RU2034160C1

RU2034160C1 - Jet turbine

Info

Publication number: RU2034160C1
Authority: RU
Inventors: А.В. Евсеев
Original assignee: Евсеев Александр Васильевич
Priority date: 1990-03-05
Filing date: 1990-03-05
Publication date: 1995-04-30

Abstract

FIELD: gas turbine engineering. SUBSTANCE: jet turbine has a working wheel provided with cylindrical passages plugged from the faces and tangentially inclined to the surface of the working wheel. EFFECT: improved design. 3 cl, 5 dwg

Description

Изобретение относится к энергетике, в частности к конструкциям турбин, и может применяться в области авиастроения и в конструкциях энергетических установок космических летательных аппаратов. The invention relates to energy, in particular to turbine structures, and can be applied in the field of aircraft construction and in the construction of power plants of spacecraft.

Известен узел рабочего колеса турбины, содержащий вращающееся рабочее колесо турбины с фрезерованными лопатками и смонтированное у периферии рабочего колеса сопло, направляющее рабочую среду на перифирийную часть рабочего колеса, имеющего фактически параллельные дугообразные лопатки в периферийной части. Выходное отверстие сопла обращено к боковой части поверхности периферии рабочего колеса, и кромки выходного отверстия совпадают с этой поверхностью. Недостатками этой конструкции являются значительные потери энергии на трение на периферии колеса и рассеивание потока рабочего тела в канале и как следствие снижение КПД. A known turbine impeller assembly comprising a rotating turbine impeller with milled blades and a nozzle mounted at the periphery of the impeller directing the working medium to the peripheral part of the impeller having substantially parallel arcuate blades in the peripheral part. The nozzle outlet is facing the side of the surface of the periphery of the impeller, and the edges of the outlet coincide with this surface. The disadvantages of this design are significant energy losses due to friction on the periphery of the wheel and the dispersion of the flow of the working fluid in the channel and, as a consequence, a decrease in efficiency.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является выбранная в качестве прототипа турбомашина, содержащая рабочее колесо с каналами, имеющими входной и выходной участки и сопловый аппарат. Closest to the technical nature of the invention is a turbomachine selected as a prototype, comprising an impeller with channels having inlet and outlet sections and a nozzle apparatus.

Недостатками этой конструкции являются ограничение функциональных возможностей, невозможность за счет формы канала формировать поток рабочего тела с постоянными характеристиками его течения, кроме того, форма канала не реализует накопленное в канале статическое давление, и за счет высокой скорости потока рабочего тела в канале входная часть канала не работает как реактивное сопло после выхода из зоны соплового аппарата. The disadvantages of this design are the limited functionality, the inability due to the shape of the channel to form a flow of the working fluid with constant characteristics of its flow, in addition, the shape of the channel does not realize the static pressure accumulated in the channel, and due to the high flow rate of the working fluid in the channel, the inlet part of the channel does not operates as a jet nozzle after exiting the nozzle apparatus area.

Целью изобретения является повышение эффективности, расширение функциональных возможностей и повышение надежности работы реактивной турбины. The aim of the invention is to increase efficiency, expand functionality and increase the reliability of a jet turbine.

Указанная цель достигается тем, что в турбомашине содержащей рабочее колесо с каналами, имеющими входной и выходной участки, и сопловой аппарат, каналы выполнены в виде цилиндрических отверстий с осями, параллельными оси рабочего колеса и с входными участками, расположенными тангенциально поверхности канала и рабочему колесу, причем входные участки каналов также тангенциальны рабочему колесу. This goal is achieved by the fact that in a turbomachine containing an impeller with channels having input and output sections, and a nozzle apparatus, the channels are made in the form of cylindrical holes with axes parallel to the axis of the impeller and with input sections located tangentially to the surface of the channel and the impeller, moreover, the input sections of the channels are also tangential to the impeller.

Входные и выходные участки каналов могут иметь одинаковое направление с выходами, обращенными к оси рабочего колеса или от нее. Кроме того, выходные участки каналов могут быть обращены к оси рабочего колеса, а входные от его оси или наоборот. The input and output sections of the channels can have the same direction with the outputs facing the axis of the impeller or from it. In addition, the output sections of the channels can be facing the axis of the impeller, and the input from its axis or vice versa.

В просмотренной литературе не выявлено выполнение каналов такой конфигурации и расположения входных и выходных участков относительно друг друга, это позволяет предположить, что предлагаемое техническое решение обладает новизной и существенными отличиями. In the reviewed literature, the implementation of channels of such a configuration and the location of the input and output sections relative to each other was not revealed, this suggests that the proposed technical solution has novelty and significant differences.

На фиг. 1 показана реактивная турбина с каналами, имеющими входные и выходные участки одинакового направления, обращенные от оси рабочего колеса; на фиг. 2 реактивная турбина, вид сбоку; на фиг. 3 реактивная турбина с входными участками каналов, обращенными от оси рабочего колеса, а с выходными, обращенными к его оси; на фиг. 4 продольный разрез этого колеса; на фиг. 5 течение рабочего тела в канале. In FIG. 1 shows a jet turbine with channels having input and output sections of the same direction facing away from the axis of the impeller; in FIG. 2 jet turbine, side view; in FIG. 3 jet turbine with inlet portions of the channels facing away from the axis of the impeller, and with outlets facing its axis; in FIG. 4 longitudinal section of this wheel; in FIG. 5 flow of the working fluid in the channel.

