RU2012124190A

RU2012124190A - Многоступенчатая турбомашина

Info

Publication number: RU2012124190A
Application number: RU2012124190/06A
Authority: RU
Inventors: Владимир Николаевич Костюков
Original assignee: Владимир Николаевич Костюков
Priority date: 2012-06-09
Filing date: 2012-06-09
Publication date: 2013-12-20
Also published as: WO2013184042A3; WO2013184042A2

Abstract

1. Многоступенчатая турбомашина с системами управления контроля защиты и т.п., содержащая вентилируемый либо герметичный корпус, внутри которого на валу установлено рабочее колесо с лопаточной крыльчаткой, в которой, в зависимости от ее конфигурации образованы радиальные, осевые, радиально-осевые или осе-радиальные межлопаточные каналы, отличающаяся тем, что, со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатка примыкает с зазором к распределителю содержащему окна и выполненному с возможностью периодического совмещения впускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатки, при ее вращении, с впускным трубопроводом и с, как минимум одним, например соединительным трубопроводом подачи рабочего тела от разных ступеней давления, лопатки крыльчатки выполнены например прямолинейными или криволинейными, например радиальными, загнутыми по ходу вращения крыльчатки или против хода ее вращения и образуют межлопаточные каналы различного сечения, например с сечением в виде диффузора, со стороны выпускных отверстий межлопаточных каналов, лопатки крыльчатки, в зависимости от конфигурации рабочего колеса и направления движения рабочего тела, например в осевом или в радиальном направлении, примыкают с зазором к торцовому, к цилиндрическому, либо к конусообразному газораспределительному аппарату, который содержит окна, с возможностью периодического их совмещения с выпускными отверстиями межлопаточных каналов крыльчатки, при ее вращении, окна в газораспределительном аппарате выполнены таким образом, что образуют ступени давления нагнетания рабочего тела, например таким образом, что какое-то количество

Claims

1. Многоступенчатая турбомашина с системами управления контроля защиты и т.п., содержащая вентилируемый либо герметичный корпус, внутри которого на валу установлено рабочее колесо с лопаточной крыльчаткой, в которой, в зависимости от ее конфигурации образованы радиальные, осевые, радиально-осевые или осе-радиальные межлопаточные каналы, отличающаяся тем, что, со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатка примыкает с зазором к распределителю содержащему окна и выполненному с возможностью периодического совмещения впускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатки, при ее вращении, с впускным трубопроводом и с, как минимум одним, например соединительным трубопроводом подачи рабочего тела от разных ступеней давления, лопатки крыльчатки выполнены например прямолинейными или криволинейными, например радиальными, загнутыми по ходу вращения крыльчатки или против хода ее вращения и образуют межлопаточные каналы различного сечения, например с сечением в виде диффузора, со стороны выпускных отверстий межлопаточных каналов, лопатки крыльчатки, в зависимости от конфигурации рабочего колеса и направления движения рабочего тела, например в осевом или в радиальном направлении, примыкают с зазором к торцовому, к цилиндрическому, либо к конусообразному газораспределительному аппарату, который содержит окна, с возможностью периодического их совмещения с выпускными отверстиями межлопаточных каналов крыльчатки, при ее вращении, окна в газораспределительном аппарате выполнены таким образом, что образуют ступени давления нагнетания рабочего тела, например таким образом, что какое-то количество межлопаточных каналов крыльчатки, со стороны впускных отверстий соединенных. посредством распределителя, с впускным трубопроводом, со стороны выпускных отверстий выходят в окно в газораспределительном аппарате, образующее первую ступень нагнетания давления и содержащее например диффузор и выпускной патрубок, соединенный, например соединительным трубопроводом, с другим окном в распределителе, выходящим к какому-то количеству межлопаточных каналов крыльчатки со стороны впускных отверстий, при этом выпускные отверстия этих каналов крыльчатки выходят в окно в газораспределительном аппарате, образующее вторую ступень нагнетания давления и содержащее, например диффузор и выпускной патрубок соединенный, например соединительным трубопроводом, посредством распределителя, с очередной, например с третьей ступенью давления нагнетания рабочего тела, при этом последняя ступень нагнетания давления содержит например диффузор и выпускной патрубок, соединенный с нагнетательным трубопроводом и потребителем, либо с каким-либо дополнительным компрессором, например в виде другой многоступенчатой турбомашины, при этом количество межлопаточных каналов, одновременно соединенных с окнами в распределителей с окнами в газораспределительном аппарате в разных ступенях давления уменьшается по мере роста давления нагнетания рабочего тела.

2. Многоступенчатая турбомашина по п.1, отличающаяся тем, что со стороны выпускных отверстий межлопаточных каналов, поверхность газораспределительного аппарата, примыкающая с зазором к крыльчатке и расположенная между окнами, выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично, как минимум одного межлопаточного канала, при вращении крыльчатки, а со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатка рабочего колеса примыкает с зазором к распределителю, содержащему окна и выполненному с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично впускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатки, при ее вращении.

