.