Реактивная турбина состоит из рабочего колеса 1 с каналами 2, имеющими входной 3 и выходной 4 участки, и соплового аппарата 5 с направляющими лопатками 6. Каналы 2 заглушены кольцевыми крышками 7. A jet turbine consists of an impeller 1 with channels 2 having an input 3 and an output 4 sections, and a nozzle apparatus 5 with guide vanes 6. The channels 2 are blanked by annular covers 7.

Турбина работает следующим образом. The turbine works as follows.

Поток рабочего тела подается в сопловый аппарат 5, откуда лопатками 6 направляется во входные участки 3 каналов 2, а затем выходит через участок 4. Поток рабочего тела, попадая в канал 2, обладает кинетической энергией, которая переходит в энергию заторможенного потока, что приводит к увеличению давления и повышению температуры рабочего тела в канале 2. Движение потока рабочего тела через канал 2 показано на фиг. 5. Поток рабочего тела попадает во входной участок 3 канала 2, где идет турбулизация и торможение потока, затем происходит разворот потока рабочего тела и оно направляется в выходной участок 4. The flow of the working fluid is supplied to the nozzle apparatus 5, from where it is directed by blades 6 to the inlet sections 3 of channels 2, and then exits through section 4. The flow of the working fluid, entering channel 2, has kinetic energy, which transfers to the energy of the inhibited flow, which leads to increasing pressure and increasing temperature of the working fluid in the channel 2. The movement of the flow of the working fluid through the channel 2 is shown in FIG. 5. The flow of the working fluid enters the inlet section 3 of channel 2, where there is turbulization and deceleration of the flow, then there is a reversal of the flow of the working fluid and it is sent to the outlet section 4.

Входные участки 3 после выхода из зоны уплотнения соплового аппарата 5 начинают работать так же, как и выходные участки 4, т.е. запасенный в канале 2 газ выбрасывается через входной участок и выходной одновременно, создавая реактивную тягу, вращающую рабочее колесо. Поток рабочего тела, совершив работу, выбрасывается в окружающее пространство, либо в сборный коллектор, из которого он может быть отобран для выполнения дополнительной работы. Вариант конструкции, приведенной на фиг. 3 и 4, работает аналогично, но рабочий поток, подведенный к входному участку 3, разделяется на два потока и выбрасывается в виде двух реактивных струй тангенциально, в сторону оси рабочего колеса. Такая турбина может быть выполнена более компактной по сравнению с вариантом, приведенным на фиг. 1 и 2. При установке соплового аппарата внутри рабочего колеса габариты реактивной турбины еще более сокращаются. Наиболее эффективно применение такой турбины в малых силовых установках, например, в энергетических установках КЛА, позволяющих реализовать почти полностью запас работоспособности газа (при малых его расходах) из-за отсутствия противодавления на выходе из турбины. Кроме того, при малых расходах газа известные турбины имеют большие потери на трение и рассеивание, предлагаемая же турбина позволяет расширить весь подведенный газ довольно эффективно. The input sections 3 after leaving the sealing zone of the nozzle apparatus 5 begin to work in the same way as the output sections 4, i.e. the gas stored in channel 2 is ejected through the inlet and outlet simultaneously, creating a jet thrust that rotates the impeller. The flow of the working fluid, having completed the work, is thrown into the surrounding space, or into a prefabricated collector, from which it can be selected for additional work. The embodiment of FIG. 3 and 4, it works in the same way, but the working stream, brought to the input section 3, is divided into two streams and is thrown out in the form of two jet jets tangentially, towards the axis of the impeller. Such a turbine can be made more compact than the embodiment shown in FIG. 1 and 2. When installing the nozzle apparatus inside the impeller, the dimensions of the jet turbine are further reduced. The most effective application of such a turbine is in small power plants, for example, in power plants of a spacecraft, which make it possible to realize almost completely the reserve of gas operability (at low gas consumption) due to the lack of backpressure at the outlet of the turbine. In addition, at low gas flow rates, known turbines have large friction and dispersion losses, while the proposed turbine allows you to expand all the supplied gas quite efficiently.

Выполнение реактивной турбины с такой формой каналов позволит расширить функциональные возможности турбины и повысить эффективность ее работы. The implementation of a jet turbine with this form of channels will expand the functionality of the turbine and increase its efficiency.

Claims

1. REACTIVE TURBINE, containing an impeller with cylindrical channels with axes parallel to the axis of the impeller, having input and output sections with axes tangentially inclined to the surface of the impeller, characterized in that, with the aim of increasing efficiency and expanding functionality, cylindrical channels muffled at the ends, and the axis of the input and output sections are additionally tangentially inclined to the axes of the cylindrical channels.

2. The turbine according to claim 1, characterized in that the axes of the inlet and outlet sections along the working fluid are directed to one side and face the axis of the impeller.

3. The turbine according to claim 1, characterized in that the axes of the inlet and outlet sections are directed in opposite directions, with some of them facing the axis of the impeller.