3. Многоступенчатая турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что между последней и первой ступенями нагнетания давления выполнена дополнительная ступень выпуска сжатого рабочего тела, например таким образом, что в дополнительной ступени выпуска окно в газораспределительном аппарате на какое-то время соединено с выпускным отверстием как минимум одного канала крыльчатки, при этом впускное отверстие этого канала перекрыто распределителем, затем при вращении крыльчатки, выпускное отверстие этого канала, на какое-то время, перекрыто газораспределительным аппаратом и открыто со стороны впускного отверстия в окно в распределителе, которое соединено с впускным трубопроводом, затем, при вращении крыльчатки, этот канал крыльчатки совмещен с окном в газораспределительном аппарате и с окном в распределителе в первой ступени нагнетания рабочего тела.

4. Многоступенчатая турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что последняя ступень нагнетания давления выполнена таким образом, что выпускной патрубок выполнен в виде эжектора, таким образом, что эжектирующий поток поступает из последней ступени высокого давления нагнетания рабочего тела, а эжектируемый поток поступает в эжектор посредством окна в газораспределительном аппарате выходящего к выпускному отверстию в канале крыльчатки, в какой-то момент после последней ступени нагнетания, при этом, впускное отверстие этого межлопаточного канала крыльчатки перекрыто распределителем.

5. Многоступенчатая турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что соединительные трубопроводы. выполненные между разными ступенями нагнетания, присоединены к распределителю через дроссельные вентили.

6. Многоступенчатая турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что распределитель или по крайней мере его часть, выполнен в виде входного направляющего аппарата, например с возможностью регулирования сечения окон распределителя, а в окнах распределителя, например выполнены направляющие лопатки, например поворотные.

7. Многоступенчатая турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что газораспределительный аппарат, лопатки крыльчатки и распределитель выполнены таким образом, что в момент перехода межлопаточного канала из ступени высокого давления в ступень более низкого давления первым начинает открываться выпускное отверстие межлопаточного канала крыльчатки, при этом впускное отверстие этого межлопаточного канала на какое-то большее время перекрыто распределителем.

8. Многоступенчатая турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что соединительные трубопроводы содержат теплообменники отвода тепла.

9. Многоступенчатая турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что межлопаточные каналы одного рабочего колеса и окна в газораспределительном аппарате и распределителе образуют, например две или более симметрично выполненные одинаковые ступени сжатия рабочего тела.

10. Многоступенчатая турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что в корпусе, на одном валу, либо соосно, либо на различных валах с общим либо с раздельными приводами выполнены, например две крыльчатки и более, например последовательно соединенные между собой.

11. Многоступенчатая турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что впускной патрубок соединен с теплообменником по подводу тепла, например в виде испарительной емкости ₇ а выпускной патрубок соединен с теплообменником по отводу тепла, например в виде конденсатора.

12. Многоступенчатая турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем что, крыльчатка рабочего колеса выполнена закрытого типа и содержит лопатки, выполненные между двух поверхностей и образующие межлопаточные каналы с впускными и выпускными отверстиями,

13. Многоступенчатая турбомашина по п.1 или 2, отличающаяся тем, что отверстия в межлопаточных каналах крыльчатки являются поочередно впускными и выпускными, к крыльчатке с обеих сторон, со стороны отверстий в межлопаточных каналах, примыкают с зазором газораспределительный аппарат и распределитель одновременно, таким образом, что в первой ступени сжатия впускной патрубок соединен с окном в распределителе, выходящему к отверстиям в каналах крыльчатки, с другой стороны, входящих к окну, например с лопаточным диффузором газораспределительного аппарата, соединенного, например соединительным трубопроводом с окном выполненного с этой же стороны крыльчатки распределителя во второй ступени нагнетания давления, при этом с другой стороны крыльчатки отверстия каналов выходят к окну, например с диффузором, в газораспределительном аппарате соединенному с выпускным патрубком, либо с соединительным трубопроводом подключенному к распределителю в очередной ступени нагнетания давления.

14. Многоступенчатая турбомашина с системами управления контроля защиты и т.п., содержащая вентилируемый либо герметичный корпус, внутри которого на валу установлено рабочее колесо с лопаточной крыльчаткой, в которой, в зависимости от ее конфигурации образованы радиальные, осевые, радиально-осевые или осе -радиальные межлопаточные каналы, отличающаяся тем, что, со стороны выпускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатки установлен с зазором распределитель, выполненный с возможностью периодического совмещения выпускных отверстий межлопаточных каналов при вращении крыльчатки, посредством окон, выполненных в распределителе, с выпускным патрубком и с, как минимум с одним, соединительным трубопроводом подачи рабочего тела к разным ступеням давления, лопатки крыльчатки выполнены, например прямолинейными или криволинейными, например корытообразными, например радиальными или загнутыми в ту или иную сторону вращения крыльчатки и образуют межлопаточные каналы с сечением, например конфузорно-диффузорным, прямым или конфузорым, со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов, лопатки крыльчатки, в зависимости от конфигурации рабочего колеса и направления движения рабочего тела, например в осевом или в радиальном направлении, примыкают с зазором к торцовому, к цилиндрическому, либо к конусообразному газораспределительному аппарату, содержащему окна, с возможностью периодического их совмещения с впускными отверстиями межлопаточных каналов крыльчатки, при ее вращении, при этом, окна в газораспределительном аппарате выполнены таким образом, что представляют собой сопловой аппарат, например в виде установленных в окнах ряда лопаток, образующих сопла, например конфузорные или конфузорно-диффузорные и направленные на лопатки крыльчатки, рабочее колесо, газораспределительный аппарат и распределитель образуют ступени расширения рабочего тела таким образом, что какое-то количество межлопаточных каналов крыльчатки, со стороны впускных отверстий и соплового аппарата, соединенных, посредством газораспределительного аппарата с впускным патрубком, выходят со стороны выпускных отверстий в окно в распределителе выпуска рабочего тела из первой ступени расширения, соединенное, например соединительным трубопроводом с окном в газораспределительном аппарате, образующему, посредством соплового аппарата, какого-то количества межлопаточных каналов крыльчатки и очередного окна в распределителе, вторую ступень расширения рабочего тела, при этом окно в распределителе, выходящее к межлопаточным каналам крыльчатки соединено, например с соединительным трубопроводом, посредством газораспределительного аппарата и соплового аппарата с очередной, например третьей ступенью расширения рабочего тела, при этом последняя ступень расширения рабочего тела содержит выпускной патрубок, соединенный, например с атмосферой, с очередной расширительной машиной, или с соплом реактивного двигателя, а количество каналов, соединенных одновременно с определенными окнами в распределителе и в газораспределительном аппарате, в разных ступенях расширения рабочего тела, увеличивается по мере падения давления и температуры рабочего тела в разных ступенях расширения.

15. Многоступенчатая турбомашина по п.14, отличающаяся тем, что соединительные трубопроводы содержат теплообменники подвода тепла.

16. Многоступенчатая турбомашина по п.14, отличающаяся тем, что межлопаточные каналы одного рабочего колеса и окна в газораспределительном аппарате и распределителе образуют, например две или более симметрично выполненные одинаковые ступени расширения рабочего тела.

17. Многоступенчатая турбомашина по п.14, отличающаяся тем, что крыльчатка рабочего колеса выполнена закрытого типа и содержит лопатки, выполненные между двух поверхностей и образующие межлопаточные каналы с впускными и выпускными отверстиями.

18. Многоступенчатая турбомашина по п.14, отличающаяся тем, что содержит как минимум два рабочих колеса, расположенные в одном корпусе, рабочие колеса установлены на одном, либо на отдельных валах, например соосно и выполнены, например таким образом, что перед впускными отверстиями межлопаточных каналов первой крыльчатки выполнен газораспределительный аппарат, в окнах которого выполнены, например лопаточные сопловые аппараты, выпускные отверстия межлопаточных каналов первого колеса, выходят в промежуточный лопаточный сопловой аппарат, установленный в корпусе с зазором к впускным отверстиям межлопаточных каналов второго колеса. выпускные отверстия которых выходят к распределителю, в окнах которого выполнен как минимум один соединительный трубопровод, соединенный с окном в газораспределительном аппарате первого колеса, и выпускной патрубок, соединенный, например с соплом реактивного двигателя с атмосферой или с другой расширительной машиной, при этом первая ступень расширения рабочего тела выполнена в газораспределительном аппарате, в распределителе и в части межлопаточных каналов первого рабочего колеса, вторая ступень расширения выполнена в сопловом аппарате и в части межлопаточных каналов второго рабочего колеса, соответственно третья ступень расширения выполнена в газораспределительном аппарате, в распределителе и в части межлопаточных каналов первого колеса, а четвертая ступень расширения выполнена в сопловом аппарате и в части межлопаточных каналов второго колеса турбомашины.

19. Многоступенчатая турбомашина по п.14, отличающаяся тем, что содержит как минимум два рабочих колеса, расположенные в одном корпусе, рабочие колеса установлены на отдельных валах, например соосно, с возможностью вращения в противоположные стороны, и выполнены, например таким образом, что перед впускными отверстиями межлопаточных каналов первой крыльчатки выполнен газораспределительный аппарат, в окнах которого выполнены, например лопаточные сопловые аппараты, выпускные отверстия межлопаточных каналов первого колеса, выходят с зазором к впускным отверстиям межлопаточных каналов второго колеса, выпускные отверстия которых выходят к распределителю, в окнах которого выполнен как минимум один соединительный трубопровод, соединенный с окном в газораспределительном аппарате первого колеса, и выпускной патрубок, соединенный, например с соплом реактивного двигателя, с атмосферой, или с другой расширительной машиной, при этом первая ступень расширения рабочего тела выполнена в газораспределительном аппарате, в распределителе и в части межлопаточных каналов первого рабочего колеса, вторая ступень расширения выполнена в части межлопаточных каналов второго рабочего колеса, соответственно, третья ступень расширения выполнена в газораспределительном аппарате и в части межлопаточных каналов первого колеса, а четвертая ступень расширения выполнена в части межлопаточных каналов второго колеса турбомашины.

20. Многоступенчатая турбомашина по п.14, отличающаяся тем, что как минимум две многоступенчатые турбомашины в отдельных корпусах, связанные между собой, например соединительными трубопроводами последовательно либо непоследовательно, например таким образом, что первая ступень расширения рабочего тела выполнена в одном колесе, в одной турбомашине, а вторая ступень расширения выполнена в одном колесе, в другой турбомашине, соответственно, например третья ступень расширения, выполнена, например, в колесе первой турбомашины, а например четвертая ступень расширения, выполнена в колесе во второй турбомашине, при этом оба колеса или обе турбомашины выполнены на одном валу, либо на отдельных валах, например соосно.

21. Многоступенчатая турбомашина по п.14, отличающаяся тем, что сопла соплового аппарата выполнены с возможностью изменения своего сечения, например, поворотными, например с возможностью изменения направления подачи на лопатки рабочего тела и, соответственно, изменения направления вращения крыльчатки рабочего колеса.

22. Многоступенчатая турбомашина по п.14, отличающаяся тем, что распределитель, лопатки крыльчатки, газораспределительный аппарат и другие элементы многоступенчатой турбомашины, образуют в одной турбомашине одновременно и турбину, и компрессор, и выполнены таким образом, что часть межлопаточных каналов одной и той же крыльчатки находятся в одной или в нескольких ступенях расширения рабочего тела в турбине, при этом другая часть межлопаточных каналов в этой же крыльчатке располагаются в одной или в нескольких ступенях нагнетания рабочего тела в компрессоре.

23. Многоступенчатая турбомашина по п.14, отличающаяся тем, что выполнена в виде центробежной турбины, при этом распределитель, лопатки крыльчатки и газораспределительный аппарат, сопловой аппарат и другие элементы многоступенчатой турбомашины выполнены таким образом, что крыльчатка рабочего колеса выполнена радиальной, впускные отверстия межлопаточных каналов и примыкающий к ним сопловой аппарат выполнены со стороны вала, а выпускные отверстия межлопаточных каналов, распределитель и выпускные патрубки выполнены со стороны внешнего радиуса рабочего колеса крыльчатки.

24. Многоступенчатая турбомашина по п.14, отличающаяся тем, что со стороны впускных отверстий межлопаточных каналов, поверхность газораспределительного аппарата, примыкающая с зазором к крыльчатке и расположенная между окнами. выполнена с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично, как минимум одного межлопаточного канала при вращении крыльчатки, а со стороны выпускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатка рабочего колеса примыкает с зазором к распределителю, содержащему окна и, например выполненному с возможностью периодического перекрытия полностью, либо частично выпускных отверстий межлопаточных каналов крыльчатки, при ее вращении,

25. Многоступенчатая турбомашина по п.14, отличающаяся тем, что отверстия в межлопаточных каналах крыльчатки являются поочередно впускными и выпускными. к крыльчатке с обеих сторон, со стороны отверстий в межлопаточных каналах, примыкают с зазором газораспределительный аппарат и распределитель одновременно, таким образом, что например в турбинах, в первой ступени расширения окно в газораспределительном аппарате посредством сопел совмещено с отверстиями в межлопаточных каналах выходящих с другой стороны к окну в распределителе соединенному, например соединительным трубопроводом с окном газораспределительного аппарата, выполненного с этой же стороны крыльчатки, которое посредством сопел выходит к межлопаточным каналам крыльчатки во второй ступени расширения рабочего тела, при этом с другой стороны, межлопаточные каналы крыльчатки выходят к окну в распределителе соединенному с выпускным патрубком, либо, например, с соединительным трубопроводом соединенному с окном выполненного с этой же стороны крыльчатки газораспределительного аппарата, выходящего, посредством сопел к межлопаточным каналам крыльчатки в третьей ступени расширения рабочего тела, с другой стороны канаты крыльчатки выходят к распределителю, соединенному с выпускным патрубком, либо с очередной ступенью расширения рабочего тела.